wifi技術(shù)原理與應(yīng)用

Wi-Fi技術(shù)概述陳虎華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院信號(hào)與信息處理專業(yè)目錄Wi-Fi的含義及相關(guān)介紹Wi-FiIEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)介紹Wi-Fi的多種實(shí)現(xiàn)模式Wi-Fi組網(wǎng)示意圖Wi-Fi認(rèn)證加密方式介紹Wi-Fi技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用相關(guān)思考討論什么是Wi-Fi？

1）.WiFi全稱WirelessFidelity（無線保真度），又稱802.11b標(biāo)準(zhǔn)，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，可以達(dá)到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時(shí)也與已有的各種802.11DSSS（直接序列擴(kuò)頻）設(shè)備兼容。2）.1996年，美國網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備大廠朗訊（Lucent）率先發(fā)起成立無線以太兼容性聯(lián)盟（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA），著手創(chuàng)立無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（WLAN）。3）.1999年，WECA更名為Wi-Fi聯(lián)盟，再度架構(gòu)一套認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，提出通訊行業(yè)界的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)—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(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問題，為制定802.11無線網(wǎng)絡(luò)的組織，并非代表無線網(wǎng)絡(luò)。WLAN、無線網(wǎng)路和Wi-Fi（WiFi）區(qū)別？1）.WLAN是無線網(wǎng)絡(luò)的縮寫。又叫做無線局域網(wǎng)。利用了無線電頻率(RadioFrequency,RF)技術(shù)，令計(jì)算機(jī)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(wǎng)叫做WWAN（WirelessWideAreaNetwork）。2）.Wi-Fi(Wireless

Fidelity)是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備(如PDA（PersionalDigitalAssistant）、手機(jī)等終端以無線方式互相連接的技術(shù),Wi-Fi是一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性,現(xiàn)在我們一般會(huì)把Wi-Fi及IEEE802.11混為一談,把Wi-Fi等同于無線網(wǎng)絡(luò)!實(shí)則不然。802.11介紹802.11協(xié)議的發(fā)展歷程802.11802.11b802.11a802.11g標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)間July1997Sept1999Sept1999June2003合法頻寬83.5MHZ83.5MHZ325MHZ83.5MHZ頻率范圍2.4~2.483GHZ2.4~2.483GHZ5.16~5.35GHZ5.725~5.850GHZ2.4~2.483GHZ非重疊信道33123調(diào)制技術(shù)FHSS/DSSSCCK/DSSSOFDMCCK/OFDM物理發(fā)送速率（Mbps）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理論上的最大TCP/IP吞吐量1.6Mbps5.9Mbps24.4Mbps24.4Mbps兼容性N/A與802.11b/g產(chǎn)品兼容與802.11b/g產(chǎn)品不兼容與802.11b/g產(chǎn)品兼容802.11協(xié)議族802.11b2.4G-2.5G，11Mbps物理層補(bǔ)充1997、1999年802.11a5.7G-5.8G，54Mbps物理層補(bǔ)充2000年802.11g2.4G-2.5G，54Mbps物理層補(bǔ)充2003年802.11e數(shù)據(jù)、語音、視頻等優(yōu)先級(jí)別，支持QoS（QualityofService）質(zhì)量服務(wù)等級(jí)2005年802.11i動(dòng)態(tài)共享密鑰，強(qiáng)化安全,WPA2，無線網(wǎng)絡(luò)安全方面的補(bǔ)充2007年802.11k流量管理，規(guī)定了無線局域網(wǎng)絡(luò)頻譜測(cè)量規(guī)范。體現(xiàn)了無線局域網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻譜資源智能化使用的需求2005年802.11fAP間快速漫游，但不支持網(wǎng)段間漫游2006年802.11h頻譜管理無線覆蓋半徑的調(diào)整，室內(nèi)（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz頻段）。2007年802.11n5.7G-5.8G，＋100Mbps，多信道傳輸2007年802.11r包括網(wǎng)段間的快速漫游2007年802.11s無線方式鏈接AP，網(wǎng)狀網(wǎng)2007年802.11u網(wǎng)際切換（WiFi、WiMAX、GSM/CDMA)2007年IEEE802.11

