基于Arduino的物联网技术与应用 课件 王茜 第6-9章 Wi-Fi通信技术 - 物联网通信技术的综合应用

6.1Wi-Fi技术简介6.2WLAN的物理层6.3WLAN的媒体访问控制层6.4Wi-Fi组网及应用第6章Wi-Fi通信技术6.1Wi-Fi技术此刻有多少人手机连着WiFi？谁经历过这些场景👇：演唱会抢票时网络卡死视频会议突然马赛克卧室WiFi信号只剩1格...”“为什么我们明明有千兆宽带，300人同时上网就会崩？为什么号称穿墙王的路由器，隔两堵墙就没信号？”6.1Wi-Fi技术“从54Mbps到10Gbps，速度提升200倍的核心秘密是什么？是更大的天线？更强的芯片？——不！是通信协议的智慧革命！”6.1Wi-Fi技术类比1：传统WiFi=独木桥拥堵“想象早高峰地铁站闸机：老式WiFi（802.11ac）只有一个闸机口无论你是刷手机（小数据）还是扛行李箱（4K视频）

所有人必须排队！

→

这就是MU-MIMO的局限”类比2：WiFi6突破=智能分流系统“WiFi6的OFDMA技术把闸机变成智能通道：开20个小闸口（26-toneRU）→

快速通过刷手机乘客留4个大闸口（106-toneRU）→

让扛行李箱者畅行

所有人同时过闸！

→

高密度场景延迟降低4倍”为什么WiFi6的路由器在厨房表现远优于卧室？6.1Wi-Fi技术简介Wi-Fi技术是一种可以将个人计算机、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)所持有，目的是改善基于IEEE802.11b标准的无线网络产品之间的互通性。现在，Wi-Fi技术已涵盖IEEE802.11的多个标准。6.1Wi-Fi技术简介6.1.1Wi-Fi技术的基本概念Wi-Fi是无线保真(WirelessFidelity)的缩写，在无线局域网领域内称为“无线相容性认证”。Wi-Fi既是一种商业认证，又是一种无线联网技术。如果无线路由器连接了一条ADSL（非对称数字用户线路）或者其他上网接口，则又被称为“热点”。

6.1Wi-Fi技术简介“非对称”的含义：指的是下载速度和上传速度不相等。下载速度（从互联网获取数据，如看视频、浏览网页）远高于上传速度（向互联网发送数据，如发送邮件、上传文件）。这是基于大多数家庭用户上网行为模式（下载远多于上传）的设计优化。利用电话线：ADSL使用你家中已有的普通电话线（双绞铜线）来传输数据。它最大的优势就是无需铺设新的线路，可以利用庞大的现有电话网络基础设施。与电话共存：ADSL通过频分复用技术，将电话线的频率范围划分成不同的信道：低频段(0-4kHz)：

用于传输传统的语音电话信号。中高频段(25kHz-1.1MHz)：

用于传输ADSL数据信号。正因为使用了不同的频率，所以你可以同时打电话和上网而互不干扰（需要配合滤波器使用）。总结来说：ADSL是一种通过普通电话线提供宽带互联网接入的技术，其特点是下载速度远高于上传速度（非对称），并能实现打电话和上网同时进行。它曾是家庭宽带的主流技术之一，但因速度和距离的限制，正逐渐被更快的技术（如光纤）所取代。你现在可能还会在一些路由器背面看到“ADSL”端口，这就是用来连接电话线的接口。但随着光纤的普及，越来越多的设备不再配备这个端口了。6.1Wi-Fi技术简介与传统联网技术相比，Wi-Fi具有以下突出的优势：

无线电波覆盖范围广

传输速度非常快

设备提供商进入该领域的门槛比较低

6.1Wi-Fi技术简介与有线网络相比，Wi-Fi有以下一些优点：无须布线健康安全组建方法简单工作距离长，安全性高6.1Wi-Fi技术简介6.1.2无线局域网简介1.WLAN的概念WLAN是利用射频(RadioFrequency，RF)无线信道或红外信道取代有线传输介质所构成的局域网络。目前，WLAN的数据传输速度已与有线网相近，既可满足各类便携设备的入网要求，也可作为传统有线网络的补充手段。6.1Wi-Fi技术简介WLAN使用的无线电波和微波频率由各个国家的无线电管理部门规定。按照频段划分，主流国家的电波法规一般可以分为两种：专用频段和自由使用频段。

专用频段是指需要经过批准(例如发执照或许可证)，并需要交纳相关费用的独自使用频段，也称为需要执照频段；

自由使用频段则是指工业、科研和医疗所使用的ISM(Industrial、Scientific、Medical)频段或其他不需执照的频段。6.1Wi-Fi技术简介无线局域网多用于以下场合：无线接入网络信息系统、收发电子邮件、文件传输等。难以布线的环境，如大楼内部布线以及楼宇之间的通信。频繁变化的环境，如医院、餐饮店、零售店等。专门工程或高峰时间所需临时局域网，如会议中心、展览馆、休闲娱乐中心等。流动工作者需随时获得信息的区城。6.1Wi-Fi技术简介与有线网络相比，WLAN具有以下主要优点：由于WLAN不需要布线，因此可以自由地放置终端，有效合理地利用办公室的空间。WLAN可作为有线网络的无线延伸，也可用于多个有线网络之间的无线互联。便于便携设备的接入。人们可以用便携设备自由访问WLAN，传送有关数据。不受场地限制，迅速建立局域网。例如在大型展示会、灾后网络恢复等情况下需要短时间内建立一些临时局域网。通过支持移动IP，实现移动计算机网络。6.1Wi-Fi技术简介

2.WLAN的覆盖范围WLAN是一种能在几十米到几千米范围内支持较高数据速率的无线网络，可以采用微蜂窝、微微蜂窝结构，也可以采用非蜂窝结构。目前无线局域网领域的两个典型标准是IEEE802.11系列标准和HiperLAN系列标准。6.1Wi-Fi技术简介

3.WLAN与Wi-FiWi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有，目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。由此，支持Wi-Fi技术的产品，其协议上属于WLAN的一个子集，即IEEE802.11协议簇。WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的、费用低且数据带宽高的无线空中接口。6.1Wi-Fi技术简介对比项WLANWiFi定义无线局域网的技术范畴基于

IEEE802.11标准的具体实现标准可包含多种协议（如蓝牙、ZigBee）必须严格符合IEEE802.11标准系列认证无统一认证需通过

WiFi联盟

的兼容性认证通用性概念宽泛全球通用的商业化品牌和技术标准WiFi是WLAN的一种，且是目前绝对主流的实现方式。你可以认为：所有WiFi都是WLAN（✓）所有WLAN都是WiFi（✗

