无线局域网基本原理及技术

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1、无 线 局域网基本原理及技 术上海 汇 通融 业尹孟喆CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved 1. 无 线 局域网的概念 2. 无 线 局域网的 标 准 3. 无 线 局域网的技 术 4. 无 线 局域网的 应 用CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved1. 无 线 网 络 的概念 传统 有 线 网 络 数据 传输 的介 质 ：双 绞线 ，同 轴电缆 ，光 纤 ，或是 别 的有 线 介 质 。 无

2、线 网 络 数据 传输 的介 质 ：红 外 线 ，无 线电 微波，或是其它无线 介 质 。信号在空气中 传 播，可以被任何人接收3CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved无 线 数据网分 类 无 线 数据网的种 类 无 线 个人网（ WPAN）、无 线 局域网（ WLAN）、无 线 网 桥 、 无 线 城域网（ WMAN）和无 线 广域网（ WWAN）。 *无 线 个人网 主要用于个人用 户 工作空 间 ，典型距离覆盖几米，可以与 计 算机同步 传输 文件， 访问 本地外 围设备 ，如打印机等。目

3、前主要技 术 包括 蓝 牙（ Bluetooth）和 红 外（ IrDA）。 *无 线 局域网 主要用于 宽带 家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米。目前主 要技 术为 802.11系列。 *无 线 网 桥 主要用于大楼之 间 的 联 网通 讯 ，典型距离几公里。 *无 线 城域网和广域网 覆盖城域和广域 环 境，主要用于 Internet/email访问 ，但提供的 带宽 比无 线 局域网技 术 要低很多。目前典型的技 术 是 GRPS和 CDMA。4CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights r

4、eserved无 线 局域网和有 线 局域网的 对 比5CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved无 线 网 络优 点 机 动 性 : 不受工作区域之限制 便利性 : 兼容性高 ,安装方便 扩 充性 : 可随 时 增加使用数量 节 省成本 : 不 须 考 虑 重新装潢 ,布 线 之 费 用6CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved无 线电频谱 范 围7CONFIDENTIAL Copyright 200

5、7. Aruba Networks, Inc. All rights reserved关于 ISM 该频 段是依据全球性国 际组织 美国 联 邦通 讯 委 员 会 (FCC)所定 义 出来，适用于全球各地来使用，无需授 权 使用。 ISM缩 写的意思是：工 业 （Industrial）、科学（ Scientific）与医 疗 （Medical）。 ISM频 段8CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved信道分配9CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks,

6、 Inc. All rights reserved2.无 线 局域网 标 准10CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reservedIEEE 802.11的无 线 局域网 标 准11CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved802.11标 准 组12CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved无 线 局域网模型 IEEE

7、802 LAN标 准系列 定 义 了介 质访问 控制 (MAC)和物理 层 的操作，包括 MAC子层 、MAC服 务 和 协议 以及三个物理 层13CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved802.11物理 层 1.802.11最初定 义 的三个物理 层 包括了两个 扩 散 频谱 技 术 和一个 红 外 传 播 规 无 线传输 的频 道定 义 在 2.4GHz的 ISM波段内， 这 个 频 段，在各个国 际 无 线 管 理机构中，例如美国的USA，欧洲的 ETSI和日本的 MKK都是非注册使用 频

8、段。 2.802.11无 线标 准定 义 的 传输 速率是 1Mbps和 2Mbps，可以使用FHSS(frequencyhoppinspread spectrum)和 DSSS(directsequence spread spectrum)技 术 ，需要指出的是， FHSS和 DHSS技 术 在运行机制上是完全不同的，所以采用 这 两种技 术 的 设备 没有互操作性。 3. 802.11b在无 线 局域网 协议 中最大的 贡 献就在于它在 802.11协议 的物理 层 增加了两个新的速度： 5.5Mbps和 11Mbps。为 了 实现这 个目 标 ，DSSS被 选 作 该标 准的唯一的物理层

9、传输 技 术 ，这 个决定使得 802.11b可以和 1Mbps和 2Mbps的 802.11DSSS系 统 互操作。 4. 802.11b采用了 动态 速率 调节 技 术 ，来允 许 用 户 在不同的 环 境下自 动 使用不同的 连 接速度来 补 充 环 境的不利影响。在理想状 态 下，用 户 以 11M的全速运行，然而，当用 户 移出理想的 11M速率 传 送的位置或者距离 时 ，或者潜在地受到了干 扰 的 话 ，这 把速度自 动 按序降低 为 5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。同 样 ，当用 户 回到理想 环 境的 话 ，连 接速度也会以反向增加直至 11Mbps。速率 调节 机制

