无线局域网WIFI基础知识概述

技术公开课—无线局域网概述第一章：WLAN的基础知识第二章：WLAN的设备介绍第三章：WLAN的组网介绍第一章：WLAN的基础知识无线局域网主要技术蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距的无线通讯技术，工作在2.4GHzISM频段，其面向移动设备间的小范围连接，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音以及数据通信家庭射频（HomeRF）技术是无绳电话技术（数字式增强型无绳电话或者简称为DECT：DigitalEnhancedCordlessTelephone）和无线局域网（WLAN）技术相互融合发展的产物，工作于2.4GHzISM频段，采用数字跳频扩频技术无线局域网主要技术1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11无线局域网标准工作组，主要研究工作在2.4GHz开放频段的无线设备和网络发展的全球标准。1997年6月，提出IEEE802.11(别名：Wi-Fi，wirelessfidelity，无线保真)标准。目前802.11X技术主要有：802.11a/b/g/n。大家经常说Wi-Fi，那么Wi-Fi和WLAN有什么关系？？？WLAN的特点WLAN网络采用载波监听/冲突避免（CSMA/CA）机制，多人同时使用网络性能会大幅下降。与GSM的时分多址复用方式和TD的时分/码分多址复用方式不同，WLAN系统采用载波监听/冲突避免机制，用户间采用抢占方式占用资源。在同一冲突域内存在多个用户时，某一时刻只有一个终端或AP在发送数据，此时其他终端和AP均处于空闲监听状态。（工作原理类似于HUB）WLAN工作原理室外高速车辆步行静止室内步行静止/桌面0.1Mbps1Mbps10Mbps100Mbps400Mbps移动性2.5G3GWLANUWBWiMAX4GWLAN在无线网络中的位置数据速率WLAN定位于慢速移动的无线接入技术GPRS、CDMA1x等无线方式无法满足对带宽需求较高的用户需求(GPRS拨号速率仅为54Kbps，CDMA1x速率为144Kbps，3G速率也仅为2Mbps)，WiMAX主要是针对城域网范围的接入覆盖。2000201220042008技术演进时间第一代WLAN：11b单射频模块2.4Ghz接入，11Mbps,WEP加密第二代WLAN（适合家庭、热点接入）:11a/11g双射频模块2.4/5.8Ghz，54Mbps，Qos，WPA2.0安全第三代WLAN（智能WLAN，与WiMax/3G融合）:11n多射频模块，高带宽和广覆盖范围，与WiMax/3G融合，Mesh组网，更高安全系统性能趋势高带宽、广覆盖，智能化简单接入、低带宽WLAN技术发展演进更高带宽：802.11a/g速率达到54Mbps，802.11n可达600Mbps（采用MIMO技术，目前处于草案2.0版本）。更广覆盖范围：从802.11a/g的100m到802.11n的500~1000m。更强的障碍物穿透能力：可以使用于多堵墙壁的商务住宅、复杂房间结构的写字楼等环境中。WLAN技术发展趋势WLAN标准的演进有如下四条主线：速率提升：802.11（2Mbps）802.11b（11Mbps）802.11g/a（54Mbps）802.11n（320Mbps）安全提升：WEPWPAWPA2802.11i应用优化：包含一系列针对应用的标准：802.11e（QoS）、802.11r（快速漫游）、802.11f（无缝漫游）、802.11h（自动频率选择和发送功率控制）等AP管理：自主管理集中管理WLAN技术发展趋势Infrastructure小范围室内覆盖802.11s大范围热区覆盖WLANAP模式802.11b802.11a/g802.11n11Mbps54Mbps300Mbps自主管理小规模网络轻量级管理大规模网络安全WEP802.11iWAPIWLAN的频谱WLAN可以工作在2.4GHz频段，也可以工作在5.8G频段。2.4GHz为各国共同的ISM频段，工作频率范围为2400~2483.5MHz。此频段为共用频段，公众无线局域网与其它无线接入系统、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统等共用频率。开放的2.4GHzISM频段上无绳电话，微波基站，蓝牙网络设备等的干扰，影响WLAN网络设备之间的信号传输。ISM(IndustrialScientificMedical)频段WLAN频谱WLAN的频谱802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz，其可用带宽为83.5MHz，划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz。中国移动规定使用1、6、11三个互不干扰的信道进行蜂窝覆盖。116611116111WLAN频谱Page12WLAN频谱-无需授权使用的无线频率2.4GHz83.5MHzBWAvailableworldwideIEEE802.11WLANs5.1GHz300MHzBWdiscontinuousDeveloping2400250024802440American,mostofEuropeFranceSpainJapan2.4GHz*FrequencyAllocationsarependingU-NII:UnlicensedNationalInformationInfrastructure510052005300540055005600570058005900U-NIIEuropeHiperLAN1U-NIIEuropeHiperLAN2*Japan*5.1GHzWLAN频谱-频率及信道划分PHY标准频段中心频率间距载波数载波调制数字调制备注信息802.11b2.4~2.4835G5M/Ch14DSSSBPSK1MbpsQPSK2MbpsCCK5.5/11MDSSS:直接序列扩频技术OFDM:正交频率划分多路复用的多载波调制CCK:补码键控PBCC:调制分组二进制卷积码802.11g2.4~2.4835G5M/Ch14DSSSOFDMPBCC22Mbps64QAM54Mbps802.11a5.15~5.25G5.25~5.35G5.728~5.825G20M/Ch20M/Ch20M/Ch555OFDMBPSK-64QAM54Mbps信道标识中心频率（MHz）北美欧洲西班牙法国日本中国12412√√√22417√√√32422√√√42427√√√52432√√√62437√√√72442√√√82447√√√92452√√√102457√√√√√112462√√√√√122467√√√132472√√√142484√注：日本采用2.471GHz~2.497GHz，不在13信道内。