）6.1Wi-Fi技术简介场景是否WLAN？是否WiFi？家庭无线路由器上网✓✓手机开启热点共享网络✓✓用蓝牙连接无线键盘✓✗工厂ZigBee传感器网络✓✗理解这个区别后，下次听到“连接WLAN”时，你就知道它可能用WiFi，也可能用其他技术；但说“连WiFi”，一定是指基于802.11标准的无线网络啦！6.1Wi-Fi技术简介

6.1.3WLAN架构IEEE802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则来确定最低两层——物理层和数据链路层的功能，以及与网络层的接口服务、网络互联等有关的高层功能。6.1Wi-Fi技术简介IEEE802参考模型与OSI7层模型对比6.1Wi-Fi技术简介无线局城网参考模型只用到OSI7层参考模型的最低两层：物理层和数据链路层。数据链路层分为两个子层，即媒体访问控制层(MediaAccessControl，MAC)和逻辑链路控制层(LogicalLinkControl，LLC)。物理介质、媒体访问控制方法等对网络层的影响在MAC子层完全隐蔽起来。数据链路层与媒体访问无关的部分都集中在LLC层。6.1Wi-Fi技术简介MAC层主要完成数据的收发，具体功能如下：从LLC层接收要发送的数据，并决定是否把数据递交给物理层。将发送数据附加控制信息后生成帧，并把数据帧递交给物理层。从物理层接收数据帧。检查接收到的数据帧的控制信息，判断数据是否正确。去掉数据帧中的控制信息，并把数据递交至LLC层。6.1Wi-Fi技术简介LLC层的主要任务是在两通信实体之间建立的一条点到点逻辑链路上进行数据帧的传输与控制(差错控制与流量控制)。网络层与LLC层之间有多个服务访问点(ServiceAccessPoint，SAP)，每个SAP相当于一个逻辑信道口，这些SAP复用MAC层并与另一个层中对应的SAP构成一条点到点的逻辑链路。6.1Wi-Fi技术简介此外，LLC层还要为其上层提供两项附加服务：数据报(Datagram)服务和虚电路(VirtualCircuit)服务。数据报服务是一种无链接服务，在发送时不需要预先建立专用逻辑链路，适合交互式数据业务。虚电路服务是一种面向连接的服务，在数据传输之前，必须要建立一条逻辑链路，适合语音等实时业务。6.1Wi-Fi技术简介想象一个大型物流仓库（无线网络环境）：货物=数据包货架=网络设备（路由器、手机等）仓库通道=无线传输介质（空气/电磁波）工人与车辆=信号传输载体1.LLC子层：标准化包装与质检部核心职责：统一数据格式（如将不同来源的“货物”打包成的“货物”打包成标准箱子）基础差错控制（检查箱子是否破损）流量协调（避免发货方和收货方速度不匹配）类比：LLC像仓库的

包装质检中心：收到上游（网络层）送来的各类货物（IP包、IPX包等），将它们装入

统一标准的集装箱（LLC帧）中，贴上标签（LLC头部）。检查集装箱完整性（帧校验），若发现损坏要求重发。协调发货方（发送端）和收货方（接收端）的节奏，防止一方发货太快导致另一方堆积（流量控制）。6.1Wi-Fi技术简介MAC子层：交通调度与仓库安检核心职责：控制无线信道控制无线信道访问（谁、何时能占用通道发货）组帧与寻址（标注发货人/收货人MAC地址）冲突处理（多车争道时的仲裁）安全加密（货物保险柜）类比：MAC像仓库的

调度与安检中心：调度卡车（数据帧）进出：用CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）规则指挥车辆：“先听通道是否空闲（侦听），空闲则预约侦听），空闲则预约发货（RTS/CTS握手），再发车；若通道忙则随机等待（避免冲突）。给集装箱加装“运输框”：

在LLC帧外层封装MAC头部+尾部，标注发货人（源MAC）和收货人（目的MAC）地址。处理撞车冲突：

若两辆车同时冲出（冲突），立即叫停，让它们各自等待随机时间后重试。货物上锁>-货物上锁：

对集装箱加密（如WPA2/WPA3），只有持有密钥的收货人能开箱。6.1Wi-Fi技术简介简单总结：LLC=标准化包装员：确保数据“箱子”通用且完好。MAC=交通指挥官：指挥数据“货车”在混乱的无线公路上安全通行。通过这个类比，可以直观感受到：没有LLC，数据无法“说同一种语言”；没有MAC，无线网络会陷入“无序堵车”。6.1Wi-Fi技术简介6.1.4Wi-Fi的主要协议6.1Wi-Fi技术简介6.1Wi-Fi技术简介1.802.11bIEEE802.11b载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及程度最广的标准。它有时也被错误地标为Wi-Fi，实际上Wi-Fi是无线局域网联盟(WLANA)的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。6.1Wi-Fi技术简介美国FCC为无线设备（尤其是WiFi）划分的免授权5GHz频谱资源，现已成为全球5GHzWiFi的核心频段标准2.802.11a802.11a标准工作在5GHz的U-NII频段，物理层速率最高可达54Mbps。802.11a可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口。802.11a支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可使用多个用户终端。

时分双工，上行（终端发）和下行（基站发）共享同一频率，

通过时间切片交替传输TDMA:时分多址，将无线信道划分为多个时隙（TimeSlot），不同用户轮流使用同一频率。6.1Wi-Fi技术简介3.802.11g2003年7月，IEEE通过了第三种调变标准。其载波的频率为2.4GHz(跟802.11b相同)，原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为24.7Mbit/s(与802.11a相同)。802.11g的设备与802.11b兼容。802.11g是为了更高的传输速率而制定的标准，它采用2.4GHz频段，使用CCK技术与802.11b后向兼容，同时它又通过采用OFDM技术支持高达54Mbit/s的数据流，所提供的带宽是802.11a的1.5倍。6.1Wi-Fi技术简介4.802.11n802.11n是在802.11g和802.11a之上发展起来的一项技术，最大的特点是速率提升，理论速率最高可达600Mbps(目前业界主流为300Mbps)。802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段，其目的是为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能。6.1Wi-Fi技术简介5.802.11acIEEE802.11ac是一个802.11无线局域网(WLAN)通信标准，它通过5GHz频段进行通信。理论上，它能够提供最多1Gbps带宽进行多站式无线局域网通信，或是最少500Mbps的单一连接传输带宽。802.11ac是802.11n的继承者，它采用并扩展了源自802.11n的空中接口概念，包括更宽的RF带宽(提升至160MHz)、更多的MIMO空间流(SpatialStreams)(数量增加到8)、多用户的MIMO，以及更高阶的调制(Modulation)(十六进制，256QAM)。

