WLAN培训方案

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WLAN 基础培训
北京韵盛发科技有限公司
2015年7月
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标准组织介绍
标准组织介绍
WiFi：是用来推广802.11无线局域网的技术商业名称。

IEEE：负责制定网络设备兼容和共存标准的，IEEE标准必须遵循FCC（美国联邦通信委员会）等通讯监管机构的规定。

监管机构进行五个方面进行监管：频率、带宽、主动辐射器（IR）最大输出功率、最大EIRP(等效全向辐射功率)、用途（室内外）
IETF：负责制定互联网标准的。

WiFi联盟：负责对网络设备进行认证测试的,实现无线局域网设备之间的互操作性。

ISO：（国际标准化组织）创建了OSI（开放系统互联模型）。

IEEE电子与电气工程协会：意味着定制通讯所用的标准，IEEE项目被分为若干个工作组，IEEE802.3工作组负责定制以太网标准，IEEE802.11工作组负责制定无线局域网标准，工作组成立时会分配一个数字，数字11代表工作组属于IEEE802项目成立的第11个工作组。

IEEE还成立了任务组，负责工作组制定的现有标准的补充，每个任务按照顺序被分配一个单字母，字母添加到标准数字的后面，如802.11a 802.11g 802.11af
802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 802.11ac
标准发布时间1999.9 1999.9 2003.6 2009.9 2012.2 频率5GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz、5GHz
2.4GHz或5GHz（可选）
2.4GHz和5GHz(同时支持)
5GHz
非重叠信道个数12 3 3 2.4GHz 为3个
5GHz 为12个2.4GHz 为3个5GHz 为12个
调制技术OFDM CCK/DSSS CCK/OFDM MIMO OFDM MIMO OFDM 物理发送速率6,9,12,18,24,36,48,
54
1,2,5.5,11 6,9,12,18,24,36,48,54
最大数据率54Mbps 11Mbps 54Mbps 300Mbps 1.3Gbps 802.11标准
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射频介绍
射频技术由来
物理现象：电磁（EM）频谱（简称频谱），是所有电磁辐射的频率范围。

射频信号起初是由射频发射器产生交流电（AC）信号，该交流信号通过铜导线（同轴电缆），以电磁波的形式从天线单元辐射出去，无线信号就产生了，在无线中电子的流动情况（电流）发生变化，也会使天线周围的磁场发生变化。

信号在空气中衰减的程度被称为自由空间路径损耗FSPL,频率越高能穿透障碍物的信号越少，2.4GHz穿过墙、玻璃、门之后信号强度比5GHz信号穿越相同障碍物强度要高。

射频属性
某事件一秒发生一次代表1赫兹，2.4GHz代表信号每秒大约循环了24亿次。

射频属性--振幅：被称为信号强度或者功率，某无线接入点发射功率为50mW,是指传送振幅。

馈线和接线头会导致传送振幅减少，天线则使传送振幅增加。

射频模块接收到射频信号的强度是指接收振幅。

射频属性--相位：涉及两路或多路同频信号的关系，牵涉两路波形的波峰和波谷的位置关系，当无线接口卡接收到多路信号时，两路相位差为0的同相位信号的振幅叠加导致接收信号强度大大增加，振幅甚至有可能两倍增加。

如果信号相位相差180°（一路波峰对应一路波谷信号）信号会彼此抵消，甚至导致有效信号强度降为零。

相位差具有累积效应，根据两路信号的相位差大小，信号强度可能增加或减弱，相位差对理解某些折射现象非常重要。

射频传播方式
射频在空气或其它媒介进行传播时，会有不同的行为方式，射频传播的方式包括吸收，反射，散射，折射，衍射，自由空间多径耗损，多径现象，衰减和增益。

吸收：砖墙混凝土墙会显著吸收信号，石膏板墙吸收很小一部分信号，含水量高的物体【纸张，人体（55%-65%），金鱼缸】都会吸收信号，所以在部署高密度的无线环境时，要考虑人体吸收信号的影响。

反射：反射可能是导致无线局域网出现严重性能问题的罪魁祸首，波从天线发出后，经过扩散和分散，波反射时，新的波从发射点生成，波全部到达接收方，产生被称为多径现象干扰，多径会使接收信号的强度和质量下降。

