无线通信技术基础-15无线局域网

无线通信技术基础,第15章、无线局域网,内容介绍,由双绞线构成的局域网络（LAN）的主要管理工作之一是铺设电缆或者检查电缆连接，随着网络和应用环境的不断更新与发展，原有的网络还需要不断的进行重新布局。虽然双绞线本身的成本并不高，但是布线的工程费用很高。因此，架设无线局域网络就成为一个最佳的解决方案。无线局域网（WLAN）是使用无线连接方式的局域网络，它使用无线电磁波作为数据传送的媒介。WLAN的主干网路仍然可以使用电缆，无线局域网的用户终端通过一个或更多的无线接入节点（AP）接入到无线局域网中。无线局域网现在已经在商务区、大学、机场、火车站等公共区域得到了广泛的应用。WLAN是一种非常便利的数据传输系统，它利用无线网络取代了传统的碍手碍脚的铜双绞线来构成更加灵活的局域网络。WLAN最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准。802.1*技术还可以继续发展到802.16组成城域网（WMAN），成为电信级的移动通信系统。,本章重点,802.11系列标准的发展进程。无线局域网的网络结构。WLAN与PLMN的融合,第15.1节、IEEE802.11标准,1、802.11标准的发展进程WLAN是一个新兴技术，第一个标准版本（IEEE802.11）发表于1997年（IEEE：电气和电子工程师协会），其中定义了介质访问控制（MAC）层和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段上的两种无线传输方式和一种红外传输方式，总的数据传输速率设计为2Mbps。ISM频段是一个开放频段，不需要授权许可，只需要遵守一定的发射功率（一般小于1W）并且不对其它频段造成干扰就可以自由使用。WLAN使用的ISM频段主要包括2.4和5.8GHz两个频段，其中，2.4GHz是世界上绝大多数国家通用的ISM频段，得到了最为广泛的应用。自从802.11标准问世以来，WLAN得到了广泛的应用，各种WLAN设备不断投入市场，不同厂商之间的设备兼容问题越来越突出。1999年成立了Wi-Fi联盟，致力于规范符合802.11标准的设备生产，解决兼容性问题。,第15.1节、IEEE802.11标准,IEEE802.11系列标准的发展进程如下：802.11，1997年，第一个版本的原始标准（2Mbps，2.4GHz）。802.11a，1999年，对物理层进行补充（54Mbps，5.8GHz）。802.11b，1999年，对物理层进行补充（11Mbps，2.4GHz）。802.11d，根据各国的无线电管理规定做的调整。802.11e，对服务等级（QualityofService,QoS）的支持。802.11g，2003年，对物理层进行补充（54Mbps，2.4GHz）。802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整（5.8GHz频段）。802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。.802.11n，更高传输速率的改善，支持多输入多输出技术。802.11k，规范了无线局域网络的频谱测量。802.11p，主要用在车用电子的无线通信上。,第15.1节、IEEE802.11标准,2、802.11的标准系列IEEE802.11802.11是IEEE最初制定的第一个WLAN标准，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，业务主要局限于数据存取，数据传输速率最高只能达到2Mbps。802.11在传输速率和传输距离上都不能满足需要，IEEE随后又相继推出了802.11a和802.11b两个新标准。IEEE802.11a802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，1999年获得批准。802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5.8GHz，使用52个正交频分复用（OFDM）的副载波，最大数据传输速率为54Mbps，达到了中等吞吐量（20Mbps）的要求。如果需要的话，数据速率可降低为48、36、24、18、12、9、6Mbps。,第15.1节、IEEE802.11标准,IEEE802.11b802.11b是WLAN的一个典型标准，采用的频段是2.4GHz，最高速率为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，速率可以自动调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，来保证无线网络的稳定性和可靠性。