WIFI全技术专题培训课件.ppt

1、1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6802.11 组网模式 Ad hoc802.11网络的基本元素 - BSS能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSSBSS是802.11网络的基本结构BSS1BSS2STA1STA2STA3STA5STA6STA4802.1

2、1网络的基本元素 DS和APDS( Distribution System):分发系统AP (Access Point):一种特殊的STABSS2APBSS1AP1208E1208E802.11网络的基本元素 ESSESS (Extended Service Set)是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSSESSBSS2AP2Service set identify (SSID1)BSS1AP1Service set identify (SSID1)1208E 具备网桥功能的具备网桥功能的 Access Point 根据需要使用根据需要使用2.4或或5.8GHz信号信号放大器

3、；放大器； 根据需要使用各类根据需要使用各类2.4或或5.8GHz天线天线 具备网桥功能的具备网桥功能的 Access Point 根据需要使用根据需要使用2.4或或5.8GHz信号信号放大器；放大器； 根据需要使用各类根据需要使用各类2.4或或5.8GHz天线天线有效距离可以大于10KM甚至更多(无障碍物)Access PointSwitch移动用户固定网络固定网络无线网络覆盖区域无线网络覆盖区域INTERNET1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标

4、准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS保证保证56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层数据链路层数据链路层物理层物理层标准标准802.11b802.11b802.11g802.11g802.11a802.11a网络拓扑网络拓扑ad hoc, Infrastructuread hoc, InfrastructureLLCLLC协议协议802.2 LLC802.2 LLCMACMAC协议协议802.11 MAC802.11 MAC：

5、CSMA/CA (DCFCSMA/CA (DCF和和PCF(PCF(可选可选) )，RTS/CTS)RTS/CTS)安全机制安全机制IEEE 802.11 WEPIEEE 802.11 WEP协议、协议、WPAWPA、WPA2WPA2、WAPIWAPI工作频段工作频段2.4GHz2.4GHz，ISMISM频段频段(83.5MHz)(83.5MHz)5 GHz5 GHz， UNIIUNII频段频段(300MHz)(300MHz)抗干扰通信机制抗干扰通信机制DSSS/FHSS/IRDSSS/FHSS/IRDSSS(CCK)DSSS(CCK)，OFDMOFDMOFDMOFDM信道带宽信道带宽FHSS

6、FHSSDSSSDSSS1414个信道，每个个信道，每个22MHz22MHz20MHz, 16.6MHz(-3dB)20MHz, 16.6MHz(-3dB)7575个信道，每个信道，每个个1MHz1MHz1414个信道，每个个信道，每个22MHz22MHz调制方式调制方式GFSKGFSKBPSK/QPSKBPSK/QPSKBPSK, QPSK,16-BPSK, QPSK,16-QAM, 64-QAMQAM, 64-QAMBPSK, QPSK,16-QAM, 64-QAMBPSK, QPSK,16-QAM, 64-QAM数据速率数据速率1,2,5,11 1,2,5,11 MbpsMbps1,2

7、,5,11Mbps1,2 ,5,11Mbps1,2 ,.5,11Mbps/6,1,2 ,.5,11Mbps/6,9,12,18,24,9,12,18,24,36,4836,48和和54 54 MbpsMbps6,9,12,18,24,36,486,9,12,18,24,36,48和和54 Mbps54 Mbps编码编码CCITT CRC-1/6CCITT CRC-1/6卷积码，码率卷积码，码率1/21/2，2/32/3，3/43/4K=7 K=7 卷积码，码率卷积码，码率1/21/2，2/32/3，3/43/4发射功率发射功率20dBm20dBm16dBm16dBm覆盖范围覆盖范围室内：室内：

8、 150m150m；室外：；室外： 300m300m室内：室内：50m50m室外：室外： 150m150mPower RangeBatteriesFrequency SpeedRangen 802.11b Speed: 11 Mbps Frequency: 2.4 GHz Technology: DSSSn 802.11an HiperLAN/2 Speed: 54 Mbps Frequency: 5 GHz Technology: OFDMn 802.11g Speed: 54 Mbps Frequency: 2.4 GHz Technology: OFDMIntranet IEEE 802