一种无线通信技术，它通过​​在发射端和接收端使用多个天线​​，同时发送和接收多个数据流，从而极大地提高了数据传输的速度和可靠性。6.1Wi-Fi技术简介a)空间复用​​这是提高速度的关键。想象一下，一条单车道（单天线）只能一次通过一辆车（一个数据流）。而MIMO就像修建了一条多车道的高速公路（多天线），可以让多辆车（多个数据流）​​同时、在同一频率​​上行驶，从而在​​不增加带宽​​的情况下，成倍地提高了数据吞吐量。​​b)分集增益​​这是提高可靠性的关键。无线信号在传播过程中会遇到反射、衍射，形成多条路径。在传统技术中，这会导致信号干扰（多径效应）。但MIMO能巧妙地利用这一点：发射端通过多个天线发送​​相同数据的不同版本​​。接收端通过多个天线接收这些经过不同路径的、具有不同衰减和相位的信号。系统会智能地组合这些信号，选择最强的、质量最好的部分来重构原始数据。这大大降低了信号衰减或中断的概率，使连接更稳定。6.1Wi-Fi技术简介QAM​​是一种将数字信号（0和1）加载到无线电波上的方法，它通过改变载波的​​幅度​​和​​相位​​这两个参数，使得每个符号能够代表多个比特，从而极大地提高了数据传输的效率。QAM是如何工作的？——星座图坐标轴​​：​​横轴（I轴）​​：代表​​同相​​分量，与载波相位一致。​​纵轴（Q轴）​​：代表​​正交​​分量，与载波相位相差90度。​​点（符号）​​：图中的每一个点都有特定的​​幅度​​（点到原点的距离）和​​相位​​（点与原点的连线与I轴的夹角）。​​点的数量决定数据量​​：点的数量越多，每个符号能代表的二进制位数就越多。16-QAM​​：星座图上有​​16​​个点。因为=16，所以每个符号可以代表​​4个​​二进制比特（如0000,0001,...,1111）。​​64-QAM​​：星座图上有​​64​​个点。所以每个符号可以代表​​6个​​比特。​​256-QAM​​：星座图上有​​256​​个点。所以每个符号可以代表​​8个​​比特。​​1024-QAM​​：每个符号代表​​10个​​比特！6.1Wi-Fi技术简介6.802.11ax解决痛点：高密度场景（机场、商场）的设备拥塞。核心技术：OFDMA：将信道划分为子载波，同时服务多设备（类比货车分格运输）。TWT（目标唤醒时间）：让IoT设备休眠，省电30%。1024-QAM：数据密度提升25%。WiFi6E：新增6GHz频段（2020年），提供1200MHz连续频谱（中国未开放）6.1Wi-Fi技术简介7.802.11be核心升级：320MHz信道：在6GHz频段实现翻倍带宽。MLO（多链路操作）：同时聚合2.4/5/6GHz频段（如手机+平板共享链路）。4096-QAM：速率再提20%。场景：8KVR、工业物联网实时控制。6.1Wi-Fi技术简介协议名称IEEE标准发布年份别称最大理论速率关键技术革新802.11原始协议1997-2Mbps2.4GHz频段、FHSS/DSSS802.11b802.11b1999WiFi111MbpsCCK调制、2.4GHz普及802.11a802.11a1999WiFi254Mbps5GHz频段、OFDM802.11g802.11g2003WiFi354Mbps2.4GHz+OFDM（兼容802.11b）802.11n802.11n2009WiFi4600MbpsMIMO、40MHz信道、帧聚合802.11ac802.11ac2013WiFi56.93Gbps5GHz专属、MU-MIMO、160MHz信道802.11ax802.11ax2019WiFi69.6GbpsOFDMA、TWT、1024-QAM802.11be802.11be2024WiFi746Gbps320MHz信道、MLO多链路操作6.2WLAN的物理层WLAN的物理层分为物理层会聚子层(PhysicalLayerConvergenceProcedure，PLCP)与物理介质依赖子层(PhysicalMediumDependent，PMD)两个子层。PLCP子层将来自媒体访问控制层(MAC)的数据作为PLCP的业务数据单元(PSDU)，加上PLCP的前导码(包括同步信号或帧起始信号)和PLCP帧头组成PLCP的协议数据单元(PPDU)，传送给PMD子层。PMD子层将PLCP的数据调制到24GHz频段的无线电波或850nm的红外线，经天线发射出去。6.1Wi-Fi技术简介PLCP（物理层会聚子层）

和PMD（物理介质依赖子层）

的核心在于

分层解耦设计思想——PLCP负责

统一数据封装，PMD负责

信号物理适配。一、类比模型：物流运输系统假设你要寄送一批书籍（数据）到另一个城市：PLCP像标准化包装中心：无论书籍内容如何，统一装入

标准规格的箱子（PLCP帧），并贴上标签（帧头）。PMD像运输工具调度站：根据运输路径特性（空运/陆运），选择飞机（OFDM）或卡车（DSSS），并控制装货节奏（调制/速率）。关键分工：PLCP解决“如何打包”（统一格式，屏蔽上层差异）PMD解决“如何运送”（适配介质，对抗物理干扰）6.2WLAN的物理层6.2.1物理层传输概述与一般的无线通信系统一样，WLAN的物理层主要解决数据传输问题。6.2WLAN的物理层差错控制编码均衡：校正信号在传输过程中可能产生的相位和幅度失真。6.2WLAN的物理层6.2.2直序列扩频技术

直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS)技术是一种数字调制方法，通过利用高速率的扩频码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是IEEE802.11标准建议的无线局域网的物理层实现方式之一。该协议包括物理层汇聚(PLCP)子层和物理介质依赖(PMD)子层两个组成部分。6.2WLAN的物理层DSSS的PLCP子层帧格式SYNC：同步码SFD：帧起始定界符Signal：信号Service:服务Length：长度

FCS：帧校验序列MPDU：MAC层协议数据单元SYNC使接收器在帧的真正内容到来之前与输入信号同步。导引头字段提供帧的有关信息，MAC层提供的MPDU内含有工作站要发送的信息，在这里又作为PLCP数据单元（PSDU）。PMD子层在PLCP的指挥下完成真正的PPDU发送和接收。6.2WLAN的物理层DSSS的PLCP子层帧格式DSSSS的物理层的PMD操作负责将PPDU的二进制数表示形式转换成适合信道传输的无线电信号。物理层将要发送的信号用伪噪声（PN）码扩展到一个很宽的频段上去。信号被扩展后，其表现形式就如同噪声一样。扩展的频段越宽，信号的功率就越低，甚至扩展到功率比噪声极限还低，但同时又不损失任何信息。6.2WLAN的物理层【例6-1】对于码串10010，如何使用DSSS进行调制和解调？

