无线局域网组建与优化（HCIA-WLAN）PPT完整全套教学课件

WLAN基础知识

项目0WLAN基础知识项目1校园无线网络AC与AP的关联项目2校园无线网络搭建项目3校园无线网络安全设计项目4校园无线网络射频管理项目5校园无线网络可靠性设计项目6校园无线网络漫游设计项目7校园无线网络规划设计0.1无线网络介绍0.2无线射频介绍0.3IEEE802.11协议0.4WLAN产品0.5WLAN拓扑介绍

0.1无线网络介绍IEEE正式启用了802.11项目，无线网络技术逐渐走向成熟，802.11各项标准面市无线网络市场热度迅速飙升，WiFi、CDMA、3G、4G（LTE）、蓝牙等技术越来越受到人们的追捧夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络ALOHAnet美国陆军采用无线电信号做资料的传输无线网络发展历程二次大战时期197119902003之后技术演进时间第一代WLAN：11b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2.4/5Ghz，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，更高安全发展趋势简单接入、低带宽传输性能

0.1无线网络介绍（续）WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。宽带化移动化ModemADSL/LAN2G/3GWLAN无线、高带宽、低成本大家经常说Wi-Fi，那么Wi-Fi和WLAN有什么关系？？？Wi-Fi＝采用802.11技术的WLANxDSL、LAN等有线方式无法满足，希望摆脱线缆束缚的用户需求。

0.1无线网络介绍（续）

0.1.1无线网络分类无线网络分类：WirelessPersonalAreaNetwork（个人无线网络）WirelessLocalAreaNetwork（无线局域网络）WirelessMetroAreaNetwork（无线城域网络）WirelessWideAreaNetwork（无线广域网络）WLANConnectivity＜100metersWPANConnectivity＜10metersWMANConnectivity＜5kmWWANConnectivity＜15km无线传输技术：IrDA:BlueTooth：HomeRF：GSM、UMTS、LTE：

0.1.1无线网络分类（续）0.1.2无线网络特点WLAN相对于目前的有线网络主要有以下几个优点：移动性灵活性可扩展性经济性0.1.3WLAN标准组织介绍我国的无线电管理委员会、美国联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommisrion,FCC)等备国的通信监管机构负责制定规章制度，管理通信频率、发射功率和传输方式等。IEEE、IETF、ETSI等标准组织负责制定通信协议，协议必须遵循备国通信监管机构的相关规定。而Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance,WFA)负责对无线网络设备进行认证测试与Wi-Fi商标授权的工作,在全球范闹内推行wi-Fi产品的兼容认证,发展基于IEEE802.11标准的无线局域网技术。这些监管机构和标准组织共同对WLAN行业进行监管和规范。1.无线电管理委员会国家无线电管理委员会认证（StateRadioRegulatoryCommissionofthePeople’sRepublicofChina）自1999年6月1日起，中国信息产业部（MinistryofInformationIndustry,MII）强制规定，所有在中国境内销售及使用的无线电组件产品，必须取得无线电型号的核准认证（RadioTypeApprovalCertification）。 2.FCCFCC:美国联邦通讯委员会（FederalCommunicationsCommission）FCC的官方网站是/

3.ETSIETSI：欧洲电信标准化协会（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute）ESTI的官方网站是

4.IEEEIEEE：美国电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）IEEE和WLAN相关的标准为：IEEE802.11无线网络。IEEE的官方网站是http:///

5.Wi-FiWi-Fi联盟，全称为国际Wi-Fi联盟组织（Wi-FiAlliance），简称WFA，是一个商业联盟。Wi-Fi联盟的官方网站是/Wi-Fi联盟部分成员列表：6.IETFIETF是Internet工程任务组（InternetEngineeringTaskForce）的简写。IETF又叫互联网工程任务组，成立于1985年底，是全球互联网最具权威的技术标准化组织，主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定，当前绝大多数国际互联网技术标准出自IETF。IETF的官方网站是http:///7.WAPIWAPI（WirelessLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure）无线局域网鉴别和保密基础结构，是一种安全协议，同时也是中国无线局域网安全强制性标准。WAPI的官方网站是/WAPI部分成员列表：0.1无线网络介绍0.2无线射频介绍0.3IEEE802.11协议0.4WLAN产品0.5WLAN拓扑介绍红外线、可见光、紫外线、射线等0.2无线射频介绍无线电波是频率介于3赫兹和约300G赫兹之间的电磁波，也叫作射频电波，或简称射频、射电。无线电技术将声音讯号或其他信号经过转换，利用无线电波传播。极低频ELF超低频SLF特低频ULF甚低频VLF低频LF中频MF高频HF甚高频VHF特高频UHF超高频SHF极高频EHF330300330300330300330300HZKHZMHZGHZ5GHz工作频段IEEE802.11a/n/ac2.4GHz工作频段IEEE802.11b/g/n

0.2.1无线射频基础1.载波无线通信的基础是载波，基本的载波如下图所示，这个信号在发射器部分产生，并不带有任何信息，在接收器部分也作为不变的信号出现。APSTA2.波长波长是指在某一固定的频率里，沿着波的传播方向、在波的图形中，离平衡位置的“位移”与“时间”皆相同的两个质点之间的最短距离。波长反映了波在空间上的周期性。如右图所示。无线电波以光速传播，其波长λ=c/fλ是无线电波的波长c是光速，值是299792458m/sf是频率，单位是赫兹(Hz)aabλλb3.振幅振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅。振幅A在数值上等于最大位移的大小。baA4.相位相位是对于一个波特定的时刻在它循环中的位置，一种对于它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度，通常以度（角度）或弧度作为单位，也称作相角。波形循环一周即为360°2=360°57.3°=1弧度0°90°180°270°360°相位-信号增强A-AA-A2A-2A相位-信号衰减A-AA-A5.周期与频率物体完成一次全振动经过的时间为一个周期T，其单位为秒(s)。一秒钟内振动质点完成的全振动的次数叫振动的频率f，其单位为赫兹(HZ)。周期和频率的关系：f=1/T周期越长，振动越慢；频率越大，振动越快。abT调制：将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号。分为：调幅、调频和调相。解调：在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号。数字信号调幅(AM)调频(FM)调相(PM)

