WLAN学习笔记
WLAN（Wireless Local Area Network）无线局域网最初设计时，作为有线网络的延伸，随着无线技术的发展，它的灵活性，简易性，高扩展性的特点，现在在组网中已经得到了广泛的应用。
目前WLAN的主要标准如表XX显示包括802.11，802.11a，802.11b，802.11g和802.11n，802.11于1997年7月通过，主要定义了2.4GHz ISM（Industrial Scientific Medical）频段的物理层和介质访问控制规范。值得一提的是802委员会第11任务组也定义了IEEE802.11T，这是针对WLAN设备性能评测的测试标准，包含了数据、延迟时间敏感与流媒体的测试内容。而针对WLAN系统的测试，国内外尚无可执行性较强的标准，但基于运营商等的行业标准已比较成熟。
| 802.11 |
802.11a |
802.11b |
802.11g |
802.11n |
|
| 标准发布 时间 |
1997.7 |
1999.9 |
1999.9 |
2003.6 |
2009.9 |
| 合法频宽 |
83.5MHz |
325MHz |
83.5MHz |
83.5MHz |
83.5Mhz 325Mhz |
| 频率范围 |
2.400-2.483GHz |
5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz |
2.400-2.483GHz |
2.400-2.483GHz |
2.400-2.483GHz 5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz |
| 调制技术 |
FHSS/DSSS |
OFDM |
CCK/ DSSS |
CCK/OFDM |
OFDM |
| 物理发送速率 |
1, 2 |
6, 9, 12, 18, |
1,2,5.5, 11 |
6, 9, 12, 18, |
15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150 |
| 兼容性 |
N/A |
与11b/g不能互通 |
与11g产品可互通 |
与11b产品可互通 |
与11b/g产品可互通 |
表。
| 小贴士： WiFi —— Wireless Fidelity，Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。故Wi-Fi不等于无线局域网或802.11标准。 |
ISM频段
图。
ISM(Industrial Scientific Medical) 工业科学医疗频段，是由ITU-R （ITU Radiocommunication Sector，国际通信联盟无线电通信局）定义的。此频段属于Free License，无需授权许可，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可使用。2.4GHz（）频段为各国共同的ISM频段。因此无线局域网，无绳电话，蓝牙，ZigBee等无线技术，均可工作在2.4GHz频段上。这也造成了WLAN技术在部署时干扰的一大诱因。另外一段用于WLAN的频带为5.8GHz，从5.725 GHz到5.875 GHz。
在2.4GHz ISM频段中，可用带宽为83.5MHz，2.4-2.4835 GHz频段被分为13个信道，每个信道间隔为5MHz，自通道1（2.412GHz）到通道13（2.472GHz），（我国为13个信道，也有在13通道后12MHz处定义了14通道，仅用于802.11b，不同地区定义有所不同）。
802.11b/g是基于扩频与22 MHz的通道宽度，故无法实现13个信道不交叠。因此，只有三个通道可以实现频率不重叠，故在WLAN部署时，信道1，6和11为推荐信道。在信道资源不够用或者用户容量要求较高时，也可以采用四个非重叠信道1，5，9和13。
而在5.8GHz频段，我国把5.725 GHz到5.875 GHz这一频段分成了5个信道，每个信道带宽为20MHz。虽然划分了5个信道（149，153，157，161，165），但一般设备只支持其中的4个信道（149，153，157，161）
| 信道 |
中心频率（MHz） |
频率范围（MHz） |
| 149 |
5745 |
5735-5755 |
| 153 |
5765 |
5755-5775 |
| 157 |
5785 |
5775-5795 |
| 161 |
5805 |
5795-5815 |
| 165 |
5825 |
5815-5835 |
在实际无线网络部署时，相邻小区应尽量使用不重叠的信道，以避免彼此的干扰，如图XX所示，当一个区域需要3个以上AP进行信号覆盖时，为避免相邻小区使用同一信道，我们分别使用1，6，11信道，但是在两个信道1的小区中间，存在盲区，这将导致移动设备漫游时信号中断。而假使两个信道1的小区缩短距离，那么又会面临同频干扰加大的问题。因此在无线规划中，通过蜂窝式的设计来解决相邻信道不重叠，同时兼顾了信道的交替复用。
图。Xx
图。蜂窝式组网
蜂窝式组网使得信道可以无限制的复用，可以组建更大区域内的无线网络。而WLAN中的不同标准在蜂窝组网是也可以互为补充，802.11b/g以及802.11a等技术可以在一个小区内同时共站址部署，由于彼此分别处于2.4GHz和5.8GHz频段，信号互不干扰。
在无线组网时，用户容量也是一个重要考虑部分。由于容量同AP数量并不是成正比的，通过在同一个小区内增加AP的方法，在信道选择上将成为新的问题，一般通过小蜂窝的方式进行部署，使得容量要求较高的区域，通过范围更小（调整发射强度等方法）的小区密集覆盖，在范围比较大容量相对小的区域采用大蜂窝的方式进行部署。
