WLAN 概述及解决方案

WLAN概述及解决方案WLAN概述无线网络分类WPANWLANWMANWWAN2.4GHzISM免费频段低功耗、低成本段距离通信（10米）低速传输（723Kbps）点到点及点到多点组网连接便携及固定设备2.4/5.8GHzISM免费频段高传输速率600Mbps中近距离通信100-300米动态速率调整支持MESH组网支持慢速移动2-66G频段2-11GHz应用于非视距传输10-66GHz用于视距传输较高传输速率802.16-2004最大74Mbps802.16e最大下载速率6Mbps远距离通信802.16-2004传输距离7-10KM802.16e传输距离3-5KM支持车速移动（802.16e）2G频段中等的传输速率上行1M下行2M通过基站的建设可以扩大覆盖范围。WLAN概述为什么要使用WLAN网络WLAN定义WLAN技术以及发展进程无线让网络使用更自由凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。办公大楼候机大厅渡假山庄商务酒店无线让网络建设更经济，通信更便利终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。终端与设备之间不方便通过线缆连接地理环境不适合布设有线网络无线让工作更高效体育场馆新闻中心展馆与证券大厅制造车间物流运输不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。WLAN定义WLAN(WirelessLocalAreaNetwork无线局域网)是利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。它以无线电波作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。802.11网络的基本元素——BSSStations(STA)：无线终端设备AP（AccessPoint）：无线接入点BSS（BasicServiceSet）：基本服务集BSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4APAP802.11网络的基本元素——DSDS（DistributionSystem）：分布式系统BSS2APBSS1APDS802.11网络的基本元素——SSIDAP1SSID＝“marketing”SSID：ServiceSetID服务集识别码STASTASTA802.11网络的基本元素——ESSESS（ExtendedServiceSet）扩展服务集是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。ESSBSS2AP2Servicesetidentify(SSID1)BSS1AP1Servicesetidentify(SSID1)属于同一VLAN的客户端DS速率、安全、QoS、漫游无线标准的四大核心IEEE802.11工作组制定无线局域网标准速率标准：802.11(2M)、802.11b(11M)、802.11a/g(54M)、802.11n(600M)安全标准：802.11i,WAPI(中国国家标准，目前已经是三大运营商企业标准）QoS标准：802.11e漫游标准：802.11r1997199819992000200120022003200420052006200720082009802.11802.11a802.11b802.11iWAPI802.11e802.11n802.11r802.11gIEEE802.11标准IEEE802.11标准-物理层PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(5.5/11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)802.11n(600Mbps)802.11b11Mbps802.11a/g54Mbps802.11n300Mbps!!!IEEE802.11协议物理层演进无线局域网标准发展——速率标准号IEEE802.11bIEEE802.11aIEEE802.11gIEEE802.11n标准发布时间1999.91999.92003.62009.9草案工作频率范围2.4－2.4835GHz5.150－5.350GHz5.475－5.725GHz5.725－5.850GHz2.4－2.4835GHz2.4－2.4835GHz5.150－5.850GHz非重叠信道数38or12315最高速率（Mbps）115454300-600实际吞吐量（Mbps）62424100以上受干扰机率高低高低环境适应性差较好好很好调制方式CCK/DSSSOFDMCCK/OFDMMIMO/OFDM兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n802.11b/g的信道每隔5MHz一个，每个信道宽度是22MHz，实际只有3个互不干扰的信道（1，6，11），它们之间中心频率相隔25MHz。802.11b/g的信道划分（2.4G）IEEE802.11物理层——信道划分802.11a的信道划分（5G）IEEE802.11物理层——802.11FHSS跳频扩频(FrequencyHoppingSpreadSpectrum，简称FHSS)就是载波可以在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率。使用FHSS技术，2.4G频道被划分成75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。IEEE802.11物理层——802.11bDSSS直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum，简称DSSS)就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频技术将2.4Ghz的频宽划分成13个22MHz的通道(Channel)，临近的通道互相重叠，在13个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这13个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。