0.2.2无线射频工作原理1.吸收RF信号在传播时遇到会吸收其能量的材质时会导致信号衰减。

0.2.3无线射频工作特性2.反射RF信号在传播时遇到密集的反射材质会发生发射。3.散射RF信号遇到粗糙、不均匀的材质或由非常小的颗粒组成的材质时，可能向很多不同的方向散射，这是因为材质中不规则的细微表面将反射信号。4.折射RF信号在传播到两种密度不同介质的边界时会发生折射。5.衍射RF信号遇到其不能穿过的物体或能够吸收其能量的物体时将发生衍射，信号会绕过物体，组合成完整的电波。射频发射器接收者6.衰减RF信号离开发射器后，将受到外部因素的影响而降低强度，这被称为信号衰减。电缆衰减障碍物噪音干扰长距离7.多径现象RF信号在传播过程中由于反射、衍射等因素导致存在着许多时延不同、损耗各异的传输路径，这些经由不同路径的相同信号在接收端会发生叠加增大或减小接收信号的能量。APSTA8.增益在传输路径中，RF信号也可能受增加其强度的因素的影响。信号增益可以通过天线来实现：天线模块ISM（美国）工业频段（902-928MHz）科学频段

（2.4-2.4835GHz）医疗频段（5.725-5.875GHz）ISM频段，此频段主要是开放给工业、科学、医学三个主要机构使用，该频段是依据美国联邦通讯委员会（FCC）所定义出来，并没有所谓使用授权的限制。

0.2.4WLAN工作频段1.WLAN频段与信道1.WLAN频段与信道（续）WLAN技术被802.11b/g/n定义工作在2.4GHz的频段中，在其中2.4GHz频段被划分为14个交叠的、错列的20MHz无线载波信道，它们的中心频率间隔分别为5MHz。802.11a/n/ac工作在有更多信道的5GHz频段中。信道在不同的国家的使用会根据该国家法规而有所不同。在美国，FCC法规仅允许信道1到11被使用在欧洲，允许信道1到13被使用在日本，1到14信道被允许使用在中国，1到13信道被允许使用2.2.4GHz频段支持802.11b/g/n802.11b每个信道需要占用22MHz802.11g、802.11n每个信道需要占用20MHz802.11n完全兼容802.11b和802.11g802.11b频段带宽示意图22MHz主要国家工作频率信道频率

(MHz)中国美国、

加拿大欧洲日本澳大利亚12412是是是是是22417是是是是是32422是是是是是42427是是是是是52432是是是是是62437是是是是是72442是是是是是82447是是是是是92452是是是是是102457是是是是是112462是是是是是122467是否是是是132472是否是是是142484否否否802.11bonly否2.2.4GHz频段信道绑定信道绑定技术通过将相邻的两个20MHz信道绑定成40MHz，使传输速率成倍提高。2.4022.4072.41212.41722.42232.42742.43252.43762.44272.44782.45292.457102.462112.467122.472132.4772.4823456789161110112.2.4GHz频段3.5GHz频段支持802.11a/n/ac802.11a/n每个信道需要占用20MHz802.11ac每个信道支持20MHz、40MHz、80MHz5.25GHz5.35GHz5.470GHz5.725GHz5.825GHz5.15GHzUNII-1UNII-2UNII-3UNII-2e3640444852566064100104……1361401491531571611655GHz信道中心频率和信道ID号信道编号Nch频段GHz中心频率MHz美国中国365.15~5.25

UNII低频段5180是仅室内405200是仅室内

445220是仅室内485240是仅室内525.25~5.35

UNII中频段5260是仅室内

565280是仅室内605300是仅室内

645320是仅室内1495.725~5.825

UNII高频段5745是是1535765是是1575785是是1615805是是165~5.8505825是是3.5GHz频段中国的5.8GHz信道在中国，5.8GHz频段内有5个非重叠信道，分别为：149，153，157，161，165，如下图：5.7255.7305.7355.7405.7451495.7501505.7551515.7601525.7651535.7701545.7551555.7801565.7851575.7901585.7951595.8001605.8051615.8101625.8151635.8201645.8251655.8305.8355.8401491571531611653.5GHz频段5.8GHz信道绑定标准建议配置：149，157或者153，161；采用149，157配置时，表示主信道在前；采用153，161配置时，表示主信道在后，配置范围其实是一样的。5.7305.7355.7405.7451495.7501505.7551515.7601525.7651535.7701545.7551555.7801565.7851575.7901585.7951595.8001605.8051615.8101625.8151635.8201645.8251655.8305.8355.840149+153157+1613.5GHz频段4.总结802.11802.11b802.11g802.11a802.11n802.11ac标准发布时间199719992003199920092013合法频宽83.5MHz83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz&325MHz83.5MHz&325MHz频率范围

2.4-2.4835GHz2.4-2.4835GHz2.4-2.4835GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz（中国）2.4-2.4835GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz5.150-5.350GHz5.725-5.850GHz（中国）非重叠信道

33313(中国5个)2.4G3个5G13个13(中国5个)调制技术FHSSDSSSCCKDSSSCCKOFDMOFDMMIMOOFDMMIMOOFDM速率Mbit/s1,21,2,5.5,111,2,5.5,116,9,12,18,

