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新员工培训教程 wlan基础知识,南京智达康无线通信科技有限公司,nanjing z-com wireless co ltd.,无线自由，无限未来.,内容提纲,、无线技术介绍,无线局域网 (wireless local area network)是以射频无线电波通信技术构建的局域网，虽不采用缆线，但也能提供传统有线局域网的所有功能。无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。这种无线建网与高速网络接入技术近几年来受到广泛的关注并发展为网络技术市场上一个耀眼的亮点。,什么是无线局域网（wlan）技术？,所谓 wi-fi，其实就是 ieee 802.11b的别称，是由一个名为“无线以太网相容联盟”（wireless ethernet compatibility alliance, weca）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。它是一种无线传输技术。是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(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。随著技术的发展，以及ieee 802.11a 及ieee 802.11g等标准的出现，现在ieee 802.11 这个标准已被统称作wi-fi，从而保证了各个厂家产品的兼容性。从应用层面来说，要使用wi-fi，用户首先要有 wi-fi 兼容的用户端装置。,wi-fi是什么？,2.4g各种无线网络技术的比较,除了无线以太网技术外,目前已产品化的其它一些无线连接技术还有蓝牙(bluetooth)和homerf，蓝牙的相关标准是ieee802.15，主要用于点对点的短距离无线连接，由于蓝牙产品的体积和功耗较小，被较普遍的应用在一些移动和手持设备上，一般认为它和无线局域网是相互补充的关系，各用于不同的领域。而homerf主要为家庭网络设计，在抗干扰等方面相对应其他技术而言尚有欠缺，因此注定它没有广泛的应用前景。下面是几种技术的主要传输指标对比。,各种无线网络技术的市场定位,bluetooth,802.11b 802.11a 802.11g hiperlan2,802.11 mmds lmds,gsm gprs cdma 2.5g-3g,ieee 802.11协议族,ieee 802.11 ieee 802.11(wireless fidelity,wi-fi,无线相容认证)标准定义物理层和媒体访问控制(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。,ieee 802.11b ieee 802.11b标准规定wlan工作频段在2.4-2.4835 ghz，数据传输速率最高达到11mbps,。该标准是目前已经取代了ieee802.11标准。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。,ieee 802.11a ieee 802.11a标准规定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的独特扩频技术。由于工作在5g频段，干扰比2.4g小很多，稳定性较好，但是此标准与802.11b不兼容。（目前应用较少不重叠信道有24个）,ieee 802.11g 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（正交频分复用）调制方式,可802.11b兼容。（目前应该最多，不重叠信道有3个同11b）,ieee 802.11协议族,目前802.11共有九种扩展名，从a到i(a、b、c、d、e、f、g、h和i)。802.11（a、b和g)是与phy有关的标准，802.11（d、e、h和i）影响mac层，而802.11（c和f）增强osi最上面的一层，即应用层 其它802.11体系标准 除了这三种最核心的无线以太网标准外，802.11系列标准还有： 802.11c：符合802.1d的媒体接入控制层(mac) 桥接(mac layer bridging) 802.11d：regulatory domains，定义域管理，fcc、etsi、arib等之间切换； 802.11e：qos (quality of service)，定义服务质量； 802.11f：iapp(inter-access point protocol)，接入点内部协议,漫游管理； 802.11h：5ghz频率空间的功耗管理,并关注探索802.11a 与 hiperlan2之间的一 致性，集中关注动态频率选择（dynamic frequency selection）和传 输功率控制（transmit power control）。 802.11i： security，定义网络安全性。,其他相关802.11协议介绍,ieee802.11和osi模型,无线网络标准的发展史,802.11系列标准的发展轨迹 1990年5月，ieee成立802.11工作组 1997年7月，ieee发布802.11协议 1999年9月，ieee发布802.11b协议 1999年9月，ieee发布802.11a协议 2003年6月，ieee发布802.11g协议,ieee802.11a/b/g对比,二、wlan的扩频技术介绍,wlan的扩频技术介绍,无线局域网的通讯方式采用的是扩频通信技术。