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1、1,WLAN网络概览,2,WLAN基础知识（物理层）,3,WLAN基础知识（MAC层）,4,802.11n技术介绍,WLAN属于LAN的范畴,PAN (Personal Area Network),LAN (Local Area Network),WAN (Wide Area Network),MAN (Metropolitan Area Network),WLAN使用无许可证的频段,2.4G ISM: 工业, 科学和医疗频段 5.8G 无授权的国家信息基础实施频段,WLAN标准化组织及相关机构,ITU-R国际电联无线电通信部门 FCC（Federal Communications Commi
2、ssion）美国联邦通讯委员会 中国无线电管理局 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IEEE 802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。,IEEE 802.11系列协议发展概况,WLAN物理层和数据链路层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,LLC MAC,MAC Layer 载波侦听冲突避让机制CSMA/CA 接入控制 加密、漫游、节电,Phys
3、ical Layer 2.4GHz&5.8GHz FHSS DSSS OFDM MIMO 1-54 Mbps 600Mbps 100-500m 覆盖范围,RF属性,极化 Polarity 波长 Wavelength 频率 Frequency 振幅 Amplitude 相位 Phase,极化 Polarity,AP,天线,馈线,电场和地面垂直为垂直极化 电场和地面平行为水平极化,频率 Frequency,频率越高 提供的带宽越大 频率越高,衰减越大，覆盖区域越小,1 second,波长 Wavelength,波长=光速/频率 2.4GHz 波长为12.24cm 5.8GHz 波长为5.19cm,
4、AP 100 500mW,网卡30 50mW,移动电话 200 1000mW,微波炉 700 1000W,振幅 Amplitude,Power,振幅越大、能量越大,网卡功率小于AP功率，AP和网卡功率不对称 微波炉工作在2.4G，功率大，对WLAN影响大,相位 Phase,主信号,同相,90异相,180 异相,同相提高振幅,异相降低振幅,Page 16,RF行为特性,传播 Wave Propagation 吸收 Absorption 反射 Reflection 折射 Rafraction 衍射 Diffraction 衰减 Loss（Attenuation） 自由空间损耗 Free Space
5、 Path Loss 多路径 Multipath 第一菲尼尔区域 The first Fresnel zone,Page 17,传播 Wave Propagation,无线电磁波在传播过程中，不断扩散，能量逐渐减小,吸收 Absorption,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 体育馆、会展中心等人群密集区域需要考虑人体的吸收,墙 体,反射 Reflection,改变无线信号的传播方向 室内的物体，金属家具、文件柜和金属门、墙体会造成反射 室外的信号遇到水面和大气层会发生反射,折射 Refraction,无线信号从一个介质到达另一个介质
6、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,冷空气,湿润空气,Page 21,衍射 Diffraction,无线电波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的传播方向弯曲现象 会改变传输的方向和速度,散射 Scattering,细小粗糙的颗粒造成无线信号发散 无线信号在穿过充满灰尘或沙砾的环境时会发生散射 散射对波长较短的无线信号（例如2.4GHz和5.8GHz）影响比较大,衰减 Loss（Attenuation）,-30dbm,-45dbm,-30dbm,-60dbm,-30dbm,-45dbm,-30dbm,-60dbm,材质,厚度,角度,自由空间损耗 Free
7、Path Loss,计算公式 LP=32.4+（20log10F）+（20log10D）LP 自由空间损耗 F 电磁波频率 D 传播距离（km）,AP 100mW,天线,馈线,Client,天线,馈线,1000m衰减多少？,距离每增加一倍衰减增加6dB 5GHz比2.4GHz衰减高6dB 结合1m、10m、100m、1000m的衰减可以估算实际的衰减,46,自由空间衰减图,多路径 Multipath,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。,第一菲尼尔区域 The first Fresnel zone,
8、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,菲尼尔区域示例,Page 30,RF计算,RF功率表示 EIRP计算 系统增益计算,Page 31,RF功率表示,W mW 常用的功率单位 功率的范围非常大，用W mW表示困难 10W=10000mW dBm 是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值） 容易表示大的功率的范围，容易计算 10lg（P/
