Wi-Fi技術原理與應用.ppt

Wi-Fi技術概述,華僑大學信息科學與工程學院 信號與信息處理專業(yè),目錄,Wi-Fi的含義及相關介紹 Wi-Fi IEEE 802.11系列標準介紹 Wi-Fi的多種實現(xiàn)模式 Wi-Fi組網示意圖 Wi-Fi認證加密方式介紹 Wi-Fi技術優(yōu)勢及應用相關 思考討論,什么是Wi-Fi？ 1）.WiFi全稱Wireless Fidelity（無線保真度），又稱802.11b標準，它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時也與已有的各種802.11 DSSS（直接序列擴頻）設備兼容。 2）.1996年，美國網絡通訊設備大廠朗訊（Lucent）率先發(fā)起成立無線以太兼容性聯(lián)盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA），著手創(chuàng)立無線網絡協(xié)議（WLAN）。 3）. 1999年，WECA更名為Wi-Fi聯(lián)盟，再度架構一套認證標準，提出通訊行業(yè)界的無線網絡技術802.11一系列規(guī)格，包括802.11b、802.11a、802.11g等。 4）. Wi-Fi聯(lián)盟致力解決符合802.11標準的產品的生產和設備兼容性問題，為制定802.11無線網絡的組織，并非代表無線網絡。,WLAN、無線網路和Wi-Fi（WiFi）區(qū)別？,1）.WLAN是無線網絡的縮寫。又叫做無線局域網。利用了無線電頻率 (Radio Frequency, RF) 技術，令計算機用戶可以無線的方式，透過電磁波在空氣中傳輸資料 。又有無線廣域網叫做WWAN（Wireless Wide Area Network ）。 2）. Wi-Fi(Wireless Fidelity)是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA（Persional Digital Assistant）、手機等終端以無線方式互相連接的技術,Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌,由Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-Fi Alliance)所持有,目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網絡產品之間的互通性,現(xiàn)在我們一般會把Wi-Fi及IEEE 802.11混為一談,把Wi-Fi等同于無線網絡!實則不然。,802.11介紹802.11協(xié)議的發(fā)展歷程,802.11協(xié)議族,IEEE 802.11 1990年IEEE 802標準化委員會成立IEEE 802.11無線局域網標準工作組。該標準定義物理層和媒體訪問控制(MAC)規(guī)范。物理層定義了數(shù)據傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{制，工作在2.40002.4835GHz頻段。IEEE 802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網標準，主要用于難于布線的環(huán)境或移動環(huán)境中計算機的無線接入，由于傳輸速率最高只能達到2Mbps，所以，業(yè)務主要被用于數(shù)據的存取。 IEEE 802.11a 1999年，IEEE 802.11a標準制定完成，該標準規(guī)定無線局域網工作頻段在5.155.825GHz，數(shù)據傳輸速率達到54Mbps/72Mbps (Turbo)， 傳輸距離控制在10100米。802.11a采用正交頻分復用（OFDM）的獨特擴頻技術；可提供25Mbps的無線ATM接口和 10Mbps的以太網無線幀結構接口，以及TDD（時分雙工）/TDMA的空中接口；支持語音、數(shù)據、圖像業(yè)務；一個扇區(qū)可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。,IEEE 802.11b 1999年9月IEEE 802.11b被正式批準，該標準規(guī)定無線局域網工作頻段在2.42.4835GHz，數(shù)據傳輸速率達到11Mbps。該標準是對IEEE 802.11的一個補充，采用點對點模式和基本模式兩種運作模式，在數(shù)據傳輸速率方面可以根據實際情況在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率間自動切換，而且在2Mbps、1Mbps速率時與802.11兼容。802.11b使用直接序列（Direct Sequence）DSSS作為協(xié)議。802.11b和工作在5GHz頻率上與802.11a標準不兼容。由于價格低廉，802.11b產品已經被廣泛地投入市場，并在許多實際工作場所運行。 