扩频通信是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。扩频技术包括以下几种方式：直接序列扩展频谱，简称直扩（ds），跳频（fh），跳时（th），线性调频（chirp）以及现在流行的正交频分复用（ofdm）。此外，还有这些扩频方式的组合方式，如fh/ds、th/ds、fh/th等。目前在wlan通信中应用较多的主要是dsss（直接序列扩频）和ofdm（正交频分复用）。 扩频通信技术具有以下特点： 1.很强的抗干扰能力 2.可进行多址通信 3.安全保密 4.抗多径干扰,dsss（直接序列扩频）,直接序列扩频（direct sequence spread spectrum，简称dsss） ，就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。,dsss（直接序列扩频）,直接序列扩频技术将2.4ghz的频宽划分成14个22mhz的通道(channel)，临近的通道互相重叠，在14个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃。 为了弥补特定频段中的噪音开销，一项称为“chipping”的技术被用来解决这个问题。在每个22mhz通道中传输的数据中的数据都被转化成一个带冗余校验的chips数据，它和真实数据一起进行传输用来提供错误校验和纠错。由于使用了这项技术，大部分传送错误的数据也可以进行纠错而不需要重传，这就增加了网络的吞吐量。,fsss （跳频扩频）,跳频扩频（frequency hopping spread sprectrum, 简称fhss）就是载波可以在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率。,fsss （跳频扩频）,使用fhss技术，2.4g频道被划分成75个1mhz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。 fhss技术采用的方式较为简单，这也限制了它所能获得的最大传输速度不能大于2mbps，这个限制主要是受fcc规定的子频道的划分不得小于1mhz。这个限制使得fhss必须在2.4g整个频段内经常性跳频，带来了大量的跳频上的开销。,ofdm（正交频分复用）,正交频分复用技术ofdm是一种多载波发射技术，它将可用频谱划分为许多载波，每一个载波都用低速率数据流进行调制。它获取高数据传输率的诀窍就是，把高速数据信息分开为几个交替的、并行的bit流，分别调制到多个分离的子载频上，从而使信道频谱被分到几个独立的、非选择的频率子信道上，在ap与无线网卡之间进行传送，实现高频谱利用率。 52 副载波(用于数据 : 48个, 用于导频信号 : 4个) 多种传送速度: 6, 9, 12, 24, 36, 48, 54 mbps,跳频（fh）直扩（ds）技术对比,dsss,fhss,fhss系统采用跳变的频率载波，接收方与发送方协商频率跳变模式 -易于实施 -抗干扰能力强 -吞吐量有限（2-3 mbps 2.4ghz）,dsss系统采用“chip”代表数据位，称为宽带无线技术 吞吐量高（11mbps) 覆盖范围更广 抗干扰能力弱,三、wlan的调制方式,wlan的调制方式,什么是调制？,信号的调制就是要把信号进行变化、控制、改变以赋予把信号通信中所需要的特性，并承载信息进行传输。 基本的调制方法：幅度调制（am）、频率调制（fm）,ieee802.11b dsss调制方式,补偿码键控(cck) 11mbps/5.5mbps 差动四进制相移键控(dqpsk) 2mbps 差动二进制相移键控(dbpsk) 1mbps,ieee802.11a ofdm调制方式,bpsk(二进位移相键控, binary phase shift keying) qpsk(正交移相键控, quadrature phase shift keying) 16qam(正交调幅, quadrature amplitude modulation) 64qam,ieee802.11g ofdm调制方式,11g协议由于兼容11b协议，因此其调制方式是11a与11b的结合，即工作在6mbps、12mbps、24mbps、36mbps、48mbps、54mbps时与11a ofdm的调制模式相同（bpsk/qpsk/16qam/64qam）；当工作在1mbps、2mbps、5.5mbps、11mbps时与11b dsss下 的调制模式相同（cck/dqpsk/bqpsk） 。,ofdm（正交频分复用技术优势）,ofdm技术频带利用率高、抗噪声特性好，并可以对那些在通信传输过程中遭到破坏的信号数据位进行自动重建； 通过ofdm技术编码的数据信号，在传输过程中不容易被窃取，从而保证信号传送具有更高的安全性； ofdm技术对传输线路上的多径干涉有较强的抵抗力，它不仅可以克服信号传输的障碍，而且还能提高通信传输的速度； ofdm技术具有良好的抗信号衰落性能，增加传输距离； ofdm技术能够克服传输介质中外界信号的干扰，提供高通信质量的传输信道； ofdm技术既可用于移动的无线网络，也可以用于固定的无线网络，它通过在楼层、使用者、交通工具和现场之间的信号跳换，解决其中的信息冲突问题。