【解】在利用DSSS进行调制和解调的过程中，首先需要进行伪随机码的同步，例如规定用11000100110表示“1”，而用00110010110表示“0”。在发射过程中，发射端用11000100110编码“1”，用00110010110编码“0”，形成伪码1100010011000110010110001100101101100010011000110010110，然后在原来带宽11倍的带宽上将伪码发送出去；在接收端收到信号后，使用收到的伪随机码对收到的信号进行恢复，得到原始信号10010。6.2WLAN的物理层6.2.3跳频扩频技术跳频扩频(FrequencyHoppingSpreadSpectrum，FHSS)同样是IEEE802.11标准建议的一种无线局域网的物理层实现方式。相较于DSSS及IR（指令寄存器）物理层实现，FHSS物理层具有成本较低、功耗较低和抗信号干扰能力较强的优点，但其通信距离一般小于DSSS。该协议包括PLCP子层和PMD子层两个组成部分。6.2WLAN的物理层FHSS的PLCP子层帧格式前导同步码使接收器在真正的帧内容到来之前获得与发送威时钟的同步以及天线分集的准备。导引头字段提供帧的有关信息，PSDU是工作站MAC层发送的经过扰码器漂白的MPDU。物理层的PMD在PLCP下层实现对PPDU的真正发送和接收。该层将PLCP子层发来的二进制PPDU转换成适合信道传输的无线电信号。6.2WLAN的物理层【例6-2】基于FHSS的信号发送与接收过程。

【解】如图6-7所示是FHSS信号发射器和接收器的原理示意图。在发射过程中，经过调制器的信号会经过混频器。跳频指令发生器根据事先定义的跳频星座或规则生成本次的跳频规则，频率合成器根据本次的跳频规则生成跳频相位，然后由混频器将调制器的信号与频率合成器的信号进行叠加，将生成的跳频后的结果发给滤波器，最后由天线发送出去。在接收过程中，天线收到的信号进入混频器，接收端又根据事先定义的跳频序列生成本次的跳频规则，频率合成器根据本次的跳频规则生成跳频相位，然后由混频器将收到信号的相位还原，生成可以识别的信号，经由滤波器和解调器，得到最终的输出信号。6.2WLAN的物理层FHSS信号发射器和接收器原理6.2WLAN的物理层6.2.4正交频分复用技术正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)扩频技术是IEEE802.11a采用的一种扩频技术。IEEE802.11a是对IEEE802.11标准进行的物理层扩充，与FHSS和DSSS两种技术差异较大。IEEE802.11a工作在5GHz频段，物理层速率可达54Mb/s，传输层达25Mb/s，可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的无线以太网帧结构接口，支持语音、数据、图像业务。6.2WLAN的物理层OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想是把高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而使每个子载波上的符号速率大幅度降低，符号持续时间加长，因而对时延扩展有较强的抵抗力，减小了符号间干扰的影响。通常OFDM符号前加入保护间隔，只要保护间隔大于信道的时延扩展即可以完全消除符号间干扰。6.2WLAN的物理层OFDM相对于一般多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交即可以从混迭的子载波上分离出数据信息。由于OFDM允许子载波频谱重叠，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。6.2WLAN的物理层OFDM对干扰也有很好的抵抗力，因为窄带干扰只影响OFDM子载波很少的一部分，对频率选择性衰落信道，通过在子载波上使用纠错控制编码容易获得频率分集。OFDM适用于多径环境和频率选择性衰落信道中的高速数据传输。6.2WLAN的物理层基于FFT实现的OFDM系统6.2WLAN的物理层OFDM的分组前置结构6.2WLAN的物理层核心问题：无线环境的致命挑战——多径效应现象：

信号经墙壁、家具反射后，多条路径不同反射后，多条路径不同时延的波叠加，时延的波叠加，导致符号间干扰（ISI）。

传统技术的局限：DSSS/FHSS在高速数据传输时，ISI会严重降低信噪比（如802.11b的802.11b的11Mbps已是极限）。OFDM的解决之道：化宽信道为窄车道1.核心原理将宽带信道分割：

把20MHz信道划分为52个子载波（48传数据+4导频），每个子载波带宽仅312.5kHz。![](https://www.rfwire正交性保证：

子载波频率间隔精确等于符号速率，确保频谱重叠但互不干扰（数学上满足正交性）。6.2WLAN的物理层关键技术点技术作用类比IFFT/FFT发送端用IFFT将子载波合并为时域信号；接收端用FFT分离子载波快递分拣中心（集散控制）循环前缀（CP）在每个符号前插入复制尾部（如0.8μs），吸收多径延迟，彻底消除ISI在对话前加“重复头”抗回声干扰自适应调制每个子载波独立选择调制方式（如远端子载波用QPSK，近端用256-QAM）按路况分配货车载重6.2WLAN的物理层1.802.11a/g（初代OFDM）速率：54Mbps（20MHz信道）调制：最高64-QAM（单载波5.4比特/符号）抗多径：CP吸收800ns延迟（家庭环境足够）2.802.11n（MIMO-OFDM）IMO-OFDM）核心技术：空间流（SpatialStreams）：多天线并行传输（如4x4MIMO=4条数据流水线）。信道绑定：40MHz信道（子载波数增至108）。速率跃升：单流150Mbps→4流600Mbps。6.2WLAN的物理层3.802.11ac（Wave2OFDM）革新点：256-QAM：单载波8比特/符号（比64-QAM提升33%）。

提升33%）。160MHz信道：子载波翻倍至234。MU-MIMO：AP同时服务多个设备（如手机+平板并行传输）。4.802.11ax（OFDMA）革命性升级：OFDMA：将子载波分组（RU），分配给不同用户

同时传输。

1024-QAM：单载波10比特/符号。效果：高密度场景吞吐量提升4倍（如机场、体育馆）。6.2WLAN的物理层一、初代OFDM的诞生背景前代技术瓶颈：

802.11b（DSSS）在2.4GHz频段最高仅11Mbps，且抗多径干扰能力弱，无法满足高速需求。频段突破：

802.11a

避开拥挤的2.4GHz，选择

5GHzU-NII频段（干扰少、带宽大）。技术革新：

采用

OFDM取代DSSS，实现

54Mbps速率（5倍于802.11b）。二、初代OFDM的核心参数（802.11a）特性参数值作用信道带宽20MHz提供基础传输通道子载波数量52个-48个传数据-4个导频（信道估计）-1个直流空载波子载波间隔312.5kHz保证正交性（频率间隔=1/符号周期）符号周期4μs包含3.2μs有效数据+0.8μs

循环前缀（CP）调制方式BPSK,QPSK,16-QAM,

64-QAM最高64-QAM实现单载波6比特/符号编码速率1/2,2/3,3/4卷积码纠错（如3/4码率=每4位含1位冗余）最大速率64-QAM+3/4码率→

54Mbps计算：48子载波×6比特×码率×1/4μs≈54Mbps6.2WLAN物理层MIMO-OFDM是无线通信领域的里程碑式技术，通过将

多天线（MIMO）

与

正交频分复用（OFDM）

深度融合，大幅提升了WLAN的速率、覆盖和可靠性。本质：两大技术的优势互补技术核心优势MIMO-OFDM中的角色OFDM抗多径干扰、高频谱效率将宽带信道划分为正交子载波，简化均衡处理MIMO多天线空间复用/分集在OFDM子载波上叠加空间维度，成倍提升容量

