無線局域網(wǎng)講座

無俵局域網(wǎng)講原

段九州

電子技術(shù)學(xué)院三系

未來學(xué)家的預(yù)測

?計算機(jī)稱雄的時代即將過去。

?計算機(jī)時代正在沒落的原因在于有了一

種新的技術(shù)力量，它在處理和創(chuàng)造信息

上的能力超越過去的電腦時代，這個新

的技術(shù)力量就是：通信技術(shù)。

［美］喬治?吉爾德

喬治?吉爾德的解釋

通信帶寬至少以計算機(jī)的增長速度

三倍的速率發(fā)展。計算機(jī)的功率每18個

月翻一番（摩爾定律）。通信帶寬每6

個月增長一倍。......現(xiàn)今通信干線上的

單纜通信帶寬是1997年前全球年平均通

信業(yè)務(wù)量的1000倍?，F(xiàn)今每秒鐘單纜上

傳輸?shù)男畔⒘勘?995年全球因特網(wǎng)業(yè)務(wù)

一個月的業(yè)務(wù)量的總和還要多、

3

比爾的預(yù)言

……今后10年內(nèi),無線通信和無

線局域網(wǎng)將成為IT業(yè)最為強(qiáng)勁的

發(fā)展領(lǐng)域。

比爾?蓋茨2002年元旦講話

講座內(nèi)容

?無線通信的發(fā)展

?無線明星----WLAN

?軟肋—安全問題

?前途無限——展望

5

第一節(jié)無線通信的發(fā)展

無線通信的年齡：110歲

有線電話的年齡：128歲

有線電報的年齡：164歲

電報已經(jīng)死亡。電話正在異化；

通信技術(shù)正在開始一場新的革命

起因是信息社會急劇增加的信息需求,

成功的希望是無窮無盡的頻譜資源

兩大方向：無線通信；光纖通信

6

電話/無線電的發(fā)明人

A.G.Bell(1847-1922)GMQWO加(1874?1937)

7

通信學(xué)科的理論大師

Mzx榷〃(1831?1879)Shannon(1916?2001)

8

Maxwell“彩虹”：波譜表

長波

中波

短波

超短波

微波

紅外光

可見光

波長計算:波長=波速/頻率

9

電磁波頻譜圖

Wavrl<,ngth(nm)

Frrqnrnn,(Hz)

10

通信資源與速率

?傳統(tǒng)通信的局限一帶寬(Bandwidth)

?傳輸介質(zhì)的帶寬：可資利用的頻率范圍

BW=fH-fL

?信號帶寬：信號占有的頻譜寬度

-速率與帶寬：每赫茲帶寬最高可傳2波特

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■a

?怎樣使信號的帶寬更??？

?哪些介質(zhì)的帶寬更大些？頻審——利用」率

11

帶寬決定通信的發(fā)展

,雙絞線：數(shù)百kHz?數(shù)千kHz

?基帶同軸電纜：數(shù)MHz?數(shù)十MHz

?寬帶同軸電纜：數(shù)百M(fèi)Hz

?光纖：數(shù)百?數(shù)千MHz

,無線電波：數(shù)十kHz?數(shù)百M(fèi)Hz

電磁波譜的90%以上頻帶尚未開發(fā)，其潛能

遠(yuǎn)未發(fā)揮。

向更高的頻率進(jìn)軍，必可取得更寬的頻帶->

更小的天線->更小的功率。

12

無線通信的發(fā)展熱點(diǎn)

?無線廣域網(wǎng)

無線寬帶應(yīng)用，移動與因特網(wǎng)相結(jié)合

?無線定位

用來判定在某一半徑范圍內(nèi)蜂窩電話用

戶的物理位置的技術(shù)公共安全服務(wù)。

?無線局域網(wǎng)A/

組成各種PAN或無線接入應(yīng)用

?無線光通信

自由空間光系統(tǒng)FSO。無須光纖，高速

傳輸

13

第二節(jié)無線明星一WLAN

?局域網(wǎng)：小型計算機(jī)網(wǎng)(LAN)

?無線局域網(wǎng)：采用無線電波作傳輸媒介的

小型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

,WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)