WLAN的组成：
Wireless Medium (WM)：无线传输媒介，无线局域网络物理层所使用到的传输媒介。
Station (STA)：工作站，任何设备只要拥有 IEEE 802.11 的 MAC 层和 PHY 层的接口，就可称为一个工作站。
Station Services (SS)：工作站服务，提供工作站收发数据的服务。
Basic Service Area (BSA)：每一个几何上的建构区块 (building block) 就称为一个基本服务区域(Basic Service Area, 简称 BSA) ，每一建构区块的大小依该无线工作站的环境和功率而定。
Basic Service Set (BSS)：基本服务区中所有工作站的集合。
Distribute System (DS)：分布式系统，通常是由有线网络所构成，可将数个 BSA基本服务区域连结起来。
Access Point (AP)：接入点，连接BSS 和 DS 的设备，通常在一个BSA 内会有一个接入点。
Extended Service Area (ESA)：数个 BSA基本服务区域 经由 DS 连结在一起，所形成的区域，就叫作一个扩充服务区。
Extended Service Set (ESS)：数个经由DS分布式系统所连接的 BSS 中的每一基本工作站集，形成一个扩充服务集。
Distribution System Services (DSS)：分布式系统所提供的服务，使得数据能在不同的 BSS 基本服务集间传送。
WLAN的网络结构
WLAN网络结构主要可分为：AD-HOC，基础架构模式，多AP 模式，无线网桥模式，无线中继器模式。
Ad-hoc的网络没有中心接入点来控制设备通讯，而是允许各设备之间直接进行通讯。Ad-hoc的网络不能与任何基础架构设备或其他有线网络设备通讯， 只可与其他Ad-hoc设备进行通讯。
Infrastructure基础架构模式的网络需使用接入点来控制无线网络通讯，通常由无线接入点AP、无线站点STA、分布式系统DS组成。
多AP模式指多个AP和DS组成的基础架构模式网络，即ESA。
无线网桥模式即采用一对AP以网桥模式，连通两段DS。
无线中继器模式则类似接力的方式，进行信号延伸。
WLAN组网技术的发展
WLAN组网架构随着标准的发展特别是802.11n的出现，也有了较大的发展。传统蜂窝WLAN系统，我们称第一代WLAN系统，每个AP形成一个蜂窝，分配一个信道，相邻小区分配其他非重叠信道。为了降低相互间的无线干扰，在部署前，需要进行实地RF勘测，以确定闲置或者干扰最小的信道。但是第一代无线WLAN系统中，存在很大的问题，一旦网络扩容或者调整，之前的工作很多需要重做，包括重新进行RF勘测，重新确定合适的AP部署位置等。
于是，第二代基于控制器加”瘦”AP的架构提出，它的优点在于引入了控制器的概念，原先一代中的AP，由于配置，认证，管理，安全功能都集中在一个AP上，又称”胖”AP，在后期管理时，难度和复杂性都大大提高，而在第二代WLAN系统里，管理的工作通过控制器完成，AP可以按照覆盖范围变化的需求，自动调整AP的传输功率。通过连续监测无线电波，它们还能帮助监测并发现无线网络中的非法入侵者，从而免除了技术人员人工采用频谱分析仪进行分析的需求。控制器的智能化，节约了大量勘测和维护上的要求，使大面积区域的无线组网得到了巨大的发展。
图。胖AP和瘦AP的架构特点
但是，第二代WLAN组网技术还是存在着明显的不足，如同频干扰问题，同信道的两个AP为了避免同频干扰，需要间隔一定距离，而距离远近会直接导致不同的传输速率，从而使传输质量QoS无法保障，而即便是信号强度不足以建立连接的区域，由于信号还是存在一定强度，会对工作在这一区域的AP产生干扰，因此在信号覆盖和吞吐量上，二代WLAN无法很好的做到平衡。2.4G频段只有3个可用信道，理论上可以实现蜂窝组网，实际上由于现场环境的不同，组网后实际效果很难确定，而速率上的要求提升，如802.11n标准的推行，使得2.4G频段由于只有2个可用信道，难以实施，即便通过5G频段可以解决信道数量，802.11n网络覆盖的特点，也使网络规划和维护极为复杂。802.11n标准设计信号覆盖距离比802.11b/g更远，但是由于使用了MIMO技术，而实际环境中的信号反射，造成距离不是唯一的影响传输质量的因素，因而勘测802.11n有效覆盖范围有时难以确定。
图。802.11n在2.4G频段的可用信道示意图
图。802.11b/g和802.11n信号覆盖范围示意图
于是有了第三代WLAN的组网技术，综合考虑第二代无线组网中的问题后，提出了Channel Blanket信道覆盖的设计思路。如图Channel Blanket信道覆盖显示，此时AP仅作为无线收发的节点，所有一个层面的AP工作于同一信道，整体信道覆盖看起来就像只有一个AP一样。
图。Channel Blanket信道覆盖和终端接入
由交换控制器实现优化选择上行数据包以及选择AP下发数据的工作，各终端始终保持最佳的无线链路连接，根据最近AP保持最高数据传输速率，而由于同层AP都由交换控制器统一控制，只有一个相关AP发送数据，避免了同频干扰。
在容量设计上，采用同一区域增加立体的多层覆盖，每个AP都有多个Radio。漫游则由终端裁决，而非终端发起漫游，几乎没有漫游延时。而传统蜂窝WLAN系统中，用户从一个蜂窝移动到另一个蜂窝，必须经历重新检索AP，鉴权，身份验证，重新连接等步骤，通常这将需要150－400毫秒完成整个过程，不可避免的将会造成网络延时，抖动，降低语音，视频通信质量。
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