协同效果：OFDM解决“频率选择性衰落”，MIMO解决“空间选择性衰落”，两者结合实现时-频-空三维资源优化。6.2WLAN物理层OFDMA（正交频分多址）

是WiFi6（802.11ax）的核心革新，它通过将无线信道划分为更小的资源单元（RU），实现多用户并行传输，彻底解决了高密度场景的网络拥堵问题。本质：从“独占车道”到“共享拼车”传统OFDM（如WiFi5）单用户独占：整个信道（如20MHz）在任一时刻只能服务一个设备。拥堵类比：如同货车独占整条公路，即使只运一个小包裹，其他车辆仍需等待。OFDMA（WiFi6）多用户共享：将信道划分为RU（ResourceUnits），同时分配给多个设备。高效类比：将货车改为快递分拣车，划分小隔间（RU），多个用户的包裹同车并发运送。📌

核心突破：OFDMA=OFDM+多址接入（MultipleAccess）。6.2WLAN物理层OFDMA的技术实现1.资源单元（RU）划分信道带宽子载波总数RU类型（子载波数）20MHz23426-tone,52-tone,106-tone,

242-tone（整信道）80MHz98026/52/106/242/484-tone160MHz1960最大RU：996-tone6.2WLAN物理层OFDMA的技术实现示例：26-toneRU

→适合IoT设备（如传感器发100B数据）。242-toneRU

→适合手机看视频。2.调度机制AP集中调度：AP通过

TriggerFrame

通知各设备：何时发送（时间分配），用哪个RU（频率分配）；调制方式（如QPSK/1024-QAM）动态调整：根据设备数据量、信道质量实时分配RU。3.传输流程1)AP广播TriggerFrame（包含RU分配表）。2)设备在指定RU上同时上传数据（上行OFDMA）。3)AP在多个RU上同时下发数据（下行OFDMA）。6.3WLAN的媒体访问控制层按照WLAN的协议体系结构层次划分，MAC子层是位于物理(PHY)层和逻辑链路控制(LLC)子层中间的一个层次，其目的是在LLC子层的支持下为共享物理媒体提供访问控制功能。6.3WLAN的媒体访问控制层MAC子层在LLC层的支持下执行寻址、帧产生和帧识别等功能。IEEE802.11标准采用带有碰撞避免功能的载波侦听多址接入(CSMA/CA)媒体访问控制协议。6.3WLAN的媒体访问控制层

所谓“载波侦听”是指具有数据发送要求的站点在数据帧被传输之前，先由无线设备对信道媒体进行侦听，判断是否有任何其他设备正在传输信号，即载波。如果信号传输正在进行，则该设备等待一个随机长度的时间，然后进行再次侦听。若没有其他的设备正在使用媒体，该设备将开始自己的数据帧发送。6.3WLAN的媒体访问控制层6.3.1MAC层主要功能IEEE802.11无线局域网中所有的站(包括固定站、半移动站和移动站)和AP都需提供MAC子层服务。MAC子层服务主要指在MAC服务访问节点(SAP)与LLC子层之间交换MAC服务数据单元(MSDU)的过程与能力。MAC服务还包括利用共享无线电波或红外线传输媒体进行MAC服务数据单元的发送与接收。MAC层具有以下主要功能：无线媒体访问控制、加入网络连接和提供数据验证和保密。6.3WLAN的媒体访问控制层1.无线媒体访问控制在帧发送之前，MAC必须首先利用以下方式获得网络连接。(1)具有碰撞避免功能的CSMA/CA媒体访问控制方式，IEEE802.11规范称为分布式访问控制方式(DCF)。(2)基于不同服务优先级别的集中式轮询(Polling)访问控制，IEEE802.11规范称为中心网络控制方式(PCF)。6.3WLAN的媒体访问控制层2.加入网络连接工作站的电源被打开之后，它在验证和连接到合适的工作站或访问点之前，首先会检测有无现成的工作站和AP可供加入。工作站通过被动或主动扫描方式完成上述的搜索过程。加入一个BSS或ESS之后，工作站从AP接收服务组标识符(SericeSetIdentifier，SSID)、时间同步函数(TimerSynchronizationFunction，TSF)、计时器的值和物理安装参数等。6.3WLAN的媒体访问控制层3.提供认证和保密服务IEEE802.11标准提供两种认证服务，用于增强IEEE802.11网络的安全性能。开放系统认证(OpenSystemAuthentication)是一种默认的认证服务。该服务仅仅发布与其他站和AP的连接请求。共享密匙认证(SharedKeyAuthentication)包含更加严格的帧交换，以确定响应工作站是可信的。6.3WLAN的媒体访问控制层6.3.2MAC帧主体框架结构MAC帧格式的主体框架结构6.3WLAN的媒体访问控制层1)FrameControl(帧控制)这个字段含有在各个工作站之间发送的控制信息。2)Duration/ID(持续时间/标志)在这个域内包含发送站请求发送持续时间的数值，值的大小取决于帧的类型。通常每个帧一船都包含表示下一个帧发送的持续时间信息。网络中的各个站都通过监视帧中这一字段，来推测前边的发送站尚需占用的时间，推迟自己的发送。6.3WLAN的媒体访问控制层

3)Addr1-4(地址1～4)地址字段包含不同类型的地址，地址的类型取决于发送帧的类型。这些地址类型可以包含基本服务组标识(BSS-ID)、源地址、目标地址、发送站(AP)地址和接收站(AP)地址。各段地址长度均为48位且有单独地址、组播地址和广播地址之分。6.3WLAN的媒体访问控制层4)SequenceControl(序列控制)该字段最左边的4位由称为分段号的子字段组成，这个子字段标明一个特定的媒体服务数据单元(MSDU)的分段号。第一个分段号为0，后面的发送分段的分段号依次加1。该字段的后面12个位是序列号子字段，从0开始，对于每一个发送的MSDU子序列依次加1。一个特定的MSDU的每一个分段都有相同的序列号。站点在数据接收过程中，可通过监视序列号和分段号来判断是否为重复帧。6.3WLAN的媒体访问控制层

