无线局域网原理及标准
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*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。
信道标号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 中心频率 2412MHz 2417MHz 2422MHz 2427MHz 2432MHz 2437MHz 2442MHz 2447MHz 2452MHz 2457MHz 2462MHz 2467MHz 2472MHz 信道低端/高端频率 2401/2423MHz 2406/2428MHz 2411/2433MHz 2416/2438MHz 2421/2443MHz 2426/2448MHz 2431/2453MHz 2436/2458MHz 2441/2463MHz 2446/2468MHz 2451/2473MHz 2456/2478MHz 2461/2483MHz
Infrared Ir Band 4Mbps N/A Up to 5m IrDA (NA)
2.4GHz 1Mbps 721Kbps 10m IEEE-802.15 FHSS
22Mbps Up to 100m IEEE802.11b DSSS Up to 100m IEEE802.11g OFDM/ PBCC 100m IEEE802.11a OFDM
无线局域网基本原理及技术
ALTRATEK Systems, Inc. May. 2005
ALTRATEK Systems
Page 1
议程
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
ALTRATEK Systems
Page 2
1. 无线网络的概念
传统有线网络
HomeRF 2.0 2.4GHz 10Mbps 5Mbps 50m SWAP 1MHz and 5MHz wide FHSS Home Networking and DECT phone ?
HiperLAN2 5GHz 54Mbps 32Mbps TBD** HiperLAN2 HiperLAN2 OFDM
Page 10
IEEE 802.11的无线局域网标准
802.11a
标准确立日期 1999.9 工作频段
5.150-5.350 GHz 5.470-5.850 GHz
802.11b
1999.9
802.11g
仍在开发
2.400-2.483GHz 2.400-2.483GHz
频宽
互不重迭 频道数量 数据速率
Intersil, TI(Alantro)
Wi-Fi, Atheros, Intel Radiata, Philips,Cisco
Compaq, Motorola, and Proxim
Ericsson is promising HiperLAN 2 products at 2002
ALTRATEK Systems
Timing
1999 December (1.0B)
SIG members, IBM, Intel, Nokia, Ericsson, Toshiba
1998 July
2001
2001
2000/2003
Key Players
Wi-Fi members, Lucent, Intersil, Atmel
ALTRATEK Systems
802.11标准组
IEEE标准 802.11a 802.11b 802.11d
说
明
状态
标准已经完成。
制订5 GHz波段上的物理层规范。
制定2.4 GHz波段上更高速率的物理层规范。 当前802.11标准中规定的操作仅在几个国家中是合法的,而 制订该标准的目的是为了扩充802.11无线局域网在其他国家 的应用。
OSI层2
PHY OSI层1
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
ALTRATEK Systems
Page 13
802.11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范, 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都是非注册使用频段。 2. 802.11无线标准定义的传输速率是1Mbps和2Mbps,可以使用FHSS(frequency hopping spread spectrum)和DSSS(direct sequence 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 唯一的物理层传输技术,这个决定使得802.11b可以和1Mbps和2Mbps的802.11 DSSS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。
什么是展频
展频技术的无线局域网络产品是依FCC(Federal Communications Committee;美国联邦通讯委员会)规定 的ISM(Industrial Scientific, and Medical)频段,频率范围 开放于902MHz~928MHz及2.4G~2.484GHz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。
标准已经完成。 标准已经完成
802.11e
该标准主要是为了改进和管理WLAN的服务质量,保证能在 标准正在进行 802.11无线网络上进行话音、音频、视频的传输、可视会议、 媒体流的传送、增强的安全应用及移动访问应用等。 该标准是为了可以在多个厂商的无线局域网内实现访问互操 作,保证网络内访问点之间信息的互换 标准正在进行
Page 5
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
ALTRATEK Systems
Page 6
什么是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 工业(Industrial)、科学(Scientific)与医疗(Medical)
802.11h 802.11i
增强WLAN的安全和鉴别机制。标准正在进行
标准正在进行
ALTRATEK Systems
Page 12
无线局域网模型
