WLAN基础知识-锐捷-陈建祥

,WLAN基础知识,网络部,天线及无源器件技术,网络部,天线的基本概念,把从导线上传输过来的电信号转为无线电波发射到空间；收集无线电波，并产生电信号,3,天线的尺寸与波长和增益有关,导线有交变电流，就可以形成电磁波的辐射；辐射的能力与导线的长短和形状有关当导线长度L远小于波长时，导线电流小，辐射弱；到导线长度与波长相当时，导线电流大大增加，覆盖较强；振子：能产生显著辐射的直导线,若导线间距离很近，电场被束缚在两导线之间，则辐射很微弱。,将两导线张开，电场即散播在周围空间，则辐射增强。,4,天线的尺寸与波长和增益有关,电磁波波长越长，天线的尺寸越大；天线需提供的增益越大，天线的尺寸越大,5,卫星天线,吸顶天线,美国金石”雷达天线,直径71米,直径13米,直径0.18米,振子,振子在天线中并能产生显著电磁辐射的直导线对称振子两臂长度相等的振子，叫对称振子半波对称振子每臂长度为四分之一波长全长是1/2波长折合振子将振子折合起来,6,天线的方向性和方向图,天线的方向性天线辐射电磁波是有方向性的在天线的发送端，方向性指天线向一定方向辐射电磁波的能力；对于接收端而言，则表示天线对来自不同方向的电磁波的接收能力。天线的方向图通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线就是天线的方向性，并称为天线辐射的方向图。,全向天线立体方向图,全向天线垂直面方向图,全向天线水平面方向图,水平面方向图视角,垂直面方向图视角,7,天线方向性的变化,各种天线的形成通过对天线的内部结构做相应的改动，可以改变天线的方向性，并由此形成不同种类及特性各异的天线。,增加反射板反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。,8,天线方向图2.4G室外高增益全向天线,全向天线,增益:11dBi工作在2.4G频段用于地广人稀地区的大范围覆盖,水平方向图,垂直方向图,9,天线方向图2.4G室外高增益定向天线,面板型定向天线,增益:11dBi工作在2.4G频段适用于高密度接入覆盖,水平方向图,垂直方向图,10,天线的波瓣宽度,波瓣方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。波瓣宽度在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。,波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。,板状天线立体方向图,11,天线的增益,增益增益是指在输入功率相等的条件下实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。增益与波瓣宽度的关系增益与天线波瓣宽度有密切的关系方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。,12,天线的增益,一个单一对称振子具有面包图形的方向图,一个各向同性的辐射器在所有方向有相同辐射,对称振子的增益为2.17dB,dBd和dBi的区别,一个天线与对称振子相比的增益用dBd表示一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用dBi表示,13,旁瓣抑制,上旁瓣抑制对于无线覆盖天线，其服务对象是地面上的无线用户，指向天空的辐射是毫无意义的。因而人们常常要求它的垂直面方向图主瓣上方的第一旁瓣尽可能弱一些，这就是所谓的上旁瓣抑制。,抑制前,抑制后,上旁波瓣,14,前后比,方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比；前后比越大，接收性能好,全向天线的前后比为0dB，常用定向天线的前后比典型值为1830dB。,后向功率,前向功率,15,天线的极化,垂直极化,水平极化,+45极化,-45极化,天线向周围空间辐射电磁波是由电场和磁场构成的；人们规定：天线极化方向就是电场的方向,16,天线的极化,垂直/水平极化组合,+/-45极化组合,把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起；或者把+45极化和-45极化两种极化的天线组合在一起，就构成了双极化天线,17,极化损失,极化损失收、发天线的极化方式必需一致，也就是垂直（或水平）极化波要用具有垂直（或水平）极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号将会变小，也就是发生极化损失。极化完全隔离当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。工程指导在WLAN工程中使用的天线一般均为收发一体的垂直极化天线。