IEEE802.11g802.11g是802.11b的后继标准，采用的频段为2.4GHz（与802.11b相同，可以向下兼容802.11b），最高速率为54Mbps（与802.11a相同）。IEEE802.11i802.11i是IEEE为了弥补802.11脆弱的安全加密功能（WEP）而制定的修正案，称之为支持WPA（Wi-Fi安全存取）。现在广泛应用的支持802.11i最终版协议的通信设备称为支持WPA2。,第15.1节、IEEE802.11标准,IEEE802.11n802.11n是2004年1月IEEE宣布组成一个新的机构来开发的新的802.11标准，于2009年9月正式批准。传输速率的理论值为300Mbps。802.11n还可以比目前的无线网络传送到更远的距离。802.11n增加了MIMO（多输入多输出）标准，使用多个发射和接收天线来提供更高的数据传输速率。IEEE802.11k802.11k阐述了无线局域网中频谱测量所能提供的服务，并以协议方式规定了测量的类型及接收发送的格式。此协议制定了几种有测量价值的频谱资源信息，并创建了一种请求报告机制，使测量的需求和结果在不同终端之间进行通信。协议制定小组的工作目标是要使终端设备能够通过对测量信息的分析做出相应的传输调整，为此，协议制定小组定义了测量类型。,第15.1节、IEEE802.11标准,IEEE802.11典型的标准系列。,第15.1节、IEEE802.11标准,3、802.11b/g的工作频段802.11b/g将2.4GHz频段分为14个中心频率相差5MHz的重复标记的频道，标准没有详细规范每个频道的带宽，而是规范了中心频率和频谱屏蔽要求（中心频率11MHz处至少衰减30dB，22MHz处至少衰减50dB）。,第15.2节、WLAN,1、WLAN的网络结构简单的家庭WLAN。,第15.2节、WLAN,中小型企业的WLAN,第15.2节、WLAN,大型的WLAN,第15.2节、WLAN,2、WLAN的技术要求WLAN一般用于室内的无线覆盖，而且需要支持高速、突发的数据业务，因此必须解决多径衰落以及各子网之间的串扰等问题。数据速率：至少在2Mbps以上，最高速率应该达到20Mbps以上。可靠性：分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。兼容性：与有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。保密性：必须在不同层次采取有效的措施以提高保密性和安全性。移动性：支持全移动网络或半移动网络。节能管理：没有数据收发时可以使设备处于休眠状态，节省电力。小型化、低价格：这是WLAN得以普及的关键环节之一。电磁环境：应考虑电磁波对人体和周边环境的影响问题。,第15.2节、WLAN,3、WLAN的应用环境大型建筑物之间：取代有线连接。机场和车站：为候机或候车的乘客提供网络服务。企业内部网络：员工在办公室的任何一个角落都可以随时收发电子邮件、分享档案和上网络浏览。餐饮及零售业：直接在餐桌旁将客人的菜单传送到厨房和柜台。零售商可以使用WLAN设置临时收银柜台。医疗行业：及时取得实时信息，避免对救治的迟延，节省纸上作业。仓储管理：仓储人员的盘点事宜，可以立即将资料输入计算机仓储系统。货柜集散场：调动货柜时将实时信息传回办公室，便于相关作业同步进行。监视系统：一些位于偏远区域但需要受到监控的场所。会展中心：各种大型的通信设备、计算机、汽车等展会。,第15.2节、WLAN,4、WLAN的硬件设备无线AP：AP是接入点的英文简称，无线AP就是WLAN的接入点和无线网关，它的作用类似于有线网络中的集线器和路由器。无线网卡：无线网卡的作用和以太网中的计算机网卡的作用基本相同，它作为WLAN的网络接口，能够实现WLAN中的无线连接和通信。天线：当WLAN中的网络设备相距较远时，随着信号的减弱，传输速率会明显下降，甚至会导致无线网络无法实现正常通信，需要借助天线对发送或接收信号进行增强。,第15.2节、WLAN,5、WLAN的扩频技术WLAN可以使用的主要扩频技术分为“直接序列扩频技术（DSSS）”和“跳频扩频技术（FHSS）”两种方式。WLAN在性能和能力上的差异主要是取决于所采用的是DSSS还是FHSS扩频技术以及所采用的调制方式。DSSS一般采用相位调制，如：BPSK、QPSK、DQPSK等，可以得到最高的可靠性和高数据速率性能；FHSS并不强求某种特定的调制方式，大部分现有的FHSS都是使用某些不同形式的FSK（频移键控），IEEE802.11草案规定要使用GFSK。DSSS技术在需要高传输速率和高可靠性的应用中具有较大的优势，而FHSS技术在需要低成本和高速运动的应用中占优势。