?無線局域網(wǎng)是有線局域網(wǎng)的延伸

?進(jìn)入21世紀(jì)后，WLAN成為IT界明爭暗

斗最為激烈的領(lǐng)域

14

一、WLAN現(xiàn)狀

?無線局域網(wǎng)開始與因特網(wǎng)緊密結(jié)合，

與語音VoIP捆綁，使許多便攜移動

終端既能高速上網(wǎng)又能打電話

?聯(lián)想、中國網(wǎng)通、英特爾3方合作，

推出“無限伴旅”(MobileOffice),

實(shí)現(xiàn)在北京、上海、廣州、深圳4地

的網(wǎng)通無線局域網(wǎng)覆蓋的酒店和會

展中心無線上網(wǎng)和自動漫游

15

無線局域網(wǎng)可用頻段

頻率：

超短波30MHz?300MHz

微波0.3GHz?3000GHz

紅夕卜光3x103GHz?3x105GHz

對應(yīng)波長：

超短波波長=10m?1m

微波波長=1m-0.1mm

紅外光波長=0.1mm?10-6mm

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WLAN的主要類型

,HiperLAN（HighPerformanceRadioLAN）

?HomeRF（美）家用射頻（委員會）

?WirelessUSB（美）Cypress公司開發(fā)

?IEEE802.il4

?Bluetooth4

?Zigbee4

17

無線局域網(wǎng)工作示意

使俄式計完機(jī)電子反板

手持式計算機(jī)

接人且

臺式計算機(jī)

18

技術(shù)上的特殊問題與措施

1、信號強(qiáng)度差異大，難以進(jìn)行沖突檢測

(CollisionDetection)

----采用沖突避免技術(shù)CollisionDetection

2、由于距離差異造成網(wǎng)絡(luò)的連接問題：

*隱蔽站問題(hiddenstationproblem)

*暴露站問題(exposedstationproblem)

——采用RTS/CTS請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)

議進(jìn)行通信

19

隱蔽站問題

(hiddenstationproblem)

A隱蔽于B之后，影響OB通信

采用RTS/CTS請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議進(jìn)行通信

20

暴露站問題

(exposedstationproblem)

C暴露于B之下，影響與C-D通信

采用RTS/CTS請求發(fā)送/允許發(fā)送協(xié)議進(jìn)行通信

21

無線局域網(wǎng)的特點(diǎn)

?使用方便，不受地形限制

?施工快速，不必架線、鋪設(shè)電纜

?可以移動漫游

、造價高,附屬設(shè)施復(fù)雜

?速率不夠高,受帶寬限制

?安全性較差

22

cs

24

幾種主流WLAN產(chǎn)品的比較

速率相對功耗有效傳輸

Mb/s價格(mA)半徑

Wi-Fi11高10?400<100m

HomeRF8中1-300<50m

WirelessUSB0.2低1~60<10m

Bluetooth1中低0.01?100<10m

ZigBee0.25低0.01—20<30m

25

二、802.11技術(shù)

?90年代初出現(xiàn)。1997年IEEE

802.11標(biāo)準(zhǔn)的制定是無線局域網(wǎng)

技術(shù)發(fā)展的一個里程碑

?802.11b是X02.11標(biāo)準(zhǔn)的一個擴(kuò)夯.

它采用2.4GHz頻

采用CCK補(bǔ)償碼，

?新開發(fā)了802.lh

26

IEEE802.Hb應(yīng)用方式

?組成對等WaveLAN（＜50臺）

?利用接入設(shè)備AP控制轉(zhuǎn)接

?與若干遠(yuǎn)距離無線網(wǎng)或有線網(wǎng)

之間可利用中繼連接

27

00

6

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溺

fr

板

駛

照

叵

艮

802.n的缺點(diǎn)

?價格高：802.11b標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的產(chǎn)品所提

供的速率為11Mbps,每接入點(diǎn)設(shè)備售

價約200美元

?在兩個接入點(diǎn)覆蓋區(qū)域之間漫游的方式

不一致

?安全措施，漏洞較大。采用WEP：

(WiredEquivalentPrivacy)提供類似

有線網(wǎng)絡(luò)的幀傳輸保密。

31

三、藍(lán)牙技術(shù)

?藍(lán)牙是一種近距離無線通信技術(shù)

規(guī)范，用來描述各種電子產(chǎn)品相

互之間如何用這種無線協(xié)議進(jìn)行

連接。

?Bluetoothisanopen

specificationforawireless

personalareanetwork.

