第一章无线局域网概述

第一章无线局域网概述

引入 • 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。 • WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。

课程目标 学习完本课程，您应该能够： • 了解WLAN基础知识 • 了解802.11协议族标准 • 了解主流WLAN设备及天线 • 了解WLAN典型部署

目录 • WLAN基础知识 • 802.11协议族 • WLAN设备 • WLAN典型部署

WLAN基础知识 • 为什么要使用WLAN网络 • 什么是WLAN • WLAN技术的发展进程

无线网络类型 无线广域网（Wireless Wide-Area Network，WWAN）无线城域网（Wireless Metropolitan Area Networks，WMAN）无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）无线个人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）

可移动性 • 无线设备的应用 • VPNs • 数据、语音和视频综合应用 • 高可用性 • 服务质量保证 • 电子商务体系 • 分布式数据库 • Extranet, 供应链n • 基于Web的Intranet结构 • 新商业应用 • 安全性 • 交换式体系结构网络 • 性价比 • 可管理性无线WLAN的出现是网络应用发展的必然用户对网络的要求 • 真正的可移动性 • 随时随地查看相关信息 • 灵活性 • 企业员工更容易地实时访问企业信息 • 不能受布线地约束而只能在办工桌前接入网络基于INTERNET的商业服务传统网络化商业服务无处不在的网络商业服务

Internet Hub 有线局域网 • 传统有线局域网：采用传统电缆和计算机设备组成覆盖局部地域地网络，完成信息交互功能。 Ethernet

Internet 无线局域网（WLAN） • 计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能。 Ethernet Access Point Server

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。地理环境不适合布设有线网络终端与设备之间不方便通过线缆连接

无线让工作更高效 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。展馆与证券大厅体育场馆新闻中心制造车间物流运输

无线局域网特点 • 移动性。用户可以在WLAN覆盖地范围内自由移动，并可以在服务商提供服务的不同地点实现漫游。 • 可扩展性。在无线局域网中增加或减少移动主机都是相当容易的，增加无线接入点就可以增大用户数量和覆盖范围。 • 安全性。采用扩频技术和加密机制，无线局域网还具有抗干扰性强、网络保密性好的特点；

无线局域网应用范围 • 用户同时要求能在移动或者半移动状态下接入网络，得到高效率、高质量、低商业成本的数据。在这一方面这无线网络所提供的移动和无线接入却是有线网络无法相比的。适合于：  接入组织网络信息系统，包括电子邮件、文件传输和终端仿真  难于布线的环境，如老建筑、布线困难或昂贵的露天区域和工厂  公共场所如校园会议室、展览厅、咖啡厅等人员变动频繁的地方  移动频繁的场所，如餐厅、仓储超市等  小办公室和家庭办公室(SOHO)用户 ……. 通过网络规划，无线局域网可实现的无缝覆盖，可使用户实现3W（无论何时、无论何地、以任何方式）网络接入。

IrDA BlueTooth 802.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 几种主要的WLAN技术

蓝牙规范（Bluetooth） 蓝牙规范是由SIG（特别兴趣小组）制定的一个公共的、无需许可证的规范，其目的是实现短距离无线语音和数据通信。蓝牙技术工作于2.4GHz的ISM频段，基带部分的数据速率为1Mbit/s，有效无线通信距离为10~100m，采用时分双工传输方案实现全双工传输。

HomeRF标准 在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，Home RF工作组于1998年为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，即共享无线访问协议（SWAP）。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准。之后，HomeRF工作组又制定了HomeRF标准，用于实现PC机和用户电子设备之间的无线数字通信，是IEEE802.11与泛欧数字无绳电话标准（DECT）相结合的一种开放标准。HomeRF标准采用扩频技术，工作在2.4GHz频带，可同步支持4条高质量语音信道并且具有低功耗的优点，适合用于笔记本电脑。

HyperLAN/2标准 2002年2月，ETI的宽带无线接入网络（Broadband Radio Access Networks，BRAN）小组公布了HiperLAN/2标准。HiperLAN/2标准由全球论坛（H2GF）开发并制定，在5GHz的频段上运行，并采用OFDM调制方式，物理层最高速率可达54Mbit/s，是一种高性能的局域网标准。HyperLAN/2标准定义了动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等多种信令和测量方法，用来支持无线网络的功能。

无线局域网标准的比较 802.11系列协议是由IEEE制定的，目前居于主导地位的无线局域网标准。HomeRF主要是为家庭网络设计的，是802.11与DECT的结合。HomeRF和蓝牙都工作在2.4GHz ISM频段，并且都采用跳频扩频（FHSS）技术。因此，HomeRF产品和蓝牙产品之间几乎没有相互干扰。蓝牙技术适用于松散型的网络，可以让设备为一个单独的数据建立一个连接，而HomeRF技术则不像蓝牙技术那样随意。组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定一个惟一的识别代码，因而比蓝牙技术更安全。802.11使用的是TCP/IP协议，适用于功率更大的网络，有效工作距离比蓝牙技术和HomeRF要长得多。

802.11协议的发展进程

902MHz North & South America 902 928 Americas, most of Europe, China 2.4GHz Japan Spain 2400 2440 2480 2500 France 5.1GHz U-NII U-NII Japan* Europe HiperLAN2* Europe HiperLAN1 5100 5200 5300 5400 5500 5600 5700 5800 5900 U-NII: Unlicensed National Information Infrastructure *Frequency Allocations are pending 无需授权使用的无线频率(ISM) • 902MHz • 26MHz BW • Crowded • Worldwide limited • 2.4GHz • 83.5MHz BW • Available worldwide • IEEE802.11 WLANs • 5.1GHz • 300MHzBWdiscontinuous • Developing

