計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公選課—第5講 之 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、Computer Network無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公選課計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公選課 主講：賈慧娟主講：賈慧娟 e-mail: 目錄目錄n為什么要使用為什么要使用無(wú)線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)？n無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分類nWLANnWPANnWMAN 凡是自由空間均可連接網(wǎng)絡(luò)，不受限于線纜和端口位置。辦公大樓候機(jī)大廳渡假山莊商務(wù)酒店無(wú)線讓網(wǎng)絡(luò)使用起來(lái)更自由l 終端與交換設(shè)備之間省去布線，有效降低布線成本。l 適用于特殊地理環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，如隧道、港口碼頭、高速公路。終端與設(shè)備之間不方便通過(guò)線纜連接地理環(huán)境不適合布設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線讓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)更經(jīng)濟(jì)，通信更便利 不受限于時(shí)間和地點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可滿足各行

2、各業(yè)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。體育場(chǎng)館新聞中心展館與證券大廳制造車間物流運(yùn)輸無(wú)線讓工作更高效WPANWLANWMANl 2.4GHz ISM免費(fèi)頻段l低功耗、低成本l短距離通信(10米)l低速傳輸(723Kbps)l點(diǎn)到點(diǎn)及點(diǎn)到多點(diǎn)組網(wǎng)l連接便攜及固定設(shè)備l2.4/5.8GHz ISM免費(fèi)頻段l高傳輸速率（600Mbps）l中近距離通信（100-300米）l動(dòng)態(tài)速率調(diào)整l支持MESH組網(wǎng)l支持慢速移動(dòng)l266G 頻段 2-11GHz應(yīng)用于非視距傳輸 10-66GHz應(yīng)用于視距傳輸l較高傳輸速率 802.16-2004最大速率74Mbps 802.16e最大下載速率6Mbpsl遠(yuǎn)距離通信 802.16

3、-2004傳輸距離7-10km 802.16e傳輸距離3-5kml支持車速移動(dòng)(802.16e)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分類WLANlWLAN起源l什么是WLANlWLAN的技術(shù)特點(diǎn)l主流的WLAN技術(shù)lWLAN幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題無(wú)線局域網(wǎng)起源1971年，夏威夷大學(xué)（University of Hawaii）的研究人員創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無(wú)線電通訊網(wǎng)絡(luò)，被稱為ALOHNET網(wǎng)絡(luò)，是最早的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)WLAN包括了7臺(tái)計(jì)算機(jī)，采用雙向星型拓?fù)洌╞i-directional star topology）橫跨四座夏威夷的島嶼，中心計(jì)算機(jī)放置在瓦胡島（Oahu Island）上。從這時(shí)開(kāi)始，無(wú)線局域網(wǎng)可以說(shuō)是

4、正式誕生了。什么是什么是WLANWLAN：是Wireless LAN（無(wú)線局域網(wǎng)）的簡(jiǎn)稱：基于IP的，能提供一定范圍內(nèi)的高速數(shù)據(jù)連接；采用2.4GHz或5.8GHz無(wú)線頻率（ISM頻率）傳輸，沒(méi)有線纜限制；傳輸距離幾十米，采用特殊技術(shù)可以達(dá)到幾百米以上； WiFi是Wireless Fidelity（無(wú)線高保真）的簡(jiǎn)稱，主要指WiFi論壇組織，負(fù)責(zé)設(shè)備的互操作性的認(rèn)證（非強(qiáng)制性）；我們常說(shuō)的“WLAN”指的就是符合802.11系列協(xié)議的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)WLAN技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)無(wú)線局域網(wǎng) (Wireless Local Area Network) 是以射頻無(wú)線電波通信技術(shù)構(gòu)建的局域網(wǎng)，雖不采用纜線

5、，但也能提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。無(wú)線數(shù)據(jù)通信不僅可以作為有線數(shù)據(jù)通信的補(bǔ)充及延伸，而且還可以與有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境互為備份。缺點(diǎn)：u采用沖突檢測(cè)的多址接入方式，用戶較多時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能下降u公用頻段，易受干擾u互不干擾的頻點(diǎn)少，易自干擾u頻率較高，終端功率較低，難以連續(xù)覆蓋優(yōu)點(diǎn)：u傳輸速率高，空口速率最高為54Mbpsu安裝便捷u經(jīng)濟(jì)節(jié)約u易于擴(kuò)展WLAN無(wú)線局域網(wǎng)常用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有：IEEE的802.11系列協(xié)議族家用射頻工作組提出的HomeRF歐洲的HiperLAN2協(xié)議等。以IEEE 802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的無(wú)線局域網(wǎng)在標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)中脫穎而出，成為目前事實(shí)上的占主導(dǎo)地位的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決

6、局域網(wǎng)中，用戶與用戶終端的無(wú)線接入。l802.11l802.11bl802.11al802.11g主流的主流的WLAN技術(shù)技術(shù)WLAN技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（1/2）小范圍室內(nèi)覆蓋802.11s大范圍熱區(qū)覆蓋AP 模式802.11b802.11a/g802.11n11Mbps54Mbps300Mbps自主管理小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)輕量級(jí)管理大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)安全WEP802.11iWAPIWLAN技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（2/2） WLANWLAN標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)有如下四條主線：l速率提升：802.11（2Mbps） 802.11b（11Mbps） 802.11g/a（54Mbps） 802.11n（320Mbp

7、s）l安全提升：lWEP WPA WPA2 802.11ilWAPIl應(yīng)用優(yōu)化：包含一系列針對(duì)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)：802.11e（QoS）、802.11r（快速漫游）、802.11f（無(wú)縫漫游）、802.11h（自動(dòng)頻率選擇和發(fā)送功率控制）等lAP管理：自主管理集中管理802.11n802.11a/g802.11b802.112009年9月13日IEEE投票批準(zhǔn)802.11n正式形成標(biāo)準(zhǔn)！802.11b802.11g802.11n802.11n802.11a要點(diǎn)：藍(lán)牙、無(wú)繩電話以及微波爐會(huì)對(duì)WLAN造成干擾。802.11b802.11g802.11n150M速率802.11n300M速率802.11g

8、1611802.11n想要達(dá)到300M速度必須使用大車型，必須占兩條車道。要點(diǎn)：2.4GHz可用信道為信道1、6和11。11n必須占兩條信道才能達(dá)到300M，所以11n在2.4GHz無(wú)法全速率規(guī)模部署。802.11n150M速率149153157161165802.11n300M速率802.11n300M速率注：在美國(guó)，根據(jù)FCC規(guī)定在5GHz頻段可使用多達(dá)20多個(gè)信道802.11a802.11a 802.11a 802.11a802.11a5GHz信道多，不交錢也能用，交了錢就能買斷該信道。11n新品新品WA2600室內(nèi)型系列室內(nèi)型系列WA2620-AGN雙頻室內(nèi)型WA2610-AGN單頻室

9、內(nèi)型WA2612-AGN單頻室內(nèi)吸頂型室內(nèi)辦公樓宇等區(qū)域使用，美觀大方。全部可以采用POE供電方式，部署簡(jiǎn)單。各種安裝方式齊全：WA2610(壁掛)、WA2612(吸頂)、WA2620(壁掛吸頂桌面)802.11協(xié)議協(xié)議的的用戶接入容量用戶接入容量l802.11協(xié)議告訴我們：WLAN采用競(jìng)爭(zhēng)資源接入的方式，單個(gè)AP的用戶數(shù)達(dá)到30以上后，競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)急劇上升，最終的結(jié)果是不可用。l802.11協(xié)議將2.4G劃分成三個(gè)互不干擾的信道，因此，在同一物理空間2.4G頻段實(shí)際最大的接入人數(shù)為303=90人/3APWLAN幾個(gè)常見(jiàn)幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題？問(wèn)題？l抗干擾能力 無(wú)線局域網(wǎng)一般采用擴(kuò)頻技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)牡氖彝?/p>

10、天線，可以具有較好的抗干擾能力（譬如多徑干擾、墻、建筑物、辦公器材等）； 無(wú)線局域網(wǎng)采用2.4GHZ國(guó)家開(kāi)放的頻率，一般設(shè)備譬如對(duì)講機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等常規(guī)設(shè)備均不會(huì)產(chǎn)生干擾。lAP接入用戶數(shù)量？ 802.11b的AP由于理論帶寬只有11M，建議目標(biāo)覆蓋區(qū)域用戶數(shù)不超過(guò)10個(gè)；802.11g的AP理論帶寬是54M，建議目標(biāo)覆蓋區(qū)域用戶數(shù)不超過(guò)30個(gè)。lAP覆蓋范圍？AP輸出功率為100mw，室外開(kāi)闊地一般能覆蓋半徑3050m，室內(nèi)無(wú)墻體隔離的辦公區(qū)域半徑一般能覆蓋有1020m。lWLAN產(chǎn)品對(duì)人體的電磁輻射是安全的？ 典型的WLAN產(chǎn)品，如AP輸出功率為100mw，對(duì)于網(wǎng)卡來(lái)說(shuō)，通常只有1

11、0mw至50mw.相比較來(lái)說(shuō)，手機(jī)的發(fā)射功率在通話時(shí)超過(guò)1W，而無(wú)線對(duì)講機(jī)甚至達(dá)到5W。另外，隨發(fā)射頻率越高，輻射能力越低，而且使用的方式也并不像手機(jī)一樣和人體直接接觸，因此對(duì)人體沒(méi)有影響。WPAN(無(wú)線個(gè)域網(wǎng)無(wú)線個(gè)域網(wǎng))lWPAN的定義及特點(diǎn)l常見(jiàn)的WPAN技術(shù)：藍(lán)牙藍(lán)牙zigbeeUWB（無(wú)線超寬帶，（無(wú)線超寬帶，Ultra Wide Band）無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN (Wireless Personal Area Network)： 在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子設(shè)備用無(wú)線技術(shù)連接起來(lái)自組網(wǎng)絡(luò)，不需要使用接入點(diǎn) AP。WPAN 實(shí)際上就是一個(gè)

12、低功率、小范圍、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍大約在 10 m 左右。WPAN 都工作在 2.4 GHz 的 ISM 頻段。1. 藍(lán)牙系統(tǒng)藍(lán)牙系統(tǒng) (802.15.1)l 最早使用的 WPAN 是 1994 年愛(ài)立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng) ( Bluetooth )，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.1 。l 藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為 720 kb/s，通信范圍在 10 米左右。l 藍(lán)牙使用不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。直譯就是直譯就是“微微網(wǎng)微微網(wǎng)”，表示這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非，表示這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。常小。每一個(gè)皮可網(wǎng)有一個(gè)每一個(gè)皮可網(wǎng)有一個(gè)主設(shè)備主設(shè)備(Master)

13、和和最多最多7 7個(gè)個(gè)工作工作的的從設(shè)備從設(shè)備(Slave)。2. 低速低速 WPAN ( 802.15.4/ZigBee )l 低速 WPAN 主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自動(dòng)化與控制等領(lǐng)域，其速率是 2 250 kb/s。l 低速 WPAN 的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4。最近新修訂的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4-2006。l 低速 WPAN 中最重要的就是 ZigBee。l ZigBee 技術(shù)主要用于各種電子設(shè)備（固定的、便攜的或移動(dòng)的）之間的無(wú)線通信，其主要特點(diǎn)是通信距離短（10 80 m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。 ZigBee 的特點(diǎn)的特點(diǎn)l功耗非常低。在工作時(shí)，信

14、號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短；在工作時(shí)，信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短；而在非工作時(shí)，而在非工作時(shí)，ZigBee 結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，非常結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，非常省電。省電。對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)間之比小于對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)間之比小于 1% 的情況，的情況，電池的壽命甚至可以超過(guò)電池的壽命甚至可以超過(guò)10 年。年。l 網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)一個(gè) ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)最多包括有的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255 個(gè)結(jié)點(diǎn)，其個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是中一個(gè)是主設(shè)備主設(shè)備，其余則是，其余則是從設(shè)備從設(shè)備。若是通過(guò)若是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過(guò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過(guò) 64000 個(gè)結(jié)點(diǎn)。個(gè)結(jié)點(diǎn)。 3. 高速高速 WPAN（