甚至导致数据损坏或信号消失的现象，弥补多径现象的负面影响的硬件解决方案是采用定向天线或分集天线。

在802.11n无线接口卡可以通过MiMo天线和高级数字信号处理技术（DSP）,对多径进行利用。

散射、折射、衍射（盲点）这里不重点描述了。

信号传播路径会根据媒介材料产生极大的变化，信号的传播方式是导致射频信号发生变化的直接原因。

耗损介绍
不同材质的衰减值对比
材质信号频率
地基墙-15dB
砖，混凝土-12dB
电梯，金属障碍物-10dB
金属机架-6dB
石膏板墙和石棉水泥墙-3dB
无色玻璃窗或玻璃门-3dB
木门-3dB
耗损：（衰减，振幅下降、信号强度变弱）
自由空间路径损耗（FSPL）波束发散也会导致信号强度下降，但信号强度下降的方式
并非成线性。

按照对数函数下降、振幅在第二个等距段下降程度比第一段要小，如2.4GHz 在第一个100米会下降80dB,在第二个100米只会下降6dB.
影响信号质量因素
本底噪声的影响：所有的射频设备都有所谓的接收灵敏等级，射频接收机在某个固定的振幅阀值之上可以正确的解释和接收信号，同时信号不仅要够强才能被正确的解释和接收，同时还要高于背景噪声，也称为本底噪声，只有高于该阀值之上的信号，射频卡才可以区分信号和背景噪音。

“相位”影响：多径现象会造成“叠影效应”，造成【信号增强（多路射频信号同时到达接收方与主波相位在0-120°之间），信号减弱（121°-179°）信号消失（180°）数据损坏（时延扩展的时间差导致比特互相重叠）导致数据算坏】多径干扰又称码间干扰，接收方在接收信号时会通过802.11定义的循环冗余校验（CRC）检测到错误，接收方会不用确认帧ACK校验失败的数据帧，此时帧必须要重传，二次重传影响了无线局域网性能和吞吐量。

多径是影响传统802.11a/b/g吞吐和延迟的重要原因之一。

使用分集天线，定向天线，MiMo天线分集和最大比混合（MRC）的802.11n传输来说多径实际上会有建设性结果。

增益介绍
增益：也称为放大，就是振幅增强或信号增强，增益分为有源和无源两种，不过都是通过外部设备进行信号的放大。

有源增益：在发射器和天线之间增加一个放大器，发射器按照不同功率传输，发射功率越高，信号振幅越大。

放大器是双向起效，同时放大接收和发射的信号，有源增益需要使用外部电源。

无源增益：利用天线把信号集中起来，天线可以使信号更集中在某个方向。

天线是无源增益设备，无需外部电源。

两种工具测试振幅：测量有限频域范围频幅的变化，称为频谱分析仪时域计；
测量信号振幅如何随时间进行改变，称为示波器
射频组件
发射机是无线通讯媒介中原始的组件，当发射机接收到数据后开始产生交流电流（AC）,此交流信号决定了传输频率。