5)FrameBody(帧体)这个字段的有效长度可变，所载的信息取决于发送帧的类型。如果发送帧是数据帧，那么该字段会包含一个LLC数据单元。MAC管理和控制帧会在帧体中包含一些特定的参数。如果帧不需要承载信息，那么帧体字段的长度为0。接收站可以从物理层适配头的一个字段判断帧的长度。6.3WLAN的媒体访问控制层6)FCS(帧校验序列)发送工作站的MAC层利用循环冗余码校验(CRC)法对帧前边诸字段内容运算，计算一个32位的FCS，并将结果存入这个字段。MAC层利用下面的覆盖MAC头所有字段和帧体的生成多项式来计算FCSG(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+16.3WLAN的媒体访问控制层MAC帧中的帧控制字段6.3WLAN的媒体访问控制层1)ProtocolVersion(协议版本)用两比特(bit1，bit0)表示MAC协议版本。对于当前标准，协议版本为0。因此，除非未来的新协议版本与过去的协议版本不兼容，协议版本字段将一直保持为0。2)Type(帧类型)用两比特(bit3，bit2)表示帧的类型。这个字段表明当前的帧是管理帧、控制帧还是数据帧。6.3WLAN的媒体访问控制层3)Subtype(帧子类型)用4比特(bit7，bit6，bit5，bit4)表示帧的类型的进一步从功能上的划分。4)ToDS(到分布式系统)只有一个位，发往分布式系统的帧，该字段置1，其他的帧则置0。例如某帧若是发往另一个AP的无线电小区里的时候，要对该字段设置为1。5)FromDS(来自分布式系统)也是只有一位，发自分布式系统的帧该字段置1，其他的帧置0。当某帧从一个AP发送到另一个AP时，ToDS和FromDS字段都要置1。6.3WLAN的媒体访问控制层6.3WLAN的媒体访问控制层6)MoreFrag(更多分段)只有一位的字段，如果同一个MSDU还有其他分段存放在后继的帧中，该字段置1。7)Retry(重发)只有一个位。对于重发帧，该字段置1，其他帧置0。8)PowerManagement(电源管理)该字段指明发送工作站在完成目前的帧交换序列之后的电源管理模式。如果工作站进入睡眠模式，MAC层将该字段置1，置0则表示工作站处于激活模式。6.3WLAN的媒体访问控制层9)MoreData(更多数据)如果某工作站还有MSDU要发往处于节能模式的工作站，那么发送工作站将该字段置1，其他种类的发送则置0。10)WEP(加密)本字段置1表示向接收工作站声明，帧体(FrameBody)已经被WEP算法加工过了(数据已经用密钥加密)；其他情况本字段置0。11)Order(排序)所有采用严格顺序服务级别的数据帧，该字段置1。表明这些须按顺序处理。6.3WLAN的媒体访问控制层6.3.3MAC管理信息帧结构管理信息帧格式6.3WLAN的媒体访问控制层1)连接请求帧(AssociationRequestFrame)