IEEE 802.11e/f/h IEEE 802.11e標準對無線局域網MAC層協(xié)議提出改進，以支持多媒體傳輸，以支持所有無線局域網無線廣播接口的服務質量保證QoS機制。 IEEE 802.11f，定義訪問節(jié)點之間的通信，支持IEEE 802.11的接入點互操作協(xié)議（IAPP）。 IEEE 802.11h用于802.11a的頻譜管理技術。,IEEE 802.11g IEEE的802.11g標準是對流行的802.11b（即Wi-Fi標準）的提速（速度從802.11b的11Mb/s提高到54Mb/s）。802.11g接入點支持802.11b和802.11g客戶設備。同樣，采用802.11g網卡的筆記本電腦也能訪問現(xiàn)有的802.11b接入點和新的802.11g接入點。 不過，基于802.11g標準的產品目前還不多見。如果你需要高速度，已經推出的802.11a產品可以提供54Mb/s的最高速度。802.11a的主要缺點是不能和802.11b設備互操作，而且與802.11b相比，802.11a網卡貴50%，接入點貴35%。 IEEE 802.11n WiFi聯(lián)盟在802.11a/b/g后面的一個無線傳輸標準協(xié)議是 802.11n,目的是為了實現(xiàn)高帶寬,高質量的WLAN服務,使無線局域網達到以太網的性能水平，其速率高達 300Mbps，802.11n技術硬體仍架構在802.11a/b/g上面,只是利用MIMO OFDM技術使傳輸速率大大增加而己，已于2009年9月批準。,WiFi的多種模式,AD-HOC 無線接入點 AP 點對點橋接 P to P 點對多點路由 P to MP 無線客戶端 AP Client 無線轉發(fā)器 Repeater 無線網狀網 WiMesh,AD-HOC（跳接式路由技術） 直接與ad hoc 無線網路中的其它電腦無線互聯(lián) 。這種連線類型僅對兩部或更多部電腦之間的連線有用，即一群計算機接上無線網絡卡，其中一臺計算機連接Internet就可以共享帶寬，實現(xiàn)網絡共享，無需透過Access Point。比如本圖有4臺機器同時共享寬帶，則每臺機器的可利用帶寬只有標準帶寬的1/3。,無線接入點【(Wireless) Access Point 】,無線接入點（有線無線互聯(lián)）AP相當于一個連接有線網和無線網的橋梁，其主要作用是將各個無線網絡客戶端連接到一起，然后將無線網絡接入以太網 。 需設置信道、密鑰（WEP有線等效保密協(xié)議 ）、網絡協(xié)議（如DHCP【動態(tài)主機設置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol】 ）、橋接等。,點對點橋接(Wbridge Point to Point ) 訪問接入點對在它的BSS（基本服務集）中的無線工作站仍起到一個中心控制器的作用，但是它僅與另外的一個無線網橋進行通信。通過“Preferred BSS ID”設置，對端AP的MAC來識別指定的AP，當然對端AP也需要進行相同的配置才可實現(xiàn)對點傳輸。例如：相同的SSID（Service Set Identifier服務集標識）、相同的信道、相同的應用模式 。,點對多點橋接(P to MP) 點對多點網橋的工作頻段為5.8GHz，此頻段為不收費頻段，采用802.11n技術1x1單發(fā)單收無線架構，提供最高達150Mbps的傳輸速率，系統(tǒng)兼容802.11a/n，可將分布于不同地點和不同建筑物之間的局域網連接起來，是真正實現(xiàn)高性能、多功能平臺的無線傳輸設備。,基站,5.8GHz 5Km15Km,無線客戶端（AP Client）, 無線客戶端無線有線互聯(lián) 自動捕捉信道 手工設置密鑰（WEP有線等效保密協(xié)議 ） 自動獲取IP地址（如果AP為DHCP）,客戶端,客戶端,客戶端,客戶端,客戶端,基站,無線轉發(fā)器（Wireless repeater ） 無線轉發(fā)器是用來轉發(fā)無線探測器或者遙控器的信號，構成聯(lián)動系統(tǒng)的重要器件，當遙控器或探測器和接收裝置之間因安裝距離較遠、通訊信號強度不足時可加裝無線轉發(fā)器(簡稱轉發(fā)器),以保證通訊正?？煽俊?客戶端,客戶端,客戶端,AP,無線轉發(fā)器,安裝注意事項：將轉發(fā)器安裝在兩個需要轉發(fā)的兩個設備之間，位置一般選取在拐角處等信號有明顯衰減的位置,WiMesh（Wireless Mesh Network） WiMesh 是一種基于IP協(xié)議的通信技術，它支持多點對多點的網狀結構，采用移動跳接式路由技術(Mobile AdHoc)，避免了星型網絡單點故障的問題，無線網狀網是低功率的多級跳點（Multihop）系統(tǒng)，它們處理消息的方式是把信息包從一個節(jié)點傳遞到另一個節(jié)點，直到信息包到達目的地。點到點網絡節(jié)點過濾掉所有信息包，只留下自己的信息包，與此不同的是，網狀網節(jié)點接收要傳給其它節(jié)點的信息包，并把它們再次傳送出去。多跳網絡運行方式很像因特網，并提供從源頭到目的地的多條冗余通信路徑。如果一條路徑由于硬件故障或干擾而停止工作， 網狀網會自動改變信息包的。