WLAN基础知识讲解VIP

2020/6/2,WLAN基础知识培训主讲人:刘奎,Page2,主要内容一、802.11技术标准二、WLAN工作原理三、WLAN设别及组网应用四、无线主要参数的介绍五、无线吞吐量测试原理及影响因素,Page3,WIFI,Wi-Fi最初是Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）的注册商标，用来描述基于802.11系列协议的无线局域网技术，现在也被用来描述WLAN中移动设备的无线接口。Wi-Fi联盟由工业界发起成立的一个全球性的非盈利组织，负责测试和认证兼容IEEE802.11系列协议的设备，并且对于通过测试和认证的设备打上Wi-Fi认证标志。,Page4,802.11技术标准,IEEE802.11系列标准是无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork,WLAN）技术中应用最普遍的标准，该标准定义了物理层和媒体访问控制（MAC）协议的规范。主要包括：802.11802.11b802.11a802.11g802.11n,Page5,802.11发展进程,802.11：1997年，原始标准(2Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11a：1999年，物理层补充(54Mbit/s，工作在5GHz)802.11b：1999年，物理层补充(11Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11c：2001年，符合802.1d的媒体接入控制层桥接(MACLayerBridging)802.11d：2001年，根据各国无线电规定做的调整，增加跨国自适应机制802.11e：2005年，支持服务等级(QualityofService)，主要用于流媒体服务802.11f：2003年，基站互连性(IAPP,Inter-AccessPointProtocol)，2006年撤销802.11g：2003年，物理层补充(54Mbit/s，工作在2.4GHz)802.11h：2004年，专为欧洲设计，动态频率选择和传输功率控制机制802.11i：2004年，无线网络的安全方面的补充802.11j：2004年，专为日本设计，按照日本无线规则所做无线覆盖半径的调整802.11k：2007年，无线资源管理，灵活调整频段频道载波等，提高频段利用效率802.11l：预留及准备不使用802.11m：2007年，修订和维护上述标准的细节802.11n：2009年9月IEEE标准委员会批准通过802.11n成为正式标准，支持多进多出技术(MIMO),Page6,2.4G频段信道划分,对于802.11b/g整个2.4G频段被划分为14个信道,每个信道的带宽为22MHz,在802.11中,每个站点或者AP使用某个信道作为传输媒介,也被称为工作信道,Page7,2.4G频段信道划分,为了避免信道间干扰，同一区域内的AP的工作信道不能重叠，中心频率间隔最少为25MHz，因此最多只能有3个工作在不同信道的AP,11个信道：每个信道占用22MHz，有且只有1个信道集合中有3个互不重叠的信道1,6,1114信道：每个信道占用22MHz，可划分为4个具有3个互不重叠信道的信道集合1,6,11,2,7,12,3,8,13,4,9,14，但每次只能使用一个信道集合,Page8,5.8G频段信道划分,右表为美国UNII（UnlicensedNationalInformationInfrastructure）频段信道分配表，包含24个互不干扰的信道。在5GHz频段以5M为步进划分信道，信道编号n=(信道中心频率GHz5GHz)*1000/5。在中国802.11a工作在5.7255.850GHz频段的5个信道，操作信道号分别为：149、153、157、161、165,Page9,5.8G频段信道划分,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;,Page10,802.11a/b/g技术对比,Page11,802.11nMIMO,MIMO是一个非常复杂的技术，简单来讲就是结合复数的RF链路和复数的天线，同时在多个天线上发送出不同的信号，而接收端则通过通过不同的天线将不同的信号在不同的RF链路上将不同的信号独立的解码出来。多天线，MIMO在802.11N通常定义为MN，其中M为Tx天线数，N为接收天线数。多空间串流，空间串流数是决定最高物理传输速率的参数，在802.11n中定义了最高的串流数为4。串流数也多速率就越高，在802.11n中，在其他参数确定后，最高速率按空间串流Nss的倍数变化，如1个独立串流最高可达150Mbps，2独立串流则为300,3个独立空间流为450Mbps，4个独立空间流600Mbps。