WLAN基础知识PPT学习教案

1、会计学1WLAN基础知识基础知识PAN(Personal Area Network)LAN(Local Area Network)WAN(Wide Area Network)MAN(Metropolitan Area Network)PANLANMANWANStandardsBluetoothIEEE 802.11b, 11a, 11g，11n802.16MMDS, LMDSGSM, GPRS,CDMA, 2.53G-4GSpeed1 Mbps1600 Mbps22+ Mbps1-7Mbps-100MbpsRange小中等中等-大大Applications点到点设备到设备企业、园区、高校、酒店

2、等网络最后一公里接入PDA、移动电话,接入第1页/共115页l2.4G ISM: 工业工业, 科学和医疗频段科学和医疗频段l5.8G 无授权的国家信息基础实施频段无授权的国家信息基础实施频段第2页/共115页IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers )美国电气和电子工程师协会Wi-Fi联盟 (Wi-Fi Alliance) 是一家全球及非营利性的行业协会，致力于通过其测试和认证方案确保基于标准的无线局域网产品的可互操作性。第3页/共115页标准描述备注802.11工作在5G频段，采用OFDM调制解调技术，54Mbps已批准8

3、02.11a工作在5G频段，采用OFDM调制解调技术，54Mbps已批准802.11b工作在2.4G频段，采用DSSS调制解调技术，54Mbps已批准802.11e对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持已批准802.11g工作在2.4G频段,采用OFDM调制解调技术已批准802.11h传输功率控制(TPC),动态频率选择（DFS）欧洲要求802.11i强健安全网络已批准802.11k该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范指定中802.11n工作在2.4G、5.8G采用MIMO OFDM最大速率600Mbps已批准802.11sMesh网状网标准制定中802.11a

4、c工作在5GHz，目标1Gbps指定中第4页/共115页应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层LLCLLCMACMACMAC Layerl载波侦听冲突避让机制载波侦听冲突避让机制CSMA/CAl接入控制接入控制l加密、漫游、节电加密、漫游、节电Physical LayerlFHSS DSSS OFDM MIMOl1-54 Mbps 600Mbpsl100-500m 覆盖范覆盖范围围第5页/共115页第6页/共115页AP 天线馈线电场电场电场电波传输方向磁场磁场电场和地面垂直为垂直极化电场和地面平行为水平极化第7页/共115页频率越高 提供

5、的带宽越大频率越高,衰减越大，覆盖区域越小1 second第8页/共115页第9页/共115页AP 100500mW网卡3050mW移动电话2001000mW微波炉7001000WPower振幅越大、能量越大第10页/共115页Main signalIn phae signal90 degrees out of phase signal180 degrees out of phase signal第11页/共115页异相降低振幅第12页/共115页第13页/共115页AP天线天线馈线馈线第14页/共115页振幅减小，能量减弱信号穿过水分时，将会被吸收。水分可能包含在无线传输路径中的树叶和人体中

6、体育馆、会展中心等人群密集区域需要考虑人体的吸收AP天线天线馈线馈线墙墙体体第15页/共115页AP天线天线馈线馈线第16页/共115页无线信号从一个介质到达另一个介质时发生折射,改变传播方向信号在穿透密度不同的大气和墙体时会发生折射AP天线天线馈线馈线AP天线天线馈线馈线AP天线天线馈线馈线AP天线天线馈线馈线第17页/共115页第18页/共115页AP天线天线馈线馈线第19页/共115页-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm材质厚度 角度第20页/共115页计算公式LP=32.4+（20log10F）+（20log10D）LP 自由

7、空间损耗F 电磁波频率D 传播距离（km）AP100mW 天线馈线Client天线馈线馈线1000m衰减多少？衰减多少？第21页/共115页距离每增加一倍衰减增加6 d B5GHz比衰减高6 d B5G2.4G46第22页/共115页信号在传播链路中发生反射、散射、衍射，到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的耦合，接收信号与原始信号相比出现随机变化。AP天线天线馈线馈线Client天线天线馈线馈线第23页/共115页菲涅尔区域是一个椭圆球体，如下图。实际传播中，如果椭圆球体内存在阻挡物，直射波和反射波（绕射波）的路径差小于半个波长，相位差的影响小于/2，这样会大大影响无线电波的传

8、播效果，这个椭圆球体的半径就是第一菲尼尔区域半径。电磁波主要通过第一菲涅尔区域传播，近似于自由空间传播第24页/共115页第25页/共115页第26页/共115页n10lg（P/1mW）P为功率值n100mW=10lg（100/1mW）=20dBm 10W=40dBmdBn是一个表示功率相对值，表示功率增加多少和减少多少n27dBm-20dBm=7dB 增加7dBn20dBm-27dBm=-7dB 减少-7dB第27页/共115页dBm mW对应表对应表dBmmWdBmmW0 dBm1 mW0 dBm1 mW1 dBm1.25 mW-1 dBm0.8 mW3 dBm2 mW-3 dBm0.5