24,36,48,546,9,12,18,

24,36,48,546.5,7.2,…65,72.2,…130,135,144.4,150,…270,300,…600293,433,867,1300,3470天线的定义能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。天线的作用无线电设备中用来发射和接收电磁波的部件。能量转换：导行波和自由空间波的转换，高频电流与电磁波的转换；定向辐射和接收：具有一定方向性。空间电磁波高频电流无线电收发信机天线0.2.5天线技术介绍1.天线的定义及作用天线的基本辐射单元：半波对称阵子两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。波长越长，天线半波振子越大。单个半波对称振子可独立使用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。1/4波长半波对称极子1/4波长1/2波长1.天线的定义及作用（续）天线的方向性发射天线的基本功能把从馈线传输过来的能量向周围空间辐射出去；把大部分能量朝所需的方向辐射。天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力。2.天线的极化天线的方向图：天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示。方向图说明天线在空间各个方向上所具有的发射或接收电磁波的能力。水平面H面垂直面E面立体图“面包圈”2.天线的极化（续）天线的方向性增强“扁平面包圈”越扁，信号则越集中。定向天线：反射面把电磁波反射到单侧方向，朝某一方向集中，提高了增益。全向辐射（无平面反射板）定向增强（有平面反射板）平面反射板2.天线的极化（续）2.天线的极化（续）天线极化：电场矢量在空间运动的轨迹。垂直极化水平极化+45°极化-45°极化电场方向天线2.天线的极化(续)双极化天线：两个极化在空间相互正交的波。垂直水平极化±45°交叉极化±45°交叉极化在信号接收平衡性优于垂直水平极化。3.天线的形态天线形态丰富按用途分类：通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类：短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类：全向天线、定向天线等；按外形分类：线状天线、面状天线等。微波天线全向天线定向天线抛物面天线室内天线室内全向/定向吸顶天线室内定向天线室内全向鞭状天线3.天线的形态（续）室外天线2.4G&5G室外全向天线2.4G&5G室外定向天线室外回传天线3.天线的形态（续）增益(Gain)覆盖距离关键指标相同输入功率时，天线在某一规定方向上的辐射功率密度与参考天线（通常采用理想辐射点源）辐射功率密度的比值。增益与天线方向图密切相关，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。低增益高增益4.天线的参数波瓣宽度(3dBbandwidth)水平/垂直覆盖宽度的关键指标方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密度下降一半(3dB)的角度，称为波瓣宽度或半功率角，分为水平面波瓣宽度和垂直波瓣宽度。-3dB点-3dB点峰值方向(最大辐射方向)波瓣宽度越窄，方向性越好，辐射距离越远，抗干扰能力越强主瓣旁瓣4.天线的参数功率度量单位dBm：功率绝对值计算公式：10*log(P/1mW)dB：功率相对值计算公式：10*log(P1/P2)dBi，dBd：增益值dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极子0dBd=2.14dBi4.天线的参数功分器功分器：将一路输入信号能量等分成两路或多路输出的器件。常见有二功分器、三功分器、四功分器。类型：微带功分器、腔体功分器。传输功率较大的场合优先考虑使用腔体型器件，腔体型器件长期工作稳定性优于微带型器件。反过来作为合路器使用时，只能采用微带功分。微带功分腔体功分5.其他器件耦合器耦合器：将一路输入信号能量不等分成两路输出的器件。常见有5dB,6dB,7dB,10dB,15dB耦合器等规格。输入耦合端直通端直通端输出功率(dBm)=输入功率(dBm)－插损(dB)耦合端输出功率(dBm)=输入功率(dBm)－耦合度(dB)5.其他器件合路器合路器用来将多个系统的发射信号互不干扰地合成一路输出，同时将在同一路中的接收信号互不干扰地分配给各个系统端口，可分为同频合路器和多频合路器。WLANGSM/3GANT双频合路器WLANChannel1WLANChannel11ANTWLAN同频合路器受端口隔离度约束，WLAN同频合路器仅支持1、11信道合路。5.其他器件射频同轴电缆（馈线）WLAN常用RF电缆RG-8跳线、1/2″(英寸)超柔馈线、1/2″馈线等；不同电缆，线径不同，损耗也不同；放装RG-8。性能规格1/2″超柔馈线1/2″馈线一次最小弯曲半径≤40mm≤80mm损耗(2400MHz)﹤19.2dB/100m﹤12.1dB/100m特性阻抗50Ω工作温度-30~60°C其他要求需具备阻燃性线径越粗，损耗越小。5.其他器件射频连接器、接头N型SMA型室外型APN型接头(母头，Female)射频电缆N型接头(公头，Male)双阳N型转接头(连接AP和天线)双阴N型转接头(连接两根馈线)反极性SMA接头5.其他器件防护器件防雷器其他防护器件：室外光纤套筒、接地线、防水胶带等。天馈防雷器(天线与AP之间连接)网口防雷器(室外AP与交换机之间防雷保护)多雷雨地区建议使用5.其他器件0.1无线网络介绍0.2无线射频介绍0.3IEEE802.11协议0.4WLAN产品0.5WLAN拓扑介绍0.3IEEE802.11协议IEEE802.11无线局域网工作组制定的规范分802.11物理层相关标准和802.11MAC层相关标准两部分，如图1-32所示。802.11物理层标准定义了无线协议的工作频段、调制编码方式及最高速度的支持。WLAN所采用的传输技术主要有两种：红外线和微波传输技术。IEEE802.11协议族成员PHY802.11(1/2Mbps)802.11b(11Mbps)802.11g(54Mbps)802.11a(54Mbps)MAC802.11/11a/11b/11gMAC802.11e—QoS802.11i—安全增强802.11n(600Mbps)802.11r—漫游和切换802.11h—动态调整802.11s—Mesh802.11ac(3470Mbps)0.3.1802.11物理层介绍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。数字信源经信源编码（主要是数据压缩）处理后进行的另外一种编码处理称为信道编码。它用来引入冗余设计，使得在接收端能够检测和纠正传输错误。无线信道中的错误通常以突发形式出现。为了将此类在传输过程（遭受衰落）中出现的突发错误变换成随机错误，以便信道编码进行纠正，一般要对数据进行交织处理。因此，将信道编码和交织技术统称为控制编码。如果采用加密技术，只有授权的用户才能正确地检测和解密处理后的数据。为了适应无线信道的特性，进行有效的传播，将加密后的信号进行凋制和放大，以一定的频率和一定的功率通过天线或发射器辐射出去。如果有多个信源共用此无线链路，通常还需进行多路复用处理。多址接入在多路复用后进行。接收端的处理过程刚好相反，但经常还需要用均衡机制来校正信号在传输过程中可能产生的相位和幅度失真。802.11

