第二章無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

2023年2月2日第二章無線局域網(wǎng)和無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802LAN標(biāo)準(zhǔn)系列PHYMACOSI層2OSI層1IEEE802.3Ethernet以太網(wǎng)IEEE802.4TokenBus令牌總線IEEE802.5TokenRing令牌環(huán)IEEE802.15WPAN藍(lán)牙IEEE802.16BWA寬帶無線IEEE802.2邏輯鏈路控制(LLC)IEEE802.11WLAN無線局域網(wǎng)定義了介質(zhì)訪問控制(MAC)和物理層的操作，包括MAC子層、MAC服務(wù)和協(xié)議以及三個物理層無線網(wǎng)絡(luò)分類2023年2月2日WPANWLANWMAN2.4GHzISM免費(fèi)頻段低功耗、低成本短距離通信(10米)低速傳輸(723Kbps)點(diǎn)到點(diǎn)及點(diǎn)到多點(diǎn)組網(wǎng)連接便攜及固定設(shè)備2.4/5.8GHzISM免費(fèi)頻段高傳輸速率（600Mbps）中近距離通信（100-300米）動態(tài)速率調(diào)整支持MESH組網(wǎng)支持慢速移動2－66G頻段

2-11GHz應(yīng)用于非視距傳輸

10-66GHz應(yīng)用于視距傳輸較高傳輸速率

802.16-2004最大速率74Mbps802.16e最大下載速率6Mbps遠(yuǎn)距離通信

802.16-2004傳輸距離7-10km802.16e傳輸距離3-5km支持車速移動(802.16e)infrastructure

網(wǎng)絡(luò)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)APAPAP有線網(wǎng)絡(luò)AP:AccessPoint無線局域網(wǎng)基本構(gòu)架WLAN相關(guān)組織IEEE（美國電子電氣工程師學(xué)會）制定了802.11、802.11b、802.11a、802.11g等無線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi聯(lián)盟提出802.11i安全中的WPA\802.11e(QoS)中的WMM。IETF互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組，負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的研發(fā)和制定。CAPWAP無線控制器與瘦AP間控制和管理標(biāo)準(zhǔn)化工作組。WAP制定中國無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的安全機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)WAPI歐洲ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會)制定了高性能局域網(wǎng)HIPERLAN系列日本ARIB(日本電波產(chǎn)業(yè)會)制定了移動多媒體接入通信MMAC2023年2月2日Wi-Fi：wirelessfidelity無線保真由于無線技術(shù)的多樣性，各種無線設(shè)備互不兼容，為了解決該問題，廠商自發(fā)組成了非盈利組織Wi-Fi聯(lián)盟。凡是通過其兼容性的測試產(chǎn)品，都被準(zhǔn)予打上“Wi-FiCERTIFIED”標(biāo)記。我們在選購無線產(chǎn)品時，最好選購有Wi-Fi標(biāo)記的產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品之間的兼容性區(qū)別：WLAN標(biāo)準(zhǔn)：無線局域網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WiFi：無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)三大標(biāo)準(zhǔn)美國IEEE（國際電氣和電子工程師聯(lián)合會）802.11家族歐洲ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會)高性能局域網(wǎng)HIPERLAN系列日本ARIB(日本電波產(chǎn)業(yè)會)移動多媒體接入通信MMACIEEE802.11系列1990年，IEEE802標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立IEEE802.11無線局域網(wǎng)（WLAN）標(biāo)準(zhǔn)工作組。IEEE802.11系列在MAC(媒體接入控制)層采用的是CSMA/CA(CA：CollisionAvoidance，沖突避免)，這有別于傳統(tǒng)以太網(wǎng)上的CSMA/CD(CD:CollisionDetection，沖突檢測)，HiperLAN1/HiperLAN2標(biāo)準(zhǔn)HiperLAN1：發(fā)布于1996年，工作于5GHz頻帶，提供的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)25Mbps。整體上HiperLAN1與802.11b相當(dāng)。HiperLAN2：發(fā)布于2000年，是HiperLAN1的第2代版本，對應(yīng)于IEEE的802.11a，工作在5GHz頻帶，采用OFDM技術(shù)，支持最高數(shù)據(jù)速率為54Mbps。MMAC標(biāo)準(zhǔn)MMAC多媒體無線接入系統(tǒng)目標(biāo)是通過便攜式可視電話和因特網(wǎng)獲得信息。目前主要提供兩類高速無線接入。第一類用于室內(nèi)外寬帶移動通信系統(tǒng)，用3-60GHz頻段傳輸30Mbps的數(shù)據(jù)；第二類提供超高速WLAN室內(nèi)接入，傳輸速率達(dá)到600Mbps，采用60GHz頻率，即毫米波。缺點(diǎn)：不能提供大范圍覆蓋，也不能用于車輛業(yè)務(wù)環(huán)境，只能用于“熱點(diǎn)地區(qū)”。802.11系列標(biāo)準(zhǔn)802.11802.11b802.11a802.11g802.11e802.11h802.11i802.11n2023年2月2日IEEE802.11IEEE于1997年推出，工作于2.4GHz頻段，物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴(kuò)頻)或FSSS(跳頻擴(kuò)頻)技術(shù)，共享數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)2Mbps。主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶終端的無線接入問題IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)是WLAN的主流標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11定義了物理層和介質(zhì)訪問控制層(MAC)協(xié)議規(guī)范。802.11802.1d802.1d無線客戶端工作方式●無線客戶端●無線接入點(diǎn)（accesspoint，AP）