,WiMesh的致命傷：1/n傳輸容量問題,SS,SS,SS,SS,BS,SS,SS,SS,SS,SS,標準WiFi技術指標,輸出功率：15dBm/17dBm/20dBm,WI-FI總體拓撲結構,無線信息共用網,RADIUS 服務器 Radius Server,網管服務器 NMS Server,計費服務器 Billing Server,企業(yè)內部網 Enterprise Intranet,VPN 網關 虛擬專用網絡（Virtual Private Network ）,接入控制器 Access Controllor,無線接入點 Access Point,INTERNET or International Wireless ISP(Internet Service Provider互聯(lián)網服務提供商 ）,接入控制器 Access Controllor,用戶WI-FI接入網,中小企業(yè)無線辦公WI-FI網絡應用,Wi-Fi的加密方式,Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/n)無線網絡的認證與加密方式,有Open System、WEP、WPA、 WPA2、MAC ALC,WPS等幾種加密方式: Open System Authentication:是代表系統(tǒng)不加密,可任意鏈接。 WEP:(Wired Equivalent Privacy):加密采用靜態(tài)的保密密鑰,主要是在AP端,User在訪問時一定key入40位或者256位的密匙才能正常訪問。 WPA:(Wi-Fi Protected Access):WPA-PSK是針對WEP在網絡防護上較薄弱的基礎,加強數(shù)據傳輸加密算法,可針對工業(yè)級及家庭使用,到目前為止WPA尚被破解過 (采用128bits,RC加密法)。 WPA2: WPA2顧名思義就是WPA的加強版,(采用AES加密算法,支持128bits,192bits,256bits,支持緩存密鑰和預認證),MAC ACL (Access Control List) :MAC ACL只能用于認證而不能用于加密,在無線基地臺輸入充許被連入的無線網卡MAC地址,不在此List內的無線網卡無法連入到AP。 WPS(Wi-Fi Protected Setup): 目前通過Wi-Fi Protected Setup認證的產品能夠為用戶提供兩種實現(xiàn)方式:按鈕配置（Push Button Configuration,PBC)、輸入PIN碼(Pin Input Configuration,PIN) （1）PIN方式:需要任一客戶端先與路由器連接,激活無線網卡生成一個隨機PIN碼,然后在路由器管理界面輸入該PIN碼即可 。 （2）PBC方式:即通常所講的一鍵加密,只需輕輕按下無線路由器上的WPS按鈕,再通過鼠標點擊無線網卡管理工具上的軟件按鈕,即可完成無線加密設置,從而在路由器和客戶端之前建立起一個安全的連接。,WIFI技術優(yōu)勢,(1). WIFI是由AP(Access Point)和無線網卡組成的無線局域網絡。 組網簡單，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要。 (2).應用靈活：能靈活勝任只有幾個用戶的小型網絡到上千用戶的大型網絡。 (3).豐富的終端支持，經濟節(jié)約 ，廠商進入該領域的門檻比較低。 WIFI組網的成本低廉。 (4).提供漫游服務：能提供有線網絡無法提供的漫游特性，方便用戶使用。,WIFI應用定位,Wi-Fi是一種局域網技術，主要用于解決“最后 100 m”的接入問題。從其與有線寬帶網絡的關系來看， Wi-Fi利用其技術優(yōu)勢能夠作為網絡延伸手段進一步擴大有線接入網絡的覆蓋面積及擴展移動通信網絡的應用。 Wi-Fi是提升有線寬帶用戶價值、提供差異化服務的有效手段，也是未來3G數(shù)據業(yè)務的有力補充。 3G可以利用 WIFI高速數(shù)據傳輸?shù)奶攸c彌補自己數(shù)據傳輸速率受限的不足。在 Wi-Fi網絡覆蓋范圍內，允許用戶在任何時間、任何地點訪問公司的辦公網或國際互聯(lián)網，隨時隨地享受網上證券、視頻點播(VOD)、遠程教育、遠程醫(yī)療、視頻會議、網絡游戲等一系列寬帶信息增值服務，并實現(xiàn)移動辦公。,制約 WIFI技術發(fā)展的因素,數(shù)據傳輸速率有限。雖然Wi-Fi技術最高數(shù)據傳輸速率標稱可達 1154 Mbit/s，但系統(tǒng)開銷會使應用層速率減少50%左右。 無線電波間存在相互影響的現(xiàn)象，特別是同頻段、同技術設備之間將存在明顯影響。在多運營商環(huán)境中，不同 AP(Access Point)間的頻率干擾會使數(shù)據傳輸速率明顯降低，在有三個運營商同時運營的環(huán)境中不能實現(xiàn)多用戶的同時高速數(shù)據業(yè)務。 無線電波在傳播中根據障礙物不同將發(fā)生折射、反射、衍射、信號無法穿透等情況，其質量和信號的穩(wěn)定性都不如有線接入方式。 Wi-Fi實現(xiàn)規(guī)模覆蓋的最大的缺陷在于