第二章 WLAN基本原理

1、Copyright 2012 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 第二章 WLAN基本原理前 言l无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。l随着技术进步和用户需求的提升，WLAN已经不再是一个简单的局域网概念了，已经成为无线宽带接入的有效手段，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多，甚至是连接有线宽带和3G网络的一座桥梁。Page1培训目标l学习完本课程，您应该

2、能够：p了解WLAN的基础知识p了解WLAN不同的网络拓扑p了解“胖”AP及“瘦”AP的区别p了解WLAN典型组网方式Page2目 录1.WLAN 基本概念和发展趋势2.WLAN 技术简介和网络结构3.WLAN典型组网方式及应用4.天线原理概述Page3目 录1. WLAN基础知识1.1 WLAN的基本概念和分类1.2 WLAN发展趋势和技术演进Page4无线网络的分类-个人无线网络lWPAN(Wireless Personal Area Network)，提供个人区域无线的连接，一般是点对点连接和小型网络的连接l特点：易用、低费用、便携等l主要技术：蓝牙技术，工作在2.4GHZ频段Page5

3、WPAN Personal Area Connectivity5-10meters 无线网络的分类-无线局域网络lWLAN(Wireless Local Area Network)，使用频段：2.4GHZ和5GHZl能量消耗大l支持多用户，设计更加灵活l主要技术：802.11a/b/g/nPage6WLAN Local Area Connectivity100meters WPAN Personal Area Connectivity5-10meters 无线网络的分类-无线城域网络lWMAN(Wireless Metro Area Network)，主要用于骨干连接和用户覆盖l一般使用的频段

4、需要申请，公用的频段也可以，但是有干扰l主要技术：WiMax（802.16）Page7WLAN Local Area Connectivity100meters WPAN Personal Area Connectivity5-10meters WMAN Metro Area Connectivity100meters 无线网络的分类-无线广域网络lWWAN(Wireless Wide Area Network)，主要是运营商用于无线覆盖l带宽小，基于时长或者流量来收费l主要技术：2G/3GPage8WLAN Local Area Connectivity100meters WPAN Pers

5、onal Area Connectivity5-10meters WMAN Metro Area Connectivity100meters WWAN Wide Area Connectivity100meters WLAN在无线网络中的位置Page9室外高速车辆步行静止室内步行静止/桌面0.1Mbps 1Mbps 10Mbps 100Mbps 300Mbps移动性2.5G2.5G3G3GWLANWLANUWBUWBWiMAXWiMAX4G?数据速率WLANWLAN定位于慢速移动定位于慢速移动的无线接入技术的无线接入技术lGPRS、CDMA1x 等无线方式无法满足对带宽需求较高的用户需求(GP

6、RS拨号速率仅为54Kbps，CDMA1x速率为144Kbps，3G速率也仅为2Mbps) ，WiMAX 主要是针对城域网范围的接入覆盖WLAN的基本概念Page10 WLAN (Wireless Local Area Network无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它以无线多址信道作为传输媒介，利用电磁波完成数据交互，实现传统有线局域网的功能 xDSL、LAN等有线方式无法满足，希望摆脱线缆束缚的用户需求宽带化移动化ModemModemADSL/LANADSL/LAN2.5G/3G2.5G/3GWLANWLAN无线、高带宽、低成本无线、高带宽、低成本大家经常说Wi-Fi，那么

7、Wi-Fi和WLAN有什么关系？Wi-Fi采用802.11技术的WLAN为什么要使用WLAN网络l无线让网络使用更自由Page11写字楼候机厅风景区咖啡店为什么要使用WLAN网络（续）l无线让网络建设更经济，通信更便利Page12终端与设备之间不方便通过线缆连接地理环境不适合布设有线网络为什么要使用WLAN网络（续）l无线让工作更高效Page13体育场馆新闻中心展馆与证券大厅制造车间物流运输目 录1. WLAN基础知识1.1 WLAN的基本概念和分类1.2 WLAN发展趋势和技术演进Page14WLAN技术发展演进Page1520002000201220122004200420082008技术

