城市无线网络

编辑:杂糅网互动百科 时间:2020-05-31 01:39:14
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城市无线网络(City Wireless Network)是指在城市范围内提供的基于无线的网络服务。通过无线网络,可以在城市范围内的任意位置进行上网操作,使得网络服务更加方便快捷。
早期的家庭互联网接入需要将调制解调器连接计算机才能进行拨号和保持连接。 这种连接方式复杂且速度很慢。此后调制解调器的速度越来越快,越来越多的人意识到那些用300波特调制解调器缓慢传输数据的日子是多么痛苦。此后,家庭用户可通过数字用户线 (XDSL)、缆线和卫星连接到宽带,而且也能负担得起提高的价格。宽带连接速度比拨号快,但直到近年,上网仍需要将计算机连接到墙上的插座或某个设备。通过无线网络极大地改变了上网的方式,使上网更方便快捷。
中文名
城市无线网络
外文名
City Wireless Network

城市无线网络总体简介

假如您是一位记者,正在报导扣人心弦的绑架事件,并且交稿时间紧迫。您没有时间等开车回到办公室再写,如果离开现场,您将无法跟踪事件的进展情况。幸运的是,您可以通过无线方式访问互联网,不需要离开现场就可以写稿和交稿。 您在文章中写道,警察通过安全摄像头获取即时信息。在巡逻车上,警察们正在监视事态并查看大楼的设计图,包括入口、出口和绑匪隐藏地点。通过这些信息,他们制定出行动计划。他们还可以通过安全网络连接谈判专家。
事件结束后,所有人都认为城市无线网络和它载有的信息对和平解决事件功不可没。本文将介绍这些网络除了可提供自由和便宜的互联网接入之外,还有哪些奇妙之处。我们还将了解到隐藏在这些功能背后的技术和为什么“城市无线上网”的说法可能并不准确。

城市无线网络基本原理

早期的家庭互联网接入需要将调制解调器连接计算机才能进行拨号和保持连接。 这种连接方式复杂且速度很慢。此后调制解调器的速度越来越快,越来越多的人意识到那些用300波特调制解调器缓慢传输数据的日子是多么痛苦。最后,家庭用户可通过数字用户线 (XDSL)、缆线卫星连接到宽带,而且也能负担得起提高的价格。
宽带连接速度比拨号快,但上网仍需要将计算机连接到墙上的插座或某个设备。WiFi,或叫无线上网,改变了这一切。无线网络技术用802.11网络标准完成设备之间的通信。在无线上网网络中,数据通过无线电波从一个地方传输到另外一个地方。您仍然需要将无线路由器连接到调制解调器,但计算机不再需要固定在一个地方。
802.11网络技术通过免授权无线电频段发送和接收数据。频段的很多其他部分,如传输广播电视信号的波段则需要授权方可使用。而只要有适当的设备,任何人都可以使用免授权频段。在通过计算机无线上网时,您使用的装置中就使用了无线路由器及无线技术。 自2002年起,很多人在家里建立了无线网络。很多企业也建立了无线网络,给了员工更大的灵活性。城市在公共活动区域,如咖啡屋、公园和图书馆建立无线上网热点,希望借此吸引更多企业进来。公共热点的数量迅速增长,分析家预计到2008年它们将达到200,000 个。
截至2006年1月,186个美国城市已经建立和运行自己的网络或者已经将其明确列入计划。而上年七月这一数字仅为122 [参考]。这些网络中有一部分以免费或比其他宽带服务低得多的价格提供高速互联网连接。其他的则仅供市政使用——可让警察局、消防部门和市政部门人员远程完成其某些工作。
目前正在计划建设无线网络的城市有多个目标。它们希望能够通过一个网络提高工人生产力,增加城市对企业的吸引力,刺激经济发展,填平数字鸿沟或完成所有这些事情。美国在宽带普及方面排行全球第16位,某些领导人认为这表明国家在这些方面落后了。无线网络可让更多人更方便、更经济地连接到宽带。
这些网络通常称为“城市无线上网”,它们不仅仅通过802.11实现网络连接。城市网络的无线接入点也与一般的无线上网热点不同。 接下来,我们将了解一下构成无线网络的“网格”。
无线标准无线网络使用一系列标准 -- 路由器和接收器彼此通信的规则。 最常用的是:
802.11a—— 5GHz无线电频段波段以54Mbps数据传输速度 802.11b——11Mbps, 2.4GHz 802.11g——54Mbps, 2.4GHz 802.11e——54Mbps, 2.4GHz,使用可提高 VoIP 和流媒体质量的服务质量 (QoS) 协议 802.16(或 WiMAX)是一个独立的标准,以70Mbps速率传输,范围最大约为48公里。它可在获授权或免授权2-6 GHz频段波段内运行。 WiMAX通常连接至多个802.11网络或远程发送互联网数据。

