《WLAN标准》PPT课件.ppt

无线局域网标准化 广东技术师范学院天河学院计算机系 目 录 WLAN相关组织和标准 802.11协议的发展过程 WLAN面临的挑战与问题 1、WLAN相关组织和标准 IEEE 美国电气与美国无线电工程师学会合并而 成，制定了802.11、802.11b、802.11a、 802.11g等多个无线协议标准。 Wi-Fi联盟 提出802.11i安全中的WPA802.11e(QoS) 中的WMM 。 IETF 互联网工程任务组，负责互联网相关技术 规范的研发和制定。 CAPWAP 无线控制器与瘦AP间控制和管理标准化工 作组。 WAP 制定中国无线网络产品的安全机制标准 WAPI 其他的WLAN组织 欧洲ETSI(欧洲通信标准学会)高性能局 域网HIPERLAN系列 日本ARIB(日本电波产业会)移动多媒体 接入通信MMAC HiperLAN1/HiperLAN2标准 HiperLAN1发布于1996年，工作于5GHz 频带，提供的数据速率最高可达25Mbps。整 体上HiperLAN1与802.11b相当。 HiperLAN2发布于2000年，是HiperLAN1 的第2代版本，对应于IEEE的802.11a，工作 在5GHz频带，采用OFDM技术，支持最高数 据速率为54Mbps。 MMAC标准 MMAC多媒体无线接入系统目标是通过 便携式可视电话和因特网获得信息。目前主 要提供两类高速无线接入。 第一类用于室内外宽带移动通信系统， 用3-60GHz频段传输30Mbps的数据； 第二类提供超高速WLAN室内接入，传 输速率达到600Mbps，采用60GHz频率，即 毫米波。 但是这些系统不能提供大范围覆盖，也 不能用于车辆业务环境，只能用于“热点地区” 。研制出的毫米波样机可以演示60GHz的 WLAN与ATM或100BASE以太网接口，其数 据速率可以达到155Mbps。 2、802.11协议的发展过程 802.11为IEEE（美国电气和电子工程师 协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1997年公告的无 线区域网路标准，适用于有线站台与无线用 户或无线用户之间的沟通连结。 IEEE在1997年为无线局域网制定了第一 个版本标准IEEE 802.11。其中定义了媒 体存取控制层（MAC层）和物理层。物理层 定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种展 频作调频方式和一种红外传输的方式，总数 据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的 通信可以设备到设备（ad hoc）的方式进行 ，也可以在基站（Base Station, BS）或者访 问点（Access Point，AP）的协调下进行。 1999年发布两个补充版本：802.11a定 义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率 可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个 在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达 11Mbit/s的物理层。 2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国 家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用 。 1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，致力解 决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容 性问题。 802.11标准和补充。 主要的802.11协议标准 802.11802.11b802.11a802.11g 标准发布时间July 1997Sept 1999Sept 1999June 2003 合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz 频率范围 2.400- 2.483GHz 2.400-2.483GHz 5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz 2.400-2.483GHz 非重叠信道 33123 调制技术FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM 物理发送速率1, 21,2,5.5, 11 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 无线覆盖范围N/A100M50M100M 理论上的最大UDP吞吐 量 (1500 byte) 1.7 Mbps7.1 Mbps30.9 Mbps30.9 Mbps 理论上的TCP/IP吞吐量 (1500 byte) 1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps 兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互 通 IEEE 802.11 ，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz） IEEE 802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在 5.2GHz） IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz ） IEEE 802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MAC Layer Bridging） IEEE 802.11d，根据各国无线电规定做的调整 IEEE 802.11e，对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持 IEEE 802.11f，基站的互连性（IAPP, Inter-Access Point Protocol），2006年2月被IEEE批准撤销 IEEE 802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在 2.4GHz） IEEE 802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，室内（indoor ）和室外（outdoor）信道（5.2GHz频段） IEEE 802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充 IEEE 802.11j，2004年，根据日本规定做的升级 IEEE 802.11l，预留及准备不使用 IEEE 802.11m，维护标准；互斥及极限 IEEE 802.11n，更高传输速率的改善，支持多输入多输出技术（Multi- Input Multi-Output，MIMO），提供标准速度300M，最高速度600M的连接速 度 IEEE 802.11k，该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范 的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。 除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术 ，通过PBCC技术（Packet Binary Convolutional Code）在IEEE 802.11b(2.4GHz频段) 基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实 上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术，产权属于美 国德州仪器公司。 