第二章 无线局域网(WLAN)标准.ppt

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1、先认识先认识 Wi-Fi 认证认证 Wi-Fi是无线保真的缩写。是无线保真的缩写。Wi-Fi的英文全称为的英文全称为“Wireless Fidelity”，在无线局域网的范畴是指在无线局域网的范畴是指“无线相容无线相容性认证性认证”，实质上是一种商业认证。，实质上是一种商业认证。就目前的情况来看，就目前的情况来看，Wi-Fi已被公认为已被公认为WLAN的代名词。但要注意的是，这的代名词。但要注意的是，这二者之间有着根本的差异：二者之间有着根本的差异：Wi-Fi是一是一种无线局域网产品的认证标准；而种无线局域网产品的认证标准；而WLAN标准则是无线局域网的技术标标准则是无线局域网的技术标准，二者

2、都保持着同步更新的状态。准，二者都保持着同步更新的状态。WLAN标准标准n目前国际上有三大标准家族目前国际上有三大标准家族n美国美国IEEE 802.11家族家族n欧洲欧洲ETSI 高性能局域网高性能局域网HIPERLAN系列系列n日本日本ARIB 移动多媒体接入通信移动多媒体接入通信MMACn其它类似标准：美国其它类似标准：美国HomeRF 共享无线接入协议共享无线接入协议 SWAPn2003年年1月，由于月，由于Intel等公司的退出，该组织已经解散等公司的退出，该组织已经解散n2003年年5月，两项月，两项 WLAN 中国标准已正式颁布。这两项国家标准在原则采中国标准已正式颁布。这两项国

3、家标准在原则采用用IEEE 802.11/802.11b系列标准前提下，在充分考虑和兼顾系列标准前提下，在充分考虑和兼顾WLAN产品产品互连互通的基础上，针对互连互通的基础上，针对WLAN的安全问题，给出了技术解决方案和规范要的安全问题，给出了技术解决方案和规范要求。求。nIEEE 802.11系列标准是系列标准是WLAN的主流标准！的主流标准！IEEE 802.11协议族n IEEE 802.11IEEE 802.11标准是无线网络技术发展的一个里程碑标准是无线网络技术发展的一个里程碑IEEE 802.11(Wireless Fidelity,Wi-Fi,无线相容认证)标准定义物理层和媒体访

4、问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.40002.4835GHz频段。n 802.11a 扩充了标准的物理层扩充了标准的物理层n 802.11b 是目前无线局域网的主流标准是目前无线局域网的主流标准n 802.11g 实际上是一种混合标准实际上是一种混合标准 n IEEE 802.11a规定WLAN工作频段在5.15-5.850 GHz,数据传输速率达到54Mbps/108Mbps(Super A)。该标准扩充了标准的物理层，采用正交频分复用OFDM的扩频技术。由于工作在5G频段，

5、干扰比2.4G小很多，稳定性较好，但是此标准与802.11b不兼容。n IEEE 802.11b规定WLAN工作频段在2.4-2.4835 GHz。它采用补偿编码键控调制方式，数据传输速率可在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps之间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。n IEEE 802.11g标准工作的频段与802.11b相同,拥有IEEE 802.11a相同的传输速率,最高可达54Mbps/108Mbps(Turbo/Super G),安全性较IEEE 802.11b好,采OFDM调制方式,可802.11b兼容。IEEE 802.11协议族802.

6、11系列标准系列标准IEEE802.11a、b、g标准总结802.11g:高速高速/长距离长距离vOFDM调制/CCK调制,数据率高达54 Mbpsv具有比802.11a 超过50%的距离优势v全球统一的频段标准，没有风险v强制性向下兼容802.11b802.11a:高速高速/多信道多信道vOFDM调制,数据率高达54 Mbpsv8至12个非重叠信道,对应802.11b/g的3个信道v非全球化的标准v不能向下兼容802.11b801.11b:牢固的基础标准牢固的基础标准vWi-Fi:在2000年拥有高达95%的WLAN市场占有率 v2003年是11b产品发展的高峰，将夺得75%的市场占有率v未