9、mW6 dBm4 mW-6 dBm0.25 mW7 dBm5 mW-7 dBm0.20 mW10 dBm10 mW-10 dBm0.10 mW12 dBm16 mW-12 dBm0.06 mW13 dBm20 mW-13 dBm0.05 mW15 dBm32 mW-15 dBm0.03 mW17 dBm50 mW-17 dBm0.02 mw20 dBm100 mW-20 dBm0.01 mW30 dBm1000 mW (1 W)-30 dBm0.001 mW40 dBm10,000 mW (10 W)-40 dBm0.0001 mW+3db 功率增加一倍、+10db功率增加10倍-3db 功率

10、减少一倍、 -10db功率减少10倍第28页/共115页指射频发射机在指定方向上的辐射功率，单位为dBm。EIRPEIRP=36dBm=设备发射功率20dBm-线路衰减-1dB+发射天线增益+17dBi第29页/共115页AP20dBm 天线(17dBi)馈线（1dB）Client接收灵敏度-90dB天线(17dBi)馈线馈线系统增益=43dB=设备发射功率20dBm-线路衰减-1dB+发射天线增益+17dBi-传输损耗-100dB+接收天线增益+17dBi-接收灵敏度-（-90dB）1000m 衰减衰减100dB第30页/共115页第31页/共115页TX:20dBmRSSI:-30dBm第

11、32页/共115页和，误码率明显升高调制解调方式最大接收电平OFDM-30dBmCCK-20dBm第33页/共115页调制方式调制方式OFDMOFDMOFDMOFDMCCKCCKDQPSKDBPSK传输速率传输速率54 Mb/s48 Mb/s36 Mb/s24 Mb/s11 Mb/s5.5 Mb/s2 Mb/s1 Mb/s接收灵敏度接收灵敏度 dBm (for BER = 10 %)-68-69-75-79-83-87-91-94第34页/共115页SNR第35页/共115页速率SNR成正比第36页/共115页第37页/共115页802.11802.11802.11b802.11b802.11

12、a802.11a802.11g802.11g802.11n802.11n标准发布时间标准发布时间19971999199920032009频率范围频率范围 2.4G2.4G5.8G2.4G2.4G5.8G非重叠信道非重叠信道 33533、5调制传输技术调制传输技术BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDMMIMO OFDM物理发送速率物理发送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54协议规范最高600Mbps兼容性兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g

13、不能互通与11b产品可互通兼容11abg第38页/共115页1, 2, 5.5, 11 Mbps (DSSS / 802.11b)6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps (OFDM)向后完全兼容标准单台AP TCP最大吞吐量约为24Mbps，网络最大吞吐量72Mbps（3*24）第39页/共115页北美地区: 1-11中国、欧洲: 1-13日本、1-13，14（11b only）1、6、11为完全无重叠信道在同一个区域可以存在3个接入点(AP)1 123456 6789101111121322Mhz14第40页/共115页2.4GHz频段信道分配表信道中心频率 (M

14、Hz)信道低端/高端频率 (MHz)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/2483信道间隔5MHz信道宽度22MHz，从中心频率左右扩展11MHz第41页/共115页水平部署垂直部署第42页/共115页降低一半第43页/共115页第44页/共115页5.8GHz频段信道分配

15、表信道中心频率 (MHz)信道低端/ /高端频率 (MHz575515327655755/577515757855775/579516158055795/581516558255715/583514914920Mhz1531531571571611611651655.8 GHz信道的使用信道间隔20MHz信道宽度20MHz，从中心频率左右扩展10MHz第45页/共115页水平部署垂直部署第46页/共115页11bAP11gAP11aAPDSSS-CCK覆盖范围覆盖范围OFDM覆盖范围覆盖范围第47页/共115页第48页/共115页第49页/共115页SSID AUTE

16、LANBSS第50页/共115页扩展服务集 ESS (Extended Service Set)SSID AUTELANSSID AUTELANESS第51页/共115页基本服务集标示符 BSSID (Basic Service Set Identifier) STA 根据BSSID选择AP接入Virtual AP即在一个无线射频卡上实现多个SSID，类似于在逻辑上划分了几个AP每个BSSID可以有独立的 ESSID、MAC 、安全认证机制、不同的业务VLAN第52页/共115页Point-to-PointPoint-to-Multipoint第53页/共115页帧概览管理帧加入和退出WLAN

17、、AP间漫游BeaconProbe RequestProbe ResponseAuthenticationDeauthenticationAssociation RequestAssociation ResponseDisassociationReassociation RequestReassociation Response控制帧获得信道使用权和收到数据确认ACKRTSCTS数据帧数据传递DATA发现网络认证关联及漫游确认预约信道第54页/共115页ACK丢失单播帧ACK单播帧ACK单播帧开始下一个单播帧发送数据重传RetryRetry单播数据包丢失第55页/共115页Tx FrameSI