8、演进时间技术演进时间第一代WLAN：11 b单射频模块2.4Ghz接入，11Mbps, WEP加密第二代WLAN（适合家庭、热点接入）: 11a /11g双射频模块2.4/5.8Ghz，54Mbps，Qos，WPA2.0安全第三代WLAN（智能WLAN，与WiMax/3G融合）:11n多射频模块，高带宽和广覆盖范围，与WiMax/3G 融合，Mesh组网，更高安全系统性能系统性能趋势趋势高带宽高带宽、广、广覆盖覆盖，智智能化能化简单接入、低带宽简单接入、低带宽l更高带宽：802.11a/g速率达到54Mbps，802.11n可达600Mbps（采用MIMO技术，目前处于草案2.0版本）l更广覆

9、盖范围：从802.11a/g的100m到802.11n的5001000ml更强的障碍物穿透能力：可以使用于多堵墙壁的商务住宅、复杂房间结构的写字楼等环境中WLAN技术发展趋势小范围室内覆盖802.11s大范围热区覆盖AP 模式802.11b802.11a/g802.11n11Mbps54Mbps300Mbps自主管理小规模网络轻量级管理大规模网络安全WEP802.11iWAPIPage16WLAN的技术优势Page17可靠性高可靠性高成本低成本低组网灵活组网灵活可低速移动可低速移动带宽提供能力强带宽提供能力强安装方便安装方便应用广泛应用广泛抗射频干扰性能强，可提供可靠的无线传输使用无线局域网可

10、以节省线缆安装费用由于没有线缆的限制，用户可以随心所欲地增加、重新配置工作站用户在任何时间、任何地点访问网络数据，并能在网络中实现漫游无线局域网可实现300Mbps(802.11n)数据传输速率安装工作非常简单，无需布线或开挖沟槽，大大缩短网络施工时间家庭、企业、校园、无线城域网目 录1.WLAN 基本概念和发展趋势2.WLAN 技术简介和网络结构3.WLAN典型组网方式及应用4.天线原理概述Page18目 录2. WLAN 技术简介和网络结构2.1 WLAN频段介绍及其应用2.2 WLAN网络元素和组网模式Page19WLAN频段lISM：工业 （Industrial） 、科学 （Scien

11、tific）与医疗 （Medical）之缩写，使用此频段只需登记注册而无需付费l中国的ISM频段有：433.05-434.79 MHz、 2400-2483.5 MHz 、 5725-5850 MHzPage20无需授权使用的无线频率(ISM)Page21l2.4GHzp83.5MHz BWpAvailable worldwidepIEEE802.11 b/g/nl5.1GHzp300MHz BWdiscontinuouspDevelopingpIEEE802.11 a/n2400250024802440Americas, most of Europe, ChinaFranceSpainJap

12、an2.4GHz*Frequency Allocations are pendingU-NII: Unlicensed National Information Infrastructure510052005300540055005600570058005900U-NIIEuropeHiperLAN1U-NIIEuropeHiperLAN2*Japan*5.1GHz2.4GHz频段特点l共分为14个频道，但是中国、美国有效频道为11个，而欧洲有效频道为13个，日本有效频道为14个l每个频道都有一个中心频率，每个信道宽度22MHzl中心频率与中心频率之间相差5MHzp1、6、11频道互不干扰p2

13、、7、12频道互不干扰p3、8、13频道互不干扰p4、9、14频道互不干扰Page222.4G 802.11b/g工作频段划分图Page232.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.4722.4842.4272.4372.4472.4572.4672345178910611121314 由上图可知，某信道的信号传送时会与相邻的多个信道产生重叠，若在同一个空间建立多个BSS/IBSS时，要让它们所用的信道不会互相重叠而产生干扰。在同一个空间最多只能使用1、6、11这三个信道，若选用其他信道，最多只能有2个互不干扰的信道。22M2.4G 802.11b/g蜂窝式无线

14、覆盖Page246111111116661111611l 任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道 l 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰l 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用5GHz频段特点l5GHz有23个互不干扰的信道，各个国家对5G频段的使用也是有差别的l每信道占用20MHz频带带宽l提供6、9、12、18、24、36、48、54Mbps数据传输速率l采用OFDM调制方式Page255G 802.11b/g工作频段划分图Page265.25 GHz5.35 GHz5.470 GHz5.725 GHz5.825 GHz5.15 GHzUNII-1UNII-2UNII-3

