WiFi技术

WiFi技术互联领域无线通信技术之一WiFi技术简介WiFi(WirelessFidelity)，即无线保真，俗称“无线宽带”，在无线局域网里指“无线相容性认证”，是一种基于IEEE802.11标准的高频无线通信技术。WiFi是一种将PC、手机、PAD等终端设备以无线方式互相连接的短距离无线通信技术。WiFi技术的目的是改善基于IEEE802.11标准的无线设备之间的互通性。WiFi也是一个无线网络通信技术的品牌，由WiFi联盟所持有。802.11ac802.11adWiFi技术简介WiFi技术的发展IEEE推出的第一代WLAN标准2.4G频段传输速率1M11b2.4G频段速率5.5M和11M11a5.8G频段速率54M11g2.4G频段速率54M兼容11b2.4G频段和5.8G频段速率达到到300M兼容11a/11b/11g6G以下频段和60G频段传输速率不小于1Gbit/s协议制定和完善中2012年WiFi技术简介WiFi技术的发展1999年，802.11b、802.11a标准相继发布2007年，802.11ndraft2.0草案获通过,802.11n进入试用2009年9月，802.11n标准正式发布，无线正式进入百兆时代2009年全年，全球Wi-Fi芯片发货量达到5.3亿，全球WLAN用户达6亿2010年1月，Pad等移动终端逐渐普及促使无线取代有线接口2015年，全球Wi-Fi芯片发货量达到每天650万WiFi技术简介蓝牙标准的发展WiFi技术的发展普通的11g传输文件测试，只能达到23Mbps左右，而11n能达到多少呢？150Mbps整整是11g网络速率的6倍！WiFi技术的特点组网简单易于实现开放性强兼容性强覆盖广传输速度高无需布线发射功率低802.11n传输速率可达600Mbps半径可达100米可承受密集接入节省成本，适合复杂空间应用辐射剂量很小使用安全全球范围使用频段高阶版本基本可兼容低版本WiFi技术的优点WiFi技术的特点WiFi技术的劣势◆早期版本的通信质量不佳，数据安全性处于蓝牙技术。目前应用较广的802.11n版本在上述两方面都有一定的改善。◆抗干扰能力差，大量WiFi设备间存在干扰的问题；在2.4GHz的开放频段，WiFi设备也易受到其他通信设备的干扰。◆缺乏完善的QoS以及商业模式，由于WiFi设备制造的门槛较低，产品质量参差不齐，造成部分产品的QoS不佳；目前采用802.11n标准的设备，已可以保证较稳定的完成语音、视频实时任务。WiFi技术相关标准IEEE802.11物理层定义了2.4GHz频段上两种扩频方式(DSSS和FHSS)和一种红外传输方式，数据速率2Mbps；MAC层使用带有冲突避免检测的载波监听多路访问(CSMA)的机制。WiFi标准的发展IEEE802.11a定义了5GHz的工作频段，物理层速率54/72Mbps，传输层25Mbps，正交频分复用调制(OFDM)，覆盖范围50米；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个终端。IEEE802.11b定义了在2.4GHz频段上的数据传输速率达11Mbps的物理层，采用DSSS和补码键控(CCK)；速率实现动态调整，即根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps不同速率间自动切换，在2Mbps和1Mbps速率时与802.11兼容。WiFi技术相关标准IEEE802.11e/f/h802.11e对MAC层协议改进，支持多媒体传输；802.11f定义访问节点之间的通信，支持802.11的接入点互操作协议(IAPP)；802.11h用于802.11a的频谱管理技术。WiFi标准的发展IEEE802.11g对2.4GHz频段802.11b标准的提速(11Mbps→54Mbps)，兼容802.11b，与802.11b的WiFi系统互联互通，可共存于同一个AP下。IEEE802.11n是一个高速无线局域网标准，使用2.4GHz和5GHz频段，核心是多入多出(MIMO)和OFDM技术，传输速度300Mbps，最高达600Mbps，可向下兼容802.11b、802.11g。WiFi网络的体系结构WiFi无中心网络◆无中心网络又称对等网络，属于AdHoc网络形态，特点多跳自组织。◆一组无线终端组成一个独立基本服务集(IBSS),终端具有相同权限，可直接通信。◆只有一个公共广播信道，信道接入采用CSMA机制。◆优点：健壮性好、易建网、成本低。缺点：网络布局复杂，终端数量(不超过15个)和距离受限。WiFi网络的体系结构WiFi有中心网络◆有中心网络即结构化网络，又称基础设施(AP)结构化网络。◆AP和与其关联的终端构成基本服务集(BSS)；AP是BSS的中心站，终端对网络的访问均通过AP。◆AP为接入有线主干网提供逻辑访问点，使终端与有线网络得到连接。◆优点：易于组网、调试容易、维护简单。缺点：健壮性差(AP故障则全网瘫痪)，AP的引入增加了成本。WiFi网络的体系结构WiFi的ESSLAN◆ESSLAN即扩展服务集网络，有多个AP与有线网络连接构成多个BSS，一些终端也可和有线网络直接连接。◆不是所有AP都连接在有线网络上，可以用AP连接AP的方式实现分布式连接(桥接的一种形式)。◆终端在ESS覆盖范围内可自由移动，且保持网络连接。◆ESS中位于不同BSS的终端通信(图中终端A与B通信)时，需要标注终端的服务区别号(BSSID),每个BSS有单独的BSSID。WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11标准的内容物理层◆点对点的无线传输。◆根据无线传输介质的特点设计合适的方案。◆为上层提供高速可靠的数据传输通道。媒体接入控制层◆在多个站点共享通道的情况下，将全部的信道资源分配给各个站点。◆保证传输不碰撞或者少碰撞。◆保证在相对公平的情况下，尽可能大地提高系统的吞吐量和服务质量。WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11分层结构◆PMD_SAP介质依赖子层服务访问点◆MIME_SAPMAC子层管理实体服务访问点◆MIME_PLME_SAPMAC子层管理实体物理层管理实体服务访问点◆PLME_SAP物理层管理实体服务访问点WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11物理层物理层功能载波监听◆为MAC层提供物理载波监听功能◆避免数据冲突◆通过PMD实现介质状态检查和载波监听提供接口◆实现数据帧比特流的传送与接收◆通过PLCP实现接收，将PMD转换为传输模式◆发送完成后，关闭发送器，PMD转换为接收模式提供信号载波◆使数据可以传输在无线介质上WiFiIEEE802.11标准的分层结构PLCP子层帧格式MPDU(MAC层协议数据单元，MACProtocolDataUnit)PSDU(PLCP子层业务数据单元，PLCPServiceDataUnit)PLCPPreambleCode(PLCP前导码)PLCPHeader(PLCP头信息)PPDU(PLCP子层协议数据单元，PLCPProtocolDataUnit)WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11MAC层CSMA机制802.11CSMA发送站◆如监听到信道空闲,经DIFS时间后则发送整个帧（发送时不用冲突检测）◆如果监听到信道忙，则坚持监听到不忙时，经DIFS时间后进入竞争期，进行二进制指数退避，退避后重新尝试发送◆如果发后未收到ACK(超时)，则重发帧802.11CSMA接收站◆如果接收正确，则在SIFS时间后应答一个ACK帧其它站点◆听到信道上在发送数据，则推迟访问信道NAV(NetworkAllocationVector)时间WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11MAC层虚拟载波监听虚拟载波监听源站将还需占用信道的时间在MAC帧头字段“持续时间”中指示给所有其他站，其他站会在这段时间都停止发送数据。“虚拟”是指其他站未真正监听信道，而是检测源站发送帧中的“持续时间”才不发送数据。当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量NAV(NetworkAllocationVector)。NAV指出了必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，才能使信道转入到空闲状态。WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11MAC层“隐藏节点”效应如只使用CSMA机制，侦听到信道“闲”可能结果不正确，由于：1.隐蔽站问题----发送方侦听不到:A,C不能互相听到，中间有障碍物、信号衰减，A、C于是都发给B，B处此时会产生冲突。2.信号强度衰减问题----C在发送，由于信号传输衰减，传到A处时，A听不到，A以为听到信道闲，也发，接收站B处此时产生冲突。隐终端是指在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端。LocationSignalstrengthABCCSMA/CA:CSMAwithCollisionAvoidance冲突避免:增加RTS-CTS交互CSMA/CA:信道预约发送站:发出短的RTS帧(requesttosend)预约信道接收站:应答短的CTS帧(cleartosend)同意预约CTS为发送站保留信道,起了通知其它(可能隐蔽的)站点的效果避免了隐蔽站点造成的冲突WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11MAC层CSMA/CA机制WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11MAC层的功能访问控制功能分布式协调功能(DCF)◆竞争获取访问权◆基于CSMA/CA点协调功能(PCF)◆无竞争传送方式◆AP进行轮询，站点在轮询到时才能传输网络连接功能◆通过被动或主动方式加入AP寻址和帧识别功能◆在LLC层的支持下执行身份验证和数据加密◆保证无线网络身份的确认、访问的安全WiFiIEEE802.11标准的分层结构IEEE802.11MAC层的帧分类数据帧：负责将MSDU传输到目标站，转交给相应的LLC层控制帧：在工作站和AP之间建立连接并认证后提供必要的辅助功能---RTS帧、CTS帧、ACK帧等管理帧：负责在工作站和AP间建立初始通信、提供连接或认证等---ProbeRequest/Response帧(主动扫描时)Beacon帧(信标帧,被动扫描时AP发出)ReAssociationRequest/Response帧(从ESS的一个BSS漫游到另一个BSS进行重新关联，以便新AP联系老AP取得原来的关联信息)WiFi技术相关问题为什么距离越远信号越弱，速率越低11Mbps5.5Mbps2Mbps1Mbps距离802.11b采用了动态速率漂移技术，可以根据环境噪声变化对传输速率进行自动调整。在理想情况下，发送节点以最高速率11Mb/s进行发射。当设备移动到覆盖范围之外，或者出现重大干扰时，发送节点将自动逐次降低速率，以5.5Mb/s、2Mb/s或1Mb/s等速率进行发射。如果无线设备从低速率环境进入高速率环境，发射速率将会随之自动逐次提高。这种动态速率漂移技术对上层协议是透明的。WiFi技术相关问题WiFi的无线网桥是什么拓扑结构中继：利用无线信道作为企业网的干线，用于大楼与大楼之间的数据传输。WiFi技术相关问题无线AP和无线路由器的区别AP即无线接入点，分为单纯性AP和有路由功能的AP，后者即无线路由器。