2023年2月2日IEEE802.11物理層

802.11中最初定義的三個物理層協(xié)議包括兩個擴(kuò)展頻譜技術(shù)和一個紅外傳播規(guī)范，無線電傳輸?shù)念l道定義在2.4GHz的ISM波段內(nèi)。

802.11無線標(biāo)準(zhǔn)定義的傳輸速率是1Mbps和2Mbps，可以使用跳頻序列擴(kuò)頻技術(shù)(frequencehoppingspreadspectrum，F(xiàn)HSS)和直接序列擴(kuò)頻技術(shù)(directsequencespreadspectrum

，DSSS)。跳頻技術(shù)FHSS跳頻技術(shù)是依靠快速地轉(zhuǎn)換傳輸?shù)念l率來實(shí)現(xiàn)的，每一個時間段內(nèi)使用的頻率和前后時間段的都不一樣，所以發(fā)送者和接收者必須保持一致的跳變頻率，這樣才能保證接受的信號正確。缺點(diǎn)：速度慢，只能達(dá)到1Mbps。TimeslotFrequencyslot012345678Signal1{2,7,4,5}Work1{6………}Signal2{4,3,1,7}直接序列擴(kuò)頻技術(shù)DSSS直擴(kuò)技術(shù)是把使用11位的chipping－Barker序列來將數(shù)據(jù)編碼并發(fā)送的技術(shù)。發(fā)送端通過spreader把chips（就是一串的二進(jìn)制碼）添加入要傳輸?shù)腷it流中，稱為編碼；然后在接收端用同樣的chips進(jìn)行解碼，就可以得到原始數(shù)據(jù)了。直擴(kuò)技術(shù)比跳頻技術(shù)的吞吐量高。ScrambleddataBarkersequence0111011100010110110010011101110000100100110101Transmitteddata2023年2月2日IEEE802.11數(shù)據(jù)鏈路層與有線網(wǎng)802.3協(xié)議的不同主要表現(xiàn)在MAC層上訪問控制協(xié)議802.11的MAC和802.3協(xié)議的MAC非常相似，都是在一個共享媒體之上支持多個用戶共享資源，由發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)前先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的可用性。802.3協(xié)議沖突的檢測采用CSMA/CD方式，802.11無線局域網(wǎng)采用CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)RTS/CTS另一個的無線MAC層問題是“hiddennode”問題。為了解決這個問題，802.11在MAC層上引入了一個新的Send/CleartoSend(RTS/CTS)選項(xiàng)，間接解決了“hiddennode”問題。由于RTS/CTS需要占用網(wǎng)絡(luò)資源而增加了額外的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，一般只是在那些大數(shù)據(jù)報上采用(重傳大數(shù)據(jù)報會耗費(fèi)較大)。CRC檢驗(yàn)和包分片2023年2月2日IEEE802.11數(shù)據(jù)鏈路層與有線網(wǎng)802.3協(xié)議的不同主要表現(xiàn)在MAC層上CRC檢驗(yàn)和包分片802.11MAC子層提供了另兩個強(qiáng)壯的功能，CRC校驗(yàn)和包分片。CRC校驗(yàn)是指在802.11協(xié)議中，每一個在無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報都被附加上了校驗(yàn)位，這和Ethernet中通過上層TCP/IP協(xié)議來對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)有所不同。包分片的功能允許大的數(shù)據(jù)報在傳送的時候被分成較小的部分分批傳送。這項(xiàng)技術(shù)大大減少了許多情況下數(shù)據(jù)報被重傳的概率，從而提高了無線網(wǎng)絡(luò)的整體性能。其它部分

802.11e

提高和管理網(wǎng)絡(luò)的QoS的能力；

802.11f

采用IAPP協(xié)議，可以在不同的廠商的無線局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)訪問互操作，保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)訪問點(diǎn)之間信息的互換。

802.11i

增強(qiáng)WLAN的安全和鑒別機(jī)制。2023年2月2日CSMA/CA協(xié)議無線局域網(wǎng)中采用了與以太網(wǎng)CSMA/CD相類似的CSMA/CA(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突防止)協(xié)議CSMA/CA采用能量檢測（ED）、載波檢測（CS）和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。CSMA/CA通信方式將時間域的劃分與幀格式緊密聯(lián)系起來，保證某一時刻只有一個站點(diǎn)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集中控制沖突檢測如果A和C同時監(jiān)聽到信道是空閑的，他們會同發(fā)送數(shù)據(jù)。這時發(fā)生的碰撞在以太網(wǎng)的發(fā)送端會檢測到半雙工的無線電信號在發(fā)送端卻不能檢測到碰撞ABCABCEthernetLANWirelessLANRTS/CTS協(xié)議如圖所示情況如何避免碰撞？A用戶B用戶隱藏終端A和C不能彼此聽見A發(fā)信號給B，C不能收到A的信號

C想發(fā)送給B信號，C認(rèn)為信道是“空閑”的

（載波監(jiān)聽失?。┰贐處發(fā)生碰撞A不能收到這個碰撞信號（碰撞檢測失?。而言，A是隱形的，不存在的解決方案？隱藏終端對無線而言比較特殊，在有線網(wǎng)絡(luò)中是不存在的要求在接收端監(jiān)聽載波，不是發(fā)送端“虛擬載波監(jiān)聽”:發(fā)送端“詢問”接收端能否聽到別的信號。如果聽到則信道繁忙BACRTS/CTS協(xié)議802.11要避免隱藏終端的問題A和C要同時發(fā)數(shù)據(jù)給BA發(fā)送RTS給BB發(fā)送CTS給AC從B處“竊聽”到CTS