WLANMACPLCPPMD802.11Max.2Mbps2.4GHzFHSSDSSS802.11bMax.11Mbps2.4GHz

DSSS802.11gMax.54Mbps2.4GHz

OFDM802.11aMax.54Mbps5GHz

OFDM802.11nMax.600Mbps2.4/5GHz

OFDM802.11acMax.3.47Gbps5GHz

OFDM0.3.1802.11物理层介绍物理层被分成两个子层（sub-layer）：物理层汇聚过程（PhysicalLayerConvergenceProcedure，简称PLCP）子层，负责将MAC帧映射到传输媒介；另一个是物理媒体相关（PhysicalMediumDependent，简称PMD）子层，负责传送这些帧。1.物理层结构频宽频宽的大小依据要传送的信息量而定的。FM信号(175K)802.11信号(20M)TV信号(4500K)频宽(HZ)1.物理层结构（续）2.扩频技术扩频技术能够很好的防止干扰。用户信号信号强度频率用户信号信号强度频率干扰信号没有使用扩频技术使用扩频技术干扰信号2.扩频技术（续）无线电射频系统采用扩频（SpreadSpectrum）技术进行调制。扩频技术的频率范围开放在ISM频段，此频段不需申请：工业：902~928MHz(26MHz)科学：2.4~2.4835GHz(83.5MHz)医学：5.725~5.875GHz(300MHz)IndustrialBandI-band······ScientificBandS-band······MedicalBandM-band2.4GHZ2.48GHZ902MHz928MHz5.725GHz5.85GHz3.物理层关键技术802.11所采用的无线电物理层使用了三种不同的技术：跳频（Frequencyhopping，简称FH或FHSS）直接序列（Directsequence，简称DS或DSSS）正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，简称OFDM）跳频扩频跳频扩频（Frequency-hoppingspread-spread，简称FH或FHSS）：是以一种预定的伪随机模式快速变换传输频率。876543210频隙时隙干扰信号数据信号3.物理层关键技术（续）直接序列扩频传输技术(DSSS)直接序列传输技术是通过精确的控制将RF能量分散至某个宽频带。当无线电载波的变动被分散至较宽的频带时，接收器可以通过相关处理找出变动所在。信号强度频率直接序列扩频技术3.物理层关键技术（续）DSSS编码方式(1/2)DSSS采用11chipbarker编码方式只要11位中的2位正确就能识别原来的数据作用：防止干扰下图以传输数据为1010为例传播数据1011011100001001000111101101110000100100011110103.物理层关键技术（续）DSSS编码方式(2/2)补码键控（complementarycodekeying，CCK）补码键控编码方式能有效防止噪声及多径干扰802.11b使用补码键控来提高传输速率，最高可达11Mbps缺点：补码键控为了对抗多径干扰，技术复杂，实现困难3.物理层关键技术（续）DSSS调制方式DSSS采用的调制方式为：BPSK、QPSK。180°传输1BPSK0°180°QPSK270°90°0°传输0传输00传输01传输10传输113.物理层关键技术（续）DSSS编码方式简表数据速率编码方式调制方式1MbpsBarkerBPSK2MbpsBarkerQPSK5.5Mbps4-bitsCCKQPSK11Mbps8-bitsCCKQPSK3.物理层关键技术（续）正交频分复用技术(1/2)OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）即正交频分复用技术，是一种多载波调制技术其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输振幅频率图：频域中的正交性3.物理层关键技术（续）正交频分复用技术(2/2)OFDM5GHz信道示例:5150535030MHz30MHzFrequency(MHz)5320526052405220520052805300518020MHz20MHz20MHz20MHz20MHz20MHz20MHz20MHz每个子载波312.5kHz48个子信道用来传数据,4个子信道用来做相位参考。3.物理层关键技术（续）OFDM子信道调制技术OFDM调制方式：BPSK（BinaryPhaseShiftKeying）二进制相移键控QPSK（QuadraturePhaseShiftKeying）正交相移键控QAM（QuadratureAmplitudeModulation）正交幅度调制QAM同时利用了载波的振幅和相位来传递信息。OFDM技术结合QAM调制方式让速率达到54Mbps。3.物理层关键技术（续）16QAM，64QAM星座图相位振幅0011011101100010000101010100000010011101110010001011111111101010相位振幅16QAM星座图64QAM星座图3.物理层关键技术（续）256QAM星座图相位振幅256QAM星座图3.物理层关键技术（续）OFDM调制方式调制方式编码率（R）速率(Mbps)BPSK1/26BPSK3/49QPSK1/212QPSK3/41816-QAM1/22416-QAM3/43664-QAM2/34864-QAM3/454256-QAM3/4195256-QAM5/62173.物理层关键技术（续）MIMO技术(1/2)采用802.11a/b/g技术的无线接入点和客户端是通过单个天线单个空间信道（SISO）来实现数据传送的。采用802.11n技术的无线接入点和客户端可以利用两个或者更多的空分信道同时传送数据，如果终端也支持MIMO技术的话，能够采用多个接收天线和高级信号处理技术来重建从多个信道发送过来的数据。MIMO技术就是利用其它技术来改进接收端的信噪比。3.物理层关键技术（续）MIMO技术(2/2)MIMO（Multiplein,Multipleout）SISOAPSISOSTA发送端接收端无线信道单进单出（SISO）MIMOAPMIMOSTA发送端接收端无线信道多进多出（MIMO）3.物理层关键技术（续）MIMO-波束成形波束成形技术：当发射端有多个发射天线时，调整从各个天线发出的信号使得接收端信号强度有显著改善的技术。AP客户端AP客户端图1：未采用波速成形技术图2：采用波速成形技术3.