,wlan的稳定性,由于wlan其固有的传输介质的特性，也就使其面临着噪声、线路冲突、隐藏节点等方面的考验，这些问题解决的好与坏直接影响wlan的稳定性及可靠性。,克服噪声,为了支持在有噪音的环境下能够获得较好的传输速率，802.11b采用了动态速率调节技术，来允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速度来补充环境的不利影响。在理想状态下，用户以11m的全速运行，然而，当用户移出理想的11m速率传送的位置或者距离时，或者潜在地受到了干扰的话，这把速度自动按序降低为5.5mbps、2mbps、1mbps。同样，当用户回到理想环境的话，连接速度也会以反向增加直至11mbps。速率调节机制是在物理层自动实现而不会对用户和其它上层协议产生任何影响。,克服冲突,802.11的mac和802.3协议的mac非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。在802.3协议中，是由一种称为csma/cd(carrier sense multiple access with collision detection)的协议来完成调节，这个协议解决了在ethernet上的各个工作站如何在线缆上进行传输的问题，利用它检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要进行数据传送时网络上的冲突。在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为“near/far”现象，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。 鉴于这个差异，在802.11中对csma/cd进行了一些调整，采用了新的协csma/ca(carrier sense multiple access witcollision avoidance)。 csma/ca利用ack信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ack信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。,csma/ca 协议,csma/ca协议的工作流程是：一个工作站希望在无线网络中传送数据，如果没有探测到网络中正在传送数据，则附加等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果无线网路中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。接受端的工作站如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个ack数据报，如果这个ack数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ack数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ack信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一段时间后被重传 ， csma/ca通过这种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ack机制在处理无线问题时非常有效。然而不管是对于802.11还是802.3来说，这种方式都增加了额外的负担，所以802.11网络和类似的ethernet网比较总是在性能上稍逊一筹。,隐藏节点问题,四、wlan频段划分,2.4ghz中国信道划分,802.11b和802.11g的工作频段在2.4ghz（2.410ghz-2.483ghz），其可用带宽为83.5mhz，划分为13个信道，每个信道带宽为22mhz 北美/fcc 2.412-2.461ghz(11信道) 欧洲/etsi 2.412-2.472ghz(13信道) 日本/arib 2.412-2.484ghz(14信道）,2.4ghz信道划分图示,2.4ghz频段中，同一个信号覆盖范围内最多容纳3个互不重叠的信（1、6、11），以此类推！ 每信道占用22 mhz的频带； 11b采用dsss扩频和cck的调制方式最高提供11mbps的速率，11g采用ofdm的扩频方式，可提供54mbps的速率 ；,ieee802.11b/g蜂窝覆盖示意图,使用1、6、11三个互不干扰的信道进行蜂窝覆盖,5.8ghz信道划分,中国802.11a的工作频段在5.8ghz(5.725ghz-5.850ghz)，其可用带宽为125mhz，划分为5个信道，每个信道带宽为20mhz,美国(fcc): 5.15ghz5.35ghz; 5.725ghz5.825ghz 欧洲(etsi): 5.47ghz5.725ghz 中国: 5.725ghz5.85ghz,5.8ghz信道划分图示,5.8ghz中国频段中，可提供五个互不干扰的信道 每信道占用20mhz频带带宽; 提供6/9/12/18/24/36/48/54mbps 数据传输速率; 采用ofdm调制方式;,ieee802.11a蜂窝覆盖示意图,相邻蜂窝不使用同一个信道，避免干扰,五、无线局域网基本应用架构,无线