1990年IEEE802標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立IEEE802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組。該標(biāo)準(zhǔn)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(jù)傳輸?shù)男盘?hào)特征和調(diào)制，工作在2.4000～2.4835GHz頻段。IEEE802.11是IEEE最初制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于難于布線的環(huán)境或移動(dòng)環(huán)境中計(jì)算機(jī)的無線接入，由于傳輸速率最高只能達(dá)到2Mbps，所以，業(yè)務(wù)主要被用于數(shù)據(jù)的存取。IEEE802.11a

1999年，IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)制定完成，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)工作頻段在5.15～5.825GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54Mbps/72Mbps(Turbo)，傳輸距離控制在10～100米。802.11a采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的獨(dú)特?cái)U(kuò)頻技術(shù)；可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口，以及TDD（時(shí)分雙工）/TDMA的空中接口；支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)；一個(gè)扇區(qū)可接入多個(gè)用戶，每個(gè)用戶可帶多個(gè)用戶終端。

IEEE802.11b

1999年9月IEEE802.11b被正式批準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線局域網(wǎng)工作頻段在2.4～2.4835GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11Mbps。該標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)IEEE802.11的一個(gè)補(bǔ)充，采用點(diǎn)對(duì)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11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率間自動(dòng)切換，而且在2Mbps、1Mbps速率時(shí)與802.11兼容。802.11b使用直接序列（DirectSequence）DSSS作為協(xié)議。802.11b和工作在5GHz頻率上與802.11a標(biāo)準(zhǔn)不兼容。由于價(jià)格低廉，802.11b產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛地投入市場(chǎng)，并在許多實(shí)際工作場(chǎng)所運(yùn)行。IEEE802.11e/f/h

IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議提出改進(jìn)，以支持多媒體傳輸，以支持所有無線局域網(wǎng)無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QoS機(jī)制。IEEE802.11f，定義訪問節(jié)點(diǎn)之間的通信，支持IEEE802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。

IEEE802.11g

IEEE的802.11g標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)流行的802.11b（即Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)）的提速（速度從802.11b的11Mb/s提高到54Mb/s）。802.11g接入點(diǎn)支持802.11b和802.11g客戶設(shè)備。同樣，采用802.11g網(wǎng)卡的筆記本電腦也能訪問現(xiàn)有的802.11b接入點(diǎn)和新的802.11g接入點(diǎn)。不過，基于802.11g標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品目前還不多見。如果你需要高速度，已經(jīng)推出的802.11a產(chǎn)品可以提供54Mb/s的最高速度。802.11a的主要缺點(diǎn)是不能和802.11b設(shè)備互操作，而且與802.11b相比，802.11a網(wǎng)卡貴50%，接入點(diǎn)貴35%。

IEEE802.11nWi－Fi聯(lián)盟在802.11a/b/g后面的一個(gè)無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是802.11n,目的是為了實(shí)現(xiàn)高帶寬,高質(zhì)量的WLAN服務(wù),使無線局域網(wǎng)達(dá)到以太網(wǎng)的性能水平，其速率高達(dá)

300Mbps，802.11n技術(shù)硬體仍架構(gòu)在802.11a/b/g上面,只是利用MIMOOFDM技術(shù)使傳輸速率大大增加而己，已于2009年9月批準(zhǔn)。WiFi的多種模式AD-HOC無線接入點(diǎn)—AP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接—PtoP點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)路由—PtoMP無線客戶端—APClient無線轉(zhuǎn)發(fā)器—Repeater無線網(wǎng)狀網(wǎng)—WiMeshAD-HOC（跳接式路由技術(shù)）

直接與adhoc無線網(wǎng)路中的其它電腦無線互聯(lián)。這種連線類型僅對(duì)兩部或更多部電腦之間的連線有用，即一群計(jì)算機(jī)接上無線網(wǎng)絡(luò)卡，其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接Internet就可以共享帶寬，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，無需透過AccessPoint。比如本圖有4臺(tái)機(jī)器同時(shí)共享寬帶，則每臺(tái)機(jī)器的可利用帶寬只有標(biāo)準(zhǔn)帶寬的1/3。無線接入點(diǎn)【(Wireless)AccessPoint】無線接入點(diǎn)（有線無線互聯(lián)）AP相當(dāng)于一個(gè)連接有線網(wǎng)和無線網(wǎng)的橋梁，其主要作用是將各個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)客戶端連接到一起，然后將無線網(wǎng)絡(luò)接入以太網(wǎng)