根据目前的企业需求，高速移动终端的应用较少，而大多较注重于传输速率和传输的稳定性，所以WLAN产品的发展会以DSSS技术为主流。,第15.2节、WLAN,5、WLAN的优缺点优点灵活性：无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。移动性：用户可以随时移动并同时与网络保持连接。安装便捷：可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量。易于进行网络规划和调整：改变网络拓扑不需重新布线。故障定位容易：很容易定位故障，更换故障设备就可以恢复网络。易于扩展：有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型网络扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点之间的漫游等有线网络无法实现的特性。,第15.2节、WLAN,5、WLAN的优缺点优点灵活性：无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。移动性：用户可以随时移动并同时与网络保持连接。安装便捷：可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量。易于进行网络规划和调整：改变网络拓扑不需重新布线。故障定位容易：很容易定位故障，更换故障设备就可以恢复网络。易于扩展：可以很快从小型网络扩展到大型网络。缺点性能差：依靠无线电磁波进行传输，存在干扰、多径的影响。速率低：无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。安全性差：无线信号在覆盖区域是开路的，容易造成信息的泄漏。,第15.3节、Wi-Fi,Wi-Fi其实是IEEE802.11b和802.11g的别称，是由一个名为WECA（无线以太网兼容联盟）的组织所发布的业界术语。WECA联盟成立于1999年，2002年10月正式改名为“Wi-FiAlliance”，即“Wi-Fi联盟”。实际上，Wi-Fi只是无线以太网联盟的一个商标，用于保障使用该商标的产品之间可以互相兼容，这与WLAN标准本身并没有直接的关系。但是，随着Wi-Fi商标的普及，人们逐渐习惯用Wi-Fi来称呼802.11b和802.11g。Wi-Fi本质上是一种商业认证，具有Wi-Fi认证的产品符合IEEE802.11b的无线网络规范，这种认证后来又延伸到IEEE802.11g。凡是通过Wi-Fi联盟兼容性测试的产品，都被准予打上“Wi-FiCertified（Wi-Fi认证）”的标记。因此，我们在选购802.11b和802.11g的无线产品时，最好选购有Wi-Fi标记的产品，以保证产品之间的兼容。,第15.4节、WLAN与PLMN的融合,现有PLMN所提供的数据业务速率远远不能满足用户对的要求，电信运营商们开始探索利用WLAN在数据传输方面的优势来分流PLMN数据流量的压力，不断加速Wi-Fi热点的建设。在数据业务速率与WLAN相当的4G系统投入商用之前，WLAN与PLMN的融合将是一项长期的工作。根据现有技术可以分为五个阶段。第一阶段：实现帐单及用户服务的统一。第二阶段：实现WLAN和PLMN的统一认证。第三阶段：通过WLAN接入PLMN数据交换域业务。第四阶段：实现WLAN和PLMN的自动切换。第五阶段：实现WLAN和PLMN的完全融合。其中，第一阶段已经基本完成；第二、第三阶段是当前的重点；第四、第五阶段目前受限于终端产业链的发展，还没有成熟的解决方案。,第15.5节、无线城域网,就在WLAN的发展势头正劲之际，又出现了WMAN（WirelessMAN，无线城域网）技术。IEEE也为WMAN推出了802.16标准系列，同时业界也成立了一个类似Wi-Fi联盟的论坛，这就是“WiMAX论坛”。WiMAX能够在比WLAN更广阔的地域范围内提供“最后一公里”的宽带无线接入，支持企业客户和个人用户拥有相当于有线通信的接入速率，目前实现的数据速率可以达到45Mbps。凭借其覆盖范围大和高吞吐率的优势，WiMAX可以为高速数据应用提供更加出色的移动性，此外，WiMAX还能够为电信基础设施、企业园区和Wi-Fi热点提供回程。2007年10月，WiMAX（802.16e）被正式批准为WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。2012年1月，WiMAX的后续标准：WirelessMAN-Advanced（803.16m）被批准为4G标准。,总结,在3G用户快速增长的同时，运营商不得不面临大流量高速数据业务所带来的网络压力，用WLAN来分流3G网络的压力，已经成为一个趋势和热点，各国的电信运营商都在采用“3GWLAN”作为全业务运营的主要