C會為A的數(shù)據(jù)傳送持續(xù)等一段時間RTS/CTSABCRTSCTSCTS802.11協(xié)議層次示意圖MAC層802.11i802.11F802.11e載波監(jiān)聽多路訪問/沖突防止CSMA/CA發(fā)送/清除-發(fā)送RTS/CTSFor802.11For802.11PHY層MAC層2023年2月2日2.1IEEE80網(wǎng)絡(luò)接口物理層接口。使用無線信道替代通常的有線信道，而物理層以上各層不變。優(yōu)點(diǎn)是上層的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及相應(yīng)的驅(qū)動程序可以不作任何修改。數(shù)據(jù)鏈路層接口。這種接口方法并不沿用有線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議，而采用更合適無線傳輸環(huán)境的MAC協(xié)議，配置相應(yīng)的驅(qū)功程序來完成與上層的接口。2023年2月2日2.1.5聯(lián)合結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和漫游2.1IEEE802.11

802.11的MAC子層負(fù)責(zé)解決客戶端工作站和訪問接入點(diǎn)之間的連接。當(dāng)一個802.11客戶端進(jìn)入一個或者多個接入點(diǎn)的覆蓋范圍時，它會根據(jù)信號的強(qiáng)弱以及包錯誤率來自動選擇一個接入點(diǎn)進(jìn)行連接。一旦被一個接入點(diǎn)接受，客戶端就會將發(fā)送接受信號的頻道切換為接入點(diǎn)的頻段。2023年2月2日2.2IEEE802.11b1999年9月，802.11b被正式批準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定WLAN工作頻段為2.4GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11Mbit/s，傳輸距離控制在50～150英尺。該標(biāo)準(zhǔn)是對802.11的一個補(bǔ)充，采用補(bǔ)償編碼鍵控調(diào)制方式，采用點(diǎn)對點(diǎn)模式和基本模式兩種運(yùn)作模式，在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實(shí)際情況在11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s的不同速率間自動切換，它改變了WLAN的設(shè)計(jì)狀況，擴(kuò)大了WLAN的應(yīng)用領(lǐng)域。2023年2月2日2.2IEEE802.11b物理層增加了兩個新的速度：5.5Mbps和11Mbps。

采用了動態(tài)速率調(diào)節(jié)技術(shù)采用更先進(jìn)的編碼技術(shù)CCK

5.5M11M各不同DSSS被選作該標(biāo)準(zhǔn)的唯一的物理層傳輸技術(shù)，這個決定使得802.11b可以和1Mbps和2Mbps的802.11DSSS系統(tǒng)互操作。

DSSS抗無線噪聲和干擾的能力較強(qiáng)2023年2月2日2.2IEEE802.11b使用802．11b標(biāo)準(zhǔn)的好處如下：最經(jīng)濟(jì)良好的發(fā)展道路距離更遠(yuǎn)功耗更低缺點(diǎn)：802.11b使用的是ISM2.4GHz波段，而家用微波爐、藍(lán)牙芯片和無繩電話（在北美）也都使用這個波段，所以相對802.11a而言，802.11b還面臨著更多的干擾源。802.11b存在的安全問題也不容忽視，目前主要通過WEP加密協(xié)議來彌補(bǔ)這一缺陷，IEEE也正在開發(fā)另外一個標(biāo)準(zhǔn)802.11i來專門解決WLAN中的安全問題。2023年2月2日2.2IEEE802.11b

采用2.4-2.483GHz頻率，帶寬為83MHz，分為11個子信道，由三個互不重疊，如1，6，11子信道。2023年2月2日2.2IEEE802.11b

采用2.4-2.483GHz頻率，帶寬為83MHz，分為11個子信道，由三個互不重疊，如1，6，11子信道。2023年2月2日2.3IEEE802.11a1999年9月發(fā)布工作在5GHz頻段上采用新的傳輸技術(shù)

正交頻分復(fù)用的多載波調(diào)制（orthogonalfrequencedivisionmultiplexing，OFDM）

OFDM技術(shù)其實(shí)是多載波調(diào)制(MCM:Multi-CarrierModulation)的一種。其主要思想是：將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。標(biāo)淮數(shù)據(jù)交換速率可達(dá)到6，9，12，18，24，36，48和54Mbps。最多可提供12個互不重疊的子信道。

2023年2月2日2.3IEEE802.11a傳輸距離控制在10～100m；支持多種業(yè)務(wù)如話音、數(shù)據(jù)和圖像等，一個扇區(qū)可以接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端；每個接入點(diǎn)（AP）支持最高并發(fā)64用戶，最多可提供12個互不重疊的子頻道；優(yōu)點(diǎn)：速度更高密度更高無干擾缺點(diǎn)：802.11a速率雖高，但和802.11b不兼容，5GHz并非免費(fèi)頻段，技術(shù)成本也比較高。2023年2月2日2.4IEEE802.11g于

2003年7月正式通過，是對IEEE802.11b的一種高速物理層擴(kuò)展；IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)是一個主流的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，具備以下兩個特點(diǎn)：在2.4GHz頻段使用用正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)(OFDM)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到54Mbps；提供3個互不重疊的子信道；IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)可以向后兼容IEEE802.11b。IEEE802.11g設(shè)備必須同時支持DSSS和OFDM采用一個“保護(hù)”機(jī)制較好地解決了WLAN與藍(lán)牙的干擾問題2023年2月2日2.4IEEE802.11g802.11g標(biāo)準(zhǔn)的好處：速度最高。具有向下兼容能力。功耗更低。距離更遠(yuǎn)2023年2月2日2.5IEEE802.11b/g/a標(biāo)準(zhǔn)比較802.11802.11b802.11a802.11g標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時間July1997Sept1999Sept1999June2003合法頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重疊信道33123調(diào)制技術(shù)FHSS/DSSSCCK/DSSSOFDMCCK/OFDM物理發(fā)送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,