9、.11n 传输速率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps提高到108Mbps，甚至高达500Mbps。这得益于将MIMO(多入多出)与OFDM(正交频分复用)技术相结合而应用的MIMO OFDM技术，这个技术不但提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。 在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。 802.11e 无线网络的QoS标准 802.11h

10、802.11a的补充，确保其符合关于5GHz无线局域网的欧洲标准。DFS机制也根据该标准指定。 802.11i WLAN安全标准，实际上是把IEEE 802.1x安全标准引入了WLAN。 802.11f 解决漫游问题而制订的接入点之间的协议 1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频

11、管理与负载均衡6频段：频段：2.4GHz 2.4835GHz采用采用DSSS(直接序列扩频技术直接序列扩频技术)扩频技术、调制方式、传输速率：扩频技术、调制方式、传输速率：Barker 列列 + BPSK - 1MbpsBarker 列列 + QPSK - 2MbpsCCK + BPSK - 5.5MbpsCCK + QPSK - 11Mbps技术特点：技术特点：用伪随机码调制载波，使难于被用伪随机码调制载波，使难于被解码解码将将83.5MHz带宽划分为带宽划分为13个宽个宽22MHz的子信道的子信道最多三个相互不重叠的信道最多三个相互不重叠的信道131167使用频带为2.4 2.4835 G

12、Hz 使用OFDM(正交频分复用)调变技术802.11g其实是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒11Mbps数据传输率，也符合802.11a数据传输率标准在2.4GHz频率下提供 54Mbps数据传输率可兼容802.11, 802.11b 帧结构 帧类型Low bandwidthPolluted by cellular & cordlessA band for the futureNo cost effective technology yet123456FREQUENCY (GHz)26MHz83.5MHz125MHz2.400 to 2.4835

13、GHz902 to 928MHz5.725 to 5.850GHzRelatively clean spectrumDS radios good at rejecting microwave interferenceCan fit several (11) WLAN ChannelsHFA3824A BRAShieves up to 4Mbps per channelHFA3860A BRAShieves 11Mbps per channelInstrumentation, Scientific & Medical (Unlicensed Band)信道标号信道标号中心频率中心频率信道低端信道

14、低端/高端频率高端频率12412MHz2401/2423MHz22417MHz2406/2428MHz32422MHz2411/2433MHz42427MHz2416/2438MHz52432MHz2421/2443MHz62437MHz2426/2448MHz72442MHz2431/2453MHz82447MHz2436/2458MHz92452MHz2441/2463MHz102457MHz2446/2468MHz112462MHz2451/2473MHz122467MHz2456/2478MHz132472MHz2461/2483MHz2400 MHz12412240124232241

15、7240624283242224112433424272416243852432242124436243724262448724422431245382447243624589245224412463102457244624681124622451247312246724562478132472246124832483.5 MHzISM-bandwidthChannel numberHighest frequencyAverage frequencyLowest frequency124122401242322417240624283242224112433424272416243852432

16、242124436243724262448724422431245382447243624589245224412463102457244624681124622451247312246724562478132472246124832400 MHz2483.5 MHzISM-bandwidthChannel numberHighest frequencyAverage frequencyLowest frequencyWiredLANEthernetChannel 1/2(11 Mbps)Channel 6/7(11 Mbps)Channel 11/13(11 Mbps)Channel 11/

17、13(11 Mbps)Channel 1(11 Mbps)1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6媒体接入控制MAC 在IEEE802.11 中媒体接入控制方式有PCF 和DCF 两种方式。这种MAC的结构如下图所示： DCF（分布式协调功能）是IEEE802.11

