matter网络基础之—Wi-Fi

matter网络基础之—Wi-Fi

前文我们讲过，matter目前有两个分支，matter over Thread和matter over Wi-Fi。 matter over Wi-Fi本质上就是运行在Wi-Fi网络层协议上的matter应用层协议。matter over Wi-Fi产品需要两个认证：CSA联盟的matter认证和Wi-Fi联盟的Wi-Fi产品认证。了解Wi-Fi协议对我matter产品开发是非常有意义的。

matter整装待发，将以 Wi-Fi 和 Thread 作于网络层的通信的标准。

什么是Wi-Fi？
Wi-Fi又称“无线热点”或“无线网络”，是非营利性Wi-Fi Alliance的商标，一个基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。Wi-Fi 是最常见的无线连接技术之一，提供安全、可靠和快速的无线 IP 连接。

Wi-Fi世代：

第一代，以IEEE 802.11原始标准为准，工作频段为2.4GHz，最高速率半双工2 Mbit/s。
第二代，以IEEE 802.11b为准，工作频段为2.4GHz，最高速率半双工11 Mbit/s，认证项目为“Wi-Fi CERTIFIED b”。
第三代，以IEEE 802.11a为准，工作频段为5GHz，最高速率54 Mbit/s，认证项目为“Wi-Fi CERTIFIED a”。基于IEEE 802.11g，2.4GHz工作频段，最高速率半双工54 Mbit/s，认证项目为“Wi-Fi CERTIFIED g”。
第四代，以IEEE 802.11n为准，世代名称为“Wi-Fi 4”，信道宽度20MHz、40MHz，工作频段为2.4GHz和5GHz，最高4条空间流，最大副载波调制64-QAM，最高速率半双工600 Mbit/s，认证项目为“Wi-Fi CERTIFIED n”。
第五代，以IEEE 802.11ac为准，世代名称为“Wi-Fi 5”，信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作频段为5GHz，最高8条空间流，最大副载波调制256-QAM，最高速率半双工6.9 Gbit/s，认证项目为“Wi-Fi CERTIFIED ac”。
第六代，以IEEE 802.11ax为准，世代名称为“Wi-Fi 6”，信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作频段为2.4GHz和5GHz，最高8条空间流，最大副载波调制1024-QAM，最高速率半双工9.6 Gbit/s，认证项目为“Wi-Fi CERTIFIED 6”。

Wi-Fi网络构成：
工作站(Station)：终端设备，具有无线网络接入功能的电子设备(笔记本，手持设备等)。是网络最基本的组成部分。
接入点(Access Point，AP)：802.11网络所使用的帧必须经过转换才能被传到其它不同类型的网络，具有无线至有线桥接功能的设备称为基站(Access Point,AP)。接入点既有普通站点的身份，又有接入到分配系统的功能。
无线媒介(Wireless Medium)：802.11标准以无线媒介(Wireless medium)在工作站之间传递帧,一般而言空气等作为802.11传输的无线媒介。

分布式系统(Distribution System，DS)：分布式系统基站间转送帧的骨干网络，通常就称为骨干网络(backbone network)。当几部基站串连以覆盖较大区域时，彼此之间必须相互通信，才能够掌握移动式工作站的行踪。分布式系统属于802.11的逻辑元件，负责将帧转送至目的地。分布式系统用于连接不同的基本服务集。

Wi-Fi网络结构
在802.11协议里面规定了两种结构：基本服务集和扩展服务集。

基本服务集(BSS，Basic Service Set)：一个基本网络结构单元，是最小的网络组成部分。最简单的服务集由AP和STA组成，站点可以动态地关联(associate)到基本服务集，基础型BSS(Infrastructure BSS)， 独立型BSS(IBSS，Independent BSS)。
扩展服务集：扩展服务集是对基本服务集的扩展，由分布式系统和基本服务集BSS组成，ESS是逻辑上的集合。不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分布式系统也可以使用各种各样的技术。终端设备加入到某个ESS后，便可从该ESS中的一个BSS漫游到另一个BSS。