串流数与天线，一般而言，天线数与串流数一致，也可采用不对称的天线数和串流数，但是天线数量必须不小于串流数，如2个空间串流的至少需要两个天线来支持。,Page12,802.11n信道模式,两种模式可选，20MHz，40MHz。20MHz时，使用一个channel。信道宽度与802.11a/b/g相同，在802.11n标准中，强制20MHz为默认值。40MHz是可选配置项，11n设备可以不支持40MHz模式，AP在40MHz时必须相容20MHz模式，AP根据station的能力及环境因素，动态选择20/40M的模式来发送。动态选择的机制:基于动态速率选择的算法，策略与传统的802.11bg类似。当扩展信道出现冲突时，AP会关闭扩展信道，而转为只在主信道上发送在802.11n设备中，都会有,Page13,无线工作模式,802.11b/g802.11n/g802.11ng模式，工作在2.4Ghz，向前兼容802.11b/g的station.802.11a/n802.11AN模式，与802.11A工作在相同的5Ghz，向前兼容802.11aOnlyN（可选项）Enable工作在纯N模式下，传统的abgstation无法与AP连接,Page14,ShortGI,ShortGI（guardinterval）就是400nsGI(与800nsGI比较),例如:HT-40MCSIndex=15,800nsGI是270Mbps;400nsGI是300Mbps。Enable和disabledShortGI对11NDatarate的影响简单的用以下公式表示：ShortGIrate=10/9*Non-ShortGIRate。如MCSindex=15时，ShortGIdisable时，Datarate=270M，ShortGIenable时Datarate=300M。是否支持shortGIHtCapabilitiesinformationelement也有对应的bit来表示。ShortGI由于可以显着的提升速率，是802.11N的关键技术之一,Page15,802.11n速率,在802.11a/g中规定了7个速率（6，12，18，24，36，48和54），802.11N的速率可多达300个可选速率，但是基准速率只有8种：6.5，13，19.5，26，39，5258.5，65。这一基准速率相比以802.11a/g，提高了大约8%（如18-19.5）,65没有在对应于802.11a/g的速率。其他的速率一般都来源于此8个基本速率。11n的datarate与多个因素有关Numberofseparatestream（Nss）。就是我们所讲的MIMO里多少个独立的空间传输串流。在目前的APs解决方案中都是为两个独立的空间流，Nss=2。Channelbandwidth20/40Mhz.ShortGI具体的组合请参看附录中的速率表,Page16,附录：速率表,Mandatory20MHz,NSS=1,NES=1,Page17,附录：速率表,Mandatory20MHz,NSS=2,NES=1,Page18,附录：速率表,Mandatory40MHz,NSS=1,NES=1,Page19,附录：速率表,Mandatory40MHz,NSS=2,NES=1,Page20,主要内容一、802.11技术标准二、WLAN工作原理三、WLAN设别及组网应用四、无线主要参数的介绍五、无线吞吐量测试原理及影响因素,Page21,用户接入管理过程,STA,AP,第一步：发现（Discovery）,第二步：认证（Authentication）,第三步：关联（Association）,STA和建立关联的AP收发数据,三步曲,Page22,802.11MAC层访问机制（CSMA/CA）,基本CSMA/CA的具体过程包括载波侦听和冲突避免两个过程载波侦听：站点在发送帧之前侦听无线信道是否空闲，如果是，则发送数据帧，如果当前信道忙，说明现在有其它站点正在传输数据，则延迟发送帧直到侦听到信道空闲冲突避免：站点在发送帧之前要先等待一个帧间间隔IFS（InterFrameSpacing），并且确保在IFS时间内信道空闲为了防止多个站点在等待IFS时间后同时发送而导致冲突，引入了一个随机退避算法来选择一个退避时间（backofftime）,Page23,802.11MAC层访问机制（CSMA/CA）,Page24,漫游,Wireless漫游的概念站点移出一个AP的信号覆盖范围外，进入另一个AP的信号覆盖范围内，这时它需要关联到一个新的AP上。这个过程也被称为漫游，有时也被称为切换（Handoff），在漫游域内，所有AP配置了相同的SSID。Wireless漫游的分类二层漫游三层漫游,Page25,二层漫游,在同一个子网内的AP间漫游由于不涉及子网的变化，因此只需保证用户在AP间切换时访问网络的权限不变即可。,Page26,三层漫游,在不同子网内的AP间漫游除了要实现二层漫游中提到的内容以外，通常会采用一些特殊手段来保证用户业务的不中断。