15、UNII-2e36 40 44 48 52 56 60 64 100 104 136 140 149 153 157 1615G 802.11b/g蜂窝式无线覆盖Page27149161157157153157149149149153161161149157l中国频段中，可提供4个互不干扰的信道（149、153、157、161）用来无线信号覆盖l 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰l 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用802.11a/b/g/n标准Page28协议使用频段兼容性理论速率实测速率商用情况802.11a5GHZNA54Mbps22Mbps左右实际运用较少802.11b2.4GH

16、ZNA11Mbps5Mbps左右早期的标准，目前产品均支持802.11g2.4GHZ兼容802.11b54Mbps22Mbps左右目前大规模商用802.11n2.4GHz5GHZ兼容802.11a/b/g300Mbps80220Mbps左右只有标准草案，未来的商用标准WLAN产品对人体的电磁辐射是安全的l很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用，而且对人体不会造成危害l典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可以达到5Wl政府有相

17、关的法令对发射功率进行严格的限制，因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害的Page29目 录2. WLAN 技术简介和网络结构2.1 WLAN频段介绍及其应用2.2 WLAN网络元素和组网模式Page30802.11网络的基本元素(BSS)Page31lStations (STA)：任何的无线终端设备 lAP (Access Point)：一种特殊的STAlBSS(Basic Service Set)：基本服务集BSS1STA1STA2STA3APBSS2STA5STA6STA4AP802.11网络的基本元素(SSID和BSSID)Page32ESSlSSID是一个ESS的网络标识l

18、BSSID是一个BSS的标识AP1BSSID1SSIDSSID=marketingAP2SSID=marketingBSSID1SSID802.11网络的基本元素(ESS)Page33ESSBSS2AP2SSID=marketingBSS1AP1SSID=marketingIP属于同一VLAN的客户端AP支持多SSIDPage34VAP1VAP2BSSID1SSID1SSID1=marketingSSID2R&DBSSID2SSID2AP802.11 组网模式(Ad hoc)Page35lIndependent Basic Service Set (IBSS)l组网不需要APl适用于小规模80

19、2.11组网模式(BSS)Page36以太网以太网APSTASTASTABSAAPSTASTABSA802.11组网模式(ESS)Page37APSTASTABSA以太网以太网Channel1Channel6Overlapping 10-15%802.11组网模式(桥接)Page38APAP以太网以太网SW802.11组网模式(中继)Page39以太网以太网l 扩展了AP的覆盖区域lAP之间信号覆盖需要50%l双频AP效率高Root APRepeaterRepeater5GH backhaul2.4GH backhaul2.4GH accss 2.4GH accss 802.11 mesh组网

20、模式Page40MeshAPMeshACMeshAPMeshAPMeshAPMeshAPMeshAPMeshACMeshAPMeshAPMeshAPMeshAPl 无线AP之间有冗余，解决了无线单点故障问题目 录1.WLAN 基本概念和发展趋势2.WLAN 技术简介和网络结构3.WLAN典型组网方式及应用4.天线原理概述Page41目 录3. WLAN典型组网方式及应用3.1 FAT AP和FIT AP技术3.2 WLAN典型组网的应用Page42FAT AP设备功能Page43802.11a/b/g网管、二层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QoS天线加密FAT AP设备的典型组

21、网l 家庭或 soho 网络的组网模式Page44APADSL ModemWANSTAPCSTAFAT AP设备的典型组网（续）l 企业网络的组网模式：Page45AP1APnSTAs以太交换机以太交换机企业核心网企业核心网FAT AP 组网的局限性lFAT AP组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大型的无线企业网络的需求，这是由于FAT AP自身的特点所决定的。当需要组建大型无线网络或需要更多的增值服务时：Page46AC和FIT AP的功能Page47802.11 a/b/g天线加密网管、三层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QOSAP点监测用户防火墙网络自愈RF 管理

22、无线欺骗防护802.11a/b/g网管、二层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QOS天线加密FAT APFIT AP+AC更易管理的无线解决方案 AC和FIT AP的典型连接Page48APACACACL2网络网络L3网络网络APAPAPAPAP目 录3. WLAN典型组网方式及应用3.1 FAT AP和FIT AP技术3.2 WLAN典型组网的应用Page49“胖”AP与“瘦”AP组网技术对比l胖AP组网：p每个AP都是一个单独的节点 ，独立配置其信道和功率；安装简便p每个AP独立工作，较难扩展到大型、连续、协调的无线局域网和增加高级应用 p每个AP都需要独立配置安全策略，如果A