18、 MAC 的基本接入方法，通过载波侦听多路复用/冲突避免（CSMA/CA）来完成接入，控制共享媒介，DCF 在所有的终端中实现，用在IBSS 和ESS 网络中。 PCF（点协调功能）是IEEE802.11 MAC 的可选接入方法，只用在ESS 网络中，这种方法采用轮询的方式决定哪个终端有权利使用媒介来传输数据。 不同类型的报文可以通过采用不同IFS时长来区分访问媒体的优先级 SIFS ：用于优先级最高的时间敏感的控制报文 (例如 CTS，RTS, ACK) PIFS：用于AP发送报文 DIFS：用于一般的STA发送报文 最终的效果是控制报文比数据报文优先获得媒体发送权，AP比STA优先获得媒体

19、发送权SIFSBusyFrameTimePIFSDIFSContention window802.11 MAC访问机制 DCF方式802.11 MAC访问机制 DCF方式IFSIFS推迟发送直到推迟发送直到媒体空闲媒体空闲IFS时间长度时间长度BusyFrameContention windowback-off定时启动定时启动Medium busySend frameTimeDCF方式基于CSMA/CA原理CSMA/CA（载波侦听多路复用/碰撞避免） 终端传送数据单元时，它首先检测媒介是否空闲，如果空闲，它将占用媒介传送数据，同时将媒介标志为忙状态；如果媒介忙，它将采用一种随机退避算法，等待一

20、段时间后再次检测媒介是否空闲。 开始退避过程时，终端将它的退避定时器设置为一个随机退避时间，终端在退避结束时用载波监听机制来判断媒介是否可用，如果不可用，退避过程将采用一种算法来减少它的退避等待时间，再次进入退避过程。这种处理过程的效果是：当多个终端进入随机退避状态，具有最短退避时间的终端将在竞争中获胜，使用媒介 。1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.扩频调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制4

21、3.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6扩频技术直序扩频DSSS 直接序列扩频通信实际上是设备在发送基带数据前，先采用一个高速（相对与原始数据）的伪随机数字序列与之相乘，再调制在一定的载波上进行发射，由于提高了传输的码源速率，实际调制后的信号在频域得到展宽，因此称之为直接序列扩频。跳频扩频FHSS 跳频扩频技术就是设备在发送信息时，不是固定在一个工作频率上进行发送，而是将整个通信频率划分为多个子信道，在发送信息时，依照一定的规则在时域上在这些子信道间进行跳跃，通常，这一跳跃的速率大于基带数据的速率。由于跳频的存在，一方面可以提高系统的保密

22、性能，另一方面可以有效的避免开单频干扰，从而提高系统的无线射频性能。CCK 补码键控技术（CCK）是软扩频技术，它来源于直接序列扩频技术，在基带扩频时采用标准编码序列实现一种较复杂的编码技术，可在实现扩频的同时提高原始信号的传输速率. OFDM调制技术介绍802.11b采用常用的BPSK、QPSK调制技术；802.11g采用OFDM调制方式。OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发

23、送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠（如图一所示），但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个保护间隔，它是由OF

24、DM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。图1 正交频分复用信号的频谱示意图 OFDM调制技术介绍OFDM系统的实现由上面的原理分析可知，若要实现OFDM，需要利用一组正交的信号作为子载波。我们再以码元周期为T的不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传输。要发送的串行二进制数据经过数据编码器形成了M个复数序列，此复数序列经过串并变换器变换后得到码元周期为T的M路并行码，码型选用不归零方波。用这M路并行码调制M个子载波来实现频分复用。图3 OFDM解调器 在接收端也是由这样一组正交信号在一个码元周期内分别与发送信号进行相关运算实现解调，恢复出原

25、始信号。OFDM解调器如图3所示。 OFDM调制技术介绍 OFDM由于其频谱利用率高、成本低等原因越来越受到人们的关注。现在OFDM技术得到了广泛应用，尤其是在移动通信领域，预计第三代以后的移动通信的主流技术将是OFDM技术。图图5 用离散傅立叶变换实现用离散傅立叶变换实现OFDM的解调器结束语的解调器结束语OFDM调制技术介绍OFDM系统的性能特点 通过各个子载波的联合编码，OFDM具有很强的抗衰落能力，同时也有很强的抗窄带干扰能力，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。OFDM系统可以有效地抗信号波形间干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。OFDM信道利用率高，这点在频谱资源