32

藍(lán)牙技術(shù)的提出

?藍(lán)牙技術(shù)于1994年由愛立信提出。

其最初目的是為了其手機(jī)與其附

件（如耳機(jī)話筒）以及電腦產(chǎn)品

之間的無線連接。隨之又推廣到

各種信息產(chǎn)品的“無繩化”。

@Bluetooth"

33

藍(lán)牙名稱的由來

?Bluetooth取自中世紀(jì)丹麥一位海

盜出身的開國君王HaraldBluetooth

的名字。他于1049年統(tǒng)一了丹麥和

挪威，建立了Danes王國。

?藍(lán)牙的目的——要一統(tǒng)天下。

34

第一個藍(lán)牙產(chǎn)品：耳麥與手機(jī)

35

耳

麥

使

用

36

已

問

世

的

藍(lán)

牙

產(chǎn)

品

37

藍(lán)牙USB接口BlueUSB

藍(lán)牙技術(shù)概毅

?采用ISM頻段(2.4GHz)

■藍(lán)牙采用FH-SS技術(shù)

?跳頻帶寬79MHz

?數(shù)據(jù)速率1Mbps

?傳輸距離10m,必要時加功放可達(dá)

100m

39

藍(lán)牙的跳頻特性

?Bluetooth系統(tǒng)工作在2.4GHz的ISM頻

段——2400?2483.5MHz

?使用79個頻道，各信道載頻為2402+k

MHz（k=0,1,2...78）

?采用FHSS,正常每秒跳頻1600次（時

隙625|js）,尋呼時自動加倍為3200次

（時隙312.5ps）

40

藍(lán)牙芯片優(yōu)缺點(diǎn)

?藍(lán)牙芯片采用了48bit設(shè)備碼

?248=281,474,976,710,656=1014

?在地球上，平均56000個/人

?藍(lán)牙的缺點(diǎn)：

—設(shè)計復(fù)雜，新版本一推再推

—價格居高不下

41

1、ZigBee技術(shù)

?2002年8月，荷蘭Philips,英國Invensys,

日本Mitsubishi、美國Motorola發(fā)起組成

ZigBee聯(lián)盟

?ZigBee這個名字來源于蜂群使用的賴以

生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳

ZigZag舞來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位

置、距離和方向等信息

?ZigBee是又一種新興的短距離、低速率

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

42

ZigBee的特點(diǎn)

?數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有10kbps?250kbps

-功耗低:在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號

干電池可使用6個月以上

?成本低，協(xié)議簡單:主機(jī)端芯片約2.5美元，其

他終端芯片僅1.5美元

?網(wǎng)絡(luò)容量大：每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持

255個設(shè)備

?采用2.4G和868/915MHz,DS-SS工作方式

?安全性二有數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加

密算法采用AES-128

43

ZigBee技術(shù)的適用場合

*設(shè)備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量少；

*設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池

或者電源模塊；

*沒有電力支持，只能使用電池；

*反復(fù)充電無法做到或者很困難；

*需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)測

或控制，但使用的設(shè)備非常多

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各種WLAN的技術(shù)共同點(diǎn)

?均采用ISM（工業(yè)/科研/醫(yī)療）頻段

?均采用擴(kuò)頻技術(shù)一源自山農(nóng)信道容量定理

C=51og2(l+^)(b/s)

式中：C為信道容量，B為帶寬，Pn為信號功

率與噪聲之比。

由山農(nóng)定理知：小功率大帶寬可具有同

樣的傳輸能力一〉擴(kuò)展頻譜通信

45

第三節(jié)安全問題上的明爭暗斗

?無線通信的天生弱點(diǎn)：安全問題

?對WLAN的攻擊方式大體上分為兩類——

?被動式攻擊：網(wǎng)絡(luò)竊聽和網(wǎng)絡(luò)通信量分析。

?主動式攻擊：身份假冒、重放攻擊、拒絕服

務(wù)、中間人攻擊和信息篡改攻擊。國外已經(jīng)

開始出現(xiàn)了無線黑客，他們不需進(jìn)入一個組

織的大樓，在街邊?？康钠?yán)锞涂梢酝ㄟ^

攔截?zé)o線局域網(wǎng)的信號并解密，從而攻破該

組織的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

46

驚人的WLAN漏洞

?2002年4月27日，美國的兩位網(wǎng)絡(luò)安全

專家在當(dāng)天的華爾街日報上聲稱：他們

驅(qū)車經(jīng)過硅谷，用標(biāo)準(zhǔn)PC設(shè)備，不過

90分鐘時間就輕松攻入40個企業(yè)網(wǎng)，其

中包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)勁的Sun、Nortel等

大公司?？磥?，WLAN的安全的確是用

戶的一大隱患。

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中國推出WLAN安全國家標(biāo)準(zhǔn)

