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80211无线局域网wlan
802.11无线局域网(wlan)
摘要
在这个计算机高速发展的时代,伴随着网络的技术的不断发展与应用。
传统的有线局域网虽然有着信号传输稳定,传输质量也比较高,信号受房间格局、障碍物、气候、电磁干扰影响小等方面的优势。
但随着人们对移动办公的要求越来越高,传统的有线局域网要受到布线的限制,高效快捷、组网灵活的无线局域网应运而生。
无线局域网是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网,而使用无线电波作为数据传送的媒介,传送距离一般只有几十米。
无线局域网的主干网路通常使用有线电缆,无线局域网用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。
在有线世界里,以太网已经成为主流的LAN技术有线网络在某些场合要受到布线的限制:
布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中的各节点不可移动。
特别是当要把相离较远的节点联结起来时,敷设专用通讯线路布线施工难度之大,费用、耗时之多,实是令人生畏。
这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞,限制了用户联网。
与有线局域网相比较,无线局域网具有开发运营成本低、时间短,投资回报快,易扩展,受自然环境、地形及灾害影响小,组网灵活快捷等优点。
可实现“任何人在任何时间,任何地点以任何方式与任何人通信”,弥补了传统有线局域网的不足。
关键词:
局域网,无线局域网,IEEE802.11,射频技术,扩频技术,调制解调技术,信道差错控制技术,分集技术,天线技术
Title802.11wirelessLAN(WLAN)
keytechnologyandapplication
Abstract
Inthiseraofcomputerrapiddevelopment,alongwiththecontinuousdevelopmentofnetworktechnologyandapplication.ThetraditionalwiredLANsignaltransmissionstabilityandtransmissionqualityishigher,signalbytheroomlayout,obstacles,climate,andsmallelectromagneticinterferenceeffectadvantage.Butaspeopleareincreasinglydemandingformobileoffice,thetraditionalwiredLANtolimitedtothewiring,efficientfast,flexiblenetworking,wirelesslocalareanetwork(LAN)arisesatthehistoricmoment.
WirelessLANisnotusinganywiresortransmissioncableconnectedtoalocalareanetwork,usingradiowavesasadatatransmissionmedium,transmissiondistanceisgenerallyonlytensofmeters.WirelessLANbackbonenetworktypicallyusecable,wirelessLANusersaccessthewirelessLANthroughoneormorewirelessaccess.
Inthewiredworld,EthernethasbecomethemainstreamLANtechnologywirednetworkwiringconstraintsinsomecasesbesubjectto:
wiring,rebuildingprojectlarge;lineiseasytodamage;eachnodeinthenetworkcannotbemoved.Especiallywhenthenodelinksshouldphasefromfarthe,layingdedicatedcommunicationlinewiringconstructiondifficult,expensive,time-consuming,infact,asmuchasdaunting.Theseissuesarerapidlyexpandingnetworkingneedsseriousbottleneckblocking,limitingtheusernetworking.
ComparedwiththewiredLANandwirelessLANhasdevelopmentoperationcostislow,thetimeisshort,quickreturnofinvestment,easyextension,affectedbynaturalenvironment,terrainanddisasters,networkadvantagesofflexibleandquick.Canrealize"anyoneatanytime,anywhere,withanyoneinanywaycommunication",makeupforthedeficiencyofthetraditionalwiredLAN.