物理层关键技术（续）MIMO命名MIMO的天线配置通常表示成“M*N”，其中M和N均为整数。M表示传输天线的数量N表示接收天线的数量内置2*2天线外置3*3天线3.物理层关键技术（续）802.11a/b/g/n/ac对比标准频段中心频率间距载波调制最高速率802.11b2.4~2.4835G5M/ChDSSS11Mbps802.11g2.4~2.4835G5M/ChDSSSOFDM54Mbps802.11a5.15~5.25G5.25~5.35G5.728~5.825G5M/ChOFDM54Mbps802.11n2.4~2.4835G5.15~5.25G5.25~5.35G5.728~5.825G5M/ChMIMO&OFDM600Mbps802.11ac5.15~5.25G5.25~5.35G5.728~5.825G5M/ChMIMO&OFDM3.47Gbps数据按照OSI模型传输时，从应用层到物理层由上而下方向进行逐层封装，每层都将在上层数据的基础上添加该层的报头信息。其中在数据链路层，IP数据包被封装在帧内并增加了MAC报头。802.11数据链路层分为两个子层，上层为逻辑链路控制子层（LogicalLinkControl,LLC），下层为媒体访问控制子层（MediaAccessControl,MAC）。IEEE802.11标准主要定义了MAC子层的操作功能。0.3.2MAC层架构1.802.11帧封装LLC子层靠近上层网络层，当网络层的数据包移交到链路层时，首先抵达LLC子层后成为MAC服务数据单元（MACServiceDataUnit,MSDU）。MSDU包含了LLC及以上所有层的数据。LLC将MSDU发送到MAC子层后，需要给MSDU增加MAC报头信息，被封装后的新MSDU被称为MAC协议数据单元（MACProtocoIDataUnit,MPDU），它就是802.11MAC帧。MPDU包含了数据链路层报头、帧主体和帧尾。帧尾是32比特的循环冗余校验码，也被称为帧校验序列FCS。2.802.11帧格式802.11帧的最大长度2346个字节，基本结构如下图所示。22666640~2312FrameControlDurationIDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS2802.11帧-FrameControl所有帧的开头均是长度两个元组的FrameControl（帧控制）位。如下图所示，FrameControl位包括以下次位：2ProtocolType=ControlSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPwrMgmtMoreDataProtectedFrame2411111111FrameControlOrder2.802.11帧格式（续）802.11帧-Duration/IDDuration（持续时间）位用来记载网络分配矢量（NAV）的值。访问介质的时间限制是由NAV所指定。22666640~2312FrameControlDuration/IDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS20123456789101112131415Duration(NAV)LeastsignificantMostsignificant2.802.11帧格式（续）802.11帧-Address地址字段包含不同类型的MAC地址，地址的类型取决于发送帧的类型。22666640~2312FrameControlDuration/IDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS22.802.11帧格式（续）802.11帧-顺序控制位此位的长度为16个bit，用来重组帧片段以及丢弃重复帧。它由4个bit的fragmentnumber（片段编号）位以及12个bit的sequencenumber（顺序编号）位所组成。22666640~2312FrameControlDuration/IDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS20123456789101112131415fragmentnumbersequencenumber2.802.11帧格式（续）802.11帧-帧主体帧主体（FrameBoby）亦称为数据位，负责在工作站间传送上层数据（payload）。802.11帧最多可以传送2312个bit组的上层数据。22666640~2312FrameControlDuration/IDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS22.802.11帧格式（续）802.11帧-帧检验序列802.11帧是以帧检验序列（framechecksequence，简称FCS）作为结束。FCS让工作站得以检查所收到的帧的完整性。22666640~2312FrameControlDuration/IDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS22.802.11帧格式（续）3.802.11帧类型802.11帧主要有三种类型：帧类型帧介绍数据帧数据帧好比802.11的驮马，负责在工作站之间传输数据。数据帧可能会因为所处的网络环境不同而有所差异。控制帧控制帧通常与数据帧搭配使用，负责区域的清空、信道的取得以及载波监听的维护，并于收到数据时予以正面的应答，借此促进工作站间数据传输的可靠性。管理帧管理帧负责监督，主要用来加入或退出无线网络，以及处理基站之间连接的转移事宜。Type（类型）与SubType（子类型）位用来指定所使用的帧类型。2ProtocolType=ControlSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPwrMgmtMoreDataProtectedFrame2411111111FrameControl3.802.11帧类型（续）数据帧数据帧会将上层协议的数据置于帧主体加以传递。会用到哪些位，取决于该数据帧所属的类型。22666640~2312FrameControlDurationIDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlAddress4(optional)FrameBodyFCS23.802.11帧类型（续）数据帧-ToDS与FromDS(1/2)根据ToDs和FromDs的值地址字段有如下变化：FunctionToDSFrom