18、FSRx ACKDIFSSTA1随机竞随机竞争窗口争窗口DIFSTx FrameSIFSRx ACKSTA2Rx FrameStation 1SIFSTx ACKDIFSRx FrameStation 2SIFSTx ACKAP短帧间隔（短帧间隔（Short interframe space ，简称，简称SIFS）SIFS 用于高优先级的传输场合，例如RTS/CTS 以及ACK。经过一段SIFS（时间），即可进行高优先级的传输。一旦高优先级传输开始，介质即处于忙碌状态，因此相较于必须等待较长时间才能传输的帧，SIFS 消逝后即可进行传输的帧优先级较高。分布式帧间隔（分布式帧间隔（DCF int

19、erframe space ，简称，简称DIFS）DIFS 是竞争式服务中最短的介质闲置时间。如果介质闲置时间长于DIFS，工作站可以立即对介质进行访问。第56页/共115页隐藏节点 Hidden Node Problem DSSS-CCKOFDM由于距离原因，听不到对方发送数据由于距离原因，听不到对方发送数据由于障碍物原因，由于障碍物原因，听不到对方发送数据听不到对方发送数据由于协议原因，由于协议原因，听不到对方发送数据听不到对方发送数据第57页/共115页STA-2APRTS/CTS （Request TO Send/Clear TO Send）STA-1RTSCTSCTSFrameACK

20、STA1发送RTS 帧启动发送数据帧过程。RTS 作用：预约无线链路的使用权，并要求接收到这一消息的其他的工作站保持listen状态。AP收到RTS ，回复CTS 。CTS作用，令附近的工作站保持listen状态。等到RTS/CTS 完成交换过程，STA1 发送要传送的帧，无须担心来自其他隐藏节点的干扰。AP收到STA1的帧后，回复ACK予以确认，STA1数据帧发送完成。第58页/共115页RTS/CTS应用场合隐藏节点问题较为严重场合，需要手动调低RTS/CTS阈值，默认为2347Byte混合模式工作站无法解码802.11g OFDM调制的无线信号。当网络中存在客户端时，接入点采用RTS/C

21、TS或CTS to self来避免冲突。 RTS/CTS或CTS to self携带传输OFDM数据所需要的时间，并以能够接受的调制解调方式发送。由于引入额外的开销，网络的总体吞吐量降低。第59页/共115页Max Data (Mbps)Max Data (Mbps)Throughput(Mbps)Throughput(Mbps)802.11b802.11b11116 6802.11g (no legacy support)802.11g (no legacy support)54542222802.11g (mixed mode, RTS/CTS)802.11g (mixed mode, R

22、TS/CTS)54548 8802.11g (mixed mode, CTS to self)802.11g (mixed mode, CTS to self)54541414802.11a 802.11a 54542525以下两种情况会使运行的AP启动保护功能：一、的客户端和运行的AP相关联；二、运行的AP探测到周边同一信道内的运行的AP或无线客户端整体网络性能大约降低一半第60页/共115页 步骤1：扫描发现网络 步骤2：认证 步骤3: 关联 步骤4: 数据收发 管理帧加入和退出WLAN、AP间漫游BeaconProbe RequestProbe ResponseAuthenticatio

23、nDeauthenticationAssociation RequestAssociation ResponseDisassociationReassociation RequestReassociation Response发现网络认证关联及漫游第61页/共115页Scanning802.11MAC 使用Scanning功能来完成Discovery寻找和加入一个网络当STA漫游时寻找一个新的APActive ScanningPassive Scanning第62页/共115页Active ScanningProbe RequestProbe ResponseSTA主动广播Probe Requ

24、est，当前信道所有AP发送Probe Response响应，STA根据信号强度决定接入哪个APAP1AP2AP1的信号强，我选择AP1第63页/共115页BeaconBeaconBeaconBeaconBeaconCMCC第64页/共115页Authentication requestAuthentication Response(success)Authentication requestPlain text challengeCipher text challengeAuthentication Response(success)预置Key用Key加密明文密文解密和明文比较预置KeyOp

25、en-system Authentication过程过程Shared-Key Authentication过程过程121234第65页/共115页Reassociation RequestAssociation RequestAssociation ResponseAssociationDisassociationReassociation ResponseRSSINew AP位置Old APt1t2t3t1t2STA 接入APSTA在AP间漫游第66页/共115页第67页/共115页Null帧（通知进入节电状态）Beacon（TIM）Sleep缓存帧Listen InternalDATA（发