26、有限的无线环境中尤其重要。但是OFDM存在两个缺陷：对频率偏移和相位噪声比较敏感；峰值与平均值比相对较大，这个比值变大会降低射频发射器的功率效率。图4 用离散傅立叶变换实现OFDM的调制器1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.扩频调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6l 链路层的安全机制WEP, WE

27、P PLUSMBRAS Address ValidationTKIP, AES(WPA)Zone PrivBRASyl 用户认证层的安全机制802.1X EAP RADIUSPer-Session Per User KeyDynamic Keysl 数据层的安全机制VPNIPSECAESGoodSimpleBestComplexMobileTerminalAccessPointRADIUSserverInternetCorporate LANBRASEAP/SIM802.1xVPNVPNWEP/ZONE PRIZVBRASYAuthenticationData SecurityOperator

28、IP Network1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.扩频调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6无线通信中存在的隐藏站点问题由于无线电波传输范围有限，导致一台 STA 有可能无法侦听到同信道其他 STA 发出的信号，从而误以为信道空闲，引起冲突ABC？发送允许发送报文需要 xxx 时间请求发送报文

29、需要 xxx 时间802.11发送报文的RTS / CTS机制通过 RTS / CTS 的交互，使得 STA 得知隐藏站点传输数据所需的时间，从而避免冲突ABCxxx 时间内信道忙RTS / CTS机制的典型报文发送过程STA1APSTA2RTS请求发送CTS同意发送STA1-STA2的数据ACK发送确认RTS请求发送CTS同意发送STA1-STA2的数据ACK发送确认1208ERTS/CTS802.11 管理功能 用户接入过程STAAP 通过Scanning选择AP(采用侦听Beacon帧或发送Probe帧)AuthenticationAssociation和建立Association关系的

30、AP收发数据1208E802.11 MAC 使用Scanning来搜索AP STA搜索并连接一个AP 当STA漫游时寻找连接一个新的AP STA会在在每个可用的信道上进行搜索Passive Scanning 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络Active Scanning 在每个信道上发送Probe request报文，从AP回复的Probe Response中获取AP的基本信息802.11 管理功能 - Scanning1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层3

31、2.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.扩频调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6802.11技术在QOS方面存在的缺陷最初的802.11技术是为满足用户的数据传输而设计的，根本没有考虑多业务承载802.11采用的DCF调度模式是基于CSMA/CA原理，最终的效果是，所有用户发送的报文平等地竞争无线资源由于没有区分业务优先级的机制，造成AP和终端在对外发送报文时对报文按同等优先级对待。当发生流量拥塞时，需要优先处理的报文（例如语音报文）和普通的报文（例如浏览网页

32、的报文）会按相同的概率被丢弃和有线网络相对完善的QOS机制无法很好的衔接802.11e 协议QOS保证802.11e针对针对DCF模式进行了改进，支持模式进行了改进，支持EDCA的媒体访问机制的媒体访问机制支持8个业务优先级的报文标记(类似于有线网络中的802.1P)业务优先级可被映射到4个输出队列高优先级的报文优先获取无线空口的访问能力802.11e 协议EDCA调度模式优先级队列1优先级队列2优先级队列3优先级队列4BusyFrameTimeAIFS4CW4AIFS3CW3FrameAIFS2CW2FrameAIFS1CW1FrameAP和用户等待向无线空口发送的数据的调度机制：AIFS-

