WLAN学习笔记

 WLANWireless 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802.11802.11a802.11b802.11g802.11n802.1119977月通过,主要定义了2.4GHz ISMIndustrial 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,
24, 36, 48, 54

1,2,5.5, 11

6, 9, 12, 18,
24, 36, 48, 54

15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150

兼容性

N/A

11b/g不能互通

11g产品可互通

11b产品可互通

11b/g产品可互通

表。

 

小贴士:

WiFi ——  Wireless FidelityWi-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 GHz5.875 GHz

         2.4GHz ISM频段中,可用带宽为83.5MHz2.4-2.4835 GHz频段被分为13个信道,每个信道间隔为5MHz,自通道12.412GHz)到通道132.472GHz),(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1611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15913

         而在5.8GHz频段,我国把5.725 GHz5.875 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(149153157161165),但一般设备只支持其中的4个信道(149153157161

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1611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2.4GHz5.8GHz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  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  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。

AP模式指多个APDS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”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”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。802.11n2.4G频段的可用信道示意图

   

图。802.11b/g802.11n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150400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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