城市无线网络网络网格

城市无线网络无线路由器

咖啡屋或其他地方的大部分无线上网热点均采用集中星型设置。一个无线电装置(中心)为多个用户发送和接收数据(星型节点)。无线路由器通过缆线实际连接至互联网,并通过这根缆线传输来自多个用户的数据。
无线路由器加入现有的有线连接是一种提供小范围无线上网的简单、易行的方式。无线路由器相对便宜。大部分无线路由器为用户提供多种登录和加密选项,以及不同的安全级别。
但是如果无线路由器出现故障,附近一般不会有另一个路由器能够作为候补。并且从大范围,比如整个城市来看,使用实际缆线将各个无线路由器连接至互联网代价不菲。 这就是大部分城市无线网络均使用网格而不是集中星型方式的原因所在。网格由一系列无线电发射机组成,每个发射机均至少能够与另外两个发射机通信。这些通信构成覆盖整个城市的无线电信号网。信号能够通过这张网从一个路由器传送到其他路由器。

城市无线网络节点

在某些网络中,信号从一台接收器传至另一台,直到到达与互联网有线连接的节点。其他网络使用回传节点。回传节点的功能恰如其名——收集来自众多发射机的所有数据,并通过把数据传到有线连接的路由器将数据传回互联网。传回节点通常为点对点或点对多点节点。它们可以只将一个点连接至另外一个点,也可以将一个点连接至多个点。
若使用笔记本电脑在网格网络中连接到互联网,就会出现以下情况:
电脑侦测到附近的网络,然后您可以登录。
控制网格的协议将确定数据传送的最佳途径。它会规划经过最少连接节点到达有线连接或传回节点的路径。
数据按照协议设定的路径传输。数据到达有线连接节点后,通过互联网传送,直至到达最终目的地。 如果您是在城市中有公共连接的地方,则可能无需额外设备即可无线上网。但如果您是想在家里上网,可能需要较强的无线电信号和定向天线。尽管城市网络的信号的强度足以到达您家里,但您的计算机发出的信号可能不够强,因此无法传回。大部分服务供应商考虑到了这一点,并以免费或收费方式为用户提供必要的设备,如同在使用DSL或缆线调制解调器时所做的那样。
这一系统与普通热点的集中星型方式相比,有多个优势。首先,由于这一系统使用的缆线更少,因此花费更少。如果有部分节点出现故障,网格中其他的节点可作为代替。与将高速缆线铺设到城市各个角落相比,这一系统除便宜得多外,其建立起来速度也快得多。

城市无线网络计划征求书

当一个城市决定建设无线网络时,通常会发布计划征求书 (RFP) 。计划征求书只是向对建设无线网络有兴趣的企业征求信息的信。虽然每个城市理论上都可以建设自己的网络,但大部分会选择将部分程序委托给在互联网和网络技术方面有经验的公司。
有兴趣的企业会对计划征求书做出反馈,提供其对建设和维护无线网络的计划。该计划涵盖从无线电装置数量和类型到最终成本在内的方方面面的事情。无线网络的物理架构必须将城市的大小和布局、绿地覆盖、地形及其他因素考虑在内。该计划还包括将由谁最终拥有、运行和维护该网络——城市还是企业。
在某些最早计划的网络中,城市自己拥有和控制网络,包括互联网服务供应商和电信公司在内的企业被置于计划之外。这些企业认为市政当局与私营单位之间的竞争是不公平甚至违法的。
今天,很多现有和计划中的网络采取了以下四种模式之一:
城市拥有网络,且网络仅供市政使用。
城市拥有网络,且网络供市政或公众使用。
城市拥有网络,互联网服务供应商租赁其访问权,然后向公众提供访问网络的服务。
服务供应商拥有及经营网络,向城市、公众甚至其他服务供应商提供网络访问服务。 城市会审阅所有计划征求书,然后决定接受哪一种计划。例如EarthLink获委任在加利福尼亚州的阿纳海姆和宾西法尼亚州的费城建设网络,并成为多个其他城市网络建设的最后一批待选企业。EarthLink还与谷歌联手在旧金山市建设无线网络。

城市无线网络决定因素

事实上,建设无线网络的最终情况似乎取决于多个因素。 首先是城市到底需要将无线网络做什么用途。一个覆盖整个城市并向所有人开放的网络与仅向警察和消防员开放的公众安全网络相比,可能会有巨大差别。(请参阅“无线应用”和“公众安全”以了解更多有关无线网络应用的情况)
不同的企业计划可能因其使用的硬件和协议的不同而有很大不同。EarthLink的计划结合了网格和点对多点网络。其大部分计划是将无线电发射机与遍布城市的灯柱整合,建起一张无线信号网。高楼或塔上的无线电天线还与无线信号网上的较小天线通信。这些点对多点天线可将来自有线互联网信号网的数据传回。
基本上,一旦城市决定由谁建设、运行和维护网络,最后一步就是试验计划。试验计划相当于较小版本网络的预览或试运行。一般是取最终项目规模的一部分,可让城市确认网络是否适用。

城市无线网络城市的无线网络完成并运行后的结果

城市无线网络提供廉价、高速的网络连接

让我们看看当城市的无线网络完成并运行后,会带来些什么。
城市网络可为全体市民提供廉价、高速的网络连接。美国部分城市已使用此网络调整网络费用。从理论上来说,人们从高速网络连接中省下来的钱可能作为其他开销,刺激当地经济。