2.4Ghz每秒震荡24亿次，802.11a每秒震荡50亿次。

发射机把计算机数据通过调制技术进行交流信号修改，并将数据在信号中进行编制，这个被调制的交流信号作为载波信号容纳到发送的数据，载波数据直接或者通过馈线发给天线。

天线功能
天线有两个功能：
1.天线连接在发射机上，天线收集从发射机传来的交流信号，根据天线类型按照特定的模式将射频波发射出去。

2.天线连接在接收机上时，天线把接收到的射频电波转化为交流信号再发给接收机，接收机把交流信号转化为比特和字节。

两种方法增加天线发射功率，一是增加发射机发射功率，二是对射频信号进行定向或聚焦辐射。

接收机：接收从天线载波信号并把信号调制成1和0（接收机接收到的信号因为距离和空间自由空间路径损耗FSPL的影响要比发射时的信号强度弱得多）。

主动辐射器（IR）：主动生成并通过辐射或感应的方式发射射频能量的设备。

IR综合了从发射机到天线间的所有设备，发射机，所有电缆、连接器及其它的设备（接地设备，避雷器，放大器，衰减器等），IR是原始的能量和信号。

等效全向辐射功率（EIRP）:是从天线发射出的最大射频信号强度。

天线实际输出功率为IR,天线最大输出功率为EIRP
无线设备功率介绍
功率：传输振幅和接收振幅大小的单位称为功率。

功率单位测量为绝对功率，相对单位通常用于计算增加电缆或天线后的损耗和增益的大小。

绝对功率：瓦特（W）,毫瓦（mW），dBm
相对功率：分贝（dB）,dBi，dBd
1W:1伏特电压下的1安培流量。

功率=伏特*安培
分贝：发射天线的EIRP输出和接收天线接收到功率数值之间的差异或损耗。

dBi:是天线增益的测量单位，该值在天线信号的最强点或聚焦点处测量得到。

无线接入点一般只用半波偶极天线（定向天线），形状较小，有橡胶外套的通用天线，2.4GHz的半波偶极天线增益为2.14dBi.
除用dBi分贝尺度表述天线增益，另一种是dBd，指偶极天线信号相比的天线增益，也就是全向天线。

计算dBd:在dBd上增加2.14就是dBi值了。

本底噪音和信噪比
dBm是比较信号强度和1mW之间的关系，dBm指的是相对于1mW的dB值。

dBm=10xlog10(Pmw) 0dBm=1mW,20dBm=100mW
本底噪声：某个特定信道的环境或背景的射频能量级别，包括老子周边的802.11传输设备发出的调制或者编码的比特流，也包括非802.11设备发出的未经调制的能量如微波炉，蓝牙等
不同环境下背景噪声不同，2.4GHz ISM信道通常本底噪音为-100dBm，在RF环境下，这个值可能就是-90dBm。

信噪比：WiFi供应商把信号质量定义为信噪比（SNR），SNR是指接收信号和背景噪声水平之间的差值。

如信号强度为-85dBm,本底噪音为-100dBm时，两者之间的差异就是15dBi，SNR就是15dB。

如果SNR过低，本底噪音过于接近接收信号强度，可能导致数据传输遭到破坏，导致二次重传，对吞吐和延迟造成负面影响。

25dB以上信噪比被认为信号质量很好，10dB或以下的信噪比被认为信号质量很差。

接收灵敏度是指接收机可以成功接收所需要的射频信号功率等级。

接收机可以接收的功率水平越低，表明接收到灵敏度越好。

通常数据速率越高要求接收信号的强度越高，不同的速率使用不同的调制和编码方式，越高的数据速率使用的调制技术越容易使传输数据遭到破坏，越低的数据速率所使用的调制编码方式越不容易遭到破坏。

接收灵敏阀值（示例）数据速率接收信号强度
54Mbps -50dBm
48Mbps -55dBm
36Mbps -61dBm
24Mbps -74dBm
18Mbps -70dBm
12Mbps -75dBm
9Mbps -80dBm
接收信号灵敏度
接收信号强度指示RSSI
接收信号强度指示RSSI,定义为802.11射频模块测量信号强度的相关指标。

RSSI对漫游和动态速率切换等机制很重要，客户端自行决定如何在无线接入点间移动，RSSI阀值是客户端决定漫游切换的关键因素，RSSI阀值也是被用来进行动态速率切换（DRS）.
另外一个成为信号质量的指标称为QA.
802.11无线网卡（NIC）不是频谱分析仪，它可以收发数据，但是无法看到周围的射频信号，因为唯一可以通过无线网卡编码过滤器的是比特流，也就是在无线网卡附近打开微波炉，无线网卡也会显示零噪声。

能实测非编码RF能量设备的只有频谱分析仪。

不过你可以看到802.11上设备显示信号强度和信噪比，开发商其实通过某种算法利用通过网卡的比特来计算信号和信噪比。

（无线网卡信号显示：好、一般、差）
一些供应商拒绝只依靠比特流估测噪声值，利用复杂的算法计算噪声值，有的利用关闭编码过滤器的方法，利用天线进入的RF信号，将802.11芯片变成一台初级的频谱分析仪，但是这取代了802.11网卡的处理数据能力。