24,36,48,546,9,12,18,

24,36,48,54無線覆蓋范圍N/A100M50M<100M理論上的最大UDP吞吐量

(1500byte)1.7Mbps7.1Mbps30.9Mbps30.9Mbps理論上的TCP/IP吞吐量

(1500byte)1.6Mbps5.9Mbps24.4Mbps24.4Mbps兼容性N/A與11g產(chǎn)品可互通與11b/g不能互通與11b產(chǎn)品可互通2023年2月2日2.5IEEE802.11b/g/a標(biāo)準(zhǔn)比較802.11a、g與b相比優(yōu)勢明顯

傳輸速率安全性802.11a非主流傳輸距離短成本明顯高于b、g兼容性802.11g當(dāng)前主流，但仍不足糟糕的b/g混合模式

2023年2月2日2.6IEEE802.11n2004年1月，IEEE宣布組成一個新的單位來發(fā)展的新的802.11標(biāo)準(zhǔn)。傳輸速度理論值為300Mbit/s，因此需要在物理層產(chǎn)生更高速度的傳輸率，此項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該要比802.11b快上50倍，而比802.11g快上10倍左右。802.11n也將會比目前的無線網(wǎng)絡(luò)傳送到更遠(yuǎn)的距離。在802.11n有兩個提議在互相競爭中：WWiSE(World-WideSpectrumEfficiency)以Broadcom為首的一些廠商支持。TGnSync由Intel與Philips所支持。2.6.1IEEE802.11n2023年2月2日2.6IEEE802.11n傳輸速率

由54M提高到108M，甚至500MMIMO+OFDM技術(shù)

提高了信號質(zhì)量和傳輸速率增加了傳輸距離優(yōu)化了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)兼容性軟件無線電技術(shù)2.6.1IEEE802.11nPage41OFDM技術(shù)優(yōu)點(diǎn):抗衰落能力強(qiáng)/抗多徑干擾和符號間干擾：將高速串行數(shù)據(jù)流通過串/并變換，使每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)時間大大增加，再通過在OFDM符號前加上循環(huán)前綴CP可有效地消除多經(jīng)延遲擴(kuò)展帶來的ISI頻率利用率高：在頻域上各個正交子載波的頻譜交錯重疊，可以最大限度地利用頻譜資源，當(dāng)子載波數(shù)量較大時，其頻譜效率比傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)高出近一倍可進(jìn)行頻率調(diào)度和頻域鏈路自適應(yīng)：為不同用戶盡量選擇條件比較好的子載波來傳輸數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)頻率上的多用戶分集增益容易和MIMO技術(shù)結(jié)合：OFDM和MIMO適合于無線系統(tǒng)中的多徑傳播缺點(diǎn):OFDMA的PAPR高,削波很重要,WiMAX協(xié)議支持TR削波方式子載波寬度很窄，對頻偏比較敏感Page42多天線技術(shù)——MIMO通過空間復(fù)用，可以在不增加帶寬的情況下，提高通信系統(tǒng)容量、頻譜利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率通過空間分集，可以提高鏈路質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性，還可以通過分集增益來擴(kuò)大覆蓋或者通過支持更高階數(shù)的調(diào)制來提高系統(tǒng)容量通過空時編碼，可以在分集增益的基礎(chǔ)上獲得編碼增益，從而提高系統(tǒng)性能通過分集和復(fù)用的結(jié)合來達(dá)到系統(tǒng)容量和鏈路質(zhì)量之間的一個均衡在閉環(huán)MIMO模式下，可以通過預(yù)編碼矩陣來跟蹤信道變化，從而進(jìn)一步提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的性能MIMO是通過在收發(fā)兩端增加天線個數(shù)及相應(yīng)的信號處理功能模塊建立起來的復(fù)雜的3維傳輸結(jié)構(gòu)，在不增加帶寬的情況下，提高通信系統(tǒng)容量、頻譜利用率、數(shù)據(jù)傳輸速率。2023年2月2日2.7無線局域網(wǎng)其他標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11eIEEE802.11hIEEE802.11iWiMAX系列802.11e802.11e增強(qiáng)了802.11MAC層，為WLAN應(yīng)用提供了QoS支持能力。802.11e對MAC層的增強(qiáng)與802.11a、802.11b中對物理層的改進(jìn)結(jié)合起來，就增強(qiáng)了整個系統(tǒng)的性能，擴(kuò)大了802.11系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使得WLAN也能夠傳送語音、視頻等應(yīng)用。802.11e增加了對QoS的定義，旨在保證語音和視頻等高帶寬應(yīng)用的通信質(zhì)量。2023年2月2日802.11h為了促進(jìn)802.11a在歐洲的推廣發(fā)展，與ETSI的HiperLAN/2競爭，IEEE又提出了802.11h標(biāo)準(zhǔn)，在802.11a基礎(chǔ)上增加自動頻率選擇(DFS)和發(fā)送功率控制(TPC)功能，以適應(yīng)802.11a在歐洲推廣發(fā)展的需要，符合歐洲有關(guān)管制規(guī)定的要求。IEEE802.11i為了彌補(bǔ)802.11脆弱的安全加密功能（WEP，WiredEquivalentPrivacy），IEEE于2004年7月發(fā)布的修正案。定義了基于AES的全新加密協(xié)議CCMP（CTRwithCBC-MACProtocol），以及向前兼容RC4的加密協(xié)議TKIP（TemporalKeyIntegrityProtocol）。802.11i是對802.11MAC層在安全性方面的增強(qiáng)，它與802.1X一起，為WLAN提供認(rèn)證和安全機(jī)制。802.1X標(biāo)準(zhǔn)完成于2001年，是所有IEEE802系列LAN(包括無線LAN)的整體安全體系架構(gòu)，包括認(rèn)證(EAP和Radius)和密鑰管理功能。WLAN安全標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生及演進(jìn)2023年2月2日WEP:WiredEquivalentPrivacy，有線對等保密，是802.11協(xié)議中保障數(shù)據(jù)傳輸安全的核心部分。1999年成為WLAN安全標(biāo)準(zhǔn)，2003年被WPA替代，現(xiàn)在依然在WLAN產(chǎn)品中廣泛支持。鑒權(quán)：四步握手，單向認(rèn)證私密性：RC4流密碼加密，密鑰長度40bit/104bit完整性：CRC32WEP49WPA(Wi-FiProtectedAccess)：因?yàn)閃EP的嚴(yán)重安全漏洞，2002年Wi-Fi聯(lián)盟以已經(jīng)完成TKIP的IEEE802.11idraft3為基準(zhǔn)，制定了WPA1。是一個過度性的中間標(biāo)準(zhǔn)。鑒權(quán)有兩種方法：WPA-Personal，相當(dāng)于WEP預(yù)共享密鑰，認(rèn)證實(shí)體只有STA和AC。私密性：使用RC4算法完整性：使用Michael消息完整性檢查碼50WPA1WAP1相對WEP的改進(jìn)：使用48位初始向量：使用了48位包序號作為初始向量，因?yàn)?8位可以認(rèn)為永不重復(fù)，可抵御重發(fā)攻擊。Michael消息完整性檢查碼：解決WEP中數(shù)據(jù)包容易被篡改的漏洞TKIP的缺點(diǎn)：TKIP設(shè)計(jì)時需要兼容WEP硬件，因此沿用了WEP的RC4加密算法。本質(zhì)不安全：因?yàn)镽C4算法已經(jīng)被破解，這決定了TKIP本質(zhì)上依然是不安全的。沒有雙向認(rèn)證51WPA1WPA2：2004年Wi-Fi聯(lián)盟制定并推出了WPA2。WPA2是經(jīng)由Wi-Fi聯(lián)盟認(rèn)證過的IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)。802.11i(WPA2)：