802.11 IEEE于1997年推出，工作于2.4GHz频 段，物理层采用红外、DSSS(直接序列扩频) 或FSSS(跳频扩频)技术，共享数据速率最高 可达2Mbps。 主要用于解决办公室局域网和校园网中 用户终端的无线接入问题。 IEEE 802.11b 1999年9月，802.11b被正式批准。该标 准规定WLAN工作频段为2.4GHz，共有14个 频宽为22MHz的频道可供使用。数据传输速 率达到11Mbit/s，传输距离控制在50150英 尺。 采用补偿编码键控调制方式，有点对点 模式和基本模式两种运作模式，在数据传输 速率方面可以根据实际情况在1、2、5.5及 11Mbit/s的多重传送速率间自动切换。 有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi 是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标， 该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可 以合作，与标准本身实际上没有关系。 IEEE 802.11a IEEE 802.11a是802.11原始标准的一个 修订标准，于1999年获得批准。 采用与原始标准相同的核心协议，工作 频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用副 载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达 到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求 。如果需要的话，数据率可降为48，36，24 ，18，12，9或者6Mb/s。 802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8 条用于室内，4条用于点对点传输。它不能与 802.11b进行互操作。 802.11a几乎被限制在直线范围内使用， 这导致必须使用更多的接入点；同样还意味 着802.11a不能传播得像802.11b那么远，因 为它更容易被吸收。 2003年的世界无线电通信会议对 802.11a进行修正。以改进其兼容性。但欧盟 于2002年中期已禁止在欧洲使用802.11a。 美国于2003年中期联邦通信委员会的决 定可能会为802.11a提供更多的频谱。 802.11a产品于2001年开始销售，比 802.11b的产品还要晚，这是因为产品中 5GHz的组件研制成功太慢。 802.11a设备厂商为了应对这样的市场匮 乏，对技术进行了改进（现在的802.11a技术 已经与802.11b在很多特性上都很相近了。 现在已经有了可以同时支持802.11a和b ，或者a、b、g都支持的双频，双模式或者三 模式的的无线网卡。 IEEE 802.11g IEEE 802.11g在2003年7月被通过。其 载波的频率为2.4GHz（跟802.11b相同）， 原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为 24.7Mbit/s（跟802.11a相同）。802.11g的 设备向下与802.11b兼容。 其后有些无线路由器厂商因应市场需要 而在IEEE 802.11g的标准上另行开发新标准 ，并将理论传输速度提升至108Mbit/s 或 125Mbit/s。 802.11e 802.11e增强了802.11 MAC层，为 WLAN应用提供了QoS支持能力。 802.11e对MAC层的增强与802.11a、 802.11b中对物理层的改进结合起来，就增强 了整个系统的性能，扩大了802.11系统的应 用范围，使得WLAN也能够传送语音、视频 等应用。 802.11h 为了促进802.11a在欧洲的推广发展，与 ETSI的HiperLAN/2竞争，IEEE又提出了 802.11h标准，在802.11a基础上增加自动频 率选择(DFS)和发送功率控制(TPC)功能，以 适应802.11a在欧洲推广发展的需要，符合欧 洲有关管制规定的要求。 IEEE 802.11i 为了弥补802.11脆弱的安全加密功能（ WEP，Wired Equivalent Privacy），IEEE于 2004年7月发布的修正案。 其中定义了基于AES的全新加密协议 CCMP（CTR with CBC-MAC Protocol）， 以及向前兼容RC4的加密协议TKIP（ Temporal Key Integrity Protocol）。 802.11i是对802.11 MAC层在安全性方 面的增强，它与802.1X一起，为WLAN提供 认证和安全机制。 802.1X标准完成于2001年，是所有IEEE 802系列LAN(包括无线LAN)的整体安全体系 架构，包括认证(EAP和Radius)和密钥管理功 能。 IEEE 802.11n 2004年1月，IEEE宣布组成一个新的单 位来发展的新的802.11标准。 传输速度理论值为300Mbit/s，因此需要 在物理层产生更高速度的传输率，此项新标 准应该要比802.11b快上50倍，而比802.11g 快上10倍左右。802.11n也将会比目前的无线 网络传送到更远的距离。 在802.11n有两个提议在互相竞争中： WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) 以Broadcom为首的一些厂商支持 。 TGn Sync 由Intel与Philips所支持。 各国适用频道 802.11b 和 802.11g 将2.4 GHz 的频段 区分为14个重复，标记的频道，每个频道的 中心频率相差5兆赫兹(MHz)。一般常常被误 认的是频道1，6和11（还有有些地区的频道 14）是互不重迭。 所以利用这些不重迭的频道，多组无线 网络的互相涵盖，互不影响，这种看法太过 简单。802.11b和802.11g并没有规范每个频 道的频宽，规范的是中心频率和频谱屏蔽（ spectral mask）。802.11b 的频谱屏蔽需求 为：在中心频率11 MHz处，至少衰减30 dB ，22 MHz 处要衰减50 dB 各个国家授权使用的频段 Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan 1 2.412xx 2 2.417xx 3 2.422xx 4 2.427xx 5 2.432xx 6 2.437xx 7 2.442xx 8 2.447xx 9 2.452xx 10 2.457xx 11 2.462xx x 12 2.467x 13 2.472x 14 2.484 实际上，当发射端距离接收端非常近时 ，接收端接受到的有效能量频谱，有可能会 超过22 MHz的区域。所以，一般认定频道1 ，6和11互不重迭的说法。应该要修正为：频 道1，6和11，三个频段互相之间的影响比使 用其它频段来得小。 在实验室的测试中发现，当使用频道11 来传递档案时，一个使用频道1的发射台也在 通讯时，会影响到频道11的档案传输，让传 输速率稍稍降低。所以，即使是频段相差最 远的频道1和11，也是会互相干扰的 802.11b/g工作频段划分图 2.412 2.417 2.4222.4322.4422.4522.4622.4722.484 2.4272.4372.4472.4572.467 2 3 4 5 1 7 8 9 10 611 12 13 14 正确的说法应为：频道距离在1，6和11 之间虽然会对彼此造成干扰，而却不会大大 地影响到通讯的传输速率。 WLAN面临的挑战与问题 干扰 工作在相同频段的其他设备会对 WLAN设备的正常工作产生影响。 电磁辐射 WLAN设备的发射功率应满足安全 标准。以减少对人体的伤害。 数据安全性 数据在空中传输，因此数据的安全 性非常重要。 干扰 2.4GHz为ISM频段，不需授权即可使用 。 同一区域内的WLAN设备之间会产生干扰 。 其他无线工业设备的干扰，如： 微波炉 蓝牙 无绳电话 双向寻呼系统 WLAN产品的电磁辐射 数据安全性 在WLAN中，数据在空中传输，需要充分 考虑数据业务的安全性，选择相应的加密方式。 开放式，不加密 采用弱加密算法 采用强加密算法 ISM频段介绍 ISM（Industrial Scientific Medical）频 段即工业，科学和医用频段。 此频段(