WLAN体系基本知识介绍

WLAN体系基本知识介绍技术培训中心/高志岩文档类型:文档密级:主送对象:抄送对象:文档编号:审核人:初稿完成。高志岩学习目标•掌握常见WLAN术语及概念•掌握WLAN射频技术特点•掌握WLAN数据转发工作原理•掌握常见无线器件相关知识3课程内容•第一章WLAN基础概念•第二章WLAN射频技术•第三章WLAN数据转发工作原理•第四章常见无线器件介绍4基础概念•什么是WLAN？›WLAN是WirelessLocalAreaNetwork的缩写，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。›针对有线局域网一些缺点：线路成本、移动性差等，对于组网便捷性和移动性的要求，促成了WLAN的技术的诞生›目前WLAN主要采用IEEE802.11系列技术标准，为了保持和有线网络同等级的接入速度，目前比较常用的802.11g能够提供54Mbit/s的速率，而802.11n则能提供300Mbit/s，最后600Mbit/s的速率。5基础概念•什么是Wi-Fi？›Wi-Fi联盟（WirelessFidelityAlliance）是一个商业联盟，拥有Wi-Fi的商标。它负责Wi-Fi认证与商标授权的工作，总部位於美国德州奥斯汀（Austin）。成立于1999年，主要目的是在全球范围内推行Wi-Fi产品的兼容认证，发展802.11技术。目前，该联盟成员单位超过200家，其中42%的成员单位来自亚太地区，中国区会员也有5个。6基础概念•WLAN由以下四个组件组成：›Station（工作站）：»支持802.11的终端设备，比如安装无线网卡的PC，支持WLAN的手机，支持WLAN的PDA等，都属于Station范畴，简称STA›AccessPoint（AP，接入点）：»为STA提供基于802.11的无线接入服务，同时将无线的802.11mac帧格式转换为有线网络的帧，相当于有线网络的无线延伸。›WirelessMedium（无线媒介）：»802.11标准定义了2类物理层：射频物理层（2.4GHz和5GHz）和红外物理层。目前广泛应用的是射频方式›DistributionSystem（DS，分布式系统）：»即将各个接入点连接起来的骨干网络，通常是以太网。7基础概念•WLAN网络类型、拓扑›独立型网络»一般是由几个STA组成的暂时性网络，所有STA地位平等，无需设置任何的中心控制结点8STASTASTA基础概念•WLAN网络类型、拓扑›基础结构型网络»需要AP提供接入服务，所有STA关联到AP上，访问外部以及STA之间交互的数据均由AP负责转发。9STASTASTAAP基础概念•服务集的概念›BSS（basicserviceset，基本服务集），是802.11网络提供服务的基本单元。在一个BSS的服务区域内（即射频信号覆盖的范围内），STA之间能够相互通信»独立型网络称为IndependentBasicServiceSet»基础结构型网络也称为InfrastructureBaiscServiceSet›SSID(servicesetidentifier,服务集标识符)，用来标识BSS。»BSSID:基本服务集标识符，AP的MAC地址，不可修改»ESSID：扩展服务集标识符，通过AP广播出去，可修改。10基础概念•802.11体系11课程内容•第一章WLAN基础概念•第二章WLAN射频技术相关介绍•第三章WLAN数据转发工作原理•第四章常见无线器件介绍12射频技术相关介绍•射频技术相关信息13802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间1997~71999~91999~92003~7合法频宽83.583.532583.5频率范围2.4~2.4835GHz2.4~2.4835GHz5.150~5.350GHz5.725~5.850GHz2.4~2.4835GHz非重叠信道33123调制技术FHSS/DSSSCCK/DSSSOFDMCCK/OFDM物理发送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,24,36,48,546,9,12,18,24,36,48,54兼容性N/A与11g产品互通与b/g不能互通与11b产品互通射频技术相关介绍•802.11b与802.11g的频段与信道划分›工作的频率范围是2.4GHz~2.4835GHz。在此频率范围内又划分出14个信道。每个信道的中心频率相隔5MHz，每个信道可供占用的带宽为22MHz，›如下图示channel1的中心频率为2412MHz，channel6的中心频率为2437MHz,channel11的中心频率为2462MHz。3个信道理论上是不相干扰的信道。14射频技术相关介绍•802.11a工作频段与信道划分›工作在5.8GHz频段的时候，中国wlan工作的频率范围是5.725GHz~5.850GHz。在此频率范围内又划分出5个信道。每个信道的中心频率相隔20MHz，如下图所示。其他地区的信道频段划分也附在下图。15射频技术相关介绍•信号强度›AP220-E设备标称功率为100mW，是指AP通过天线可以每秒辐射出100mW的能量。但在无线应用中，我们经常听到的功率单位是dBm而不是W或者mW。