第一種=802.1x+EAP+CCMP

第二種

=Pre-sharedKey+CCMP

WPA252TKIP：前向兼容WEP硬件，依然采用了RC4作為加密算法，還是存在安全性漏洞。CCMP：基于AES（AdvancedEncryptionStandard）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）認(rèn)證方式，使得WLAN的安全程度大大提高。由于AES對硬件要求比較高，因此CCMP無法通過在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級實(shí)現(xiàn)。CCMP與TKIP比較：主要的差別就是采用了AES分組加密算法，分組長度128bit，密鑰長度128bit。報文加密、密鑰管理、消息完整性檢驗(yàn)碼都使用AES算法加密。53WPA2：CCMP基于端口的訪問控制：受控端口和非受控端口使用

EAP(ExtensibleAuthenticationProtocol)架構(gòu)需要

Radiusserver支持多種認(rèn)證協(xié)議MD5TLSTTLSPEAPLEAPWPA2:802.11XWAPI國家標(biāo)準(zhǔn)體系55

認(rèn)證加密密鑰生成/更新空口有線OPENopen無無N/AWEPopen無不加密或WEP靜態(tài)密鑰ShareKey無不加密或WEP靜態(tài)密鑰WPA-PSKopen無TKIP/CCMPTKIP:靜態(tài)基密鑰+加密密鑰動態(tài)更新

CCMP:靜態(tài)密鑰WPA-802.1Xopen802.1X（EAP）TKIP/CCMP動態(tài)基密鑰+加密密鑰WPA2-PSK（802.11i）open無TKIP/CCMPTKIP:靜態(tài)基密鑰+加密密鑰動態(tài)更新

AES:靜態(tài)密鑰WPA2-802.1X（802.11i）Open802.1X（EAP）TKIP/CCMP動態(tài)基密鑰+加密密鑰WAPI-PSKOpen無SMS4靜態(tài)密鑰WAPI-CERTOpenWAISMS4動態(tài)基密鑰+加密密鑰WLAN的安全認(rèn)證方式總結(jié)56IEEE802.11，1997年，原始標(biāo)準(zhǔn)（2Mbit/s，工作在2.4GHz）