DSAddress1Address2Address3Address4IBSS00DA/RASA/TABSSID未使用ToAP10BSSID/RASA/TADA未使用From

AP01DA/RABSSID/TASA未使用WDS11BSSID/RABSSID/TADASA3.802.11帧类型（续）数据帧-ToDS与FromDS(2/2)132SA/TADA/RABSSID用以过滤非此BSS的终端传输信号SA/TABSSID/RADADA/RABSSID/TASA4SATARADA3.802.11帧类型（续）控制帧控制帧均使用相同的FrameControl（帧控制）位，如下图所示：2ProtocolType=ControlSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPwrMgmtMoreDataProtectedFrame2411111111FrameControl3.802.11帧类型（续）控制帧-RTS（请求发送）当AP向某个客户端发送数据的时候，AP会向客户端发送一个RTS报文，这样在AP覆盖范围内的所有设备在收到RTS后都会在指定的时间内不发送数据。RTS帧的格式如下图所示：FrameControlDurationReceiverAddressFCSTransmitterAddressMACheader226643.802.11帧类型（续）控制帧-CTS（允许发送）目的客户端收到RTS后，发送一个CTS报文，这样在该客户端覆盖范围内所有的设备都会在指定的时间内不发送数据。其格式如下图所示：FrameControlDurationReceiverAddressFCSMACheader24263.802.11帧类型（续）控制帧-ACK（应答）每个发送的单播报文，接收者在成功接收到发送报文后，都要发送一个应答ACK进行确认。FrameControlDurationReceiverAddressFCSMACheader24263.802.11帧类型（续）控制帧-PS-Poll当客户端从省电模式中苏醒，便会发送一个PS-Poll帧给AP，以取得任何暂存帧。PS-Poll帧的格式如下图所示：FrameControlAIDBSSIDFCSTransmitterAddressMACheader226643.802.11帧类型（续）管理帧管理帧目的是通过帧的使用，为网络提供相对简单的服务。802.11管理帧的基本结构如下图所示。2266640~2312FrameControlDurationIDAddress1(receiver)Address2(sender)Address3(filtering)Seq-ctlFrameBodyFCS2MACheader3.802.11帧类型（续）802.11nMAC层改进技术802.11MAC层协议耗费了相当多效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。802.11n通过改善MAC层来减少固定的开销及拥塞造成的损失。帧聚合技术块确认技术4.MAC层相关技术1、帧聚合802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率，报文帧聚合技术包括：MAC服务数据单元聚合（A-MSDU）MAC协议数据单元聚合（A-MPDU）两种不同的帧聚合方式会有不同的效率提升。4.MAC层相关技术MSDU聚合MAC服务数据单元（MSDU－MacServiceDataUnits）汇聚：收集以太网帧汇聚转成802.11无线帧P1P3MACheaderMACprocessingP2P1P3P2P1P3P24.MAC层相关技术MPDU聚合MAC协议数据单元MPDU（MACProtocolDataUnit）汇聚：转成802.11无线帧将802.11无线帧汇聚MACheaderMACheaderMACheaderMACprocessingP1P3P2P1P3P24.MAC层相关技术2、块确认为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应ACK帧。块确认机制通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量，如下图所示：AP客户端A-MPDU块确认P3P2P1headerheaderACKP1,P2,P34.MAC层相关技术0.3.3IEEE802.11协议介绍802.11：工作在2.4G(2.4000～2.4835GHz)频段，提供了每秒1兆或2兆传输速率802.11a：工作在5G频段，提供了每秒54M的传输速率，平均吞吐量是20-36M/秒，平均范围10-100米 802.11b：工作在2.4G频段，提供了每秒11M的传输速率。在1999年，IEEE接受了802.11b作为以太网标准，平均速率每秒4M，平均范围50多米802.11g：在2.4G频段上提供了大于20M的带宽，平均每秒20-30M，平均范围50多米802.11e：QoS802.11i：WLAN安全标准802.11r：WLAN漫游标准802.11s：802.11mesh802.11n：更高传输速率的改善，支持多输入多输出技术802.11ac：工作在5G频段，信道绑定频宽最高可达160MHz，最高速率可达到3.47Gbps1.802.11a54Mbps吞吐能力采用正交频分复用（OFDM）支持6,9,12,18,24,36,48&54Mbps数据速率工作在无需许可的5GHz频段“UnlicensedNationalInformationInfrastructure”(U-NII)频段23个非重叠信道2.802.11b11Mbps吞吐能力采用直序扩频（DSSS）支持1,2,5.5&11Mbps数据速率工作在2.4GHz非许可频段“IndustrialScientific&Medical”(ISM)频段支持14个信道3个信道不重叠123456789101112131422Mhz2.402Ghz2.483Ghz3.802.11g54Mbps最高传输速度采用正交频分复用(OFDM)支持6,9,12,18,24,36,48&54Mbps数据速率以及802.11b速率兼容802.11b终端工作在2.4GHz非许可频段“IndustrialScientific&Medical”(ISM)频段支持13个信道3个不重叠信道4.802.11n802.11n最高速率可达600Mbps802.11n协议为双频工作模式，支持2.4GHz和5GHz802.11n采用MIMO与OFDM相结合传输距离大大增加提高网络的吞吐量性能华为802.11n无线AP802.11n优势(1/2)传输速率提升至600M兼容802.11a/b/g802.11n无线链接可靠性更高4.802.11n（续）11g在20MHZ信道下，子载波为4854Mbps8.3%更多子载波更高编码比率更短的GI更宽的信道在20MHZ信道下，子载波由48-》52编码比率由11g3/4-》11n5/6GI(GuardInterval)，由11g800ns-》400ns每通道的频宽可由20MHZ-》40M，子载波由52-》10858.5Mbps65Mbps11%72.2Mbps11%150Mbps108%更多的空间流由11g单空间流-》2/3/4空间流300/450/600Mbps200%/300%/400%802.11n更高速率改进技术802.11n优势(2/2)4.802.11n（续）速率提升-更多的子载波802.11a/g在20MHz模式下有48个可用子载波，速度可达到54Mbps。802.11n在20MHz模式下有52个可用子载波，速度可达到58.5Mbps。-10M+10M中心频率-10M+10M中心频率802.11n在20M模式有56个子载波（52个可用）54Mbps58.5Mbps802.11a/g在20M模式有52个子载波（48个可用）4.802.11n（续）速率提升-编码率802.11g802.11n802.11g的编码比率为3/4(即是实质资料占3/4，更错码占1/4)802.11n实质传输比率从3/4拉升至5/6物理连接速率提升11%