目前较流行的做法有：MobileIP、CAPWAP隧道、GRE隧道等。,Page27,主要内容一、802.11技术标准二、WLAN工作原理三、WLAN设别及组网应用四、无线主要参数的介绍五、无线吞吐量测试原理及影响因素,Page28,AP概述,无线AP(AccessPoint，无线访问节点)是一个包含很广的名称，它不仅包含单纯性无线接入点，也同样是无线路由器、无线网关等类设备的统称。无线AP主要是提供无线终端到有线局域网之间的访问。在无线网络中，AP就相当于有线网络的集线器，它能够把各个无线终端连接起来，无线终端所使用的网卡是无线网卡，传输介质是空气。,Page29,AD-Hoc,Ad-Hoc也叫对等网络，是指安装有无线网络适配器（无线网卡）的多台计算机组成的局域网，它们通过无线适配器进行彼此的通讯，组成了IBSS网络。对等模式下的所有无线终端必须使用相同的工作信道。,Page30,Roaming,漫游模式中，用户可随意在两个基础结构网络中无线漫游，从而给移动办公带来了极大的方便。,Page31,WDS,WDS模式是利用无线电波作为传输介质将物理上分开的局域网连接起来。,Page32,FATAP,FATAP将WLAN的物理层，用户数据加密、认证、漫游、网络管理等功能集于一身。,Page33,FATAP设备的典型组网,家庭或soho网络组网模式：,企业网络组网模式：,Page34,FATAP组网的局限性,每台FATAP都只支持单独进行配置，组建大、中型无线网络时，配置工作量大。对网络中的FATAP进行软件升级时，需要手工逐台进行升级，维护工作量大。FATAP上保存着设备配置信息，当设备失窃时造成配置信息泄漏。FATAP难于实现自动无线盲区修补、流氓AP检测等功能。FATAP一般都不支持三层漫游。,FATAP适用于小型无线网络部署，不适用于大规模网络部署。,Page35,AC和FITAP,FITAP,集中化管理、简化配置、易于部署、提高安全性,AC,Page36,FATAP和ThinAP性能比较,Page37,一个运营级WLAN网络的基本组成,用户终端：WLAN网卡、WLAN手机等射频相关系统：天线、室分系统等无线接入硬件系统：AP、ACWLAN网络就是通过AP无线设备将用户终端接入互联网的接入网络。WLAN网络分为胖瘦两种架构。胖AP架构中，AP完成了所有无线接入点的工作。瘦AP架构中，AP的一部分功能剥离到了AC上，由一个AC对多台AP进行集中控制。这是当前运营商招标的主要模式。无线数据设备：路由器、交换机支撑系统网管：又区分为OMC网管（只管理自己的ACAP)和WLAN综合网管WLAN认证计费系统：有可能单建，也有可能和城域网计费系统合建,Page38,AC和现网设备的典型连接,交换机,路由器,AC,AC,交换机,旁挂模式,网关模式,汇聚交换机,汇聚交换机,路由器,Page39,主要内容一、802.11技术标准二、WLAN工作原理三、WLAN设别及组网应用四、无线主要参数的介绍五、无线吞吐量测试原理及影响因素,Page40,无线TX部分主要指标,Page41,无线TX部分主要指标,dB是功率增益的单位，表示一个相对值。当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10lgA/B计算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10lgA/B=10lg2=3dB。也就是说，A的功率比B的功率大3dB；如果A的功率为46dBm，B的功率为40dBm，则可以说，A比B大6dB；如果A天线为12dBd，B天线为14dBd，可以说A比B小2dB。dBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：10lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg1mW/1mW=0dBm；对于40W的功率,则10lg(40W/1mW)=46dBm。dBm定义的是miliwatt，0dBm=10log1mw;dBw定义watt，0dBw=10log1W=10log1000mw=30dBm。,Page42,无线TX部分主要指标,TX输出功率为一个绝对值，其单位是W经过转换也就是dBm;信号的差错向量幅度为一个相对值单位为dB;频偏表示实际得到的频率与基准频率之间的差异，单位为:ppm，其计算公式为：假设信号基准频率为：25MHz，实际得到的频率为：25.000025MHz,则其频偏计算为：（25.000025-25）*（10）6/25=1ppm；星座图直接反映出调制出来的WLAN信号质量的好坏，其中各个信号点越靠近对应信号圆的圆心表示信号质量越好；TX部分还需要关注邻道抑制比，载波抑制，Mask,谐波,杂散发射等其它一些参数。,Page43,无线RX部分主要指标,接受灵敏度(sensibility)：表示接收端能够接收信号的