9、1mW）P为功率值 100mW=10lg（100/1mW）=20dBm 10W=40dBm dB 是一个表示功率相对值，表示功率增加多少和减少多少 27dBm-20dBm=7dB 增加7dB 20dBm-27dBm=-7dB 减少-7dB,Page 32,dBm mW对应表,+3db 功率增加一倍、+10db功率增加10倍 -3db 功率减少一倍、 -10db功率减少10倍,等效全向辐射功率 EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power),指射频发射机在指定方向上的辐射功率，单位为dBm。,EIRP,Page 34,系统增益,AP 20dBm,天线 (17
10、dBi),馈线（1dB）,Client 接收灵敏度 -90dB,天线 (17dBi),馈线,1000m 衰减100dB,Page 36,WLAN 物理层重要参数,接收信号强度 RSSI 最大接收电平 接收灵敏度 信号噪声比 SNR 信号干扰比 SIR,是指接收机处基频信号的功率大小。,接收信号强度指示 RSSI （Receiver Signal Strength Indicator）,TX:20dBm,RSSI:-30dBm,最大接收电平,指接收机在满足PER（错包率）小于10的条件下，天线口能够接收的最大接收信号电平，一般用dBm表示。 最大接收电平反映了接收机接收强信号的能力，超过最大接收
11、电平将导致接收机饱和，误码率明显升高,Page 39,接收灵敏度 Receiver Sensitivity,接收灵敏度是指接收机在满足PER（错包率）小于10的条件下，天线口能够接收到的最小接收信号电平，用dBm表示。 它反映了设备接收弱信号的能力，在发射功率一定的情况下，灵敏度越高，覆盖范围越大,信噪比 SNR (Signal-to-noise ratio),衡量系统解调处理能力的指标。 它是在接收机接收到信号经各级放大、解调后的信号与噪声的比值。 提供的带宽越高，SNR要求越高,速率,SNR,成正比,信干比 SIR (signal-to-interference ratio),信号强度和干
12、扰的比 越大越好,Page 44,802.11系列协议,802.11g标准,与802.11b类似，工作在2.4GHz频段 3个非重叠信道: 1, 6, 11 采用直接序列扩频-补偿码键控(DSSS-CCK)和正交频分复用(OFDM)传输 支持12种数据速率，最高速率为54 Mbps,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802.11b标准 单台AP TCP最大吞吐量约为24Mbps，网络最大吞吐量72Mbps（3*24）,2.4 GHz信道的使用,北美地区: 1-11
13、 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),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,22Mhz,2.402Ghz,2.483Ghz,14,信道间隔5MHz 信道宽度22MHz，从中心频率左右扩展11MHz,802.11b/g 2.4 GHz信道的重用,水平部署,垂直部署,802.11a标准,工作在5 GHz频段 采用正交频分复用(OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing) 中国使用5个信道 149、153、157、161、16
14、5 支持8种数据速率，最高速率为54 Mbps 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 单台AP最大吞吐量约为24Mbps 网络提供最大吞吐量120Mbps（24*5）,149,20Mhz,5.745Ghz,5.825Ghz,153,157,161,165,5.8 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,802.11a 5.8 GHz信道的重用,水平部署,垂直部署,Page 52,802.11a b g对比,DSSS-CCK 覆盖范围,OFDM 覆盖范围,802.11n,工作在2.4GHz和5GHz频段 采用MIMO-
15、OFDM 单空间流最大速率为150Mbps 1 stream 150Mbps 2 stream 300Mbps 3 stream 450Mbps 4 stream 600Mbps 向下兼容802.11abg,3,WLAN基础知识（MAC层）,3.1,WLAN网络术语,3.2,WLAN MAC原理,3.3,WLAN 安全机制,独立基本服务集 IBSS (Independent Basic Service Set),也称ad hoc network，由STA(Station)组成 满足会议等临时传送文件等需求,无线基础架构,AP（Access Point）负责802.11到802.3的数据桥接、转
16、换 BSA（Basic Server Area ）AP的覆盖区域 DS（Distribution System）分布式系统 无线是一个半双工介质,服务集标识符 SSID （Service Set Identity）,SSID用来逻辑划分WLAN 客户端和AP上的SSID值必须匹配 AP在beacon帧(一种管理帧)中广播SSID 客户端可以不需要配置SSID 单台AP组成的网络为BSS (Basic Service Set),SSID AUTELAN,BSS,扩展服务集 ESS (Extended Service Set),SSID AUTELAN,SSID AUTELAN,ESS,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,