IEEE802.11a，1999年，物理層補(bǔ)充（54Mbit/s，工作在5.2GHz）

IEEE802.11b，1999年，物理層補(bǔ)充（11Mbit/s工作在2.4GHz）

IEEE802.11c，符合802.1D的媒體接入控制層橋接（MACLayerBridging）IEEE802.11d，根據(jù)各國無線電規(guī)定做的調(diào)整IEEE802.11e，對服務(wù)等級（QualityofService,QoS）的支持IEEE802.11f，基站的互連性（IAPP,Inter-AccessPointProtocol），2006年2月被IEEE批準(zhǔn)撤銷IEEE802.11g，2003年，物理層補(bǔ)充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）IEEE802.11h，2004年，無線覆蓋半徑的調(diào)整，室內(nèi)（indoor）和室外（outdoor）信道（5.2GHz頻段）IEEE802.11i，2004年，無線網(wǎng)絡(luò)的安全方面的補(bǔ)充IEEE802.11j，2004年，根據(jù)日本規(guī)定做的升級IEEE802.11l，預(yù)留及準(zhǔn)備不使用IEEE802.11m，維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；互斥及極限IEEE802.11n，更高傳輸速率的改善，支持多輸入多輸出技術(shù)（Multi-InputMulti-Output，MIMO），提供標(biāo)準(zhǔn)速度300M，最高速度600M的連接速度IEEE802.11k，該協(xié)議規(guī)范規(guī)定了無線局域網(wǎng)絡(luò)頻譜測量規(guī)范。該規(guī)范的制訂體現(xiàn)了無線局域網(wǎng)絡(luò)對頻譜資源智能化使用的需求。除了上面的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，另外有一個被稱為IEEE802.11b+的技術(shù)，通過PBCC技術(shù)（PacketBinaryConvolutionalCode）在IEEE802.11b(2.4GHz頻段)基礎(chǔ)上提供22Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。但這事實(shí)上并不是一個IEEE的公開標(biāo)準(zhǔn)，而是一項(xiàng)產(chǎn)權(quán)私有的技術(shù)，產(chǎn)權(quán)屬于美國德州儀器公司。Mesh擴(kuò)展QoS擴(kuò)展安全擴(kuò)展

射頻管理更高的速率802.11的標(biāo)準(zhǔn)演化無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

Bluetooth802.11b802.11g802.11aHomeRF2.0HiperLAN2Infrared頻率2.4GHz2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz5GHzIrBand傳輸速度1Mbps11Mbps54Mbps54Mbps10Mbps54Mbps4Mbps網(wǎng)絡(luò)層最大速度721Kbps5Mbps

32Mbps5Mbps32MbpsN/A距離10mUpto100mUpto100m100m50mTBD**Upto5m標(biāo)準(zhǔn)IEEE-802.15IEEE-802.11bIEEE-802.11gIEEE-802.11aSWAPHiperLAN2HiperLAN2IrDA通信技術(shù)FHSSDSSSOFDM/PBCC

OFDM1MHzand5MHzwideFHSSOFDM(NA)使用模式PointtoPointHigh-SpeedNetworkAccessHigh-SpeedNetworkAccessHigh-SpeedNetworkAccess

HomeNetworkingandDECTphoneHigh-SpeedNetworkAccessPoint-to-PointDataTransmissionTiming1999December(1.0B)1998July20012001?2000/2003

KeyPlayersSIGmembers,IBM,Intel,Nokia,Ericsson,ToshibaWi-Fimembers,Lucent,Intersil,AtmelIntersil,TI(Alantro)Wi-Fi,Atheros,IntelRadiata,Philips,CiscoCompaq,Motorola,andProximEricssonispromisingHiperLAN2productsat2002

22MbpsWimax介紹定位Wimax是什么？全稱為WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球微波接入互操作性，是一項(xiàng)無線城域網(wǎng)(WMAN)接入技術(shù)（在無線通信系統(tǒng)中的位置如圖），用于城域“最后一公里”的接入。2001年WIMAX論壇成立，由Intel等眾多頂級通信部件、設(shè)備公司參與推動Wimax標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。論壇網(wǎng)絡(luò)工作組（NWG）負(fù)責(zé)制定支持IEEE802.16d/e網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。優(yōu)點(diǎn)：靈活性較強(qiáng)：可以輕松快速地在任何臨時站點(diǎn)建立。應(yīng)用范圍廣：在不便于部署有線寬帶接入技術(shù)的區(qū)域，WiMAX具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。建網(wǎng)成本低：適用于城郊和農(nóng)村等部署傳統(tǒng)寬帶接入成本較高的地區(qū)。WANMANLANPANIEEE802.203GPP，3GPP2IEEE802.16ETSIHiperMANIEEE802.11ETSIHiperMANIEEE802.11BluetoothETSIHiperPAN□寬帶無線接入系統(tǒng)位于通信網(wǎng)絡(luò)中的接入層，用于“最后一公里”的接入及熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋，在通信網(wǎng)絡(luò)中占有重要的地位。寬帶無線接入系統(tǒng)定位□為了促進(jìn)寬帶無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，推動其市場發(fā)展，由Intel等眾多頂級通信部件、設(shè)備公司在2003年4月組成了非營利性機(jī)構(gòu)WiMAX，致力于推動802.16無線寬帶設(shè)備進(jìn)入市場，加速最后一公里的寬帶部署。關(guān)于WiMAX組織2004.42005.7應(yīng)用供應(yīng)商/其它運(yùn)營商設(shè)備商芯片/元器件供應(yīng)商WiMAX成員發(fā)展Page65IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)概述IEEE802.16開發(fā)WiMAX的空中接口物理層和MAC標(biāo)準(zhǔn)，最早只針對固定的網(wǎng)絡(luò)，后來擴(kuò)展到移動。已經(jīng)發(fā)布的版本：802.16-2004，基礎(chǔ)版本802.16e-2005，在2004版本的基礎(chǔ)上增加了移動特性802.16f，2004版本的MIB庫正在工作的版本：802.16g，為802.16e定義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，處于收尾階段802.16h，研究免許可頻段的共存問題，正在工作802.16i，和16f對應(yīng)，是802.16e的MIB庫802.16j，研究通過基站中繼的方式來增加覆蓋或容量，幀結(jié)構(gòu)等基本內(nèi)容已確定802.16m，面向IMT-A的增強(qiáng)技術(shù)，需求討論中Corrigendum2，針對已有協(xié)議的糾錯，正在進(jìn)行802.16-REV2,H108IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)在2001年10月完成，于2002年4月發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)名稱是：Part16:AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems，針對10-66GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)。IEEE802.16a標(biāo)準(zhǔn)在2003年1月完成，針對2-11GHz固定寬帶無線接入系統(tǒng)，為了解決非視距問題。IEEE802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)草案在2004年3月底完成第四稿，是802.16標(biāo)準(zhǔn)的修訂稿，把802.16a和802.16c的內(nèi)容補(bǔ)充進(jìn)來，覆蓋2-66GHz頻段固定寬帶無線接入系統(tǒng)。于2004年7月完成最終稿。802.16e標(biāo)準(zhǔn)草案在2004年4月完成第二稿，對802.16標(biāo)準(zhǔn)MAC進(jìn)行修正，在固定無線網(wǎng)絡(luò)中支持低速移動特性。預(yù)計(jì)2005年下半年完成最終稿802.16標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)比較