IEEE 802 LAN标准系列 IEEE 802.2 逻辑链路控制(LLC)
IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.11 IEEE 802.15 IEEE 802.16 MAC Ethernet Token Bus Token Ring WLAN WPAN BWA 以太网 令牌总线 令牌环 无线局域网 蓝牙 宽带无线
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。
ALTRATEK Systems
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Page 3
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)。
调制技术
IEEE802.11: DBPSK、DQPSK、FSK IEEE802.11b: DBPSK、DQPSK、CCK IEEE802.11a: QAM/OFDM IEEE802.11g: DBPSK、DQPSK、QAM/OFDM、PBCC、CCK
ALTRATEK Systems Page 16
2
1 2400 2412 6 2437
7
频率
ALTRATEK Systems
Page 9
2. 无线局域网标准
Bluetooth 频率 传输速度
网络层最大速 度
802.11b 2.4GHz 11Mbps 5Mbps
802.11g 2.4GHz 54Mbps
802.11a 5GHz 54Mbps 32Mbps
802.11f
802.11g
该标准是802.11b的扩充,目的是制定更高速率的物理层规 标准正在进行 范(物理层最大数据率至少是20 Mbit/s),通过提高数据率, 来增强802.11b兼容网络的性能和应用。 该标准主要是为了增强5GHz波段的802.11 MAC规范及 802.11a高速物理层规范;增强信道能源测度和报告机制, 以便改进频谱和传送功率管理。 标准正在进行
580MHz
13(U.S) 19(Europe) 6,9,12,18, 24,36,48, 54Mbps
83.5MHz
3
83.5MHz
3 6,9,12,18, 24,36,48, 54Mbps 16.4Mbps
Page 11
1,2,5.5, 11Mbps
7.1Mbps
UDP数据吞量 30.9Mbps
在多个频道同时工作的情况下,为保证频道之间不相互干扰,要求两个频道 的中心频率间隔不能低于25MHz,在实际使用中一般选择1,6,11三个频道进
行频率规划,同频道间必须两两隔离。
ALTRATEK Systems Page 8
信道分配
信道
1 2 3 4 5 5 4 3 8 9 13 12 11 2462 2472 2483 6 7 8 9 10 10 11 12 13
距离 标准 通信技术
使用模式
Point to Point
High-Speed Network Access
High-Speed Network Access
High-Speed Network Access
High-Speed Network Access
Point-to-Point Data Transmission
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802.11物理层示意图
MAC层
For 802.11a
正交频分多路技术OFDM
物 理 层
高速DS HR/DS 直序展频 DSSS PHY 跳频展频 FHSS PHY
For 802.11 b
红外技术 IR PHY
PHY层
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ALTRATEK Systems
Page 4
无线局域网和有线局域网的对比
有线局域网
HUB
Server
PCMCIA CARD PCMCIA CARD PCMCIA CARD
无线局域网
Access Point
HUB
PCMCIA CARD
PCMCIA CARD
PCMCIA CARD
ALTRATEK Systems
ISM频段
欧 美 日
1 2 3
1
2
3
4
6 8 10 GHz
ALTRATEK Systems
20
30 40
60
100
Page 7
ISM 2.4G 频谱范围
按照无线电频率管理委员会对2.4G频段扩频设备的使用规定。该频段的工作 频率带宽为83.5MHz,最多有13个信道可用,13个信道的标号及所用中心频 率的情况见下表:
信道标号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 中心频率 2412MHz 2417MHz 2422MHz 2427MHz 2432MHz 2437MHz 2442MHz 2447MHz 2452MHz 2457MHz 2462MHz 2467MHz 2472MHz 信道低端/高端频率 2401/2423MHz 2406/2428MHz 2411/2433MHz 2416/2438MHz 2421/2443MHz 2426/2448MHz 2431/2453MHz 2436/2458MHz 2441/2463MHz 2446/2468MHz 2451/2473MHz 2456/2478MHz 2461/2483MHz
Infrared Ir Band 4Mbps N/A Up to 5m IrDA (NA)
2.4GHz 1Mbps 721Kbps 10m IEEE-802.15 FHSS
22Mbps Up to 100m IEEE802.11b DSSS Up to 100m IEEE802.11g OFDM/ PBCC 100m IEEE802.11a OFDM
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议程
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
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1. 无线网络的概念
传统有线网络
HomeRF 2.0 2.4GHz 10Mbps 5Mbps 50m SWAP 1MHz and 5MHz wide FHSS Home Networking and DECT phone ?