作为轻量级频谱分析仪或作为网卡处理数据，无法拥有两个功能。

链路预算
链路预算：是指从发射机开始通过射频媒介直到接收机之间的所有增益和衰减的总和，链路预算的目的是确保最终接收信号强度处于接收机的接收灵敏阀值之上。

链路预算增益的部分包括原始的传输增益，天线的无线增益和RF放大器的有源增益。

衰减的部分包括衰减器，FSPL和插入损耗（射频系统中安装任何硬件都会导致一定程度的衰减）
衰减容错：是指要求信号阀值之上的部分。

如果接收机的接收灵敏度为-80dBm,只要接收大于-80dBm的信号传输就可以成功，但是接收信号很容易受到外界影响的而产生波动，为了避免这种波动造成的影响，在链路中通常在射频接收灵敏阀值之上预留出10dB 到25dB的缓冲，这个缓冲称为衰减容限。

接收灵敏度为-80dBm,通常接收到的信号强度为-76dBm,但是收外部影响，信号可能衰减10dB,这意味着大多数情况下通信会成功，但是在偶发情况下信号可能会波动到-86dBm，通讯失败。

一般会增加（10-20dB）的容错，在-80dBm 的接收灵敏度上增加衰落容限20dB，被要求的信号强度就是-60dBm。

通过衰落容限提供一定级别的链路可靠性做法很普遍。

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天线介绍
天线极化图
天线辐射包括：方位图和正视图，或者称为极化图
方位图=H面=俯视图
正视图=E面=侧视图
极化图不表示距离和功率，代表图中不同点功率之间的关系。

信号功率每减低6dB,传输距离减少一半；
信号功率每降低10dB,传输距离减少约70%。

波束宽度是衡量天线对信号的聚焦能力。

天线类型：全向天线、半定向天线，高度定向天线。

天线类型
全向天线:橡皮鸭子天线，典型的全向天线、增益越高，覆盖范围越窄。

360度水平波束宽度足以覆盖1层，垂直覆盖范围较窄。

半定向天线：中端距离使用半定向天线，分为三类，贴片天线，板状天线，八木天线。

平板天线用于1英里（1.6km）室外点对点通讯，水平波束接近180°
八木天线用于2英里（3.2km）室外点对点通讯，水平波束接近180°
高度定向天线：
天线阵列类型
静态波束成型：静态使用多个定向天线，紧密的聚集在一起，从中心点向外辐射。

Xirrus就是使用室内扇形天线列阵来产生多个扇形波束。

每个扇形波束被分配到不同的信道，如使用8个天线覆盖360那么每一个天线至少45°波束宽度。

Xirrus将WLAN控制器和多个接入点结合成一个硬件设备，成为WiFi阵列。

使用16个扇形天线的接入点射频模块和嵌入式WLAN控制器共存一台设备。

无线局域网阵列可能有4个AP射频卡，8个AP射频卡和16个，一个拥有16个接入点的无线局域网阵列包括4个2.4GHz射频卡和12个5GHz射频卡，这些射频卡可能其中一个是作为专用的WIDS探测器嵌入在控制器中。

动态波束成型：形成一个特定方向以特定形状汇聚射频能量。

像静态波束成型一样，信号的方向和形状被汇聚，但不同的是信号辐射模式可以在帧的基础改变，可以为每个接收站提供最佳的信号。

动态波束成型使用自适应天线阵列调整射频波束指向目标接受方，该技术成为智能天线技术或者Beamsteering。

动态波束成型能够将下传方向的单播流量汇聚到某个特定客户端所在的方向。

传输波束成型（TxBF）：通过传输多个相移信号，以便在发射机认为是接收机所处的位置同相到达，与动态波束成型不同，TxBF不改变天线辐射模式，也不存在定向波束，传输波束成型并不是天线技术，它是数字信号处理技术，通过多个天线上重复传送信号，优化客户端上的信号组合，仔细处理来自多个天线的传输信号的增益，模拟出高增益的定向天线的效果。

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POE介绍
POE定义与种类介绍
POE定义两种互相通信的POE设备：PD(受电设备)与PSE（供电设备），二者构成POE基础架构。