58.5Mbps65Mbps4.802.11n（续）速率提升-ShortGI(1/2)在无线收发过程中收/发间或多次传发过程中，需要若干间隔时间，而这个间隔时间就称为GuardInterval，简称GI。ShortGuardInterval（ShortGI）更短的帧间保护间隔。数据1数据2数据1数据2数据1数据2时间时间合适的GI时长GI时长过短干扰GI时长合适的情况GI时长过短的情况数据1数据24.802.11n（续）速率提升-ShortGI(2/2)GuardInterval，简称GI

以往GI的时间约为800nS802.11n标准可选功能，允许使用仅400nS的保护间隔时间原有800nS减少一半，若使用这项功能，则802.11n的传输率可以从65Mbps提升到72.2Mbps左右。物理连接速率提升11%

65Mbps72.2Mbps4.802.11n（续）速率提升-40M频宽模式802.11n同时定义了2.4GHz频段和5GHz频段的WLAN标准，与802.11a/b/g每信道只用20MHz频宽不同的是802.11n定义了两种频带宽度：20MHz频宽，40MHz频宽。采用40MHz频宽模式可以让无线网络获得高于2倍的传输速率。5.7305.7355.7405.7451495.7501505.7551515.7601525.7651535.7701545.7551555.7801565.7851575.7901585.7951595.8001605.8051615.8101625.8151635.8201645.8251655.8305.8355.84040M频宽示意图20M频宽示意图4.802.11n（续）MIMO技术(1/2)采用802.11a/b/g技术的无线接入点和客户端是通过单个天线单个空间信道（SISO）来实现数据传送的。采用802.11n技术的无线接入点和客户端可以利用两个或者更多的空分信道同时传送数据，如果终端也支持MIMO技术的话，能够采用多个接收天线和高级信号处理技术来重建从多个信道发送过来的数据。MIMO技术就是利用其它技术来改进接收端的信噪比。4.802.11n（续）MIMO技术(2/2)MIMO（Multiplein,Multipleout）SISOAPSISOSTA发送端接收端无线信道单进单出（SISO）MIMOAPMIMOSTA发送端接收端无线信道多进多出（MIMO）4.802.11n（续）802.11nMAC层改进技术802.11MAC层协议耗费了相当多效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。802.11n通过改善MAC层来减少固定的开销及拥塞造成的损失。帧聚合技术块确认技术4.802.11n（续）帧聚合802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率，报文帧聚合技术包括：MAC服务数据单元聚合（A-MSDU）MAC协议数据单元聚合（A-MPDU）两种不同的帧聚合方式会有不同的效率提升。4.802.11n（续）MSDU聚合MAC服务数据单元（MSDU－MacServiceDataUnits）汇聚：收集以太网帧汇聚转成802.11无线帧P1P3MACheaderMACprocessingP2P1P3P2P1P3P24.802.11n（续）MPDU聚合MAC协议数据单元MPDU（MACProtocolDataUnit）汇聚：转成802.11无线帧将802.11无线帧汇聚MACheaderMACheaderMACheaderMACprocessingP1P3P2P1P3P24.802.11n（续）块确认为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应ACK帧。块确认机制通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量，如下图所示：AP客户端A-MPDU块确认P3P2P1headerheaderACKP1,P2,P34.802.11n（续）5.802.11ac802.11ac工作频段为5GHz频率。保持与旧的协议的兼容性。改进了物理层帧结构，考虑的不同信道带宽共存时的信道管理等。安全性方面，它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容。802.11ac将可以帮助企业或家庭实现无缝漫游。802.11ac优势更高的吞吐率802.11acwave2最大可以支持3.47Gbps。更少的干扰主流的承载频率是5G频段。更多的接入提供了更大的吞吐率和多用户MIMO在客观上提高了更多的用户接入能力。5.802.11ac（续）802.11acwave1和wave2关键特性对比属性802.11acwave1(Wi-Fi)802.11acwave2(Wi-Fi)信道频宽20/40/80MHz20/40/80/80-80/160MHz调制方式256QAM256QAM空间流数34载频波段5GHz5GHz理论速率1.3Gbps3.47Gbps5.802.11ac（续）MU-MIMOMU-MIMO（Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output）多用户-多输入多输出，其采用显式波束成形（ExplicitBeamforming）技术，实现信号的传播方向和接收控制，向多个终端发送数据，同时保证终端彼此不受干扰。MU-MIMO之后，可以将AP空间流灵活分配给多个终端进行数据传送，缓解了AP和终端空间流能力不匹配的问题，充分发挥了AP的性能。单用户MIMO多用户MIMO同一时刻只能向一个用户发送数据同一时刻最多向四个用户发送数据Stream1Stream2Stream3Stream4AP用户Stream1Stream2Stream3Stream4AP用户1用户2用户4用户35.802.11ac（续）A-MPDU扩展在802.11ac中，为了进一步提高效率和可靠性，增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的大小，长度限制从64k到1M。