HiperLAN2 5GHz 54Mbps 32Mbps TBD** HiperLAN2 HiperLAN2 OFDM
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IEEE 802.11的无线局域网标准
802.11a
标准确立日期 1999.9 工作频段
5.150-5.350 GHz 5.470-5.850 GHz
802.11b
1999.9
802.11g
仍在开发
2.400-2.483GHz 2.400-2.483GHz
频宽
互不重迭 频道数量 数据速率
Intersil, TI(Alantro)
Wi-Fi, Atheros, Intel Radiata, Philips,Cisco
Compaq, Motorola, and Proxim
Ericsson is promising HiperLAN 2 products at 2002
ALTRATEK Systems
Timing
1999 December (1.0B)
SIG members, IBM, Intel, Nokia, Ericsson, Toshiba
1998 July
2001
2001
2000/2003
Key Players
Wi-Fi members, Lucent, Intersil, Atmel
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802.11标准组
IEEE标准 802.11a 802.11b 802.11d
说
明
状态
标准已经完成。
制订5 GHz波段上的物理层规范。
制定2.4 GHz波段上更高速率的物理层规范。 当前802.11标准中规定的操作仅在几个国家中是合法的,而 制订该标准的目的是为了扩充802.11无线局域网在其他国家 的应用。
OSI层2
PHY OSI层1
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
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802.11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范, 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都是非注册使用频段。 2. 802.11无线标准定义的传输速率是1Mbps和2Mbps,可以使用FHSS(frequency hopping spread spectrum)和DSSS(direct sequence 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 唯一的物理层传输技术,这个决定使得802.11b可以和1Mbps和2Mbps的802.11 DSSS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。
什么是展频
展频技术的无线局域网络产品是依FCC(Federal Communications Committee;美国联邦通讯委员会)规定 的ISM(Industrial Scientific, and Medical)频段,频率范围 开放于902MHz~928MHz及2.4G~2.484GHz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。
标准已经完成。 标准已经完成
802.11e
该标准主要是为了改进和管理WLAN的服务质量,保证能在 标准正在进行 802.11无线网络上进行话音、音频、视频的传输、可视会议、 媒体流的传送、增强的安全应用及移动访问应用等。 该标准是为了可以在多个厂商的无线局域网内实现访问互操 作,保证网络内访问点之间信息的互换 标准正在进行
Page 5
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
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什么是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 工业(Industrial)、科学(Scientific)与医疗(Medical)
802.11h 802.11i
增强WLAN的安全和鉴别机制。标准正在进行
标准正在进行
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无线局域网模型
IEEE 802 LAN标准系列 IEEE 802.2 逻辑链路控制(LLC)
IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.11 IEEE 802.15 IEEE 802.16 MAC Ethernet Token Bus Token Ring WLAN WPAN BWA 以太网 令牌总线 令牌环 无线局域网 蓝牙 宽带无线
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。
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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)。
调制技术
IEEE802.11: DBPSK、DQPSK、FSK IEEE802.11b: DBPSK、DQPSK、CCK IEEE802.11a: QAM/OFDM IEEE802.11g: DBPSK、DQPSK、QAM/OFDM、PBCC、CCK
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频率
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2. 无线局域网标准
Bluetooth 频率 传输速度
网络层最大速 度
802.11b 2.4GHz 11Mbps 5Mbps
802.11g 2.4GHz 54Mbps
802.11a 5GHz 54Mbps 32Mbps
802.11f
802.11g
该标准是802.11b的扩充,目的是制定更高速率的物理层规 标准正在进行 范(物理层最大数据率至少是20 Mbit/s),通过提高数据率, 来增强802.11b兼容网络的性能和应用。 该标准主要是为了增强5GHz波段的802.11 MAC规范及 802.11a高速物理层规范;增强信道能源测度和报告机制, 以便改进频谱和传送功率管理。 标准正在进行
580MHz
13(U.S) 19(Europe) 6,9,12,18, 24,36,48, 54Mbps
83.5MHz
3
83.5MHz
3 6,9,12,18, 24,36,48, 54Mbps 16.4Mbps
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1,2,5.5, 11Mbps
7.1Mbps
UDP数据吞量 30.9Mbps
在多个频道同时工作的情况下,为保证频道之间不相互干扰,要求两个频道 的中心频率间隔不能低于25MHz,在实际使用中一般选择1,6,11三个频道进
行频率规划,同频道间必须两两隔离。
ALTRATEK Systems Page 8
信道分配
信道
1 2 3 4 5 5 4 3 8 9 13 12 11 2462 2472 2483 6 7 8 9 10 10 11 12 13
距离 标准 通信技术
使用模式
Point to Point
High-Speed Network Access
High-Speed Network Access
High-Speed Network Access
High-Speed Network Access
Point-to-Point Data Transmission
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802.11物理层示意图
MAC层
For 802.11a
正交频分多路技术OFDM
物 理 层
高速DS HR/DS 直序展频 DSSS PHY 跳频展频 FHSS PHY
For 802.11 b
红外技术 IR PHY
PHY层
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无线局域网和有线局域网的对比
有线局域网
HUB
Server
PCMCIA CARD PCMCIA CARD PCMCIA CARD
无线局域网
Access Point
HUB
PCMCIA CARD
PCMCIA CARD
PCMCIA CARD
ALTRATEK Systems
ISM频段
欧 美 日
1 2 3
1
2
3
4
6 8 10 GHz
ALTRATEK Systems
20
30 40
60
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ISM 2.4G 频谱范围
按照无线电频率管理委员会对2.4G频段扩频设备的使用规定。该频段的工作 频率带宽为83.5MHz,最多有13个信道可用,13个信道的标号及所用中心频 率的情况见下表: