WLAN基礎知識講解PPT課件

1、Page 1第1頁/共52頁 Wi-Fi最初是Wi-Fi聯(lián)盟（Wi-Fi Alliance）的注冊商標，用來描述基于802.11系列協(xié)議的無線局域網技術，現(xiàn)在也被用來描述WLAN中移動設備的無線接口。 Wi-Fi聯(lián)盟由工業(yè)界發(fā)起成立的一個全球性的非盈利組織，負責測試和認證兼容IEEE 802.11系列協(xié)議的設備，并且對于通過測試和認證的設備打上Wi-Fi認證標志。Page 2第2頁/共52頁IEEE802.11系列標準是無線局域網（Wireless Local Area Network, WLAN）技術中應用最普遍的標準，該標準定義了物理層和媒體訪問控制（MAC）協(xié)議的規(guī)范。 主要包括：802

2、.11 802.11b 802.11a 802.11g 802.11nPage 3第3頁/共52頁 802.11：1997年，原始標準 (2Mbit/s，工作在2.4GHz) 802.11a：1999年，物理層補充 (54Mbit/s，工作在5GHz)802.11b：1999年，物理層補充 (11Mbit/s，工作在2.4GHz) 802.11c：2001年，符合802.1d的媒體接入控制層橋接 (MAC Layer Bridging) 802.11d：2001年，根據(jù)各國無線電規(guī)定做的調整，增加跨國自適應機制802.11e：2005年，支持服務等級 (Quality of Service)

3、，主要用于流媒體服務802.11f：2003年，基站互連性 (IAPP, Inter-Access Point Protocol)，2006年撤銷 802.11g：2003年，物理層補充 (54Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11h：2004年，專為歐洲設計，動態(tài)頻率選擇和傳輸功率控制機制802.11i：2004年，無線網絡的安全方面的補充802.11j：2004年，專為日本設計，按照日本無線規(guī)則所做無線覆蓋半徑的調整 802.11k：2007年，無線資源管理，靈活調整頻段頻道載波等，提高頻段利用效率802.11l：預留及準備不使用802.11m：2007年，修訂和維護上述標準的細節(jié)

4、 802.11n：2009年9月IEEE標準委員會批準通過802.11n成為正式標準 ，支持多進多出技術 (MIMO) Page 4第4頁/共52頁Page 5對于802.11b/g整個2.4G頻段被劃分為14個信道,每個信道的帶寬為22MHz在802.11中,每個站點或者AP使用某個信道作為傳輸媒介,也被稱為工作信道信道美國和加拿大(MHz）歐洲（MHz）中國和日本(MHz)12412241224122241724172417324222422242242427242724275243224322432624372437243772442244224428244724472447924522

5、4522452102457245724571124622462246212X2467246713X2472247214XX2484第5頁/共52頁Page 6為了避免信道間干擾，同一區(qū)域內的AP的工作信道不能重疊，中心頻率間隔最少為25MHz，因此最多只能有3個工作在不同信道的AP11個信道 ：每個信道占用22 MHz，有且只有1個信道集合中有3個互不重疊的信道1, 6, 1114信道 ：每個信道占用22MHz，可劃分為4個具有3個互不重疊信道的信道集合 1, 6, 11, 2, 7, 12, 3, 8, 13, 4, 9, 14，但每次只能使用一個信道集合第6頁/共52頁Page 7q右表為

6、美國UNII（ Unlicensed National Information Infrastructure ）頻段信道分配表，包含24個互不干擾的信道。q在5GHz頻段以5M為步進劃分信道，信道編號n=(信道中心頻率GHz5GHz)*1000/5。q在中國802.11a工作在5.7255.850GHz頻段的5個信道，操作信道號分別為：149、153、157、161、165第7頁/共52頁Page 8 5.8GHz中國頻段中，可提供五個互不干擾的信道 每信道占用20MHz頻帶帶寬; 提供6/9/12/18/24/36/48/54Mbps 數(shù)據(jù)傳輸速率; 采用OFDM調制方式;第8頁/共52頁P

7、age 9802.11802.11b802.11a802.11g標準發(fā)布時間標準發(fā)布時間1997.71999.91999.92003.6可用頻寬可用頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍頻率范圍2.400-2.4835GHz2.400-2.4835GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.4835GHz非重疊信道數(shù)非重疊信道數(shù)33143調制技術調制技術FHSS / DSSSCCK / DSSSOFDMCCK / OFDM物理傳輸速率物理傳輸速率1, 2 Mbps1, 2, 5.5, 11 Mbps6, 9, 12, 18, 24,

8、 36, 48, 54Mbps6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54Mbps理論吞吐量理論吞吐量1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps第9頁/共52頁Page 10 MIMO是一個非常復雜的技術，簡單來講就是結合復數(shù)的RF鏈路和復數(shù)的天線，同時在多個天線上發(fā)送出不同的信號，而接收端則通過通過不同的天線將不同的信號在不同的RF鏈路上將不同的信號獨立的解碼出來。 多天線，MIMO在802.11N通常定義為MN，其中M為Tx天線數(shù) ，N為接收天線數(shù)。 多空間串流，空間串流數(shù)是決定最高物理傳輸速率的參數(shù)，在802.11n中定義了最高的串流數(shù)為4。串流數(shù)也

9、多速率就越高，在802.11n中，在其他參數(shù)確定后，最高速率按空間串流Nss的倍數(shù)變化，如1個獨立串流最高可達150Mbps，2獨立串流則為300, 3個獨立空間流為450Mbps，4個獨立空間流600Mbps。 串流數(shù)與天線，一般而言，天線數(shù)與串流數(shù)一致，也可采用不對稱的天線數(shù)和串流數(shù)，但是天線數(shù)量必須不小于串流數(shù)，如2個空間串流的至少需要兩個天線來支持?；鶐盘柼幚鞷XRXMACetc基帶信號處理TXTXMACetc第10頁/共52頁Page 11 兩種模式可選，20MHz，40MHz。 20MHz時，使用一個channel。信道寬度與802.11a/b/g相同，在802.11n標準中，強

10、制20MHz為默認值。 40MHz是可選配置項，11n設備可以不支持40MHz模式， AP在40MHz時必須相容20MHz模式，AP根據(jù)station的能力及環(huán)境因素，動態(tài)選擇20/40M的模式來發(fā)送。動態(tài)選擇的機制: 基于動態(tài)速率選擇的算法，策略與傳統(tǒng)的802.11bg類似。 當擴展信道出現(xiàn)沖突時，AP會關閉擴展信道，而轉為只在主信道上發(fā)送 在802.11n設備中，都會有第11頁/共52頁Page 12 802.11 b/g 802.11 n/g 802.11ng模式，工作在2.4Ghz，向前兼容802.11b/g的station. 802.11 a/n 802.11AN模式，與802.11

11、A工作在相同的5Ghz，向前兼容802.11a Only N（可選項） Enable工作在純N模式下，傳統(tǒng)的abg station無法與AP連接第12頁/共52頁Page 13 Short GI（guard interval）就是400ns GI (與800nsGI比較),例如: HT-40 MCS Index=15, 800ns GI是270Mbps; 400ns GI是300Mbps。 Enable和disabled Short GI對11NData rate的影響簡單的用以下公式表示：Short GI rate = 10/9 * Non-Short GI Rate。如MCS index=

12、15時，ShortGI disable時，Data rate=270M，Short GI enable時Datarate=300M。 是否支持short GI Ht Capabilities information element也有對應的bit來表示。 Short GI由于可以顯著的提升速率，是802.11N的關鍵技術之一第13頁/共52頁Page 14 在802.11a/g中規(guī)定了7個速率（6，12，18，24，36，48和54），802.11N的速率可多達300個可選速率，但是基準速率只有8種：6.5，13，19.5，26，39，5258.5，65。這一基準速率相比以802.11a/g，

13、提高了大約8%（如18-19.5）,65沒有在對應于802.11a/g的速率。其他的速率一般都來源于此8個基本速率。 11n的datarate與多個因素有關 Number of separate stream（Nss）。就是我們所講的MIMO里多少個獨立的空間傳輸串流。在目前的APs解決方案中都是為兩個獨立的空間流，Nss=2。 Channel bandwidth 20/40Mhz. Short GI 具體的組合請參看附錄中的速率表第14頁/共52頁Page 15MCS IndexModulationRNBPSCNSDNSPNCBPSNDBPSData Rates(Mbps)800ns GI4

14、00ns GI0BPSK1/2152452266.57.21QPSK1/225241045213.014.42QPSK3/425241047819.521.7316-QAM1/2452420810426.028.9416-QAM3/4452420815639.043.3564-QAM2/3652431220852.057.8664-QAM3/4652431223458.565.0764-QAM5/6652431226065.072.2Mandatory 20 MHz, NSS = 1, NES= 1第15頁/共52頁Page 16Mandatory 20 MHz, NSS = 2, NES=

15、1MCS IndexModulationRNBPSCNSDNSPNCBPSNDBPSData Rates(Mbps)800ns GI400ns GI8BPSK1/215241045213.014.4449QPSK1/2252420810426.028.88910QPSK3/4252420815639.043.3331116-QAM1/2452441620852.057.7781216-QAM3/4452441631278.086.6671364-QAM2/36524624416104.0115.5561464-QAM3/46524624468117.0130.01564-QAM5/665246

16、24520130.0144.444第16頁/共52頁Page 17Mandatory 40 MHz, NSS = 1, NES= 1MCS IndexModulationRNBPSCNSDNSPNCBPSNDBPSData Rates(Mbps)800ns GI400ns GI0BPSK1/2110861085413.515.01QPSK1/22108621610827.030.02QPSK3/42108621616240.545.0316-QAM1/24108643221654.060.0416-QAM3/44108643232481.090.0564-QAM2/36108664843210

17、8.0120.0664-QAM3/461086648486121.5135.0764-QAM5/661086648540135.0150.0第17頁/共52頁Page 18Mandatory 40 MHz, NSS = 2, NES= 1MCS IndexModulationRNBPSCNSDNSPNCBPSNDBPSData Rates(Mbps)800ns GI400ns GI8BPSK1/215241045227.030.09QPSK1/2252420810454.060.010QPSK3/4252420815681.090.01116-QAM1/24524416208108.0120.

18、01216-QAM3/44524416312162.0180.01364-QAM2/36524624416216.0240.01464-QAM3/46524624468243.0270.01564-QAM5/66524624520270.0300.0第18頁/共52頁Page 19第19頁/共52頁Page 20STAAP第一步：發(fā)現(xiàn)（Discovery）第二步：認證（Authentication）第三步：關聯(lián)（Association）STA和建立關聯(lián)的AP收發(fā)數(shù)據(jù)三步曲第20頁/共52頁Page 21l基本CSMA/CA的具體過程l包括載波偵聽和沖突避免兩個過程p載波偵聽 ：站點在發(fā)送幀之前

19、偵聽無線信道是否空閑，如果是，則發(fā)送數(shù)據(jù)幀，如果當前信道忙，說明現(xiàn)在有其它站點正在傳輸數(shù)據(jù)，則延遲發(fā)送幀直到偵聽到信道空閑 p沖突避免：站點在發(fā)送幀之前要先等待一個幀間間隔IFS（Inter Frame Spacing），并且確保在IFS時間內信道空閑n為了防止多個站點在等待IFS時間后同時發(fā)送而導致沖突，引入了一個隨機退避算法來選擇一個退避時間 （back off time）第21頁/共52頁Page 22第22頁/共52頁Page 23Wireless漫游的概念站點移出一個AP的信號覆蓋范圍外，進入另一個AP的信號覆蓋范圍內，這時它需要關聯(lián)到一個新的AP上。這個過程也被稱為漫游，有時也被稱

20、為切換（Handoff），在漫游域內，所有AP配置了相同的SSID。Wireless漫游的分類 二層漫游 三層漫游 第23頁/共52頁Page 24l 在同一個子網內的AP間漫游l 由于不涉及子網的變化，因此只需保證用戶在AP間切換時訪問網絡的權限不變即可。第24頁/共52頁Page 25l 在不同子網內的AP間漫游l 除了要實現(xiàn)二層漫游中提到的內容以外，通常會采用一些特殊手段來保證用戶業(yè)務的不中斷。目前較流行的做法有：Mobile IP、 CAPWAP隧道、GRE隧道等。第25頁/共52頁Page 26第26頁/共52頁Page 27無線AP (Access Point，無線訪問節(jié)點) 是一

21、個包含很廣的名稱，它不僅包含單純性無線接入點，也同樣是無線路由器、無線網關等類設備的統(tǒng)稱。 無線AP主要是提供無線終端到有線局域網之間的訪問。在無線網絡中，AP就相當于有線網絡的集線器，它能夠把各個無線終端連接起來，無線終端所使用的網卡是無線網卡，傳輸介質是空氣。第27頁/共52頁Page 28 Ad-Hoc 也叫對等網絡，是指安裝有無線網絡適配器（無線網卡）的多臺計算機組成的局域網，它們通過無線適配器進行彼此的通訊，組成了IBSS網絡。對等模式下的所有無線終端必須使用相同的工作信道。第28頁/共52頁Page 29 漫游模式中，用戶可隨意在兩個基礎結構網絡中無線漫游，從而給移動辦公帶來了極大

22、的方便。第29頁/共52頁Page 30 WDS模式是利用無線電波作為傳輸介質將物理上分開的局域網連接起來。第30頁/共52頁Page 31天線天線802.11 a/b/g802.11 a/b/g加密加密802.1X802.1X認證認證漫游漫游網管網管FAT AP將WLAN的物理層，用戶數(shù)據(jù)加密、認證、漫游、網絡管理等功能集于一身。第31頁/共52頁Page 32l家庭或soho網絡組網模式：企業(yè)網絡組網模式：ADSL MODEMInternet企業(yè)有線網絡第32頁/共52頁Page 33l每臺FAT AP都只支持單獨進行配置，組建大、中型無線網絡時，配置工作量大。l對網絡中的FAT AP進行

23、軟件升級時，需要手工逐臺進行升級，維護工作量大。lFAT AP上保存著設備配置信息，當設備失竊時造成配置信息泄漏。lFAT AP難于實現(xiàn)自動無線盲區(qū)修補、流氓AP檢測等功能。lFAT AP一般都不支持三層漫游。FAT AP適用于小型無線網絡部署，不適用于大規(guī)模網絡部署。第33頁/共52頁Page 34FIT APl集中化管理、簡化配置、易于部署、提高安全性集中化管理、簡化配置、易于部署、提高安全性AC802.11a/b/g天線安全移動狀態(tài)防火墻無線 IDP加密認證策略控制第34頁/共52頁Page 35 FAT AP方案 FIT AP方案 技術模式技術模式 傳統(tǒng)主流 新生方式，增強管理 安全性

24、安全性 傳統(tǒng)加密、認證方式，普通安全性 增加射頻環(huán)境監(jiān)控，基于用戶位置安全策略，高安全性 網絡管理網絡管理 對每AP下發(fā)配置文件 AC上分組批量配置，AP本身零配置 WLAN組網規(guī)模組網規(guī)模 L2漫游，適合小規(guī)模組網，成本較低 L2、L3漫游， 拓撲無關性，適合大規(guī)模組網，成本較高 增值業(yè)務能力增值業(yè)務能力 實現(xiàn)簡單數(shù)據(jù)接入 可擴展更多豐富業(yè)務第35頁/共52頁Page 36用戶終端：WLAN網卡、WLAN手機等射頻相關系統(tǒng)：天線、室分系統(tǒng)等無線接入硬件系統(tǒng)：AP、AC WLAN網絡就是通過AP無線設備將用戶終端接入互聯(lián)網的接入網絡。 WLAN網絡分為胖瘦兩種架構。胖AP架構中，AP完成了所有

25、無線接入點的工作。瘦AP架構中，AP的一部分功能剝離到了AC上，由一個AC對多臺AP進行集中控制。這是當前運營商招標的主要模式。無線數(shù)據(jù)設備：路由器、交換機支撐系統(tǒng)網管：又區(qū)分為OMC網管（只管理自己的ACAP)和WLAN綜合網管WLAN認證計費系統(tǒng)：有可能單建，也有可能和城域網計費系統(tǒng)合建第36頁/共52頁Page 37交換機路由器ACAC交換機旁掛模式旁掛模式網關模式網關模式匯聚交換機匯聚交換機路由器第37頁/共52頁Page 38第38頁/共52頁Page 39第39頁/共52頁 dB是功率增益的單位，表示一個相對值。當計算A的功率相比于B大或小多少個dB時，可按公式10 lg A/B計

26、算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是說，A的功率比B的功率大3dB；如果A的功率為46dBm，B的功率為40dBm，則可以說，A比B大6dB；如果A天線為12dBd，B天線為14dBd，可以說A比B小2dB。 dBm是一個表示功率絕對值的單位，計算公式為：10lg功率值/1mW。例如：如果發(fā)射功率為1mW，按dBm單位進行折算后的值應為：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；對于40W的功率,則10 lg(40W/1mW)=46dBm。 dBm 定義的是 miliwatt， 0 dBm = 10log1 mw; dBw 定義 wat

27、t， 0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。 Page 40第40頁/共52頁 TX輸出功率為一個絕對值，其單位是W經過轉換也就是dBm; 信號的差錯向量幅度為一個相對值單位為dB; 頻偏表示實際得到的頻率與基準頻率之間的差異，單位為:ppm，其計算公式為：假設信號基準頻率為：25MHz，實際得到的頻率為：25.000025MHz,則其頻偏計算為：（25.000025-25）*（10）6/25=1ppm； 星座圖直接反映出調制出來的WLAN信號質量的好壞，其中各個信號點越靠近對應信號圓的圓心表示信號質量越好； TX部分還需要關注鄰道抑制比，載波抑制，

28、Mask,諧波,雜散發(fā)射等其它一些參數(shù)。Page 41第41頁/共52頁 接受靈敏度(sensibility)：表示接收端能夠接收信號的最小門限. 即為可接收的信號的最小功率，因此其單位也是dBm.最大輸入電平（Max power input level）:當信號的功率比較大時，信號的接收亦會出現(xiàn)問題，即為能夠接收信號的最大門限Page 42第42頁/共52頁對于802.11b，輸入電平為-80dBm,MPDU長度為1024個八位位組時，F(xiàn)ER應小于8%.對于802.11a/g/n，當輸入電平為下表規(guī)定接收機最小接收電平，當PSDU長度為1000個八位位組時，F(xiàn)ER應小于10%Page 43第43頁/共