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1、无线局域网（WLAN）设计与实现第二章 无线局域网标准无线局域网WLANv无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频(RF)技术，取代旧式的双绞铜线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，也能够随需移动或变化。使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。v无线局域网和有线网络的区别主要在于物理层和数据链路层。无线局域网相关概念vISM频段v扩频技术v直序扩频DSSSv跳频扩频FHSSv正交频分复用技术OFDMv多入多出技术MIMOvWi-FivWiMAXWiMAXvWiMAX，又
2、称IEEE802.16标准，或广带无线接入(Broadband Wireless Access，BWA)标准。它是一项无线城域网(WMAN)技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。它用于将802.11a无线接入热点连接到互联网，也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和DSL的无线扩展技术，从而实现无线宽带接入。vWiMax的无线信号传输距离最远可达50公里，其网络覆盖面积是3G基站的10倍。ISM频段v无线网络的工作频段，ISM(Industrial Scientific Medical)Band，此频段(2.42.4835GHz)主要是开放给工业，科学、医学，三
3、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，属于Free License，并没有所谓使用授权的限制。扩频技术v大多数的WLAN产品都使用了扩频技术。扩频技术原先是军事通讯领域中使用的宽带无线通信技术。使用扩频技术，能够使数据在无线传输中完整可靠。并且确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。v展频技术主要又分为跳频技术及直接序列两种方式。直序扩频DSSSv所谓直接序列扩频，就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。跳频扩频FHSSv跳频技术与直序扩频技术完全不同。跳频的载频受一个伪随机码
4、的控制，在其工作带宽范围内，其频率按随机规律不断改变频率。接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律一致。v跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰的性能越好。移动通信GSM系统也是跳频系统。出于成本考虑，商用跳频系统跳速都较慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳频系统实现简单，低速WLAN常常采用此技术。正交频分复用技术OFDMvOFDM（正交频分复用）是通过无线电波进行大量数字数据传输的 FDM 调节技术。OFDM 把无线信号分为多种小型的子信号，然后在接收器的不同频率中进行同步传输。802.11（WLAN）和802.16（WiMAX）技术便使用 OFDM 作为物理层的
5、通讯标准。多入多出技术MIMOv多入多出（MIMO）指的是在 WiFi 装置中使用多天线来改善性能和流通量。此技术利用了多路径的特征，当 A 点开始向外无线传输，然后通过多路径对表面或物体进行折射到达 B 点。MIMO 技术通过这些路径和使用多天线来收集和组织信号的接收。Wi-Fi认证v由于无线技术的多样性，各种无线设备互不兼容，为了解决该问题，厂商自发组成了非盈利组织Wi-Fi联盟。凡是通过其兼容性的测试产品，都被准予打上“Wi-Fi CERTIFIED”标记。我们在选购无线产品时，最好选购有Wi-Fi标记的产品，以保证产品之间的兼容性。无线局域网的三大标准v美国美国IEEE（国际电气和电子
6、工程师联合会）（国际电气和电子工程师联合会）802.11家族家族v欧洲ETSI(欧洲通信标准学会)高性能局域网HIPERLAN系列v日本ARIB(日本电波产业会)移动多媒体接入通信MMACIEEE 802.11系列v1990年，IEEE802标准化委员会成立，IEEE 802.11无线局域网（WLAN）标准工作组。vIEEE 802.11系列在MAC(媒体接入控制)层采用的是CSMA/CA(CA：Collision Avoidance，冲突避免)，这有别于传统以太网上的CSMA/CD(CD:Collision Detection，冲突检测)，HiperLAN1/HiperLAN2标准vHipe
7、rLAN1发布于1996年，工作于5GHz频带，提供的数据速率最高可达25Mbps。整体上HiperLAN1与802.11b相当。vHiperLAN2发布于2000年，是HiperLAN1的第2代版本，对应于IEEE的802.11a，工作在5GHz频带，采用OFDM技术，支持最高数据速率为54Mbps。MMAC标准vMMAC多媒体无线接入系统目标是通过便携式可视电话和因特网获得信息。目前主要提供两类高速无线接入。第一类用于室内外宽带移动通信系统，用3-60GHz频段传输30Mbps的数据；第二类提供超高速WLAN室内接入，传输速率达到600Mbps，采用60GHz频率，即毫米波。但是这些系统不
8、能提供大范围覆盖，也不能用于车辆业务环境，只能用于“热点地区”。研制出的毫米波样机可以演示60GHz的WLAN与ATM或100BASE以太网接口，其数据速率可以达到155Mbps。802.11系列标准v802.11v802.11bv802.11av802.11gv802.11ev802.11hv802.11i v802.11n 802.11标准v802.11标准是IEEE于1997年推出的，它工作于2.4GHz频段，物理层采用红外、DSSS(直接序列扩频)或FSSS(跳频扩频)技术，共享数据速率最高可达2Mbps。它主要用于解决办公室局域网和校园网中用户终端的无线接入问题。v802.11的数据
9、速率不能满足日益发展的业务需要，所以802.11标准很快被802.11b所取代。802.11b标准v1999年9月，802.11b被正式批准。该标准规定WLAN工作频段为2.4GHz，数据传输速率达到11Mbit/s，传输距离控制在50150英尺。该标准是对802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s的不同速率间自动切换，它改变了WLAN的设计状况，扩大了WLAN的应用领域。v802.11b已成为当前主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产
10、品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合。然而随着网络应用中视频、语音等关键数据传输需求越来越多，速率问题将会成为802.11b进一步发展的主要障碍。v802.11b使用的是ISM2.4GHz波段，而家用微波炉、蓝牙芯片和无绳电话（在北美）也都使用这个波段，所以相对802.11a而言，802.11b还面临着更多的干扰源。v802.11b存在的安全问题也不容忽视，目前主要通过WEP加密协议来弥补这一缺陷，IEEE也正在开发另外一个标准802.11i来专门解决WLAN中的安全问题。802.11a标准v802.11a工作于5GHz频带，它采用OFDM(正交频分复用)技术。802.11a支
11、持的数据速率最高可达54Mbps或或72Mbit/s72Mbit/s，传输距离控制在10100m，支持多种业务如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。v802.11a速率虽高，但和802.11b不兼容，并且5GHz并非免费频段，技术成本也比较高。802.11g标准v802.11g是对802.11b的一种高速物理层扩展，同802.11b一样，802.11g工作于2.4GHz ISM频带，但采用了OFDM技术，可以实现最高54Mbps的数据速率，与802.11a相当；并且较好地解决了WLAN与蓝牙的干扰问题。v802.11g可以和802.11b兼容。IEEE 80
12、2.11a/b/g比较vIEEE 802.11a：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容 vIEEE 802.11b：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps vIEEE 802.11g：使用2.4GHz频段，传输速度54Mbps，可向下兼容802.11b 802.11e标准v802.11e增强了802.11 MAC层，为WLAN应用提供了QoS支持能力。802.11e对MAC层的增强与802.11a、802.11b中对物理层的改进结合起来，就增强了整个系统的性能，扩大了802.11系统的应用范围，使得WLAN也能够传送语音、视频等应用。802.11h标准v为了促进8
13、02.11a在欧洲的推广发展，与ETSI的HiperLAN/2竞争，IEEE又提出了802.11h标准，在802.11a基础上增加自动频率选择(DFS)和发送功率控制(TPC)功能，以适应802.11a在欧洲推广发展的需要，符合欧洲有关管制规定的要求。802.11i标准v802.11i标准，就不能不提到802.1X标准。802.1X标准完成于2001年，它是所有IEEE 802系列LAN(包括无线LAN)的整体安全体系架构，包括认证(EAP和Radius)和密钥管理功能。802.11i是对802.11 MAC层在安全性方面的增强，它与802.1X一起，为WLAN提供认证和安全机制。802.11
14、n标准v802.11n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。802.11f标准v802.11f标准定义了一套称之为IAPP(Inter-Access Point Protocol)的协议，以实现不同供应商的接入点AP间的互操作性。802.11d标准v802.11d标准定义了一些物理层方面的要求(诸如信道化、跳频模式等)以适应802.11设备在一些国家应用时这些国家无线电管制上的特殊要求。