。需設(shè)置信道、密鑰（WEP有線等效保密協(xié)議）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如DHCP【動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)置協(xié)議（DynamicHostConfigurationProtocol】）、橋接等。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接(WbridgePointtoPoint

)

訪問接入點(diǎn)對(duì)在它的BSS（基本服務(wù)集）中的無線工作站仍起到一個(gè)中心控制器的作用，但是它僅與另外的一個(gè)無線網(wǎng)橋進(jìn)行通信。通過“PreferredBSSID”設(shè)置，對(duì)端AP的MAC來識(shí)別指定的AP，當(dāng)然對(duì)端AP也需要進(jìn)行相同的配置才可實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)傳輸。例如：相同的SSID（ServiceSetIdentifier服務(wù)集標(biāo)識(shí)）、相同的信道、相同的應(yīng)用模式。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)橋接(PtoMP)

點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)橋的工作頻段為5.8GHz，此頻段為不收費(fèi)頻段，采用802.11n技術(shù)1x1單發(fā)單收無線架構(gòu)，提供最高達(dá)150Mbps的傳輸速率，系統(tǒng)兼容802.11a/n，可將分布于不同地點(diǎn)和不同建筑物之間的局域網(wǎng)連接起來，是真正實(shí)現(xiàn)高性能、多功能平臺(tái)的無線傳輸設(shè)備。

基站5.8GHz5Km－15Km無線客戶端（APClient）–無線客戶端—無線有線互聯(lián)–自動(dòng)捕捉信道–手工設(shè)置密鑰（WEP有線等效保密協(xié)議）–自動(dòng)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(zhuǎn)發(fā)器（Wirelessrepeater

）

無線轉(zhuǎn)發(fā)器是用來轉(zhuǎn)發(fā)無線探測(cè)器或者遙控器的信號(hào)，構(gòu)成聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的重要器件，當(dāng)遙控器或探測(cè)器和接收裝置之間因安裝距離較遠(yuǎn)、通訊信號(hào)強(qiáng)度不足時(shí)可加裝無線轉(zhuǎn)發(fā)器(簡稱轉(zhuǎn)發(fā)器),以保證通訊正常可靠。

客戶端客戶端客戶端AP無線轉(zhuǎn)發(fā)器安裝注意事項(xiàng)：將轉(zhuǎn)發(fā)器安裝在兩個(gè)需要轉(zhuǎn)發(fā)的兩個(gè)設(shè)備之間，位置一般選取在拐角處等信號(hào)有明顯衰減的位置

WiMesh（WirelessMeshNetwork）

WiMesh

是一種基于IP協(xié)議的通信技術(shù)，它支持多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，采用移動(dòng)跳接式路由技術(shù)(MobileAdHoc)，避免了星型網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)故障的問題，無線網(wǎng)狀網(wǎng)是低功率的多級(jí)跳點(diǎn)（Multihop）系統(tǒng)，它們處理消息的方式是把信息包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到信息包到達(dá)目的地。點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)過濾掉所有信息包，只留下自己的信息包，與此不同的是，網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接收要傳給其它節(jié)點(diǎn)的信息包，并把它們?cè)俅蝹魉统鋈?。多跳網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式很像因特網(wǎng)，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(wǎng)狀網(wǎng)會(huì)自動(dòng)改變信息包的。WiMesh的致命傷：1/n傳輸容量問題