802.3af定义了POE供电的标准，供电标准为15.4W。

802.3at研究如何为受电设备输送更多的电量，802.3at又称为POE+，供电标准30W。

端接式供电设备：端接式PSE既可以传输以太网数据信号，也可以为PD供电，它通常具备POE功能的以太网交换机或WLAN控制器等专业设备。

中跨式供电设备：中跨式PSE相当于一种为以太网段供电的传递设备。

1.采用内置供电模块的端接式POE交换机，能同时向接入点传输以太网数据并供电。

--端接式
2.采用多口中跨式PSE，称为内连电源转接板。

3.单端口中跨式PSE，称为单口电源注入器。

规划与部署POE
总功率：考虑PD的最大接收功率，PSE必须为每台POE设备提供15.4W或30W的电量，推算PSE的总功率。

功率预算：如果PD能提供分类签名，对降低耗电量以及减少在功率预算中的比例大有帮助。

确保所有PSE与不间断电源连接，并为PD提供双以太网连接。

POE忠告：POE必要功能之一是当插入设备时，PSE可以确定设备是否支持POE，如果支持，就提供电力，如果不支持POE，就只提供一个无电力输出的以太网服务。

但是有些型号和品牌POE交换机，在POE设备拔出交换机端口几秒仍然保持POE供电状态，如果连接非POE 设备，会造成损坏，所以为了避免风险要拔出以太网设备后习惯性等待5-10秒钟。

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场景应用介绍
无线局域网部署和垂直市场
无线局域网应用与设备部署注意事项
无线局域网部署要素：
数据：确保网络有能力处理需要转发的大量数据，分析用户要求，确保网络传输速率能够应付用户的数据传输。

可以接受轻微的网络延迟。

语音：与笔记本不同，手持语音设备发射功率通常较低，较强的信号发射需要消耗更多的电池能量，为了增强电池的持续供电时间，VoWiFi电话的发射功率通常是小于其他设备，同时降低了与无线接入点通讯的有效距离，因此通讯时需要无线覆盖蜂窝更小，此时需要更多的无线接入点才能保证足够的覆盖范围。

无法容忍网络延迟，丢包，不连续连接。

视频：视频传输比语音更为复杂，除了包括视频和语音的数据流以外，还包括用于通信连接建立和拆除的流量。

所以视频应用需要评估正在传输无线视频的系统和软件，用来确定流量和协议的类型，并确定网络负载，在协议评估过程中要研究视频传输是使用多播传输还是QOS。

视频比语音具有更高的丢包容忍度。

定位系统应用
WLAN 控制器和WIDS解决方案有一些集成功能，利用接入点作为传感器对802.11客户端进行跟踪，不过这只是提供接近实时的解决方案跟踪能力，精准度可能只有约25英尺，不能跟踪WIFI RFID标签。

AeroScout和Ekahau几家公司提供实时定位系统（RTLS），跟踪任何802.11设备，定位精准度高。

主动RFID标签和标准802.11设备会按照一定时间间隔定期发送状态信息和传感器数据，这些信号被无线接入点或者实时定位传感器接受并发送到位于核心的RTLS服务器的处理引擎，RTLS服务使用信号强度和到达时间算法（TOA）来确定位
置坐标。

实时定位系统可以显示地图，启用搜索，自动报警，资产管理和与第三方应用程序集成。

实时定位：定位跟踪越来越多的用途被挖掘出来，RTLS（实时定位服务）通过无线局域网实现定位跟踪服务。

目前一些厂商使它们自己的产品（定位特性内置于它们的产品）具有某种形式的定位能力，有些为专业的第三方厂商提供集成接口。

RTLS是跟踪任何802.11无线发射器或者整合802.11RFID标签的非802.11资产。

移动设备作为吴法宪发射器时注意事项：移动终端的比笔记本发射功率低，所以在802.11网络要设计的足够小，如果一个网络被设计成较强发射功率的装置通信，可能手机，平板没有足够能力把信号传给无线接入点，造成射频盲区。