7、来的系统必须向下兼容802.11b标准标准项目项目802.11802.11b802.11a802.11gBlueToothHomeRFHiperLAN占用频率占用频率2.4G2.4G5G2.4G2.4G2.4G5G最大带宽最大带宽2M11M54M54M1M12M可可扩至扩至1 11M54M非非 重重 叠叠信道数信道数383传输距离传输距离300m300m100m300m10m100m50m调制方式调制方式直扩直扩/跳频跳频直扩直扩CCK补补偿码键控偿码键控OFDM正正交交频频分分复复用用OFDMCCK跳频跳频跳频跳频OFDM业务类型业务类型语音语音数据数据语音语音数据数据图象图象语音语音数据数

8、据图象图象语音语音数据数据图象图象语音语音数据数据语音语音数据数据语音语音数据数据图象图象HiperLAN2是欧洲电信标准协会（是欧洲电信标准协会（ETSI）开发的无线局域网标准）开发的无线局域网标准蓝牙技术蓝牙技术(Bluetooth)针对低成本的近距离无线连接针对低成本的近距离无线连接HomeRF技术满足家庭用户独特网络要求技术满足家庭用户独特网络要求 WLAN各标准间比较2.4GHz中国信道划分802.11b和和802.11g的工作频段在的工作频段在2.4GHz（2.410GHz-2.483GHz），），其可其可用带宽为用带宽为83.5MHz，划分为划分为13个信道，个信道，每个信道带宽

9、为每个信道带宽为22MHz 北美北美/FCC 2.412-2.461GHz(11信道信道)欧洲欧洲/ETSI 2.412-2.472GHz(13信道信道)日本日本/ARIB 2.412-2.484GHz(14信道）信道）2.4GHz频频段段WLAN信道配置表信道配置表信信道道中心中心频频率率（MHz）信道低端信道低端/高端高端频频率率124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/2463102457

10、2446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/24832.4GHz信道划分图示 2.4GHz2.4GHz频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳3 3个互不重叠的信（个互不重叠的信（个互不重叠的信（个互不重叠的信（1 1、6 6、1111），以此类推！），以此类推！），以此类推！），以此类推！每信道占用每信道占用每信道占用每信道占用22 MHz22 MHz的频带；的频带；的频带；的频带；展频技术跳频技术FHSS直接序列扩频技术DSSSIE

11、EE802.11 n 在在1997年，经过了年，经过了7年的工作以年的工作以后，后，IEEE发布了发布了802.11协议，这也协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议，上被认可的协议，1999年又进行了年又进行了修订。其他无线局域网标准都是以该修订。其他无线局域网标准都是以该标准为基础的。标准为基础的。IEEE802.11定义了定义了物理层和介质访问控制层（物理层和介质访问控制层（MAC）协）协议规范，允许无线局域网及无线设备议规范，允许无线局域网及无线设备制造厂商建立互操作网络设备。制造厂商建立互操作网络设备。IEEE 802.11工作方式 n

12、802.11定义了两种类型的设备，一定义了两种类型的设备，一种是无线工作站，通常是通过一台种是无线工作站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构机器加上一块无线网络接口卡构成的，另一个称为无线接入点成的，另一个称为无线接入点(Access Point,AP)，它的作用是提，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥接。接入供无线和有线网络之间的桥接。接入点就像是无线网络的一个无线基站，点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线工作站聚合到有线的网络将多个无线工作站聚合到有线的网络上。上。IEEE 802.11物理层物理层 n 在在802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩最初定义的三个物理

13、层包括了两个扩展频谱技术和一个红外传播规范，无线传输的频道定义展频谱技术和一个红外传播规范，无线传输的频道定义在在2.4GHz的的ISM波段内，这个频段，在各个国家无线波段内，这个频段，在各个国家无线管理机构中，都是非注册使用频段。这样，使用管理机构中，都是非注册使用频段。这样，使用802.11的客户端设备就不需要任何无线许可。扩展频谱技术保的客户端设备就不需要任何无线许可。扩展频谱技术保证了证了802.11的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐的设备在这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影响。互相影

14、响。802.11无线标准定义的传输速率是无线标准定义的传输速率是1Mbps和和2Mbps，可以使用跳频序列扩频技术，可以使用跳频序列扩频技术(frequency hopping spread spectrum，FHSS)和直接序列扩频和直接序列扩频技术技术(direct sequence spread spectrum，DSSS)，IEEE 802.11数据链路层 n该层是该层是0SI模型的第二层，通用的标模型的第二层，通用的标准将该层分离为两个子层。准将该层分离为两个子层。n介质访问控制层（介质访问控制层（Media Access Control，MAC），该层设置的准则只），该层设置的准则