›dB(Decibel，分贝)是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。›对于功率的比值，dB值=10*lg(A/B)，而dbm即为对于1mw功率的比值大小。»对于100mW的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：–10lg（100mW/1mw)=10lg（100）=20dBm。16射频技术相关介绍•信号强度›AP220-E设备标称功率为100mW，是指AP通过天线可以每秒辐射出100mW的能量。但在无线应用中，我们经常听到的功率单位是dBm而不是W或者mW。›dB(Decibel，分贝)是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。›对于功率的比值，dB值=10*lg(A/B)，而dbm即为对于1mw功率的比值大小。»对于100mW的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：–10lg（100mW/1mw)=10lg（100）=20dBm。›Db的计算»3db=2，5db=3，7db=5，10db=10，0db=1›Db的加运算即等于普通数的乘运算。»500mw=5*10*10*1mw=7+10+10+0dbm=27dbm»30mw=3*10*1mw=5+10+0dbm=15dbm17射频技术相关介绍•信号强度›为什么要用dB来描述功率呢，原因是dB能把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。»X=1000000000000000（多少个了？）=10logX=150dB»X=0.000000000000001=10logX=-150dB›-75dbm等于多少mW?»-75dbm=(0-5-10-10-10-10-10-10-10)dBm=1/3/10/10/10/10/10/10/10=0.3×10-718射频技术相关介绍•接收灵敏度›无线传输的接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力，即STA或AP解调出信号所要求的最低信号强度。›一般来说AP的接收灵敏度为-85dBm，甚至达到-105dBm，而STA的接收灵敏度一般在-75dBm›WLAN的底噪（环境噪声）为-95dBm，因此信号强度如果低于-95dBm的话，这样的信号就等同于噪声。19射频技术•信号的传送方式›AP的无线信号传递主要通过两种方式，辐射和传导。›AP无线信号辐射是指AP的信号通过天线将信号传递到空气中去，如下图左所示。›AP无线信号的传导是指无线信号在线缆等介质内进行无线信号传递，如右图室分系统中的无线信号通过1/2“线缆传递。20射频技术•信号强度与速率的关系›无线信号以无线电波的方式在空间中扩散，随着距离的增大，信号强度会逐渐衰减，这就意味着靠近发送源，信号强度越大。因此只有在靠近发送源的地方才能获得更大的速率21AP-30dBm-50dBm距离增大射频技术•信号衰减22地板衰减：30db承重墙衰减：20-40db砖墙：10db学生宿舍窗户（10mm）：3db人体：3db空旷走廊：30dB/50m课程内容•第一章WLAN基础概念•第二章WLAN射频技术相关介绍•第三章WLAN数据转发工作原理•第四章常见无线器件介绍23数据转发工作原理•CSMA/CA›CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)即载波监听多路访问/冲突避免›WLAN采用半双工通信机制，同一个区域内，只能一个设备发包。›WLAN设备使用冲突检测与退避机制来应对无线环境中的干扰。避免由于同频信号重叠导致无法解调。24数据转发工作原理•CSMA/CA协议的工作流程分为两个分别是:›1.送出数据前，监听媒体状态，等没有人使用媒体，维持一段时间后，再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才送出数据。由于每个设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会。›2.送出数据前，先送一段小小的请求传送报文(RTS:RequesttoSend)给目标端，等待目标端回应CTS:CleartoSend报文后，才开始传送。利用RTS-CTS握手(handshake)程序，确保接下来传送资料时，不会被碰撞。同时由於RTS-CTS封包都很小，让传送的无效开销变小。25课程内容•第一章WLAN基础概念•第二章WLAN射频技术相关介绍•第三章WLAN数据转发工作原理•第四章常见无线器件介绍26第四章常见无线器件介绍•全向天线›全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大。全向天线的辐射范围比较象一个苹果。27第四章常见无线器件介绍•定向天线›定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。定向天线的主要辐射范围象个倒立的不太完整的圆锥。28第四章常见无线器件介绍•室内天线›吸顶天线29第四章常见无线器件介绍•室外天线›全向天线30频率范围2400~2483增益12垂直面波瓣宽度7驻波比1.5极化方式垂直接头型号N-K支撑杆直径