Keywords:
LAN,WLAN,IEEE802.11,Radiofrequencytechnology,SpreadSpectrum,Modemtechnology,Channelerrorcontroltechnology,,Diversitytechnology,Antennatechnology
目次
1引言1
2802.11WLAN简介1
2.1802.11a3
2.2802.11b4
2.3802.11n6
2.4802.11ac6
2.5802.11ad7
3802.11WLAN关键技术简介7
3.1射频与扩频技术8
3.2调制与复用技术10
3.3差错控制技术15
3.4分集与天线技术16
4802.11WLAN的应用21
结论23
致谢24
参考文献25
1引言
局域网简称LAN,是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。
局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。
局域网的类型很多,若按网络使用的传输介质分类,可分为有线网和无线网。
无线局域网即WLAN,是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网,而使用无线电波作为数据传送的媒介,传送距离一般只有几十米。
无线局域网的主干网路通常使用有线电缆,无线局域网用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。
在有线网络的世界里,以太网已经成为主流的局域网技术在某些场合要受到环境的限制:
布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中各节点的不可移动性。
特别是当要把距离较远的节点联结起来时,需要专用通讯线路布线施工难度大,费用、耗时多,实是令人生畏。
这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞,限制了用户联网。
与有线局域网相比较,无线局域网具有开发运营成本低、时间短,投资回报快,易扩展,受自然环境、地形及灾害影响小,组网灵活快捷等优点。
可以很容易实现“任何人在任何时间,任何地点以任何方式与任何人通信”,弥补了传统有线局域网的不足与缺点。
2802.11WLAN简介
在这个计算机网路高速发展的时代,伴随着网络的技术的不断的发展与应用。
传统的有线局域网虽然信号传输稳定,传输质量较高,信号受房间格局、障碍物、气候、电磁干扰影响小等方面的优势。
但是随着人们对移动办公的要求越来越高,传统的有线局域网受到布线的限制,因此高效快捷、组网灵活的无线局域网应运而生。
局域网(LocalAreaNetwork),简称LAN,指的是在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。
局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。
局域网的类型很多,如果按网络的传输介质分类,可分为有线网和无线网。
无线局域网(英文:
WirelessLAN,缩写WLAN)是指不使用任何导线或传输电缆连接的局域网,而使用无线电波作为数据传送的媒介,传送距离一般较短。
无线局域网的主干网络通常情况下使用有线电缆等传输介质,用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。
在有线世界里,以太网已经成为主流的有线网络在某些场合要受到环境因素等方面的限制:
布线、改线工程量大;线路容易损坏;网中各节点具有不可移动性。
特别是当要把距离较远的节点联结起来时,需要铺设专用通讯线路,施工难度大,费用、耗时多,实是令人生畏。
这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞,限制了越来越多用户的联网。
与传统的各方面有线局域网相比较,无线局域网具有开发运营成本低、时间短,投资回报快,易扩展,受自然环境、地形及灾害影响小,组网灵活快捷等优点。
使其可以实现“任何人在任何时间,任何地点以任何方式与任何人通信”,弥补了传统有线局域网的不足与缺点。
二次世界大战由于无线通讯因在军事上应用的成果而受到重视,无线技术一直发展,但缺乏广泛的通讯标准。
1997年IEEE为无线局域网络制定第一个版本标准———802.11,定义了介质访问接入控制层和物理层。
物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbit/s。
两个设备之间的通信可以自由直接的方式进行,也可以在基站或者访问点的协调下进行。
1999年,IEEE组织加上了两个补充版本:
802.11a定义了一个在5GHzISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层,802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。
2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用,因此802.11b得到了最为广泛的应用。
802.11的标准和补充主要有:
*IEEE802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,工作在2.4GHz)。
*IEEE802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,工作在5GHz)。
*IEEE802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz)。
*IEEE802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层桥接(MACLayerBridging)。
*IEEE802.11d,是根据各国无线电规定做的调整。
*IEEE802.11e,针对服务等级(QualityofService,QoS)的支持。
*IEEE802.11f,基站的互连性,于2006年2月被IEEE批准撤销。
*IEEE802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。
*IEEE802.11h,2004年,无线覆盖半径的调整,主要是室内和室外信道(5GHz频段)。
*IEEE802.11i,2004年,对无线网络的安全方面的补充。
*IEEE802.11j,2004年,主要是根据日本规定做的升级。
*IEEE802.11l,预留及准备不使用。
*IEEE802.11m,维护标准;互斥及极限。
*IEEE802.11n,2009年9月通过的正式标准,WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps,提高到300Mbps甚至高达600Mbps。
*IEEE802.11k,2008年,该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。
该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。
*IEEE802.11r,2008年,快速基础服务转移,主要是用来解决客户端在不同无线网络AP间切换时的延迟问题。
*IEEE802.11s,2007年9月.拓扑发现、路径选择与转发、信道定位、安全、流量管理和网络管理。
给现在的网络带来一些新的术语。
*IEEE802.11w,2009年,针对802.11管理帧的保护。
*IEEE802.11x,包括802.11a/b/g等三个标准。
*IEEE802.11y,2008年,针对美国3650–3700MHz的规定。
*IEEE802.11ac,802.11n之后的版本。
工作在5G频段,理论上可以提供高达每秒1Gbit的数据传输能力。
2.1802.11a
802.11a的传输技术为多载波调制技术。
802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用。
802.11a主要工作在5GHzU-NII频带,物理层速率可达54Mb/s,传输层可达25Mbps。
可提供25Mbps的无线异步传输模式接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口,以及时分多址/时分双工的空中接口;支持语音、数据、图像业务;一个扇区可以同时接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。
根据需要,数据率还可降为48,36,24,18,12,9或者6Mb/s。
802.11a拥有12条不相互重叠的频道,8条用于室内,4条用于点对点传输。
802.11a不能与802.11b进行互操作,除非使用了对两种标准都采用的设备。
表1802.11a数据率的主要类型
数据率(Mbit/s)
调制方式
编码率
Ndbps
1472字节传输时间(µs)
6
BPSK
1/2
24
2012
9
BPSK
3/4
36
1344
12
4-QAM
1/2
48
1008
18
4-QAM
3/4
72
672
24
16-QAM
1/2
96
504
36
16-QAM
3/4
144
336
48
64-QAM
2/3
192
252
54
64-QAM
3/4
216
224
尽管2003世界无线电通信会议使得802.11a在全球的应用变得更容易,不同的国家还是有不同的规定支持。
美国和日本已经出现了相关规定对802.11a进行了认可,但是在其他地区,如欧盟,管理机构却考虑使用欧洲的HIPERLAN标准,而且在2002年中期禁止在欧洲使用802.11a。
在美国,2003年中期联邦通信委员会的决定可能会为802.11a提供更多的频谱。
在52个OFDM副载波中,48个用于传输数据,4个是引示副载波,每一个带宽为0.3125MHz(20MHz/64),可以是二相移相键控,四相移相键控,16-QAM或者64-QAM。
总的带宽为20MHz,占用带宽为16.6MHz。
符号时间为4毫秒,保护间隔0.8毫秒。
实际产生和解码正交分量的过程都是在基带中由数字信号处理完成,然后由发射器将频率提升到5GHz。
每一个副载波都需要用复数来表示。
时域信号通过逆向快速傅里叶变换产生。
接收器将信号降频至20MHz,重新采样并通过快速傅里叶变换来重新获得原始系数。
但是802.11a产品于2001年才开始销售,比802.11b的产品要晚许多,这主要原因是因为产品中5GHz的组件研制成功太慢。
由于802.11b已经被广泛采用了,802.11a没有被广泛的采用。
加上802.11a的一些弱点,和一些地方的规定限制,使得它的使用范围更窄了。
2.2802.11b
IEEE802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps,比两年前刚批准的IEEE802.11标准快5倍,扩大了无线局域网的应用领域。
另外,也可根据实际情况采用5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽,实际的工作速度在5Mb/s左右,与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。
IEEE802.11b使用的是开放的2.4GHz频段,不需要申请就可使用。
既可作为对有线网络的补充,也可独立组网,从而使网络用户摆脱网线的束缚,实现真正意义上的移动应用。
IEEE802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE802.3以太网的原理很类似,都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。
不同之处是以太网采用的是载波侦听/冲突检测技术,网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送,当发现网络空闲时才能发出自己的信息,就如同抢答一样,只能有其中一台工作站抢到发言权,而其余工作站需要继续等待。
如果一旦有两台以上的工作站同时发出信息,则网络中会发生冲突,冲突后这些冲突信息都会丢失,各工作站则将继续抢夺发言权。
而802.11b无线局域网则引进了载波监听多路访问/冲突避免技术和RTS/CTS(请求发送/清除发送)技术,从而避免了网络中冲突的发生,可以大幅度提高网络效率。
这里的载波监听多路访问/冲突避免技术与正常情况下的载波侦听/冲突检测技术原理有所不同,基本原理是:
站点在发送报文后等待来至接入点基本模式或来至另外站点(对等模式)的确认帧(ACK)。
如果在一定的时间内没有受到确认帧,则假定发生了冲突并重发该数据。
如果站点注意到信道上有活动,就不发送数据。
RTS/CTS的工作方式与调制解调器类似,在发送数据之前,站点将一个请求发送帧发送到目的站点,如果信道上没有活动,那么目的站点将一个清除发送帧发送回源站点。
这个过程成为“预热”其他站点,从而防止不必要的冲突。
RTS/CTS只用于特别大的报文和重发数据时可能出现严重带宽问题的场合。
802.11b运作模式基本分为两种:
点对点模式(ad-hocmode)和基本模式(infrastructuremode)。
点对点模式是指站点(如:
无线网卡)和站点之间的通信方式。
只要PC插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的PC连接,点对点模式对于小型的无线网络来说,是一种方便的连接方式,但最多可连接256台个人计算机。
而基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式,这是802.11b最常用的方式。
此时,插上无线网卡的PC需要由接入点与另一台计算机连接。
接入点负责频段管理及漫游等指挥工作,一个接入点最多可连接1024台计算机的无线网卡。
当无线网络节点扩增时,网络存取速度会随着范围扩大和节点的增加而变慢,此时添加接入点可以有效控制和管理频宽与频段。
无线网络需要与有线网络互连,或无线网络节点需要连接和存取有线网的资源和服务器时,接入点可以作为无线网和有线网之间的桥梁。
802.11b在早期的无线局域网技术已经在纵向市场应用方面取得明显的成功,例如生产、存货控制和零售点等方面,1999年已经取得了4亿美元的销售额。
随着802.11b性能价格比实质性的提高,一个全新的横向市场应用将全面展开。
企业将可以应用无线局域网作为他们有限局域网的延伸,将使他们全方位地与公司应用程序和网络外围设备取得连接,从而大大提高雇员在移动中的工作效率。
无线局域网技术将首先应用于企业的会议厅和部门办公室,随着其使用的深入,最终将应用于公司的每一个角落。
小企业和家庭用户也将使用无线局域网代替有线网络,从而获得无线局域网提供的在“无线”安装和维护方面带来的节约。
2.3802.11n
802.11n是Wi-Fi联盟在802.11a/b/g后面的一个无线传输标准协议,是为了实现高带宽、高质量的WLAN服务,使无线局域网达到以太网的性能水平,至2009年才得到IEEE的正式批准。
802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。
在传输速率方面,802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps,提高到300Mbps甚至高达600Mbps。
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MIMOOFDM技术,提高了无线传输质量,也使传输速率得到极大提升。
在覆盖范围方面,802.11n采用智能天线技术,通过多组独立天线组成的天线阵列,可以动态调整波束,保证让WLAN用户接收到稳定的信号,并可以减少其它信号的干扰。
因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里,使WLAN移动性极大提高。
在兼容性方面,802.11n采用了一种软件无线电技术,它是一个完全可编程的硬件平台,使得不同系统的基站和终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容,这使得WLAN的兼容性得到极大改善。
这意味着WLAN将不但能实现802.11n向前后兼容,而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合,比如3G。
2.4802.11ac
802.11ac是在802.11a标准之上建立起来的,包括将使用802.11a的5GHz频段。
不过在通道的设置上,802.11ac将沿用802.11n的MIMO(多进多出)技术,为它的传输速率达到Gbps量级打下基础,第一阶段的目标达到的传输速率为1Gbps,目的是达到有线电缆的传输速率。
802.11ac每个通道的工作频宽将由802.11n的40MHz,提升到80MHz甚至是160MHz,再加上大约10%的实际频率调制效率提升,最终理论传输速度将由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps。
当然,实际传输率可能在300Mbps~400Mbps之间,接近目前802.11n实际传输率的3倍(目前802.11n无线路由器的实际传输率为75Mbps~150Mbps之间),完全足以在一条信道上同时传输多路压缩视频流。
此外,802.11ac还将向后兼容802.11全系列现有和即将发布的所有标准和规范,包括即将发布的802.11s无线网状架构以及802.11u等。
安全性方面,它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容,使得无线连接能够在安全性方面达到企业级用户的需求。
根据802.11ac的实现目标,未来802.11ac将可以帮助企业或家庭实现无缝漫游,并且在漫游过程中能支持无线产品相应的安全、管理以及诊断等应用。
2.5802.11ad
802.11ad主要用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输,为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。
802.11ad抛弃了拥挤的2.4GHz和5GHz频段,而是使用高频载波的60GHz频谱。
由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用,因此802.11ad可以在MIMO技术的支持下实现多信道的同时传输,而每个信道的传输带宽都将超过1Gbps。
据了解802.11ad,载频60GHz,速度是7Gbps。
同时,802.11ad也面临技术上的限制。
比如:
60GHz载波的穿透力很差,而且在空气中信号衰减很厉害,其传输距离、信号覆盖范围都大受到影响,这使得它的有效连接只能局限在一个很小的范围内。
在理想的状态下,802.11ad最适合被用来作为房间内各个设备之间高速无线传输的通道。
在整合802.11s和802.11z的基础上,802.11ad完全可以用来实现设备之间的文件传输和数据同步,速度将比第二代蓝牙技术快1000倍以上。
当然,802.11ad最主要的用途还是用来实现高清信号的传输。
3802.11WLAN关键技术简介
随着无线局域网技术的应用的日渐广泛,用户对数据传输
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