33、仲裁帧间间隔 1.WLAN基本原理基本原理14.专项工作进度情况专项工作进度情况 42.WLAN关键技术关键技术21.WLAN的基本结构的基本结构13. WLAN物理层物理层32.WLAN的技术标准的技术标准21.媒体接入方式媒体接入方式12.扩频调制方式调制方式24. RTS/CTS机制机制43.WLAN安全机制安全机制35. QOS技术技术56. 射频管理与负载均衡射频管理与负载均衡6智能射频管理APAPAPAPAPAPAP每个AP上电时，无线控制器会根据AP的邻居关系动态调整AP工作的信道和发射功率，在保证覆盖的前提下保证AP间的干扰最小当AP覆盖区域受到外界强信号干扰时，无线控制器会控

34、制AP自动切换到合适的工作信道以规避干扰信号当覆盖区域内的某个AP发生故障而造成覆盖黑洞时，无线控制器会自动调整相邻的AP的发射功率以消除黑洞区域，当故障AP恢复工作后无线控制器可以自动调整邻居AP的发射功率恢复原始工作状态AP负载分担使AP负载更均衡AP1AP2拒绝关联接受关联负载均衡原理AP1AP2智能负载均衡技术启动负载分担的重叠覆盖区不启动负载分担的区域无线控制器可以设定AP间对接入用户进行负载分担负载分担的策略可以是基于AP接入的用户数量，AP流量负载情况当无线控制器发现AP的负载超过设定的门限值以后，对于新接入的用户无线控制器会自动计算此用户周围是否还有负载较轻的AP可供用户接入，

35、如果有则AP会拒绝用户的关联请求，用户会转而接入其他负载较轻的AP部分AP厂家智能负载均衡技术，能保证只对处于AP覆盖重叠区的无线用户才启动AP负载均衡功能，有效的避免误均衡的出现自动频率优化也称动态频率选择DFS（Dynamic frequency selection DFS）是指在通过测量得到网络状况的信息的条件下，动态实时地给AP分配频段来减小AP间干扰的机制。AP根据检测无线信道是否已经被别的AP或其它无线设备占用和把对无线网络环境的干扰降到最低这两个原则选择最适当的传输信道使整个网络中的各AP的干扰最小、容量最大。从频率优化的信息获得上，可以将自动频率优化分成两类。n基于用户端测量信

36、息进行频段分配的方案 n基于AP测量信息的频段分配方案 （1）AP发出频段测量的指令；（2）移动终端MT（Mobile Terminal）收到指令开始频段干扰情况的测量；（3）MT将测量结果提交给AP；（4）AP进行是否改变自己频道的判决；（5）如果决定改变频段，AP向和它相连的MT宣布即将改变频段；（6）AP改变作用频段，和它相连的MT也随着一起改变。注：上述机制中的(4)是标准没有具体规定的 ，因此不同厂家之间的判决算法存在差异。上述机制的好处在于，频段的分配方案可以随着用户的数目和位置进行实时的调整。但是这种实时调整的代价是：用户端向AP周期性的提交干扰报告；AP在频段间切换时引起的用户

37、与AP重新连接的开销。这两点随着接入AP的用户数目增多，而同比例增大 基本工作流程如下：（1）AP测量现有频段分配下的干扰情况；（2）AP自己判断最佳频段；（3）分布式独自调整或者在上层控制器指挥下调整。注：上述机制中的(2)、（3）是标准没有具体规定的 ，因此不同厂家之间的判决算法、实现的方式存在差异。可以看到，第二类和第一类比区别如下：无需用户端参与测量，因此可以兼容所有的用户端，并且没有占用无线网络的流量；分配方案只与AP有关，在AP没有增加、减少、移动的情况下，分配方案一般不会改变，因此非常稳定；但在用户数目比较少的时候，优化的结果不如第一类好。基于AP测量信息的频段分配方案，根据调整步骤可以分成两种： 一种是分布式调整，即AP之间独自判断，独自调整，AP间没有信息的交互 一种是AP将各自的测量信息提交给一个接入控制器AC（Access Controler） ，由AC控制AP进行调整前一种由于AP之间没有信息的交互，因此可能出现几个AP在几个频段间出现振荡的调整，因此达到稳定的收敛速度比较慢。后一种由于有AC从中协调，因此收敛速度非常快。