IEEE802.11物理层——802.11a/gOFDM正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,简称OFDM)技术是一种多载波发射技术，它将可用频谱划分为多个载波，每一个载波都用低速率数据流进行调制。它获取高数据传输率的诀窍就是，把高速数据信息分开为几个交替的、并行的Bit流，分别调制到多个分离的子载频上，从而使信道频谱被分到几个独立的、非选择的频率子信道上，实现高频谱利用率。802.11n——物理层关键技术MIMO是802.11n物理层的核心，指的是一个系统采用多个天线进行无线信号的收发。它是当今无线最热门的技术，无论是3G、IEEE802.16e还是802.11n，都把MIMO列入射频的关键技术。MIMO802.11n——物理层关键技术MIMO的特点：提高吞吐量通过多条通道，并发传递多条空间流，可以成倍提高系统吞吐量。提高无线链路的健壮性和改善SNR通过多条通道，无线信号从发射端到达接收端多个接收天线。由于经过多条通道传播，每条路径一般不会同时衰减严重，采用某种算法把这些信号进行综合计算，可以改善接收端的SNR。802.11n——物理层关键技术空分复用(SpaceDivisionMultiplexing，简称SDM)当系统基于MIMO同时传递多条独立空间流（spatialstreams），将成倍地提高系统的吞吐量。SDM802.11n——物理层关键技术MIMO/SDM系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为2，则支持的空间流为2。MIMO/SDM系统一般用“发射天线数量×接收天线数量”表示。MIMO/SDM是在发射端和接收端之间，通过存在的多条通道来同时传播多条流。一直以来，无线技术(如OFMD)总是企图克服多径效应的影响，而MIMO恰恰是在利用多径来传输数据。802.11n——物理层关键技术MIMO-OFDM在室内等典型应用环境下，由于多径效应的影响，信号在接收侧很容易发生码间干扰(ISI)，从而导致高误码率。OFDM调制技术是将一个物理信道划分为多个子载体（sub-carrier）,将高速率的数据流调制成多个较低速率的子数据流，通过这些子载体进行通讯，从而减少码间干扰机会，提高物理层吞吐量。OFDM在802.11a/g时代已经成熟使用，到了802.11n时代，它将MIMO支持的子载体从52个提高到56个。无论802.11a/g，还是802.11n，它们都使用了4个子载体作为pilot子载体，而这些子载体并不用于数据的传递。所以802.11nMIMO将物理速率从传统的54Mbps提高到了58.5Mbps。802.11n——物理层关键技术前向纠错（ForwardErrorCorrection，简称FEC）为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率（有效信息和整个编码的比率）从3/4提高到5/6。所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps。FEC802.11n——物理层关键技术短保护间隔（ShortGuardInterval，简称ShortGI)由于多径效应的影响，信息符号（InformationSymbol）将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，导致码间干扰。为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时，必须保证在信息符号之间存在800ns的时间间隔，这个间隔被称为保护间隔（GuardIntervalGI)。802.11n缺省时仍然使用800nsGI。当多径效应不是很严重时，用户可以将该间隔配置为400ns，对于一条空间流，可以将吞吐提高近10％，即从65Mbps提高到72.2Mbps。对于多径效应较明显的环境，不建议使用SGI。ShortGI802.11n——物理层关键技术40MHz绑定技术对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以提高吞吐量。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐量。需要注意的是：对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2Mbps提高到144.4（即72.2×2）Mbps。对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104（52×2）提高到108。按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。802.11n——物理层关键技术调制编码方案（ModulationCodingScheme，简称MCS）在802.11a/b/g时代，配置AP工作的速率非常简单，只要指定特定radio类型（802.11a/b/g）所使用的速率集，速率范围从1Mbps到54Mbps,一共有12种可能的物理速率。到了802.11n时代，由于物理速率依赖于调制方法、编码率、空间流数量、是否40MHz绑定等多个因素。这些影响吞吐的因素组合在一起，将产生非常多的物理速率供选择使用。比如基于ShortGI,40MHz绑定等技术，在4条空间流的条件下，物理速率可以达到600Mbps(即4*150)。为此，802.11n提出了MCS的概念。MCS可以理解为这些影响速率因素的完整组合，每种组合用整数来唯一标示。对于AP，MCS普遍支持的范围为0-15。MCSIEEE802.11标准——MAC层MAC802.11/11a/11b/11g/11nMAC802.11f—漫游和切换802.11e—QoS802.11i—安全增强802.11s—m