SSSSSSSSBSSSSSSSSSSS標(biāo)準(zhǔn)WiFi技術(shù)指標(biāo)輸出功率：15dBm/17dBm/20dBm802.11bDSSS直接序列速率最小信號(hào)最大噪聲SNR11M-85-9510+5.5M-89-978+2M-91-976+1M-94-984+802.11gDSSS直接序列速率最小信號(hào)最大噪聲SNR54M-68-9325+48M-69-9324+36M-73-9320+24M-77-9316+18M-80-9313+12M-82-9412+9M-84-9410+6M-85-948+WI-FI總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無線信息共用網(wǎng)RADIUS服務(wù)器RadiusServer網(wǎng)管服務(wù)器NMSServer計(jì)費(fèi)服務(wù)器BillingServer企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)EnterpriseIntranetVPN網(wǎng)關(guān)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VirtualPrivateNetwork）接入控制器AccessControllor無線接入點(diǎn)AccessPointINTERNETorInternationalWirelessISP(InternetServiceProvider互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商）接入控制器AccessControllor用戶WI-FI接入網(wǎng)中小企業(yè)無線辦公WI-FI網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用Wi-Fi的加密方式Wi-Fi(IEEE802.11a/b/g/n)無線網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證與加密方式,有OpenSystem、WEP、WPA、WPA2、MACALC,WPS等幾種加密方式:OpenSystemAuthentication:是代表系統(tǒng)不加密,可任意鏈接。WEP:(WiredEquivalentPrivacy):加密采用靜態(tài)的保密密鑰,主要是在AP端,User在訪問時(shí)一定key入40位或者256位的密匙才能正常訪問。WPA:(Wi-FiProtectedAccess):WPA-PSK是針對(duì)WEP在網(wǎng)絡(luò)防護(hù)上較薄弱的基礎(chǔ),加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸加密算法,可針對(duì)工業(yè)級(jí)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(qiáng)版,(采用AES加密算法,支持128bits,192bits,256bits,支持緩存密鑰和預(yù)認(rèn)證)MACACL(AccessControlList):MACACL只能用于認(rèn)證而不能用于加密,在無線基地臺(tái)輸入充許被連入的無線網(wǎng)卡MAC地址,不在此List內(nèi)的無線網(wǎng)卡無法連入到AP。WPS(Wi-FiProtectedSetup):目前通過Wi-FiProtectedSetup認(rèn)證的產(chǎn)品能夠?yàn)橛脩籼峁﹥煞N實(shí)現(xiàn)方式:按鈕配置（PushButtonConfiguration,PBC)、輸入PIN碼(PinInputConfiguration,PIN)（1）PIN方式:需要任一客戶端先與路由器連接,激活無線網(wǎng)卡生成一個(gè)隨機(jī)PIN碼,然后在路由器管理界面輸入該P(yáng)IN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(biāo)點(diǎn)擊無線網(wǎng)卡管理工具上的軟件按鈕,即可完成無線加密設(shè)置,從而在路由器和客戶端之前建立起一個(gè)安全的連接。WIFI技術(shù)優(yōu)勢(shì)(1).

WIFI是由AP(AccessPoint)和無線網(wǎng)卡組成的無線局域網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)簡單，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶的需要。(2).應(yīng)用靈活：能靈活勝任只有幾個(gè)用戶的小型網(wǎng)絡(luò)到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò)。(3).豐富的終端支持，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，廠商進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低。WIFI組網(wǎng)的成本低廉。(4).提供漫游服務(wù)：能提供有線網(wǎng)絡(luò)無法提供的漫游特性，方便用戶使用。WIFI應(yīng)用定位Wi-Fi是一種局域網(wǎng)技術(shù)，主要用于解決“最后100m”的接入問題。從其與有線寬帶網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系來看，Wi-Fi利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠作為網(wǎng)絡(luò)延伸手段進(jìn)一步擴(kuò)大有線接入網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積及擴(kuò)展移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。Wi-Fi是提升有線寬帶用戶價(jià)值、提供差異化服務(wù)的有效手段，也是未來3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的有力補(bǔ)充。3G可以利用WIFI高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)彌補(bǔ)自己數(shù)據(jù)傳輸速率受限的不足。在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，允許用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問公司的辦公網(wǎng)或國際互聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)隨地享受網(wǎng)上證券、視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)游戲等一系列寬帶信息增值服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。制約WIFI技術(shù)發(fā)展的因素

數(shù)據(jù)傳輸速率有限。雖然Wi-Fi技術(shù)最高數(shù)據(jù)傳輸速率標(biāo)稱可達(dá)11～54Mbit/s，但系統(tǒng)開銷會(huì)使應(yīng)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(shù)設(shè)備之間將存在明顯影響。在多運(yùn)營商環(huán)境中，不同AP(AccessPoint)間的頻率干擾會(huì)使數(shù)據(jù)傳