wifi技術原理與應用

Wi-Fi技術概述陳虎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-FiIEEE802.11系列標準介紹Wi-Fi的多種實現模式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WirelessFidelity（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802.11DSSS（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盟（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA），著手創(chuàng)立無線網絡協(xié)議（WLAN）。3）.1999年，WECA更名為Wi-Fi聯盟，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(RadioFrequency,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（WirelessWideAreaNetwork）。2）.Wi-Fi(Wireless

Fidelity)是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA（PersionalDigitalAssistant）、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,現在我們一般會把Wi-Fi及IEEE802.11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802.11802.11b802.11a802.11g標準發(fā)布時間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調制技術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產品兼容與802.11b/g產品不兼容與802.11b/g產品兼容802.11協(xié)議族802.11b2.4G-2.5G，11Mbps物理層補充1997、1999年802.11a5.7G-5.8G，54Mbps物理層補充2000年802.11g2.4G-2.5G，54Mbps物理層補充2003年802.11e數據、語音、視頻等優(yōu)先級別，支持QoS（QualityofService）質量服務等級2005年802.11i動態(tài)共享密鑰，強化安全,WPA2，無線網絡安全方面的補充2007年802.11k流量管理，規(guī)定了無線局域網絡頻譜測量規(guī)范。體現了無線局域網絡對頻譜資源智能化使用的需求2005年802.11fAP間快速漫游，但不支持網段間漫游2006年802.11h頻譜管理無線覆蓋半徑的調整，室內（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包括網段間的快速漫游2007年802.11s無線方式鏈接AP，網狀網2007年802.11u網際切換（WiFi、WiMAX、GSM/CDMA)2007年IEEE802.11

1990年IEEE802標準化委員會成立IEEE802.11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。物理層定義了數據傳輸的信號特征和調制，工作在2.4000～2.4835GHz頻段。IEEE802.11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)務主要被用于數據的存取。IEEE802.11a

1999年，IEEE802.11a標準制定完成，該標準規(guī)定無線局域網工作頻段在5.15～5.825GHz，數據傳輸速率達到54Mbps/72Mbps(Turbo)，傳輸距離控制在10～100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。

IEEE802.11b

1999年9月IEEE802.11b被正式批準，該標準規(guī)定無線局域網工作頻段在2.4～2.4835GHz，數據傳輸速率達到11Mbps。該標準是對IEEE802.11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（DirectSequence）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。IEEE802.11e/f/h

IEEE802.11e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。IEEE802.11f，定義訪問節(jié)點之間的通信，支持IEEE802.11的接入點互操作協(xié)議（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術。

IEEE802.11g

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%。

IEEE802.11nWi－Fi聯盟在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MIMOOFDM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—PtoP點對多點路由—PtoMP無線客戶端—APClient無線轉發(fā)器—Repeater無線網狀網—WiMeshAD-HOC（跳接式路由技術）

直接與adhoc無線網路中的其它電腦無線互聯。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，實現網絡共享，無需透過AccessPoint。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)AccessPoint】無線接入點（有線無線互聯）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（DynamicHostConfigurationProtocol】）、橋接等。點對點橋接(WbridgePointtoPoint

)

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“PreferredBSSID”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對點傳輸。例如：相同的SSID（ServiceSetIdentifier服務集標識）、相同的信道、相同的應用模式。點對多點橋接(PtoMP)

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，是真正實現高性能、多功能平臺的無線傳輸設備。

基站5.8GHz5Km－15Km無線客戶端（APClient）–無線客戶端—無線有線互聯–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（Wirelessrepeater

）

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?。

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（WirelessMeshNetwork）

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(MobileAdHoc)，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

SSSSSSSSBSSSSSSSSSSS標準WiFi技術指標輸出功率：15dBm/17dBm/20dBm802.11bDSSS直接序列速率最小信號最大噪聲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總體拓撲結構無線信息共用網RADIUS服務器RadiusServer網管服務器NMSServer計費服務器BillingServer企業(yè)內部網EnterpriseIntranetVPN網關虛擬專用網絡（VirtualPrivateNetwork）接入控制器AccessControllor無線接入點AccessPointINTERNETorInternationalWirelessISP(InternetServiceProvider互聯網服務提供商）接入控制器AccessControllor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(IEEE802.11a/b/g/n)無線網絡的認證與加密方式,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WEP在網絡防護上較薄弱的基礎,加強數據傳輸加密算法,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)MACACL(AccessControlList):MACACL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-FiProtectedSetup):目前通過Wi-FiProtectedSetup認證的產品能夠為用戶提供兩種實現方式: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(AccessPoint)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100m”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數據業(yè)務的有力補充。3G可以利用WIFI高速數據傳輸的特點彌補自己數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，并實現移動辦公。制約WIFI技術發(fā)展的因素

數據傳輸速率有限。雖然Wi-Fi技術最高數據傳輸速率標稱可達11～54Mbit/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(AccessPoint)間的頻率干擾會使數據傳