?03年11月26日，中國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫

總局和國家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合發(fā)布“2003年第110

號”《關(guān)于無線局域網(wǎng)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施

的公告》：從2004年2月1日開始，禁止進(jìn)口、

生產(chǎn)和銷售不符合強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的無線局

域網(wǎng)產(chǎn)品。

?對于此前已經(jīng)進(jìn)口或生產(chǎn)的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品,

其進(jìn)口、生產(chǎn)和銷售日期則寬限到2004年的

6月1日。

48

整個世界為之震驚

?2003年全球Wi-Fi設(shè)備總銷售額已經(jīng)超

過20億美金。在該領(lǐng)域,

目前規(guī)模還比較小，200

1700萬美金，但其成長予

誘惑力，2007年有望增cenrnno1

?Broadcom公司是全球最^^

應(yīng)商，2003年總銷售額?TeCMhOLOGY

?Intel公司的迅馳遭到當(dāng)頭棒喝

49

WLAN安全國標(biāo)一WAPI

?（WLANAuthenticationandPrivacy

Infrastructure,WLAN鑒別和保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)）

?標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)成員：西電捷通無線網(wǎng)絡(luò)通信

有限公司，中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所、西

安電子科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西安交通

大學(xué)、西安郵電學(xué)院、武漢漢網(wǎng)高技術(shù)有限

公司、桂林電子工業(yè)學(xué)院、國家商用密碼研

究中心、國家無線電監(jiān)測中心、北京六合萬

通微電子技術(shù)有限公司、聯(lián)想（北京）有限公

司、北京長信嘉信息技術(shù)有限公司。

50

國際上明爭暗斗

?1月30日，Wi-F厚盟公開表態(tài)，聯(lián)盟主管

DennisEaton表示，如果在中國標(biāo)準(zhǔn)6月前仍

沒有折衷方案，Wi-Fi芯片制造商寧愿考慮

停止向中國銷售Wi-Fi芯片，也不會遵守相

關(guān)規(guī)則

?《亞洲華爾街日報》周四（4日）頭版新聞的報

導(dǎo)，美國國務(wù)卿ColinPowell、商務(wù)部

長DonEvans>貿(mào)易代表RobertZoellick已聯(lián)

合致函，請求中國收回成命，取消WAPI標(biāo)

準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。

51

Wi-Fi在歐洲的命運(yùn)

?歐洲電訊標(biāo)準(zhǔn)研究院規(guī)定，在歐洲出售

的WLAN產(chǎn)品必須具備TPS和DFS這兩

個功能，即功率控制和主動頻率選擇。

TPS是為了防止無線產(chǎn)品發(fā)放過大的功

率來干擾軍方雷達(dá)。DFS是為了使無線

產(chǎn)品主動探測軍方使用的頻率，并主動

選擇另一個頻率，以避開軍方頻率。這

兩個標(biāo)準(zhǔn)是屬于強(qiáng)制性的。不符合標(biāo)準(zhǔn)

的產(chǎn)品將不會獲得歐盟的上市許可。

52

歐盟經(jīng)驗(yàn)的啟示

■歐洲國家為了維護(hù)安全，制定了強(qiáng)制性

WLAN標(biāo)準(zhǔn)，即使導(dǎo)致市場推廣的停頓，也

要實(shí)行嚴(yán)格的審查過程。這個經(jīng)驗(yàn)對于未來

WLAN中國標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制實(shí)施具有示范意義

?一些人不相信中國會在6月1日堅(jiān)持這一標(biāo)準(zhǔn)。

他們預(yù)測的是中國政府會讓步。但是，從歐

盟的經(jīng)驗(yàn)看，指望中國政府在這個問題上讓

步，那是不可能的。該讓步的只可能是國外

的民間標(biāo)準(zhǔn)組織如IEEE和Wi-Fi.

53

中國專家的態(tài)度

?WAPI工作組的發(fā)言人劉朝陽：無線局域網(wǎng)

國家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施不僅僅是一個標(biāo)準(zhǔn)問題，還

涉及到國家信息安全?，F(xiàn)有的802.11被公