23、P数量增加，将会给网络管理、维护及升级带来较大的困难p很难进行无线网络质量的优化数据的采集Page50“胖”AP与“瘦”AP组网技术对比（续）l瘦AP组网：p通过AC对AP群组进行自动信道分配和选择，及自动调整发射功率，降低AP之间的互干扰，提高网络动态覆盖特性 p支持二层/三层漫游切换p容易实现非法AP检测和处理 p管理节点上移后，运维数据采集针对AC而非AP，解决了网管系统受限于AP处理能力和性能的问题Page51FAT AP与FIT AP方案性能比较Page52FAT AP 方案FIT AP 方案技术模式传统主流新生方式，增强管理安全性传统加密、认证方式，普通安全性增加射频环境监控，基于

24、用户位置安全策略，高安全性网络管理对每AP下发配置文件AC上配置好文件，AP本身零配置，维护简单用户管理类似有线，根据AP接入的有线端口区分权限无线专门虚拟专用组方式，根据用户名区分权限，使用灵活WLAN 组网规模L2漫游，适合小规模组网L2、L3漫游，拓扑无关性，适合大规模组网增值业务能力实现简单数据接入可扩展丰富业务“瘦”AP+AC组网方案汇汇聚网聚网AAA WEB AAA WEB IP骨干网骨干网WLAN统统一网管一网管用户认证计费一般由功能强大的BAS负责Wlan用户关联，无线接入控制和安全由AC集中管理通过SNMP网管、telnet、WEB直接管理AC对AP，通过AC间接管理减少管理

25、维护工作量AP、AC间建立管理通道；AC对AP集中配置管理；AP监测无线信息汇集到ACAC对无线信道集中智能管理；无线信道数据加密、解密由AP完成Page53AC转发型AC组网示意Page54汇汇聚网聚网AAA WEB AAA WEB IP骨干网骨干网WLAN统统一网管一网管转发转发型型 AC目 录1.WLAN 基本概念和发展趋势2.WLAN 技术简介和网络结构3.WLAN典型组网方式及应用4.天线原理概述Page55Page56目 录1.天线系列天线系列2.无源器件系列无源器件系列Page57天线系列天线系列（1 1）全向天线）全向天线天线增益3dBi覆盖方向全向覆盖频段824960MHz/

26、17102500MHz 输入接头N型母头常用场合室内分布系统天线增益11dBi覆盖方向全向覆盖频段24002500MHz 输入接头N型母头常用场合室外覆盖系统吸吸顶顶天天线线户户外外型型全全向向天天线线Page58天线系列天线系列（2 2）定向天线）定向天线天线增益15dBi覆盖方向283303覆盖频段24002500MHz 输入接头N型母头常用场合机场等室外覆盖系统天线增益17dBi覆盖方向907覆盖频段24002500MHz 输入接头N型母头常用场合配合下倾调整覆盖楼宇等室外系统八八木木天天线线板板型型天天线线Page59天线系列天线系列天线增益15.5dBi覆盖方向1207覆盖频段240

27、02500MHz 输入接头N型母头常用场合配合下倾调整覆盖楼宇等室外系统板板型型天天线线Page60无源器件系列无源器件系列（1 1）功分器）功分器覆盖频段8002500MHz插入损耗3.5dB输入接头N型母头常用场合室内分布系统覆盖频段8002500MHz插入损耗5.4dB输入接头N型母头常用场合室内分布系统一一分分二二一一分分三三Page61无源器件系列无源器件系列（2 2）耦合器）耦合器覆盖频段8002500MHz插入损耗6.6dB输入接头N型母头常用场合室内分布系统一一分分四四5dB耦耦合合器器覆盖频段8002500MHz插入损耗2.1dB耦合端损耗50.6dB输入接头N型母头常用场合室内分布系统Page62无源器件系列无源器件系列覆盖频段8002500MHz插入损耗1.4dB耦合端损耗70.8dB输入接头N型母头常用场合室内分布系统覆