如果某工作站欲登录连接到一个AP上，那么它就要向这个AP发送连接请求帧。得到AP的许可后，工作站的登录连接就算成功。2)连接响应帧(AssociationResponseFrame)AP收到一个连接请求帧之后，返回一个连接响应帧，指明是否允许和该工作站建立连接。6.3WLAN的媒体访问控制层3)再次连接请求帧(ReassociationRequestFrame)如果工作站想和一个AP再次连接，就向AP发送此帧。当某工作站离开一个AP的覆盖区进入另一个AP的覆盖区时，可能会发生再次连接。站需要和新的AP再次连接，以使AP知道，它要对从原来的AP转交过来的数据帧进行处理。4)再次连接响应帧(ReassociationResponseFrame)AP收到再次连接请求帧后，返回一个再次连接响应帧，指明是否和发送工作站再次连接。6.3WLAN的媒体访问控制层5)探询请求帧(ProbeRequestFrame)工作站通过发送探询请求帧，以得到来自另一个工作站或AP的信息(如是否可用等)。6)探询响应帧(ProbeResponseFrame)工作站或AP收到探询请求帧之后，会向发送工作站返回一个包含自身特定参数的探询响应帧。6.3WLAN的媒体访问控制层7)信标帧(BeaconFrame)在一个基础结构网络中，AP定期发送信标帧，保证相同物理网中所有工作站的同步。信标帧中包含时戳(TimeStamp)，所有工作站都利用时戳来更新其时间同步功能(TSF)计时器。8)业务声明指示信息帧(ATIMFrame)有的工作站负责缓存发向其他工作站的帧，前者会向后者发送ATIM(AnnouncementTrafficIndicationMessage)帧，接收端立即发送一个信标帧。随后，负责缓存的工作站将缓存的帧发往对应的接收者。ATIM帧的发送使工作站从睡眠转向唤醒，并保持足够长的“清醒”时间来接收各自的帧。6.3WLAN的媒体访问控制层9)分离帧(DiassociationFrame)如果工作站或AP想终止一个连接，只需向对方工作站发一个分离帧即可。当使用广播地址(全为“1”)时，一个分离帧可终止与所有站的连接。10)认证帧(AuthenticationFrame)工作站通过发送认证帧，可以实现对工作站或AP的认证。认证序列由一个或多个(取决于认证类型)认证帧组成。11)解除认证帧(DeauthenticationFrame)当工作站想终止安全通信时，就向工作站或AP发送一个解除认证帧。6.3WLAN的媒体访问控制层6.3.4MAC控制信息帧结构当工作站和AP之间建立连接和认证之后，控制信息要为数据信息帧的发送提供辅助功能。一次成功数据帧发送过程6.3WLAN的媒体访问控制层1.请求发送(RTS)工作站向某接收工作站发送RTS帧，以协商数据帧的发送。通过MIB中的aRTSThreshold属性可以将工作站加入RTS帧序列，将帧设置成一般、从不或者仅仅比一个特定的长度长。RTS帧的组成格式6.3WLAN的媒体访问控制层2.清除发送(CTS)收到RTS后，接收工作站向发送工作站返回一个CTS帧，以确认发送工作站享有发送数据帧的权力。CTS控制帧的格式6.3WLAN的媒体访问控制层RTS/CTS控制帧的交换可改善由于隐藏站点引发的访问碰撞6.3WLAN的媒体访问控制层3.应答(ACK)工作站收到一个无误的帧(数据帧或管理帧)之后，会向发送工作站发送一个ACK控制帧，以确认帧已经被成功地接收。ACK控制帧的格式6.3WLAN的媒体访问控制层4.节能轮询(PSPoll)当工作站收到PSPoll控制帧后，会更新网络分配矢量(NAV)，NAV用于表明工作站多长时间内不能发送信息，它包含对媒体未来通信量的预测。PSPoll控制格式6.3WLAN的媒体访问控制层5.无竞争终点(CFEnd)CFEnd控制帧标明中心网络控制方式(PCF)的无竞争期的终点。这类帧的Duration字段一般设置为0。CFEnd控制帧的格式6.3WLAN的媒体访问控制层6.3.5MAC数据帧结构数据信息帧的功能是向目的工作站传送数据信息(如MSDU媒体服务数据单元)，转交给LLC子层。6.3WLAN的媒体访问控制层数据信息帧的帧格式6.3WLAN的媒体访问控制层【例6-3】有一台连入Internet的AP以及与该AP通信的两台SAT，给出基于RTS/CTS机制的典型报文发送过程。6.3WLAN的媒体访问控制层报文发送过程6.3WLAN的媒体访问控制层【解】RTS/CTS机制是一个工作站申请独占另一个工作站的数据接收时间段的机制，从而防止不同工作站向同一个工作站发送数据，导致碰撞。当STA1希望向AP发送数据时，STA1首先向AP发送RTS请求帧，申请独占AP的一个数据接收时间段。如果AP处于空闲状态，则回复CTS帧，允许STA1向AP发送数据，同时AP需要将CTS帧发送给STA2，则STA2在该时间段内不会向AP发送数据。STA1收到CTS帧后，就开始向AP发送数据，AP接收数据后，向STA1发送ACK帧。当AP希望向STA2发送数据时，AP首先向STA2发送RTS请求帧，申请独占STA2的一个数据接收时间段。如果STA2处于空闲状态，则回复CTS帧，允许AP向STA2发送数据，同时STA2需要将CTS帧发送给STA1，则STA1在该时间段内不会向STA2发送数据。AP收到CTS帧后，就开始向STA2发送数据，STA2接收数据后，向AP发送ACK帧。6.4Wi-Fi组网及应用6.4.1无线局域网的组成无线局域网的物理结构6.4Wi-Fi组网及应用1.站STA(Station)站(点)也称主机(Host)或终端(Terminal)，是无线局域网的最基本组成单元。网络就是进行站间数据传输的，我们把连接在无线局域网中的设备称为站。站在无线局城网中通常用作客户端(Client)，它是具有无线网络接口的计算设备。6.4Wi-Fi组网及应用STA包括以下几部分:终端用户设备无线网络接口网络软件6.4Wi-Fi组网及应用2.无线介质无线介质是无线局域网中站与站之间、站与接入点之间通信的传输介质。在这里指的是空气，它是无线电波和红外线传播的良好介质。3.无线接入点无线接入点(AccessPoint，AP)类似蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。无线接入点是一种特殊的站，它通常处于BSA的中心，固定不动。6.4Wi-Fi组网及应用AP基本功能如下:作为接入点，完成其他非AP的站对分布式系统的接入访问和同一BSS中的不同站间的通信联结。作为无线网络和分布式系统的桥接点完成无线局城网与分布式系统间的桥接功能。作为BSS的控制中心完成对其他非AP的站的控制和管理。6.4Wi-Fi组网及应用无线接入点是具有无线网络接口的网络设备，至少要包括以下几部分:与分布式系统的接口(至少一个)。无线网络接口(至少一个)和相关软件。桥接软件、接入控制软件、管理软件等AP软件和网络软件。6.4Wi-Fi组网及应用4.分布式系统一个BSA所能覆盖的区域受到环境和收/发信机特性的限制。为了覆盖更大的区域，我们就需要把多个BSA通过分布式系统连接起来，形成一个扩展业务区(ExtendedServiceArea，ESA)，而通过DS互相连接起来的属于同一个ESA的所有主机组成一个扩展业务组(ExtendedServiceSet，ESS)。6.4Wi-Fi组网及应用无线分布式系统6.4Wi-Fi组网及应用6.4.2无线局域网的拓扑结构1.分布对等式拓扑分布对等式网络是一种独立(Independent)的BSS(IBSS)，它至少有两个站，是一种典型的、以自发方式构成的单区网。6.4Wi-Fi组网及应用IBSS工作模式6.4Wi-Fi组网及应用图6-29基础结构(BSS)工作模式6.4Wi-Fi组网及应用建立分布对等式网络就是将多台计算机置于同一个局域网中，使得这些计算机之间能够互相通信。组网步骤如下:将每台计算机的IP设置为同一网段的IP，例如计算机STA1的IP设为，计算机STA2的IP设为，计算机STA3的IP设为。将每台计算机的子网掩码设置为相同形式，如。将每台计算机置于同一工作组中，例如WORKGROUP。在每台计算机的共享设置中选择启用网络发现。此时，在网上邻居(XP系统)或网络(Windows7版本以上系统)中就可以看到局域网中的其他计算机，并进行通信操作了。6.4Wi-Fi组网及应用在WLAN中，基础结构(Infrastructure)包括分布式系统媒体(DSM)、AP和端口实体。同时，它也是BSS的分布和综合业务功能的逻辑位置。一个基础结构除DS外，还包含一个或多个AP及0个或多个端口。因此，在基础结构WLAN中，至少要有一个AP。6.4Wi-Fi组网及应用在一个基础结构BSS中，如果一个站要想与同一BSS内的另一个站通信，必须经过源站到AP和AP到宿站的两跳(Hop)过程并由AP进行转接。虽然这样会需要较多的传输容量，增加了传输时延，但比各站直接通信有以下许多优势:基础结构BSS的覆盖范围或通信距离由AP确定。一般情况下，两站可进行通信的最大距离是进行直接通信时的两倍。BSS内的所有站都需在AP的通信范围之内，而对各站之间的距离没有限制，即网络中的站点的布局受环境的限制较小。由于各站不需要保持邻居关系，其路由的复杂性和物理层的实现复杂度较低。6.4Wi-Fi组网及应用AP作为中心站，控制所有站点对网络的访问，当网络业务量增大时网络的吞吐性能和时延性能的恶化并不剧烈。AP可以很方便地对BSS内的站点进行同步管理、移动管理和节能管理等，即可控性(Controllability)好。为接入DS或骨干网提供了一个逻辑接入点，并有较大的可伸缩性(scalability)。在一个BSS中，AP所能管理的站的数量总是有限的。为了扩展无线基础结构网络，可通过增加AP的数量，选择AP合适位置等方法来扩展覆盖区域和增加系统容量。实际上，这就是将一个单区的BSS扩展成为一个多区的BSS6.4Wi-Fi组网及应用3.ESS网络拓扑ESS是一种由多个BSS组成的多区网，其中每个BSS都被分配了一个标识号(Identifier)BSSID。如果一个网络由多个ESS组成，则每个ESS也被分配一个标识号ESSID，所有的ESSlD组成一个网络标识(NetworkID，NID)，用以标识由这几个ESS组成的网络。实际上是逻辑网段，也就是通常所说的子网。6.4Wi-Fi组网及应用图6-30ESS无线局域网6.4Wi-Fi组网及应用【例6-5】建立如图6-30所示的网络。【解】该网络其实是多个基础结构集中式拓扑网络的集合。在该实例中，AP型号为TP-LinkTL-WR541G+。AP1、AP2和AP3可以通过分配地址进入局域网络，也可以通过拨号的方式连接到Internet。如果通过分配地址进入局域网络，则需要填写相应的WAN口配置参数，如图6-31所示。6.4Wi-Fi组网及应用此时，连接到该AP的SAT将通过该AP连接到局域网或Internet。当AP1、AP2和AP3的覆盖范围有重叠时，注意每个AP分配的IP地址范围不能重复，否则可能引起IP地址冲突。可以通过设置起始地址和结束地址来限制IP分配范围，从而防止IP地址冲突问题，如图6-32所示。6.4Wi-Fi组网及应用图6-31WAN口配置参数图6-32设置可分配的IP地址范围6.4Wi-Fi组网及应用4.中继(Relay)或桥接(Bridging)型网络拓扑两个或多个网络(LAN或WLAN)或网段可以通过无线中继器、无线网桥或无线路由器等无线网络互联设备连接起来。如果中间只通过一级无线互联设备，称为单跳(SingleHop)网络。如果中间需要通过多级无线互联设备，则称为多跳(MultipleHop)网络。6.4Wi-Fi组网及应用【例6-6】利用两台AP搭建基于桥接模式的无线网络。【解】该实例基于2台具有桥接功能的AP来实现。在该实例中，AP型号为TP-LinkTL-WR541G+。AP1作为Internet的接入端，使用拨号上网方式接入Internet。AP2作为AP1的延伸。具体设置步骤如下:(1)查看2台AP的无线端MAC地址，查看方式如图6-33所示。6.4Wi-Fi组网及应用(2)开启AP1和AP2的桥接功能，并输入AP1和AP2的无线端MAC地址。注意，AP1中输入的是AP2的无线端MAC地址，而AP2中输入的是AP1的无线端MAC地址，如图6-34和6.35所示。(3)为AP1和AP2设置不同的DHCP地址段，以防AP1和AP2为处于重叠覆盖范围内的设备分配相同的IP从而导致IP冲突，如图6-36和6-37所示。至此，处于AP1和AP2覆盖范围的设备都可以利用AP1的外网接口登录Internet。6.4Wi-Fi组网及应用查看无线端MAC地址图6-34AP1桥接设置图6-35AP2桥接设置6.4Wi-Fi组网及应用图6-36AP1的IP地址段分配图6-37AP2的IP地址段分配6.4Wi-Fi组网及应用6.4.3家庭Wi-Fi组网实例1.设备采购常用的家用路由设备常用的家用无线网卡6.4Wi-Fi组网及应用家用宽带服务6.4Wi-Fi组网及应用2.安装与调试计算机的网络接口网络设备上的接口6.4Wi-Fi组网及应用3.无线网关设备的调试路由器设置主界面路由器安全设置界面6.4Wi-Fi组网及应用4.访问控制访问控制设置界面6.4Wi-Fi组网及应用5.无线接入端的调试与配置AP连接管理界面终端设置界面本章小结本章主要介绍了Wi-Fi的概念、WLAN的主要协议、WLAN架构以及Wi-Fi的组网方式。通过本章的学习，要求学生掌握Wi-Fi的有关概念、主要协议、WLAN分层架构，了解WLAN的主要协议、WLAN的网络架构，以及Wi-Fi的组网方式等内容，对Wi-Fi有全局的认识，能够对Wi-Fi这种短距离物联网通信方式进行基本应用。本章内容结束，谢谢！第6章Wi-Fi通信技术NB-IoT是一种全新的基于蜂窝网络的窄带物联网(narrowbandinternetofthings)技术，是3GPP组织定义的国际标