802.11ac只支持A-MPDU。5.802.11ac（续）RTS/CTS扩展802.11n的RTS/CTS比较粗放，不能根本解决隐藏终端问题。802.11ac的RTS/CTS可以携带带宽指示，并且CTS只在无干扰信道上发送。RTSRTSCTSCTSRTSRTSCTSCTSDataRTSRTS主信道Interferenceatresponder80MHzInterferenceatresponder子信道主信道5.802.11ac（续）信道带宽802.11ac协议引入了80MHz带宽和160MHz带宽。36404448525660641001041081121161201281281321361401441491531571611654838546210211011812613414215115942581061221381555014420MHz40MHz80MHz160MHz160MHz(80+80)Total25126215170MHz5330MHz5490MHz5730MHz5735MHz5835MHz802.11a802.11n802.11ac5.802.11ac（续）802.11a/b/g/n/ac对比协议使用频段兼容性理论最高速率实际速率802.11a5GHz-54Mbps22Mbps左右802.11b2.4GHz-11Mbps5Mbps左右802.11g2.4GHz兼容802.11b54Mbps22Mbps左右802.11n2.4GHz5GHz兼容802.11a/b/g600Mbps100Mbps以上802.11acWave15GHz兼容802.11a和802.11n1.3Gbps800Mbps左右802.11acWave25GHz兼容802.11a/b/g/n3.47Gbps2.2Gbps左右0.1无线网络介绍0.2无线射频介绍0.3IEEE802.11协议0.4WLAN产品0.5WLAN拓扑介绍0.4WLAN产品0.4.1WLAN基本架构FATAP英文全称是FATAccessPoint，中文称为胖接入点，也有很多人直接称为胖AP。FATAP不仅可以发射射频提供无线信号供无线终端接入，还能独立完成安全加密、用户认证和用户管理等管控功能。想一下我们家里的无线路由器，我们可以为WLAN设置密码，可以配置黑名单或白名单控制用户接入，还可以管理接入的用户（如设置用户的接入速率）等，这些都符合FATAP的特征。所以，家庭使用的无线路由器就是一种FATAP。上图是一个简单的基于FATAP架构的组网应用。1.FATAP架构0.4.1WLAN基本架构1.FATAP架构（续）独立自治是FATAP的特点，也是FATAP的缺点。当单个部署时，由于FATAP具备较好的独立性，不需要另外部署管控设备，部署起来很方便，成本也较低廉，在类如家庭WLAN或者小企业WLAN的使用场景中，FATAP往往是最适合的选择。但是，在大的使用场景中，如我们上面提到的候车厅，FATAP的独立自治就变成了自身的缺点。由于WLAN覆盖面积较大，接入用户较多，需要部署许多FATAP设备，而每个FATAP又是独立自治的，缺少统一的管控设备，管理这些设备就变得十分麻烦。不说别的，光为这些FATAP升一次级就是一场灾难。所以，在大量部署的情况下，FATAP会带来巨大的管理维护成本。而且由于独自控制用户的接入，FATAP无法解决用户的漫游问题。一般在中大型使用场景中人们往往不会选择FATAP架构，而是使用我们下面要讲的AC+FITAP架构。0.4.1WLAN基本架构2.AC+FITAP架构FITAP英文全称是FITAccessPoint，中文称为瘦接入点，也有很多人直接称为瘦AP。和胖AP不同，瘦AP除了提供无线射频信号外，基本不具备管控功能。也正是因为这一点，它被称为瘦AP，而上面具备管控功能的AP被称为了胖AP。为了实现WLAN的功能，除了FITAP外，还需要具备管理控制功能的设备——AC。AC英文全称是AccessController，中文称为无线接入控制器。AC的主要功能是对WLAN中的所有FITAP进行管理和控制，AC不具备射频（AC只是管理控制设备，不能发射无线射频信号），它和FITAP配合共同完成WLAN功能。这种架构就被称为了AC+FITAP架构。上图为基于AC+FITAP架构部署的WLAN组网示意图。0.4.1WLAN基本架构2.AC+FITAP架构（续）使用AC+FITAP架构为像候车厅这种大型场所部署WLAN时，比使用FATAP架构更经济、高效。在AC+FITAP架构下，可以统一为FITAP下发配置，统一为FITAP进行软件升级，还可以按照时段控制FITAP的工作数量等等，这些大大降低了WLAN的管控和维护的成本。而且，由于用户的接入认证可以由AC统一管理，解决用户漫游的问题就变得很容易。综上所述，AC+FITAP架构适用于中大型使用场景，而FATAP架构适用于小型使用场景。CAPWAPCAPWAPCAPWAPCAPWAP3.敏捷分布式架构敏捷分布Wi-Fi方案架构通过AC集中管理和控制多个中心AP，每个中心AP集中管理和控制多个RRU。网管系统园区网络CAPWAPCAPWAP中心AP中心APRRUDNS服务器DHCP服务器园区网出口网关STASTASTASTARRURRURRU0.4.1WLAN基本架构敏捷分布式WLAN组网典型应用在酒店房间、校园宿舍、医院病房等多房间的场景中，由于墙体等室内建筑物的阻隔，无线信号的衰减现象较为严重，普通的室内放装型AP和室内分布式AP无法完全满足低成本、高性能的无线覆盖需求。在这类场景下，可采用敏捷分布式WLAN组网架构部署网络满足此类需求。房间房间房间房间房间房间房间房间楼梯间弱电机房中心APPoE交换机RRURRURRURRURRURRURRURRU楼道走廊网络运维中心NetworkAC敏捷分布式WLAN组网图………………0.4.1WLAN基本架构0.4.2WLAN产品介绍无线控制器轨交专用AP新一代11ac室内APA