SSID：(Service Set Identification)：服务集标识，SSID就是一个局域网的名称。SSID技术可以将一个无线局域网分为几个需要不同身份验证的子网络，每一个子网络都需要独立的身份验证，只有通过身份验证的用户才可以进入相应的子网络，防止未被授权的用户进入本网络。包含了ESSID和BSSID。

ESSID（Extended Service Set Identifier），用来区分不同的大型网络，最多32个字符
ESSID（也称为服务区别号）将被放置在到每个无线访问接入点中，它是无线客户端与无线访问接入点联系所必不可少的。利用特定存取点的ESSID来做存取的控制，是AP的一种安全保护机制，它强制每一个客户端都必须要有跟存取点相同的ESSID值。但是，如果你在无线网卡上设定其ESSID为“ANY”时，它就可以自动的搜寻在讯号范围内所有的存取点，并试图连上它。
ESSID应用于比较大规模复杂的无线网络中标识无线信号，即网络中有多个无线接入点AP，他们直接通过WDS桥接等形式连接到一起构成一个大型无线网络，这时要求所有连接该无线网络的主机使用同一个名称——即同一个ESSID；对于用户而言，此时即表现由多个AP构成的一个网络。

BSSID，一种特殊的Ad-hoc LAN的应用，也称为Basic Service Set (BSS)，一群计算机设定相同的BSS名称，即可自成一个group。每个BSS都会被赋予一个BSSID，它是一个长度为48位的二进制标识符，用来识别不同的BSS。其的主要优点是它可以作为过滤之用。
BSSID 是指站点的 MAC 地址，（STA）在一个接入点，（AP）在一个基础架构模式， BSS 是由 IEEE 802.11-1999 无线局域网规范定义的。这个区域唯一地定义了每个 BSS 。在一个 IBSS 中，BSSID 是一个本地管理的 IEEE MAC 地址，从一个 46 位的任意编码中产生。地址的个体/组位被设置为 0 。通用/本地地址位被设置为 1 。

Wi-Fi的频段和适用性:

• Wi-Fi HaLow(Sub-1 GHz):适用于需要长距离，低功耗，连接性和穿墙能力的应用。
• Wi-Fi 4(2.4 and 5 GHz):更好的覆盖日常低带宽的连接需求。
• Wi-Fi 5(5 GHz):非常适合日常使用和功能性，支持多用户。
• Wi-Fi 6(2.4 and 5 GHz):适合大部分高速度高容量的应用。
• Wi-Fi 6E(6 GHz): 160 MHz 的信道可以实现更高级的用户体验。
• WiGig(60 GHz):用于超高清晰度或虚拟现实的应用。
  

Wi-Fi的距离：

• 5 GHz->27米范围
• 2.4 GHz->54米范围
• 900 MHz->88米范围
  

IEEE802.11定义了9种服务：
5种服务属于分布式系统的任务，分别为，连接（Association）、结束连接（Diassociation）、分配（Distribution）、集成（Integration）、再连接（Reassociation）。
4种服务属于站点的任务，分别为，鉴权（Authentication）、结束鉴权（Deauthentication）、隐私（Privacy）、MAC数据传输（MSDU delivery）。

Wi-Fi的未来：
Wi-Fi 在未来几年将继续进一步提高性能。802.11be，也称为“极高吞吐量”(EHT)，即未来的Wi-Fi 7，预计将于2024 年面世，其主要目标是充分利用近期开放的6 GHz 频段，进一步提高吞吐量以支持30 Gbps，并改善其延迟和抖动性能。新标准的目标是更好地支持超高性能应用，例如8K 流、低延迟增强现实/ 虚拟现实应用、远程办公室、云计算和其他用例。此外，电气和电子工程师协会(IEEE) 工作组希望优化时间敏感型网络集成，以支持工业应用中的异构Wi-Fi 和以太网部署。这将通过诸如320 MHz 宽频道、16空间流、4096 正交调幅(QAM) 等增强功能来实现。

https://www.wi-fi.org/

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