26、送缓存帧）Beacon（TIM）Beacon（TIM）PS-poll（获取缓存帧）Associattion requestListen Internal 3节电第68页/共115页FrameBody 有效载荷（0-2312）FCS CRC校验423666260-23124802.11 MAC头第69页/共115页第70页/共115页To DS=0 To DS=1From DS = 0 From DS = 0 管理帧、控制帧 、IBSS 数据帧STA 发送数据帧到DSFrom DS = 1 From DS = 1 STA从DS接收数据帧DS内部的帧DS:Ethernet Distribution

27、 SystemFrom DSTo DS第71页/共115页第72页/共115页SA/TARA(BSSID)DARA/DATA(BSSID)SATASADARAT数据的发送者数据的接受者SA 网络层数据的发送者DA 网络层数据的接收者地址字段第73页/共115页To DSMore Fragment（MF）1 分片0 最后一个帧Retry1 重传帧0 无重传Power ManagementPower Management（Pwr MgtPwr Mgt）1 节电模式0 非节电模式More DataMore Data（MDMD）1 AP有为节电模式的STA缓存的帧0 无缓存帧Protected Fra

28、meProtected Frame（FrameFrame）1 被加密保护（WEP WPA/WPA2）0 不加密OrderOrder1 严格的序列0 无序列要求第74页/共115页交通堵，上网也堵第75页/共115页的优势第76页/共115页第77页/共115页OFDM 改进FEC前向纠错40Mhz通道绑定数据包聚合Block Ack块确认增强的物理层高效的MAC层MIMO多输入多输出Short GI短帧间隔第78页/共115页一、调整货物结构（优化结构，提升速率） 由“园”变成“方”，装载的货物更多了，空间利用更合理第79页/共115页第80页/共115页二、缩小发车间距（短帧间隔，加速发送）

29、每10分钟第81页/共115页率可以提升10%左右。65Mbps*（1+10%）第82页/共115页安全第一l800ns提高为400ns后l因码间干扰导致数据损坏的可能性也增加了l因此在反射过于强烈的环境不建议开启400ns第83页/共115页三、扩建道路，单车道变双车道（信道绑定）第84页/共115页l将两个相邻的20MHz信道绑定l频宽增加一倍、速率提高为两倍多l对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载波从104（522）提高到108。n（72.2*2）/104）*108=150Mbps

30、第85页/共115页四、同时发多个车次（多入多出）装货区装货区装货区卸货区卸货区卸货区第86页/共115页两路空间流第87页/共115页l 1*2:1 一个发送 两个接收 一路空间流 150Mbpsl 2*2:2 两个发送 两个接收 两路空间流 300Mbpsl 2*3:2 两个发送 三个接收 两路空间流 300Mbps不变 ，进一步改善接收效果l 3*3:2 三个发送 三个接收 两路空间流 300Mbps不变 ，进一步改善接收发送效果l2*2:22*3:23*3:2可以明显的改善接收发送效果，同时大幅提高了设备的成本和能耗，3*3:2以上对接收发送的改善效果不明显第88页/共115页l大部分

31、厂商都只实现了2路空间流第89页/共115页第90页/共115页第91页/共115页MRC最大合并比波束赋形空间复用MRC最大合并比波束赋形空间复用MRC最大合并比波束赋形空间复用第92页/共115页注意: 标准指定速率最多到600Mbps (4 个空间流) 目前芯片不支持Key benefits:1. 第二空间流加倍速率2. 通道绑定基本上加倍了速率3. 短的数据间隔增加了大概 10% 的速率第93页/共115页第94页/共115页五、优先发展公共交通（聚合发送）第95页/共115页第96页/共115页帧聚合A-MPDUl 大部分厂商采用了A-MPDU实现帧聚合第97页/共115页没有帧聚合

32、帧聚合+块确认BACK第98页/共115页第99页/共115页l向下兼容，的终端接入网络后，由于MIMO技术提高了SNR，因此的网络最大吞吐量54Mbps范围有所扩大。同时的网络性在终端和终端混合接入时，网络整体吞吐量较纯终端接入有一定的下降，此时终端的速率还是高于的终端性能（本数据来自移动研究院，干扰环境下单空间流测试）11n向下兼容性（二）第100页/共115页lIntel网卡在频段默认只开启20MHz模式l部署采用20MHz模式，1、6、11间隔部署l开启40MHz模式，中国可以使用149、153、157、161、165多台AP采用2+1的方式部署AP1 149+153AP2 157+161AP3 165第101页/共115页法。第102页/共115页需要千兆的链路和接入交换机，汇聚可能需要万兆上行。n室内分布型的AP（AQ2000-ENH）工作在，只支持一路空间流，不开启40MHz，速率为65Mbps，因此该型号可以使用100Mbps网线接入交换机，交换机上行建议千兆。第103页/共115页类别室内放装型室分合路型边缘信号场强 不低于-75dBmAP设备容量在接入用户带宽512kbit/s情况下，单AP并发支持用