15、只有在网络上每个设备传送信息时才涉及有在网络上每个设备传送信息时才涉及到。到。n逻辑链路控制层（逻辑链路控制层（Logical Link Control，LLC）该层提供各设备之间）该层提供各设备之间初始初始(逻辑链路逻辑链路)的连接。的连接。IEEE 802.11的MAC层IEEE 802.11数据链路层（2）n在在802.11中对中对802.3标准中的标准中的CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD)（冲突的检测）进行（冲突的检测）进行了一些调整，采用了新的协议了一些调整，采用了新的协议CS

16、MA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)（碰撞防止（碰撞防止）。CSMA/CA冲突检测漫游Roaming漫游移交过程 IEEEE802.11标准为一系列无线局域网标准的发展奠定了最为重要的基础。nIEEE802.11标准在数据传输速率上没有什么优势标准在数据传输速率上没有什么优势（仅有（仅有12Mbps），且价格又不菲，因此最初的），且价格又不菲，因此最初的IIEE802.11标准在市场中的反响并不大。标准在市场中的反响并不大。nIEEEE802.11标准为后相继出现的一系列无线局域标准为后相继出

17、现的一系列无线局域网标准的发展奠定了最为重要的基础。网标准的发展奠定了最为重要的基础。1999年年9月月工作组又对工作组又对IEEE802.11标准做了修正和扩展，除标准做了修正和扩展，除原原IEEE802.11的内容之外，增加了基于简单网络的内容之外，增加了基于简单网络管理协议（管理协议（SNMP）的管理信息库（）的管理信息库（MIB），另外），另外还增加高速网络内容，就是经常提到的还增加高速网络内容，就是经常提到的IEEE802.11a和和IEEE802.11b。通用标准的发展和无线局域网传输速率的提高都起到市场催化剂作用，无线局域网市场已进入快速发展的阶段。IEEE802.11b 199

18、9年年9月正式通过的月正式通过的IEEE802.11b标准是标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持最高协议标准的扩展。它可以支持最高11Mbps的数据速率，运行在的数据速率，运行在2.4GHz的的ISM频段上频段上，采用的调，采用的调制技术是制技术是CCK。但是随着用户不断增长的对数据速率但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速

19、率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难；对于接就要更高，这对于现有的码片来说比较困难；对于接收端的收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机有更接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现复杂的结构，在硬件上不易实现。实际使用时的无线信号覆盖区域会有重叠，甚至同信道信号也有重叠区域存在。考虑到相邻AP之间使用了不同的信道参数以及无线终端在扫描连接过程中，可以自动选择信号最强AP设备进行建链连接，因此，在这些较为空旷的室内，被分隔开且距离较远的同信道AP发射的无线同频干扰信号是可

20、以被接受的。当然如果AP的信号强度比较大的时候，可以考虑通过修改AP的发射功率参数来减小AP的信号覆盖范围。信道频率规划信道频率规划 802.11b 信道定义信道定义-2.4G频率频率IEEE802.11a IEEE802.11a工作工作5GHz频段上频段上，使用，使用OFDM调制技术可支持调制技术可支持54Mbps的传输速率。的传输速率。802.11a与与802.11b两个标准都存在着各自的优缺两个标准都存在着各自的优缺点，点，802.11b的优势在于价格低廉的优势在于价格低廉,但速率较低但速率较低（最高（最高11Mbps）；而）；而802.11a优势在于传输速率优势在于传输速率快（最高快（

21、最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较且受干扰少，但价格相对较高。另外，高。另外，11a与与11b工作在不同的频段上工作在不同的频段上,不能不能工作在同一工作在同一AP的网络里，因此的网络里，因此11a与与11b互不兼互不兼容。容。IEEE802.11a802.11a 信道定义信道定义IEEE802.11g 为了解决上述问题，进一步推动无线局域网为了解决上述问题，进一步推动无线局域网的发展，的发展，2003年年7月月802.11工作组批准了工作组批准了802.11g标准，该草案与以前的标准，该草案与以前的802.11协议标准相比有以协议标准相比有以下两个特点：下两个特点：其在其在2.4G频

22、段使用频段使用OFDM调制技调制技术，使数据传输速率提高到术，使数据传输速率提高到20Mbps以上；以上；IEEE802.11g标准能够与标准能够与802.11b的的Wi-Fi系统互系统互相连通，共存在同一相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑的向系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了高速无线局域网过渡，延长了IEEE802.11b产品产品的使用寿命，降低用户的投资。的使用寿命，降低用户的投资。802.11g 简介简介n 采用采用OFDM调制方式调制方式,从而可以在从而可以在2.4GHz频段获频段获得最大得最大

23、54 Mbps的数据传输速率的数据传输速率;n 采用与采用与802.11b同样的频段同样的频段,全球范围内应用无需全球范围内应用无需额外无线电频率使用审批额外无线电频率使用审批;n 802.11g 与与802.11b 可以共存可以共存:“b”客户端可以与“g”无线接入设备工作(11Mbps速率以下);“g”客户端也可以与“b”无线接入设备工作(11Mbps以下).n 802.11b设备升级到支持设备升级到支持802.11g需要硬件方面的需要硬件方面的升级升级(不同的调制方式不同的调制方式)。IEEE802.11n IEEE802.11n计划将计划将WLAN的传输速率从的传输速率从802.11a

24、和和802.11g的的54Mbps增加增加至至108Mbps以上，最高速率可达以上，最高速率可达320Mbps，成为成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。和以往的之后的另一场重头戏。和以往的802.11标准不同，标准不同，802.11n协议为双频工作模式（包含协议为双频工作模式（包含2.4GHz和和5GHz两个工作频段）两个工作频段）。这。这样样11n保障了与以往的保障了与以往的802.11a、b、g标准兼容。标准兼容。IEEE802.11n计划采用计划采用MIMO与与OFDM相结合相结合，使传输速率成倍提高。，使传输速率成倍提高。另外，天线技术及传输技术，使得

25、无线局域网的传输距离大大增加，可另外，天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里（并且能够保障以达到几公里（并且能够保障100Mbps的传输速率）。的传输速率）。IEEE802.11n标准标准全面改进了全面改进了802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能性能IEEE 802.11 WLAN系列(物理层标准)标准标准 内内 容容 状态状态 802.11IR 红外线传输红外线传输 199

26、7年标准化年标准化 802.11FHSS 2.4GHz频段跳频扩频频段跳频扩频 1997年标准化年标准化 802.11DSSS 2.4GHz频段直接序列扩频（频段直接序列扩频（Barker码）码）1997年标准化年标准化 802.11b高速高速率扩展率扩展 2.4GHz频段直接序列扩频频段直接序列扩频(Barker码码,CCK)，PBCC(可可选选)19991999年标准化年标准化802.11a高速高速率扩展率扩展 5GHz频段频段OFDM 1999年标准化年标准化 802.11g 进进一步高速率扩一步高速率扩展展2.4GHz频段频段OFDM,PBCC(可选可选)2003年标准化年标准化 80

27、2.11d 管制域更新。定义物理层需求管制域更新。定义物理层需求(信道化、跳频模式等信道化、跳频模式等)和和其它需求，以便其它需求，以便802.11WLAN能在当前标准不支持的能在当前标准不支持的新管理区域新管理区域(国家国家)工作工作 2001年标准化年标准化 802.11h 802.11a频谱和发射功率管理频谱和发射功率管理(主要用于欧洲主要用于欧洲)正在标准化正在标准化 IEEE 802.11 WLAN系列(MAC层标准)标准 内 容 状态 802.11MACWLAN公共MAC机制 1997年标准化 802.11e 增强802.11MAC机制，提供：QoS、服务类别、增强安全和认证机制、

28、考虑增强DCF和PCF的效率。正在标准化 802.11f访问点间协议(Inter-Access Point Protocol,IAPP)，规定访问点间必要的交换信息，以支持802.11分布式系统功能，并使不同厂商的访问点兼容。2003年7月标准化 802.11 i 增强的安全和认证机制 正在标准化 802.11 k定义无线资源管理，向高层提供无线和网络测量接口正在准备草案IEEE 802.11 WLAN系列(其它标准活动)工作组工作组内容内容状态状态802.11/HT SG 研究对研究对802.11标准增强以提高吞标准增强以提高吞吐率吐率 2002年年9月月首次会议首次会议 802.11/WN

29、G 无线下一代研究，研究无线下一代研究，研究802.11标标准与准与ETSI-BRAN和和MMAC均接受均接受的全球一致的的全球一致的WLAN公共接口公共接口 已经启动已经启动 主要的物理层技术标准比较主要的物理层技术标准比较802.11802.11b802.11g802.11a可用频谱带宽83.5MHz83.5MHz83.5MHz125MHz在中国的工作频率2.400-2.4835GHz2.400-2.4835GHz2.400-2.4835GHz5.725-5.85GHz互不重叠的信道数3335,13-24(US)调制方法FHSS,DSSSCCKCCK,OFDMOFDM每个信道的最大数据速率

30、(Mbps)1,21,2,5.5,111,2,5.5,6,9,11,12,18,24,36,48,546,9,12,18,24,36,48,54最大 UDP 吞吐量(1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps19.5 Mbps*30.7 Mbps最大 TCP/IP 吞吐量(1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps14.4 Mbps*24.0 MbpsIEEE 802.11 标准列表标准列表l 802.11b-11Mbps 2.4 GHz-1999年获得通过年获得通过l 802.11a-5GHz-1999年获得通过年获得通过l 802.11g-更高的数据速率更高的数据速率(

31、20 Mbps)2.4 GHzl 802.11i-验证与安全性验证与安全性l 802.11e-服务质量服务质量l 802.11f-接入点间协议接入点间协议(IAPP)l 802.11h-灵活的频率选择与传输电源控制机制灵活的频率选择与传输电源控制机制l 802.11d-额外的规章制度额外的规章制度IEEE 802.11系列的成功之处系列的成功之处IEEE802.11的技术路线与技术特征：的技术路线与技术特征：n先进性：先进性：技术架构与思路符合未来通信系统的发展趋势。无线接入层与网络功能分技术架构与思路符合未来通信系统的发展趋势。无线接入层与网络功能分离，网络统一承载各种功能与业务。离，网络统

32、一承载各种功能与业务。终端与传输分离，终端成为信息处理业务平台。无线通信仅解决信息传输终端与传输分离，终端成为信息处理业务平台。无线通信仅解决信息传输功能。功能。n现实性：现实性：技术实现符合当前通信系统与技术、技术实现符合当前通信系统与技术、IT信息技术的发展水平，市场与应用信息技术的发展水平，市场与应用符合当前信息业务需求。符合当前信息业务需求。网络架框建立在当前互联网的基础上，终端建立在计算机平台的基础上，网络架框建立在当前互联网的基础上，终端建立在计算机平台的基础上，应用建立在以太网数据局域传输的基础上。仅涵盖七层模型的数据链路和物应用建立在以太网数据局域传输的基础上。仅涵盖七层模型的

33、数据链路和物理层，其它协议与有线以太网完全一致，容易集成到有线网络体系中，其定理层，其它协议与有线以太网完全一致，容易集成到有线网络体系中，其定位在位在AP，而非系统与网络，技术定位合理、实用、符合市场需求。而非系统与网络，技术定位合理、实用、符合市场需求。IEEE 802.11系列的成功之处系列的成功之处(2)n厂商发起的厂商发起的WLAN认证，推动了认证，推动了WLAN产品的兼容产品的兼容性，刺激了产品价格的下降和市场的形成性，刺激了产品价格的下降和市场的形成n成立于成立于1999 年的年的 Wi-Fi Wi-Fi是无线保真是无线保真(Wireless Fidelity)的缩写的缩写联盟是一个非盈利国际联盟是一个非盈利国际协会，旨在认证根据协会，旨在认证根据 IEEE 802.11 规格的无线局域规格的无线局域网产品的互操作性。网产品的互操作性。n目前目前 Wi-Fi 联盟在世界各地拥有联盟在世界各地拥有 205 名会员公司，名会员公司，并且从并且从2000 年月开始认证以来，已经有年月开始认证以来，已经有 915 个产个产品通过了认证。品通过了认证。n北美北美 WLAN市场的形成和发展使市场的形成和发展使IEEE802.11系列系列成为了主流标准成为了主流标准