2.467 2.417 2.427 2.437 2.447 2.457 5 10 4 9 14 3 8 13 2 7 12 1 6 11 2.412 2.422 2.432 2.442 2.452 2.462 2.472 2.484 802.11b/g工作频段划分图

各个国家授权使用的频段 Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan x 1 2.412 x x x 2 2.417 x x x 3 2.422 x x x 4 2.427 x x x 5 2.432 x x x 6 2.437 x x x 7 2.442 x x x 8 2.447 x x x 9 2.452 x x x 10 2.457 x x x 11 2.462 x x x 12 2.467 x x 13 2.472 x 14 2.484 x

蜂窝式无线覆盖 • 任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道。 • 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰。 • 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。

无线高密区域－802.11a&g双波段覆盖 • 适应于高密度集中覆盖接入需求 • 有效的实现用户接入的均衡分担 • 采用多模双频设备进行信号部署

802.11n

11n的频宽模式 • 两种频宽模式802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准，与11a/b/g只用20MHz带宽不同的是11n定义了两种频带宽度：HT20（20MHz带宽）和HT40（40MHz带宽），在HT40模式下可以获得HT20模式两倍以上的吞吐量。 • 20MHz: 满足兼容性 • 40MHZ: 满足高性能需求 • 40MHz 频宽 • ‘High Throughput’ (HT) 信道，提供两倍于20MHz频宽模式的带宽 • 两个20MHz信道被捆绑，一个是主，一个是辅 • 主信道: 发送beacon报文和部分数据报文 • 辅信道: 发送其它报文 • 40MHz 频宽模式基本不建议在2.4GHz使用 • 在2.4GHz没有互不干扰的40MHz信道

40MHz频宽模式 40MHz频宽虽然可以获得更多的频谱利用率，但是对于2.4GHz频段仅有的100MHz频谱资源来说却显得有些尴尬，因为一个40MHz的信道带宽实际需要占据60MHz的频谱宽度，足以吃掉它所有的资源。然而5.8GHz频段具有丰富的频谱资源，可以轻松承受3个以上40MHz的信道，而且使用了MIMO技术还令这个频点的覆盖效果比原来要好上不少，所以想要获得高吞吐量，建议使用5GHz的11n进行部署。然而这样，我们还要注意老用户，因为他们的11a网卡远没有11g的多，所以40MHz更适合于新建11n网络。

Short GI 射频芯片在使用OFDM调制方式发送数据时，整个帧是被划分成不同的数据块进行发送的，为了数据传输的可靠性，数据块之间会有GI（Guard Interval），用以保证接收侧能够正确的解析出各个数据块。无线信号在空间传输会因多径等因素在接收侧形成时延，如果后面的数据块发送的过快的话，会和前一个数据块的形成干扰，而GI就是用来规避这个干扰的。如图所示，在多径环境中，前一个数据块还没有发送完成，后一个数据块可能通过不同的路径先到达，合理的GI长度能够避免相互干扰。如果GI时长不合理，会降低链路的有效SNR。 short-gi enable：缺省情况下，Short GI功能处于使能状态。使用场景：Short GI使用于多径情况较少、射频环境较好的应用场景。在多径效应影响较大的时候，应该关闭Short GI功能。

帧聚合 802.11MAC层协议耗费了相当的效率用作链路的维护，如在数据之前添加PLCP Preamble、PLCP Header、MAC头，同时，在信道的竞争中所产生的冲突，以及为解决冲突而引入的退避机制都大大降低了系统的吞吐量。为解决这些问题，802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率。 • 报文聚合技术包括： • MSDU的聚合； • MPDU的聚合。

其他WLAN相关组织和标准 • Wi-Fi联盟 • 成立于1999年的Wi-Fi联盟是一个非牟利国际协会，旨在认证基于IEEE 802.11规格的无线局域网产品的互操作性和推动wireless新标准的制定 • 目前已知的相关标准 WPA：802.11i的子集，支持802.1x认证以及TKIP加密算法 WPA2： 802.11i WMM：802.11e的子集，支持EDCA方式 • CAPWAP • IETF目前有关于无线交换机和FIT AP间控制和管理标准化的工作组 • 比较重要的标准 Architecture Taxonomy for CAPWAP (RFC 4118) LWAPP (最新的草案更名为CAPWAP specification) • WAPI • 中国无线网络产品国标中安全机制的标准，包括无线局域网鉴别（WAI）和保密基础结构（WPI）两部分。

WLAN产品对人体的电磁辐射是安全的 • 很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用，对人体来说是安全。 • 典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可以达到5 W。 • 政府有相关的法令对发射功率进行严格的限制，因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害的。

无线局域网应用发展前景 • 从技术发展趋势来看，无线网络的接入速率和容量已大大增加，单个接入点的速率可达11、22、54Mbps，数据误码率已达10-8，在很多场合，以能够提供和有线网络相比拟的带宽和速率。 ¶ 维护费用的减少和灵活性的增加为用户带来了较高的投资回报： • 安装快速而简单。 • 费用降低 • 移动、主机增减和改变都相当便利。

无线局域网应用发展前景 • 无线局域网具有极大的发展前景，是运营商优化现有网络，提供增值服务从而获利的一种有效手段。  从作为有线局域网的延伸转变为高速无线因特网接入技术。 • 无线INTERNET接入的用户数量将超过有线的用户数。据预测，到2005年， 70％的欧洲网络用户是可移动方式的（笔记本电脑、PDA…...）。

本章总结 本章首先介绍了无线网络的发展史；然后对802.11无线网络做了简单介绍。

第一章 无线局域网概述