15、 802.15.3 ）l 高速 WPAN 用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)，支持11 55 Mb/s的數(shù)據(jù)率，標(biāo)準(zhǔn)是 802.15.3 。l IEEE 802.15.3a 工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層標(biāo)準(zhǔn)的超高速 WPAN，它使用超寬帶 UWB 技術(shù)。l UWB 技術(shù)工作在 3.1 10.6 GHz 微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶信號(hào)的帶寬應(yīng)超過(guò)信號(hào)中心頻率的 25% 以上，或信號(hào)的絕對(duì)帶寬超過(guò) 500 MHz。l 超寬帶技術(shù)使用了瞬間高速脈沖，可支持 100 400 Mb/s 的數(shù)據(jù)率，可用于小范圍內(nèi)高速傳送圖像或 DVD 質(zhì)量的多媒體視頻文件。 WMANlWMAN標(biāo)準(zhǔn)的制定lW

16、imax：WMAN的別名lWimax的技術(shù)特點(diǎn)lWimax相比于WLAN和3G的優(yōu)點(diǎn)無(wú)線城域網(wǎng)WMAN WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) 2002 年 4 月通過(guò)了 802.16 無(wú)線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。 歐洲的 ETSI 也制訂類似的無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) HiperMAN。 WMAN 可提供“最后一英里”的寬帶無(wú)線接入（固定的、移動(dòng)的和便攜的）。 在許多情況下，無(wú)線城域網(wǎng)可用來(lái)代替現(xiàn)有的有線寬帶接入。傳輸速率高達(dá)70Mbps. WiMAX ( 802.16 )(Worldwide Interoperability for Microwave Access

17、)l WiMAX 常用來(lái)表示無(wú)線城域網(wǎng) WMAN，這與Wi-Fi 常用來(lái)表示無(wú)線局域網(wǎng) WLAN 相似。l IEEE 的 802.16 工作組是無(wú)線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂者，而 WiMAX 論壇則是 802.16 技術(shù)的推動(dòng)者。l 兩個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn) 802.16d（它的正式名字是（它的正式名字是 802.16-2004），是），是固定固定寬帶無(wú)線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（寬帶無(wú)線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（2 66 GHz頻段頻段）。）。 802.16 的增強(qiáng)版本，即的增強(qiáng)版本，即 802.16e，是支持，是支持移動(dòng)性移動(dòng)性的的寬帶無(wú)線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（寬帶無(wú)線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（2 6 GHz頻段頻段），它），它向下兼容

18、向下兼容 802.16-2004。 IEEE 802.16 (WiMAX)的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn)作為一種無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)，它可以將WiFi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)；也可作為DSL有線接入方式的無(wú)線擴(kuò)展或替代，實(shí)現(xiàn)最后一公里的寬帶接入；還可實(shí)現(xiàn)在服務(wù)區(qū)內(nèi)的漫游；WiMax可為50公里區(qū)域內(nèi)提供服務(wù)，用戶無(wú)需線纜即可與基站建立寬帶連接。IEEE 802.16 (WiMAX)的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn)WiMAX基站安裝在高樓上廣播無(wú)線信號(hào)，用戶使用Mobile Internet Device(MID) 、WiMAX使能的筆記本電腦、或者WiMAX調(diào)制解調(diào)器等用戶端設(shè)備接收信號(hào)。 美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)FCC規(guī)定無(wú)線局域網(wǎng)

19、WiFi的傳輸功率在1-100毫瓦，而一般的WiMAX傳輸功率大約100千瓦，WiFi功率只是WiMAX的一百萬(wàn)分之一。因此使用比WiFi基站高一百萬(wàn)倍傳輸功率的WiMAX基站，會(huì)比無(wú)線局域網(wǎng)WiFi終端傳輸距離大得多，可達(dá)幾到十幾公里，多個(gè)基站則可覆蓋幾十公里。WiMAX傳輸速率可高達(dá)70Mbps。802.16 無(wú)線城域網(wǎng)服務(wù)范圍無(wú)線城域網(wǎng)服務(wù)范圍ISPU N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y802.11 WLAN802.11 熱點(diǎn)802.11 WLAN802.16802.16802.16 基站802.16因特網(wǎng)802.16 基站802.16802.16電信網(wǎng) 802.16需在城市的多個(gè)高大建筑物上建立基站，基站間采用全雙工、寬帶通信方式工作，每個(gè)基站接入用戶數(shù)大大多于802.11，基站發(fā)送功率高達(dá)