,18,为什么需要多极化天线,最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；,传统天线都只有一个极化方向，如室外的全向天线；802.11n的MIMO技术利用了多天线收发的多空间流；MIMO如果利用多个单极化天线，在一个方向需要3个天线；多极化天线通过合理振子排列，融合多天线，同时降低或避免了天线之间的干扰。,19,天线的驻波比,天线的驻波比表示天馈线与基站匹配程度的指标；驻波比产生是由于入社波能量传输到天线输入端时，能量未被全部吸收（辐射），从而产生发射波；VSWR越大，发射越大，匹配越差；驻波比差的坏处降低天线的辐射功率；增加线缆损耗；匹配严重时，发射机的输出功率达不到设计额定值,20,天线参数表（1）,2.4G定向壁挂天线,21,天线参数表（2）,2.4G小板状天线,22,常用天线介绍室内吸顶天线,室内吸顶天线结构轻巧、外型美观、安装方便等优点；用于建筑物内全向无线覆盖；室内吸顶增益一般为2dBi；吸顶天线在上部安装了一块反射板，控制向上辐射的电磁波并使其向下辐射；减少吸顶天线对上一楼层的无线干扰，还可以增强下方空间的无线覆盖效果。,23,常用天线介绍室内壁挂天线,室内壁挂天线结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。室内壁挂天线属于定向天线,其增益约为7dBi。室内壁挂天线在防水、防潮等方面没有做特殊处理，切勿将其安装在室外环境。,24,常用天线介绍室外柱状天线,室外柱状天线被称为杆状天线或鞭状天线，属于全向天线，其主要应用于室外大面积无线覆盖；一般采用玻璃钢外壳封装，具有增益高、安装方便，并具有良好的抗风、防潮、防腐等特点；,25,常用天线介绍室外板状天线,室外板状天线称为扇区天线或扇型天线；增益高、结构牢靠、安装方便，以及良好的防振动冲击和防水防腐能力等特点；要应用于室外定向覆盖，也可作为WLAN工程中点到多点桥接的中心点天线。,26,常用天线介绍高增益栅状抛物面天线,栅状抛物面天线具有良好的聚焦作用，天线集射能力强，特别适用于点对点的通信，例如它常被选为WLAN点到点远距离通讯天线。；栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。,27,常用天线介绍其他,28,无源器件功分器,功分器的作用是将输入的信号功率均等的分成若干个等功率信号,主要有二功分器，三功分器和四功分器。功分器采用传输线原理实现功率的分配，在下行方向上是阻抗匹配的，插损很小；但在上行方向上，是阻抗失配的，插损较大。从这一点上可以看到，一般的功分器是有方向性的，不能反过来当合路器使用。下图依次是功分器的示意图、实物图和原理图。,29,无源器件功分器指标,30,无源器件耦合器,定向耦合器的作用是将信号不均匀地分成2份，分别称为主干端和耦合端，也有的称为直通端和耦合端。一般用于移动通信系统中，从主干路中提取一部分信号用于支路。耦合器同样采用传输线原理，当两根无屏蔽的传输线近距离靠近时，二者之间会发生功率传递，这就是功率耦合。从名称可以看到，耦合器也是有方向性的，In口为输入端，Coupling口为耦合端输出，Out为主干端输出；不可接反，否则会导致主干路插损过大以及耦合度偏差。以下图分别为耦合器示意图、实物图和原理图。,31,无源器件耦合器指标,32,无源器件多模合路器,多模合路器的作用是将多种不同频率的信号合并，使之可以利用同一套天馈进行传输；同时还要保证不同信号之间不发生干扰（隔离）。多模合路器同样采用传输线原理，原理类似于功分器，有2点区别：1，合路器在上行方向（合路方向）是阻抗匹配的，损耗很小；2，合路器各输入端口均设计了带通滤波器，对于其它端口输入的其它频率信号，起到隔离的作用，所以多模合路器一半比功分器体积大、成本高。多模合路器各输入端口的频率是独立的，使用时必须连接正确。下图为多模合路器实物图。,33,无源器件多模合路器指标,34,无源器件馈线,射频馈线主要用于室分型网络的无线信号传输以及室外网络的天线连接。通常采用1/2英寸馈线，接头一般采用N型公头。射频馈线主要衡量插入损耗，以下是规格参数的介绍。,35,端到端的帧交互过程,网络部,转发模型FATAP,FatAP：将WLAN的物理层、用户数据加密、用户认证、QoS、网络管理、漫游技术以及其他应用层的功能集于一身。FatAP无线网络解决方案可由由FatAP直接在有线网的基础上构成。缺点：对每AP都需要配置，难于集中管理无法对射频环境进行监控调整L2漫游，适合小规模组网,37,转发模型FITAP,AC：无线制器.在瘦AP架构中扮演对AP进行控管理角色，可以实现：对所有AP进行管理/认证安全/报文转发/RRM/QOS/漫游集群.优点：集中管理：AC上配置好文件，AP本身零配置,管理简易增加射频环境监控，基于用户位置安全策略，高安全性L2、L3漫游，适合大规模组网,38,转发模型FITAP-二层模式集中转发,AP-AC之间二层模型：部署要求：AP和AC之间全部是二层口互联AC只工作在二层模式;网关部署在AC上集中转发AP不对无线报文进行本地转发，所有的报文经过capwap封装送到AC后进行集中处理和转发。