无线局域网(WLAN)概述与标准

无线局域网(WLAN)概述和标准[e-mail]无线局域网的兴起进入21世纪，随着社会的进步和经济的迅速发展，社会教育体系正向网络化、信息化方向全面发展。计算机、通讯等信息技术的发展使人们对网络使用的便捷性等要求日益提高。近年来兴起的无线网络技术为信息化的构建提供了一个新的技术平台。什么是无线局域网？无线局域网WLAN(wirelesslocalareanetwork)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它利用射频(RadioFrequency，RF)技术。它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能。无线局域网是固定局域网的一种延伸。没有线缆限制的网络连接。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界什么是无线局域网？AccessPointAirinterfaceWLANCard频率管理机构美国的频率管理机构是联邦通信委员会（FederalCommunicationsCommision，FCC）。这个组织主要负责调节美国国内和国际间的广播、电视、有线和卫星通信等。制定无线局域网必须遵循的法律，它规定无线局域网使用的频率和功率，传输技术以及如何在不同的场合使用不同的无线局域网产品。频率管理机构我国的频率管理机构是国家无线电管理局（StateRadioRegulatoryCommision，SRRC）。SRRC隶属与国家信息产业部的一个部门。信息产业部是主管全国电子信息产品制造业、通信业和软件业，推进国民经济和社会服务信息化的国务院组成部门。其主要职责是：制定无线电频谱规划，合理开发利用频谱资源；负责无线电频率资源的指配和管理；负责无线电台（站）管理和无线电监测，协调处理电磁干扰事宜，维护空中电波秩序；依法组织实施无线电管制；负责卫星轨道位置协调；根据授权参加有关国际无线电会议，负责涉外无线电管理工作。先认识Wi-Fi认证Wi-Fi是无线保真的缩写。Wi-Fi的英文全称为“WirelessFidelity”，在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证。就目前的情况来看，Wi-Fi已被公认为WLAN的代名词。但要注意的是，这二者之间有着根本的差异：Wi-Fi是一种无线局域网产品的认证标准；而WLAN标准则是无线局域网的技术标准，二者都保持着同步更新的状态。WLAN标准目前国际上有三大标准家族美国IEEE802.11家族欧洲ETSI高性能局域网HIPERLAN系列日本ARIB移动多媒体接入通信MMAC其它类似标准：美国HomeRF共享无线接入协议SWAP2003年1月，由于Intel等公司的退出，该组织已经解散2003年5月，两项WLAN中国标准已正式颁布。这两项国家标准在原则采用IEEE802.11/802.11b系列标准前提下，在充分考虑和兼顾WLAN产品互连互通的基础上，针对WLAN的安全问题，给出了技术解决方案和规范要求。IEEE802.11系列标准是WLAN的主流标准！IEEE802.11在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议，1999年又进行了修订。其他无线局域网标准都是以该标准为基础的。IEEE802.11定义了物理层和介质访问控制层（MAC）协议规范，允许无线局域网及无线设备制造厂商建立互操作网络设备。IEEE802.11工作方式802.11定义了两种类型的设备，一种是无线工作站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点(AccessPoint,AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线工作站聚合到有线的网络上。IEEE802.11物理层在802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩展频谱技术和一个红外传播规范，无线传输的频道定义在2.4GHz的ISM波段内，这个频段，在各个国家无线管理机构中，都是非注册使用频段。这样，使用802.11的客户端设备就不需要任何无线许可。扩展频谱技术保证了802.11的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。802.11无线标准定义的传输速率是1Mbps和2Mbps，可以使用跳频序列扩频技术(frequencyhoppingspreadspectrum，FHSS)和直接序列扩频技术(directsequencespreadspectrum，DSSS)，IEEE802.11数据链路层该层是0SI模型的第二层，通用的标准将该层分离为两个子层。介质访问控制层（MediaAccessControl，NAC），该层设置的准则只有在网络上每个设备传送信息时才涉及到。逻辑链路控制层（LogicalLinkControl，LLC）该层提供各设备之间初始(逻辑链路)的连接。IEEE802.11数据链路层（2）在802.11中对802.3标准中的CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD)（冲突的检测）进行了一些调整，采用了新的协议CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance，CSMA/CA)（碰撞防止）。IEEEE802.11标准为一系列无线局域网标准的发展奠定了最为重要的基础。IEEE802.11标准在数据传输速率上没有什么优势（仅有1~2Mbps），且价格又不菲，因此最初的IIEE802.11标准在市场中的反响并不大。IEEEE802.11标准为后相继出现的一系列无线局域网标准的发展奠定了最为重要的基础。1999年9月工作组又对IEEE802.11标准做了修正和扩展，除原IEEE802.11的内容之外，增加了基于简单网络管理协议（SNMP）的管理信息库（MIB），另外还增加高速网络内容，就是经常提到的IEEE802.11a和IEEE802.11b。