准。主要支持低功耗广域网（LPWAN)的一种通信技术。支持物联网设备在广域网的蜂窝数据连接，基于授权频谱的运营，可直接部署于LTE网络，可降低部署成本和平滑升级。什么是NB-IoTNB-IoT通信技术简介NB-IoT技术的主要特点NB-IoT通信技术简介特性分类具体描述技术优势典型应用场景带宽与速率窄带传输（180kHz带宽）资源利用率高，抗干扰强小数据包传输（如传感器读数）功耗超低功耗设计（PSM/eDRX模式）电池寿命可达10年远程表计、环境监测设备覆盖能力深度覆盖（比4G强20dB）Sub-1GHz频段（如900MHz）穿透性强，覆盖地下/室内场景地下管网监测、地下室传感器连接规模单小区支持5万~10万终端容量为4G网络的100倍智慧城市（路灯、垃圾桶联网）成本简化硬件设计（半双工、单天线）模块成本＜5美元（2024年数据）大规模低复杂度设备部署部署方式•独立部署（Standalone）•保护带部署（Guard-band）•带内部署（In-band）兼容现有蜂窝网络，无需新建基础设施运营商快速覆盖移动性支持仅支持静态或极低速移动（＜30km/h）降低协议复杂度固定资产监控、智能农业传感器数据传输上行峰值：~60kbps下行峰值：~30kbps满足低频次小数据需求每日抄表、状态上报安全机制3GPP标准加密（SIM认证+AES-128）安全性高于非授权频谱技术（如LoRa）电力监控、金融终端时延较高（秒级至分钟级）牺牲实时性以降低功耗非实时场景（如垃圾桶满溢报警）NB-IoT技术的特点NB-IoT通信技术简介关键优势总结四超特性：超低功耗、超强覆盖、超大连接、超低成本运营商级网络：基于授权频谱，无干扰风险，支持全球漫游无缝升级：可复用现有4G/5G基站（仅需软件升级）适用性对比场景需求是否适合NB-IoT原因说明海量设备低速连接✔️最优选择大容量+低成本+低功耗移动物体追踪✘不推荐弱移动性支持（需选eMTC/LTE-Cat1）实时视频监控✘不适用带宽和速率不足地下矿井监测✔️最佳方案强穿透性+超低功耗频繁数据交互（＞1次/小时）✘慎用功耗显著增加NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介

1.技术萌芽与早期探索（2013-2015年）2013年：华为与沃达丰合作提出NB-M2M（后称LTE-M）技术，旨在为机器通信（M2M）设计低功耗蜂窝方案

2014年5月：3GPPGERAN工作组立项研究蜂窝物联网技术，项目名为CIoT（CellularIoT），由华为、高通、中国移动等推动

2015年4月：3GPP决定将CIoT标准开发转移至RAN工作组，同年5月华为与高通联合提出NB-CIoT方案，结合FDMA（上行）与OFDM（下行）技术

2015年8月：爱立信等公司提出NB-LTE方案，基于LTE框架优化

2015年9月：3GPP将NB-CIoT与NB-LTE融合为统一标准NB-IoT，确立为窄带蜂窝物联网的唯一技术路径NB-IoT技术的发展历程NB-IoT通信技术简介

2.标准冻结与商用启动（2016-2017年）2016年4月：NB-IoT物理层标准在3GPPR13冻结

2016年6月：核心协议正式冻结，标志NB-IoT进入规模商用