优点：AC只需工作在二层，对现有网络改动最小，无需考虑路由,39,转发模型FITAP-二层模式集中转发数据模型,AP上电后通过DHCP获取IP地址，（通信过程同有线）Capwap隧道建立AP管理（WLAN/VLAN/安全策略下发）；无线用户A/D/进行关联到相应的AP无线用户DHCP获取IP地址无线用户学习ARP表现无线用户通信（STA-STA,STA-有线用户）,40,转发模型FITAP-二层模式集中转发数据模型,无线用户进行关联到相应的AP扫描主动扫描被动扫描链路认证（open/sharekey）关联接入加密和接入认证加密：明文/WEP/WPA/WPA2认证：PSK/802.1X,41,被动扫描,主动扫描,转发模型FITAP-二层模式集中转发数据模型,无线用户A/D发送DHCPDiscover报文获取IP地址，AP收到DHCPDiscover报文后将这个报文封装成CAPWAP报文发送给AC；AC收到CAPWAP封装的DHCPDiscover广播报文后拆除CAPWAP封装,并做广播dhcpdiscovery报文。AC收到DHCPServer回应的DHCPOffer报文后，将该DHCPOffer封装为CAPWAP报文发送给无线用户A/D，无线用户A/D以及AC和DHCPServer完成后续的交互完成IP地址，缺省网关和子网掩码的分配；AC通知AP更新无线用户的IP地址；,42,AC,L2Switch,L3SwitchDHCPrelay,Trunk,Trunk,Access,loopback:10.5.5.2,Discovery/Offer802.11n,DHCPServer,VLAN50(192.168.50.0/24),AP,Discovery/Offercapwap802.11n,Discovery/Offer802.3,无线用户DHCP获取IP地址,转发模型FITAP-二层模式集中转发数据模型,无线用户A/D分别发送ARPRequest获取网关IP地址(10.3.3.1/10.4.4.1)的ARP表项，AP收到这个报文后封装成CAPWAP报文发送给AC；AC收到CAPWAP封装的ARP报文后拆除CAPWAP封装，但并不直接做二层广播，AC查询本地的ARPCache，发现本地ARPCache并没有10.3.3.1/10.4.4.1对应的ARP表项，AC将该ARP广播报文发送到广播（含有线网络中和无线网络中），从有线接口上发送出去的ARP帧为802.1Q帧格式，同时AC上学习A/D对应的ARP表项；如果AC上有ARP表现，则直接启用ARP代理模块，AC回应arpreply。AC收到三层交换机回应的ARPReply报文后学习了三层交换机网络接口的MAC和相应的VID，并建立了三层交换机网络接口的ARP表项，后续AC再收到类似的ARPRequest后就可以直接充当ARPProxy的角色直接回应ARPReply报文；,43,STA学习ARP,转发模型FITAP-二层模式集中转发数据模型,有线用户ARP学习（ACArpProxy）有线用户B发送目的IP为10.3.3.10的ARPRequest广播报文给二层交换机，二层交换机进行VLAN内广播，将该广播报文通过端口转发给AC，AC直接学习B的MAC地址和相应的VID,AC收到该广播报文后查询本地ARPCache，由于本地已经学习了A的ARP表项，AC充当ARPProxy的角色代替A直接回复ARPReply报文并同时学习了B的ARP表项MAC地址表学习：arp报文经过二层交换机时将在与ac连接的端口上学习A的MAC地址和相应的VID(VLANID为3)ICMPRequestB发送目的IP为10.3.3.10和目的MAC为A的icmprequest帧，由于在步骤1中二层交换机已经学习了A的MAC地址，二层交换机将该报文转发到ac,AC收到该报文后查询MAC地址和VID找到对应的接口CTI_2，然后进行CAPWAP封装将CAPWAP报文从该CTI_2上发送出去，AP收到该报文后将该报文发送给用户A；无线用户ARP学习同上页ICMPreply同request,44,有线到无线二层转发模型,有线用户BVLAN3:10.3.3.5,无线用户AVLAN3:10.3.3.10,1,2,(ICMPRequst802.3),(ICMPRequstcapwaptunnel),(ICMPRequst802.11),2,(ICMPReply802.11),4,(ICMPReplycapwaptunnel),2,4,ArpRequest/Reply(ACarpproxy),3,有线到无线二层转发,转发模型FITAP-三层模式集中转发数据模型,同二层。增加AC到网关的转发,45,转发模型FITAP-二层模式集中转发