虚拟接入点系统
虚拟接入点解决方案使用多个接入点但共享一个基本服务集标示符，因为多个接入点只标示一个虚拟MAC 地址（BSSID）,客户端会认为他们只连接在一个接入点上，尽管他们实际在多个物理接入点间漫游。

优点：客户经历零漫游切换时间，许多与漫游相关的延迟问题得到解决。

切换和管理都是由控制器完成，虚拟接入点解决方案使用了独特的无线局域网拓扑，称为单信道体系结构（SCA)
SOHO，小型办公和家庭办公、移动办公网络、教育/教室等场景……
工厂-仓储和制造：仓储制造航警部署无线，手持是主要的应用，用于对库存控制和条码扫描。

重点是覆盖范围，而不是带宽需求，手持一般不会消耗大量带宽，但需要较大的覆盖范围，确保移动性。

早期的仓库部署环境采用802.11跳频技术（FHSS）,现在还存在。

医疗保健：VoWiFi和RFID应用比较普遍
注意：医院存在许多形式的专有标准和行业标准的无线通信，对802.11无线网络射频造成潜在干扰，需要跟踪医院内电子生物医学设备的频率，使用减少射频冲突。

热点-公共网络接入
注：术语“热点”通常是指免费或收费使用的无线网络。

交通网络：火车、飞机、汽车、邮轮（返渡轮）、巴士（和汽车类似但不同）
交通网络和典型热点之间的区别在于交通网络不断移动，需要某种类型的移动上行服务，对需要提供上行链路的列车，每次行进需要被限制于相同轨道的路径，可沿轨道路径使用某种类型的无线城域网技术，如WiMAX. 往返轮可使用蜂窝网技术或WiMAX ,邮轮、轮船、飞机对于服务不再范围内的可使用卫星链路。

固网和移动网融合：FMC，允许跨网络漫游，使用成本最低的网络（在WiFi环境中打电话，到室外FMC电话直接切换到移动网络）。

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现场勘查介绍
现场勘测重要性
细致全面的面谈和勘测能确保无线局域网满足各种预期的移动性，覆盖和容量要求，对保障网络可靠运行极其重要。

业务需求：
哪些应用将在无线局域网中进行？
容量和QOS质量
哪些用户将使用无线局域网?
角色的安全考虑
哪些设备将连接到无线局域网？
手持设备（VoWiFi使用老的802.11b（HR-DSSS）无线接口，分配到单独的VLAN中）
容量覆盖要求？
覆盖性能测试和应用测试是勘测项目的关键部分
现场勘测
2.4GHz潜在干扰源：微波炉、荧光灯、2.4GHz摄影灯、蓝牙无线接口，附近的2.4GHz局域网。

5GHz潜在干扰源：5GHz无绳电话、雷达、周边传感器、数字卫星，附近的5GHz局域网。

覆盖分析：覆盖设计要求最佳实践是-70dBm或更强的接收信号，VoWiFi要求-67dBm以上信号强度。

数据网络信噪比至少达到18dB,语音网络信噪比至少达到25dB。

确定第一个射频蜂窝覆盖范围：从接入点开始沿对角线走，信号强度降为-70dBm,找出所有的-70dBm的端点，这就是蜂窝边界或边缘，以边界放置第二个接入点。

蜂窝之间的重叠区域不应过大，避免频繁漫游导致网络性能下降，基于漫游目的常常采用15%-30%的蜂窝覆盖。

注：勘测人员经常犯的第一个错误就是将接入点的信号配置为最大，正确的配置为，AP功率接近客户端无线网卡的最大发射功率。

数据无线局域网蜂窝
数据无线局域网蜂窝
数据速率最低接收信号强度最低信噪比
54Mbps -71dBm 25dB
36Mbps -73dBm 18dB
24Mbps -77dBm 12dB
12Mbps -82dBm 10dB
2Mbps -91dBm 6dB
14Mbps -94dBm 4dB
文档资料
索要：网络设计图，地形图
给予：勘测报告，附加报告
勘测报告：目的陈述、频谱分析（潜在的干扰源）、射频覆盖边界分析、硬件布局与配置（接入点布局，天线朝向，信道复用模式，功率设置，安装技术）
性能分析（列出应用吞吐的测试结果）。