802.16802.16a802.16d802.16e標(biāo)準(zhǔn)情況2001年12月正式發(fā)布2003年1月正式發(fā)布2004年6月23日獲批預(yù)計(jì)于2005年底發(fā)布使用頻段10～66GHz<11GHz10～66GHz<11GHz<6GHz信道條件視距非視距視距＋非視距非視距固定/移動性固定固定固定+游牧移動＋漫游調(diào)制方式QPSK、16QAM和64QAM256OFDM（BPSK/QPSK/16QAM/64QAM）256OFDM（BPSK/QPSK/16QAM/64QAM）

2048OFDMA256OFDM（BPSK/QPSK/16QAM/64QAM）128/512/1024/2048OFDMA信道帶寬25/28MHz1.25～20MHz1.25～20MHz1.25～20MHz傳輸速率32～134Mbps（以28MHz為載波帶寬）在20MHz信道上提供約75Mbps的速率在20MHz信道上提供約75Mbps的速率在5MHz的信道上提供約15Mbps的速率額定小區(qū)半徑<5km5～10km5～15km幾kmIEEE802.16-2004與16e技術(shù)對比技術(shù)參數(shù)802.16-2004802.16e子載波數(shù)256（OFDM）2048（OFDMA）256（OFDM）128、512、1024、2048（OFDMA）帶寬（MHz）1.75MHz~20MHz1.25MHz~20MHz頻段2~11GHz<6GHz移動性固定或便攜中低車速峰值速率75Mbps（20MHz）15Mbps（5MHz）調(diào)制方式QPSK、16QAM、64QAM信道編碼卷積碼、塊Turbo碼、卷積Turbo碼、LDPC碼鏈路自適應(yīng)AMC、功率控制、HARQ小區(qū)間切換不支持支持增強(qiáng)型技術(shù)智能天線、空時碼、空分多址、宏分集（16e）、Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣尤肟刂浦鲃訋挿峙洹⑤喸?、競爭接入相結(jié)合QoS支持4種QoS等級：UGS、rtPS、nrtPS、BE省電模式不支持支持空閑（Idle）、睡眠模式802.16協(xié)議體系最終制定的802.16系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧按照兩層體系結(jié)構(gòu)組織，主要對網(wǎng)絡(luò)的低層，即MAC層和物理層進(jìn)行了規(guī)范。802.16系列協(xié)議中各協(xié)議的MAC層功能基本相同，差別主要體現(xiàn)在物理層上。802.16協(xié)議棧模型MAC層匯聚子層（CS）分類（Classification）功能：將外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)映射到MACSDU，并將其與SFID和CID關(guān)聯(lián)負(fù)荷頭壓縮（PHS）功能。兩類：PacketCS,ATMCS公共部分子層（CPS）—MAC層的核心系統(tǒng)接入、連接管理（建立/維護(hù)）、調(diào)度等安全子層鑒權(quán)、密鑰交換和數(shù)據(jù)加密物理層目標(biāo)頻段：2-66GHz視距&非視距應(yīng)用調(diào)制方式：SC，OFDM，OFDMA，WirelessHUMAN雙工方式：TDD，F(xiàn)DD靈活的帶寬和幀長：幀長：2ms～20ms帶寬：1.25M~20M802.16的物理層IEEE802.16的物理層既可以支持單載波又可以支持多載波，即支持OFDM技術(shù)?；趩屋d波的物理層規(guī)范又分為WirelessMAN-SC和WirelessMAN-SCa兩種。WirelessMAN-SC的操作頻段為10~66GHz，且為視距(LOS)操作；WirelessMAN-SCa的操作頻段低于11GHz，為非視距(NLOS)操作?；诙噍d波的物理層規(guī)范則分為WirelessMAN-OFDM和WirelessMAN-OFDMA，兩種規(guī)范均基于OFDM多載波技術(shù)，操作頻段均低于11GHz。IEEE802.16的物理層規(guī)范規(guī)范名稱應(yīng)用頻段可選技術(shù)雙工方式WirelessMAN-SC10~66GHzTDD，F(xiàn)DDWirelessMAN-SCa2~11GH2AAS，ARQ，STCTDD，PDDWirelessMAN-OFDM2~11GH2AAS，ARQ，Mesh，STCTDD，F(xiàn)DDWirelessMAN-OFDMA2~1lGH2AAS，ARQ，STCTDD，F(xiàn)DD802.16的MAC層MAC層包括與高層實(shí)體接口的特定服務(wù)會聚子層(ConvergenceSublayer，CS)，完成MAC層核心功能的公共部分子層(CommonPartSublayer，CPS)，以及安全子層(SecuritySublayer)。MAC層的鏈路自適應(yīng)機(jī)制鏈路自適應(yīng)技術(shù)的基本思想：在當(dāng)前的信道條件下，通過對某些傳輸參數(shù)的適配，讓鏈路盡可能高效地運(yùn)行。為了維持通信連接，甚至需要對鏈路質(zhì)量做出“讓步”，通過犧牲帶寬來獲得傳輸質(zhì)量的提高。在大多數(shù)使用鏈路自適應(yīng)技術(shù)的系統(tǒng)中，這種“讓步”就是在鏈路的“魯棒性”和帶寬的高效性間尋找平衡。鏈路自適應(yīng)技術(shù)能夠增加鏈路信息容量，使得系統(tǒng)能夠充分利用信道的時變性。常見的鏈路自適應(yīng)機(jī)制自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC):根據(jù)信道情況的變化來動態(tài)地調(diào)整調(diào)制方式和編碼方式；自動請求重傳(ARQ):接收端在正確接收發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)包之后，向發(fā)送端發(fā)送一個確認(rèn)信息(ACK)，否則發(fā)送一個否認(rèn)信息(NACK)；混合自動請求重傳(H-ARQ):將前向糾錯編碼(FEC)和自動重傳請求(ARQ)相結(jié)合的技術(shù)WiMAX主要關(guān)鍵技術(shù)2023年2月2日Page77OFDMScalableOFDMASpectrally-EfficientTDDFractionalFrequencyReuseFrequency-SelectiveSchedulingFineQualityofService(QoS)FTPnrtPSWebBrowsingBEVoicewithActivityDetectionertPSStreamingAudioorVideortPSVoIPUGSWiMAX關(guān)鍵技術(shù)Page78

QAM16QPSKQAM64AMC（64QAM、16QAM、QPSK)MIMOHARQAASInternetMACSecurityConvergencesublayerMACcommonpartlayerSecuritysublayerPHYPHYSAPMACSAPCSSAPFlatnetworkarchitectureWiMAX關(guān)鍵技術(shù)Page79先進(jìn)的調(diào)制方式和多址技術(shù)－SOFDMAFrequencyDomainTimeDomainOFDM（正交頻分復(fù)用）：頻域上分成多個子載波，獨(dú)立承載數(shù)據(jù)，結(jié)合信道編碼對抗多徑衰落；子載波間相互正交，頻譜相互重疊，提高頻譜利用率。時域上引入CP（循環(huán)前綴），減輕多徑延遲引起的符號間干擾的影響。OFDMA（正交頻分復(fù)用多址接入）：時頻兩維的資源分配粒度，頻域可針對不同信道條件的用戶優(yōu)化，通過合理調(diào)度提升系統(tǒng)性能。SOFDMA（Scalable-OFDMA）：根據(jù)帶寬調(diào)整子載波數(shù)，保持子載波間隔不變，降低移動環(huán)境下處理多普勒頻移的復(fù)雜度。802.16系統(tǒng)框架圖

一個完整的802.16系統(tǒng)應(yīng)包含的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體有：用戶設(shè)備(UE)，用戶站(SS)，基站(BS)，核心王CN)。

802.16的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）點(diǎn)對多點(diǎn)(PMP)結(jié)構(gòu)。在一個頻點(diǎn)及扇區(qū)內(nèi)，下行方向只有基站發(fā)送，因此沒有必要與其他基站同步，除了TDD系統(tǒng)。終端必須在下行鏈路上監(jiān)聽，并檢查接收到PDU的連接標(biāo)識符（CID，ConnectionIDentifier），直接收發(fā)給本終端的PDU。（2）多點(diǎn)對多點(diǎn)Mesh)結(jié)構(gòu)。802.16在幀長度固定的情況下，提供了一個靈活的字段類型幀結(jié)構(gòu)，每發(fā)送一個下行鏈路子幀，都要首先廣播一個同步前導(dǎo)碼和一個包含控制信息的幀控制頭部（FCH，F(xiàn)rameControlHeader），在上行鏈路情況下，在每個上行子幀前，都提供了一個用于發(fā)起加入和帶寬請求的爭用時隙，這就為新用戶加入網(wǎng)絡(luò)和SS發(fā)起帶寬請求提供了一個快速響應(yīng)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WiMAX支持業(yè)務(wù)語音業(yè)務(wù)基本語音業(yè)務(wù)VoIP（含固定、移動語音業(yè)務(wù)）移動語音增值業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)游戲業(yè)務(wù)企業(yè)應(yīng)用（含VPN業(yè)務(wù)等）多媒體業(yè)務(wù)流媒體業(yè)務(wù)視頻會議視頻電話Downloadservice

MobileTVHandsetsPCPDANewsSportsContentsPreviewMonitorTrafficInfo.

VideomailEtc.StreammediaserviceLiveBroadcastMusic,Video

SportsmatchFilmsAdultprogramScreensaverMelodyD/LSVCcartoonKaraoke64~100kbps100~168kbps128~256KbpsoverAverageNetworkSpeed

8~10fp10~15fps12~15fpsFramespeed

802.16系統(tǒng)的QoS架構(gòu)服務(wù)類別的定義主動授予服務(wù)(UnsolicitedGrantService，UGS)實(shí)時查詢服務(wù)(Real-timePollingService，RTPS)非實(shí)時查詢服務(wù)(Non-Real-TimePollingService，NRTPS)盡力而為(BestEffort，BE)QoS框架和交互機(jī)制

WiMAX技術(shù)應(yīng)用場景（1）固定應(yīng)用場景（2）漫游應(yīng)用場景（3）便攜應(yīng)用場景（4）低速移動應(yīng)用場景（5）高速移動應(yīng)用場景BusinessAccess&BackhaulHotspotBackhaulWi-Fi802.11PremiumResidentialServiceWi-Fi802.16-2004