城市无线网络监督网络的非盈利性组织

美国各组织已建设无线网络以促进国家在传统网络无法覆盖的地方提供互联网连接。部分美国城市希望通过无线网络填平数字鸿沟。宾西法尼亚州费城计划为低收入家庭提供廉价电脑,以扩大网络用户基础。计划还包括培训青少年以便其为所在社区提供技术支持。您可以通过无线费城了解有关这些计划的更多情况,无线费城为一家监督网络的非盈利性组织。

城市无线网络节约费用

免费或廉价互联网访问让人称道,但这仅仅是城市网络的一部分功能。在乡村,无线网络可让农民即时访问监视器并控制灌溉和其他系统。这些网络可让廉价的网络电话(VoIP)更实用,为市民、企业和政府节约开支。这些网络还能够通过如自动化抄表系统等应用程序大大简化城市工人的工作。建筑、火灾和饭店检查员可以不必为交报告而回到办公室,缩短了他们的检查时间。这是城市从其对无线网络的投资获得的另一回报——节约了员工差旅、设备费用和为现有通信网络支付的费用。

城市无线网络给警察提供信息

这些网络还能够让警察和消防员远程访问监视器、设计图、犯罪记录和其他必要信息。他们可让警察向证人出示犯罪现场嫌疑犯照片或“虚拟构图”。对于此类应用程序,美国城市可向美国国土安全部申请资金。
优点和缺点城市无线网络拥有诸多优点,但并非所有人都认为其有益。在美国某些州,城市网络是非法的。尚待完成的联邦立法可能为城市无线网络开通行证,也可能完全禁止其发展。

城市无线网络针对城市无线网络的反对意见

以下是部分针对城市无线网络的反对意见:
如果一个城市拥有无线网络,则不公平地侵占了私营企业的利益。这可能导致竞争减少,使城市陷入垄断。 互联网访问是一种奢侈品而非必需品,因此公众资金不应用于提供互联网访问。 降低费用和提供吸引新企业的服务等好处是否可行尚不可知。 部分之前的部署由于无利可图或设备问题而失败。 设备本身有一天会报废并需要更换。 公众安全大部分连接至无线网络的人使用无线电频段的2.4GHz 波段。公众安全人员也可以安全、加密方式进行连接。但他们还有另一个选择——频段的4.9GHz 波段。 此波段为需授权波段。此波段并非人人可用,仅用于公众安全。如果将公众安全流量置于其自身频道,可使其免于因网络使用量过大而瘫痪。无线发射机必须拥有独立的4.9GHz电波才能使用此频率。 公众安全网络在其使用的无线电技术方面也有其他选项。摩托罗拉的Mesh Enabled Architecture (MEA®) 系统最初来自军事技术。MEA为警察、消防员和其他人员提供超过普通网络或普通网络所不具备的功能。
MEA无线电装置可建立ad-hoc网络。MEA可让Multi-Hopping®(一种信号)在网络中从用户直接到用户而非从用户到网络中的节点。每个无线电装置均自动侦测其他无线电装置,并且相互自动形成网络。无线电装置本身类似路由器或转发器,可以传送信号。这表明使用MEA无线电装置的警察可在进入该区域而不进入网络其他部分时仍能彼此连接。媒体访问控制子层协议(MAC)采用过滤和加密方式保证网络安全
假设一座城市装有网络无线路由器的灯柱被龙卷风摧毁,电源和电话线也将出现故障。通常,这将严重影响通信。但通过使用MEA无线电装置,警察用车载调制解调器可进入该区域并彼此间形成网络。便携式装置,如耐震笔记本电脑和掌上型电脑可使用能够使用MEA的无线卡与ad-hoc网络通信。如果这些无线电装置中有一个可与ad-hoc和网格网络连接,则可以将两者连接起来。
使用MEA的设备还有一些其他功能。大部分无线网络无法确定网络中特定用户的位置。这就是为什么很多专家提醒消费者不要用无线网络电话拨打911电话。但MEA技术脱胎于军事技术,该技术可让部队跟踪士兵的位置,即使他们已经超出 GPS 卫星的侦测范围。
MEA无线电装置可测量其将一个警察的信号传至三个节点花费的时间长度,称为传送时间,然后定位该警察的位置。这能大大减少工作人员寻找仍在燃烧建筑内的消防员或受伤的警察的位置所需的时间。该程序也可在车上完成。
最后,大部分无线电可以最高每小时约48-64公里的速度传送信号。许多这种公众安全无线电可以最高约每小时402公里的速度发射信号。类似系统已用于赛车中,以将车辆内的信号传送到后勤维修人员处。
城市网络是一种新事物,对其建设和使用还没有统一的标准或方法。并非每个网络均为公众安全留有单独部分的频段,而且并非每个网络均允许公众访问。请查看下一页的链接以了解有关无线网络相关主题的更多资料,以及了解最新网络部署情况的网站链接。
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中国通信学会 计算机学 互联网