通用标准的发展和无线局域网传输速率的提高都起到市场催化剂作用，无线局域网市场已进入快速发展的阶段。IEEE802.11b1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持最高11Mbps的数据速率，运行在2.4GHz的ISM频段上，采用的调制技术是CCK。但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难；对于接收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。802.11b信道定义-2.4G频率IEEE802.11aIEEE802.11a工作5GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率。802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，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。另外，11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里，因此11a与11b互不兼容。IEEE802.11a802.11a信道定义IEEE802.11g为了解决上述问题，进一步推动无线局域网的发展，2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准，该草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点：其在2.4G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上；IEEE802.11g标准能够与802.11b的Wi-Fi系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了IEEE802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。802.11g简介采用OFDM调制方式,从而可以在2.4GHz频段获得最大54Mbps的数据传输速率;采用与802.11b同样的频段,全球范围内应用无需额外无线电频率使用审批;802.11g与802.11b可以共存:–“b”客户端可以与“g”无线接入设备工作(11Mbps速率以下);–“g”客户端也可以与“b”无线接入设备工作(11Mbps以下).802.11b设备升级到支持802.11g需要硬件方面的升级(不同的调制方式)。IEEE802.11nIEEE802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps，成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。和以往的802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段）。这样11n保障了与以往的802.11a、b、g标准兼容。IEEE802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。另外，天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里（并且能够保障100Mbps的传输速率）。IEEE802.11n标准全面改进了802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能IEEE802.11WLAN系列(物理层标准)标准内容状态802.11IR红外线传输1997年标准化802.11FHSS2.4GHz频段跳频扩频1997年标准化802.11DSSS2.4GHz频段直接序列扩频（Barker码）1997年标准化802.11b高速率扩展2.4GHz频段直接序列扩频(Barker码,CCK)，PBCC(可选)1999年标准化802.11a高速率扩展5GHz频段OFDM1999年标准化802.11g进一步高速率扩展2.4GHz频段OFDM,PBCC(可选)2003年标准化802.11d管制域更新。定义物理层需求(信道化、跳频模式等)和其它需求，以便802.11WLAN能在当前标准不支持的新管理区域(国家)工作2001年标准化802.11h802.11a频谱和发射功率管理(主要用于欧洲)正在标准化IEEE802.11WLAN系列(MAC层标准)标准内容状态802.11MACWLAN公共MAC机制1997年标准化802.11e增强802.11MAC机制，提供：QoS、服务类别、增强安全和认证机制、考虑增强DCF和PCF的效率。正在标准化802.11f访问点间协议(Inter-AccessPointProtocol,IAPP)，规定访问点间必要的交换信息，以支持802.11分布式系统功能，并使不同厂商的访问点兼容。2003年7月标准化802.11i增强的安全和认证机制正在标准化802.11k定义无线资源管理，向高层提供无线和网络测量接口正在准备草案IEEE802.11WLAN系列(其它标准活动)工作组内容状态802.11/HTSG研究对802.11标准增强以提高吞吐率2002年9月首次会议802.11/WNG无线下一代研究，研究802.11标准与ETSI-BRAN和MMAC均接受的全球一致的WLAN公共接口已经启动主要的物理层技术标准比较802.11802.11b802.11g802.11a可用频谱带宽83.5MHz83.5MHz83.5MHz125MHz在中国的工作频率2.400-2.4835GHz2.400-2.4835GHz2.400-2.4835GHz5.725-5.85GHz互不重叠的信道数3335,13-24(US)调制方法FHSS,DSSSCCKCCK,OFDMOFDM每个信道的最大数据速率(Mbps)1,21,2,5.5,111,2,5.5,6,9,11,12,18,24,36,48,546,9