10、是在物理 层 自 动实现 而不会 对 用 户 和其它上 层协议产 生任何影响。14CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved 5. 802.11g标 准在某种意 义 上是 802.11b和 802.11a PHY标 准的 结 合。 802.11g使用2.4 GHz ISM频 段工作，与 802.11b使用的 频 段相同。 这 就使 802.11g向下兼容并且具有全球的可用性。 这 两个特点是另外两个 802.11标 准所不具 备 的。 这 就是 说 ，802.11g与802.11b一 样 ，也受到可

11、用 载 波 频 道、信号衰减和干 扰问题 的影响。 为 了支持以前的 PHY标 准的数据 传输 速度， 802.11g把另外两种 协议 中定 义 的 传输 和 调 制技 术结 合在了一起。对 802.11g标 准影响最大的是修改了媒体接入的 MAC标 准以及向下的兼容性。通 过 升 级 ，目前的 802.11g网 络 可以提高性能。但是，在 扩 大和增加通信容量方面的影响不大。如果从 802.11a网 络 向 802.11g网 络过 渡，可以 获 得向下兼容性和保持数据的 传输 速度，但是会 牺 牲原来网 络 的容量。事 实 上，喜 欢 在高密度 环 境中部署无 线 网 络 的管理 员应该 考

12、 虑 使用 802.11a，而不是使用 802.11g。 15CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved802.11物理 层 示意 图16CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved调 制技 术IEEE802.11 DBPSK、DQPSK、FSK IEEE802.11b:DBPSK、DQPSK、CCK IEEE802.11a:QAM/OFDM IEEE802.11g:DBPSK、DQPSK、QAM/OFDM

13、、PBCC、CCK17CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved什么是展 频 展 频 技 术 的无 线 局域网 络产 品是依FCC(FederalCommunications Committee；美国 联 邦通讯 委 员 会 )规 定的 ISM(IndustrialScientific, and Medical)频 段， 频 率范 围 开放于 902MHz928MHz及2.4G2.484GHz两个 频 段，并没有所 谓 使用授 权 的限制。 扩频 通信技 术 是一种信息 传输 方式，其信号所占有的

14、频带宽度 远 大于所 传 信息必需的最小 带宽 ；频带 的 扩 展是通 过 一个独立的 码 序列来完成，用 编码 及 调 制的方法来 实现 的，与所传 信息数据无关；在接收端 则 用同 样 的 码进 行相关同步接收、解 扩 及恢复所 传 信息数据 展 频 技 术 主要又分 为频 率跳 频 技 术 （FHSS）及直接序列展 频技 术 （DSSS）两种方式。而此两种技 术 起源于第二次世界大战 中 军队 所使用的通 讯 技 术 ，其目的是希望在 恶 劣的 战 争 环境中，依然能保持通信信号的 稳 定性及保密性。18CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Network

15、s, Inc. All rights reserved跳 频 技 术 FHSS 跳 频 技 术 是依靠快速地 转换传输 的 频 率来 实现 的，每一个 时间 段内使用的 频 率和前后 时间 段的都不一 样 ，所以 发 送者和接收者必 须 保持一致的跳 变频 率， 这样 才能保 证 接受的信号正确。 跳 频 技 术 可以避开 许 多干 扰 的出 现 ，包括某些工作在特定 频率下的信号， 这样 采用跳 频 后的 802.11无 线 信号就只会 丢失 这 个 频 率下的信息， 损 失不大；如果想分享 带宽 ，也可以采用不同的 调频 次序来 实现 。 弱点：速度慢，只能达到 1Mbps。19CONFIDENTIAL Copyright 2007. Aruba Networks, Inc. All rights reserved直接序列 扩频 技 术 DSSS 直 扩 技 术 是把使用 11位的 chipping Barker序列来将数据 编码 并 发 送的技术 。发 送端通 过 spreader把 chips（就是一串的二 进 制 码 ）添加入要 传输 的 bit流中，称 为编码 ；然后在接受端用同 样 的 chips进 行解 码 ，就可以得到原始数据了。802.11协议 中是使用 Barker序列号来作 为这 个 chips的， 规 定 为10110111000，在