WLAN技术原理及应用

第1章WLAN总体技术介绍第2章WLAN系统应用及组网介绍第3章WLAN天线技术第4章WLAN常用器件及工程应用WLAN简介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。无线局域网主要技术：BlueToothHomeRF802.11X宽带化移动化ModemADSL/LAN2.5G/3GWLAN无线、高带宽、低成本802.11X系列标准频谱分配802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间July1997Sept1999Sept1999June2003合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz理论上的最大UDP吞吐量(1500byte)1.7Mbps7.1Mbps30.9Mbps30.9Mbps理论上的TCP/IP吞吐量(1500byte)1.6Mbps5.9Mbps24.4Mbps24.4MbpsISM工业，科学和医疗频段，无需许可证，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。在美国分为为工业（902-928MHz）,科学研究（2.42-2.4835GHz）和医疗（5.725-5.850GHz）三个频段。2.4GHz为各国共同的ISM频段。因此无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。中国的ISM频段有433.05-434.79、2400-2483.5、5725-5850ISM(IndustrialScientificMedical)频段无线频段的分配WLAN相关组织WIFI联盟基本与802.11一致，但对应用和业务感受考虑更细致一些制定WPA/WPA2、WMM/WMMPS/WMMAC、SSC、MESH、视频、语音、切换等标准联盟关注和加强产品和功能的认证测试WAPI联盟2006年3月7日，在国家发改委、科技部、信息产业部三部委指导下，WAPI产业联盟成立，包括4大运营商在内的22家单位成为首批会员2003年5月，以WAPI为安全方案的两项国家标准GB15629.11/1102颁布2006年1月，无线局域网国家标准GB15629.11第1号修改单以及3项扩展子项国家标准颁布IEEE非营利性科技学会，全球最大的专业学术组织，设有IEEE标准协会IEEE-SA（IEEEStandardAssociation），负责标准化工作。负责制定802.11系列标准IETFInternet工程任务组负责制定集中控制型AC+AP标准，形成RFC(一系列以编号排定的文件)文档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，802.11n技术尚在完善中。大家经常说Wi-Fi，那么Wi-Fi和WLAN有什么关系？？？Wi-Fi＝采用802.11技术的WLAN无线局域网主要技术大家经常说Wi-Fi，那么Wi-Fi和WLAN有什么关系？WLAN的技术优势可靠性高成本低组网灵活可低速移动带宽提供能力强安装方便应用广泛抗射频干扰性能强，可提供可靠的无线传输使用无线局域网可以节省线缆安装费用由于没有线缆的限制，用户可以随心所欲地增加、重新配置工作站用户在任何时间、任何地点访问网络数据，并能在网络中实现漫游无线局域网可实现54Mbps数据传输速率安装工作非常简单，无需布线或开挖沟槽，大大缩短网络施工时间家庭、企业、校园、无线城域网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（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络，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。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/g300Mbps80~220Mbps左右只有标准草案，未来的商用标准802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz（2.410GHz-2.483GHz），其可用带宽为83.5MHz，划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz北美/FCC2.412-2.461GHz(11信道)欧洲/ETSI2.412-2.472GHz(13信道)日本/ARIB2.412-2.484GHz(14信道）2.4GHz中国信道划分2.4GHz频段WLAN信道配置表信道中心频率（MHz）信道低端/高端频率124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/24835.8GHz信道划分(中国)公众无线局域网设备可以工作在5.8GHz频段，频率范围为5725~5850MHz5.8GHz频段可用带宽为125MHz，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz。信道中心频率（MHz）信道低端/高端频率（MHz）157455735/5755257655755/5775357855775/5795458055795/5815558255715/5835802.11数字链路层的CSMA/CA★为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争用信道，无线局域网中采用了与以太网CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)相类似的CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突防止)协议。CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。DirectSignalReflectedSignalsAlsoMultipathfadingPCCardAccessPoint(AP)无线传输的干扰因素--多径干扰功率在穿过障碍物后衰减墙，门，等等。电磁波的穿透性能是和频率相关的。当发射功率不足够大时，在建筑物后形成无线覆盖盲区。无线传输的干扰因素--障碍物★无线传输的干扰因素—电磁干扰2.4GHz为ISM频段，不经授权即可使用。同一区域内AP之间的互相干扰。其他工业设备的干扰--微波炉--医疗设备--双向寻呼系统--等等…第1章WLAN总体技术介绍第2章WLAN系统应用及组网介绍第3章WLAN天线技术第4章WLAN常用器件及工程应用基本术语端站（STA）STAtion：无线网络终端，STA通过无线链路接入AP接入点（AP）AccessPoint：AP通过无线链路和STA进行通信。AP上行方向与AC通过有线链路连接。接入控制器（AC）AccessController：在无线局域网和外部网之间充当网关功能。AC将来自不同AP的数据进行汇聚，与Internet相连。AC支持用户安全控制、业务控制、计费信息采集及对网络的监控。Internet手机WLAN笔记本PDA无线接入点（AP）无线电波WLAN终端设备：用户可通过内置WLAN无线模块的终端（如PC、PDA、手机等）或终端+WLAN网卡的方式获得互联网接入服务和数据通信服务。目前WLAN网卡主要支持IEEE802.11a/b/g协议，后续应能支持IEEE802.11n协议，同时应能支持IEEE802.11i协议进行认证加密。WLAN接入系统：由接入点设备AP和业务接入控制设备（AC）组成，完成WLAN用户的接入控制，WLAN接入认证点则由AP设备实现。WLAN终端设备无线控制器（AC）WLAN的网络结构802.11网络的基本元素基本服务集（BSS）：基本服务集是802.11LAN的基本组成模块。能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS（BasicServiceSet）。如果一个站移出BSS的覆盖范围，它将不能再与BSS的其它成员通信。扩展服务集（ESS）：多个BSS可以构成一个扩展网络，称为扩展服务集（ESS）网络，一个ESS网络内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。连接BSS的组件称为分布式系统（DistributionSystem，DS）。SSID：服务集的标识，在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID，否则无法进行通信。802.11网络的基本元素–SSID和BSSIDAP1AP2BSSID1-SSIDSSID＝“marketing”SSID＝“marketing”ESSBSSID2-SSIDSSID是一个ESS的网络标识BSSID是一个BSS的标识BSSID实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。•距离越远速率越低•不同使用环境（信号干扰、衰耗）下最大覆盖范围也不一样•覆盖范围还与天线类型及发射功率有密切关系•802.11g的理论覆盖与802.11b的相同，比802.11a覆盖距离增加50％WLAN覆盖范围802.11b/g实际覆盖范围802.11b缺省配置下，室外覆盖距离可达300米，室内可达100米。而在实际中，覆盖距离更依赖于实际环境。一般来说，速率为1-2Mbps时，覆盖距离可到40-90米。速率为11Mbps时，覆盖距离只有10-30米。影响覆盖范围的因素--建筑结构--电磁设备基础网络结构模式中，网络中任意一台无线网络终端均可通过AP接入有线网络。此模式可作为有线网络的延伸和补充。由于无线带宽为共享带宽，通常建议一个AP可以接入20～30个无线客户端，以获取满意的访问数率。无线接入点AP以太网无线网卡