中国、北美选择1、6、11信道作为非重叠信道；欧洲选择1、7、13信道作为非重叠信道；WLAN频谱-频率规划—2.4G信道划分信道编号Nch频段GHz中心频率MHz美国中国365.15~5.25UNII低频段5180√405200√445220√485240√525.25~5.35UNII中频段5260√565280√605300√645320√1495.725~5.825UNII高频段5745√√1535765√√1575785√√1615805√√165~5.8505825√WLAN频谱-频率规划—5G信道划分WLAN标准-802.11a/b/g/n标准对比使用频段兼容性理论速率实测速率商用情况802.11a5GHZNA54Mbps22Mbps左右实际运用较少802.11b2.4GHZNA11Mbps5Mbps左右早期的标准，目前产品均支持802.11g2.4GHZ兼容802.11b54Mbps22Mbps左右目前大规模商用802.11n2.4GHz5GHZ兼容802.11a/b/g300Mbps——600Mbps600Mbps80~220Mbps左左右目前最新商用标准（MIMO技术）1999年9月IEEE802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在50-150英尺。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps等不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。IEEE802.11b已成为主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是由于许多WLAN新标准的出现，IEEE802.11a和IEEE802.11g更是倍受业界关注。WLAN标准-802.11b1999年，IEEE802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.725-5.850GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo),传输距离控制在10-100米。该标准也是IEEE802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术。IEEE802.11a标准是IEEE802.11b的后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照的，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段，是公开的；而工作于5.725-5.850GHz频带需要执照的。而且IEEE802.11a卡片价格昂贵也大大的限制了该技术的发展一些公司更加看好当时最新混合标准――IEEE802.11g。WLAN标准-802.11a802.11a与802.11b两个标准都存在着缺陷，802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低（最高11Mbps）；而802.11a优势在于传输速率快（最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。目前最流行的IEEE802.11g认证标准,该标准提出拥有IEEE802.11a的传输速率，安全性较IEEE802.11b好，采用2种调制方式，含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK，做到与802.11a和802.11b兼容。IEEE802.11g标准的诞生到流行，无论对用户还是对整个业界都是一个推动，它将把无线局域网的性能提升到一个新的高度，同时降低构建网络的成本。WLAN标准-802.11g为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，802.11n应运而生。在传输速率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps，甚至高达600Mbps。这得益于将MIMO(多入多出)与OFDM(正交频分复用)技术相结合而应用的MIMOOFDM技术，这个技术不但提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。WLAN标准-802.11nWLAN标准-802.11n-MIMOMIMO的基本概念Page22WLAN标准-802.11n-MIMOMIMO-分集与复用在无线通信的世界里，分集和复用是两项最基本的技术。分集把一个数据重复发送多次，以保证接收端能够正确收到。在不同的天线上发送不同的数据叫空间多路复用。WLAN标准-802.11n-MIMOMIMO-分集与复用“分集”和“复用”就像是天平的两端，如果偏重一方，势必会降低另一方的性能。衡量复用的标准是看一个系统每时刻最多可以发送多少个不同的数据，也叫做“自由度”。下列两图的自由度是多少？WLAN标准-802.11n-MIMO通常，一套完整的通信物理层协议会定义许多种发送方式。在实际通信过程中，收发双方会根据即时的通信条件和传播环境等因素，自适应的调整并选择最优的方式进行通信。比如，当无线信道条件很差的时候，会更多的用到分集技术