一 . 什麼是Wi-Fi?
Wi-Fi（Wireless Fidelity），在中文裏又稱作“行動熱點”， 是Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance，縮寫爲WFA）的商標，Wi-Fi聯盟限制使用Wi-Fi認證這一術語來成功完成互操作性認證測試。嚴格得說，Wi-Fi是一個認證的名稱，該認證用於測試無線網絡設備是否符合IEEE 802.11系列協議的規範。也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同義術語。“Wi-Fi”常被寫成“WiFi”或“Wifi”，但是它們並沒有被Wi-Fi聯盟認可。
二 . 802.11協議介紹
IEEE 802.11是現今無線局域網通用的標準，它是由國際電機電子工程學會（IEEE）所定義的無線網絡通信的標準。
IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）是美國電氣和電子工程師協會的簡稱。802是該組織中一個專門負責制定局域網標準的委員會，也稱爲LMSC（LAN/MAN Standards Committee，局域網/城域網標準委員會）。該委員會成立於1980年2月，其任務就是制定局域網和城域網標準。
由於工作量較大，該委員會被細分成多個工作組（Working Group），每個工作組負責解決某個特定方面問題的標準。工作組也會被賦予一個編號（位於802編號的後面，中間用點號隔開），故802.11代表802項目的第11個工作組[3]。它專門負責制訂無線局域網（Wireless LAN）的介質訪問控制協議（MAC：Medium Access Control）及物理層（PHY：Physical Layer）技術規範。
IEEE 802.11標準列表
- IEEE 802.11，1997年，原始標準（2Mbit/s，播在2.4GHz）。
- IEEE 802.11a，1999年，物理層補充（54Mbit/s，播在5GHz）。
- IEEE 802.11b，1999年，物理層補充（11Mbit/s，播在2.4GHz）。
- IEEE 802.11c，匹配802.1D的媒體接入控制層橋接（MAC Layer Bridging）。
- IEEE 802.11d，根據各國無線電規定做的調整。
- IEEE 802.11e，對服務等級（Quality of Service, QoS）的支持。
- IEEE 802.11f，基站的互連性（IAPP，Inter-Access Point Protocol），2006年2月被IEEE批准撤銷。
- IEEE 802.11g，2003年，物理層補充（54Mbit/s，播在2.4GHz）。
- IEEE 802.11h，2004年，無線覆蓋半徑的調整，室內（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz頻段）。
- IEEE 802.11i，2004年，無線網絡的安全方面的補充。
- IEEE 802.11j，2004年，根據日本規定做的升級。
- IEEE 802.11k，該協議規範規定了無線局域網絡頻譜測量規範。該規範的制訂體現了無線局域網絡對頻譜資源智能化使用的需求。
- IEEE 802.11l，預留及準備不使用。
- IEEE 802.11m，維護標準；互斥及極限。
- IEEE 802.11n，更高傳輸速率的改善，基礎速率提升到72.2Mbit/s，可以使用雙倍帶寬40MHz，此時速率提升到150Mbit/s。支持多輸入多輸出技術（Multi-Input Multi-Output，MIMO）。
- IEEE 802.11o，針對VOWLAN（Voice over WLAN）而制訂，更快速的無限跨區切換，以及讀取語音（voice）比數據（Data）有更高的傳輸優先權。
- IEEE 802.11p，這個通信協議主要用在車用電子的無線通信上。它設置上是從IEEE 802.11來擴展延伸，來匹配智能運輸系統（Intelligent Transportation Systems，ITS）的相關應用。
- IEEE 802.11q
- IEEE 802.11r：快速BSS切換（FT）（2008）
- IEEE 802.11s：Mesh Networking, Extended Service Set（ESS）（July 2011）
- IEEE 802.11t：Wireless Performance Prediction (WPP)—test methods and metrics Recommendation cancelled
- IEEE 802.11u：Improvements related to HotSpots and 3rd party authorization of clients, e.g. cellular network offload (February 2011)
- IEEE 802.11v：Wireless network management（February 2011）
- IEEE 802.11w：Protected Management Frames (September 2009)
- IEEE 802.11x
- IEEE 802.11y：3650–3700 MHz Operation in the U.S.（2008）
- IEEE 802.11z：Extensions to Direct Link Setup (DLS)（September 2010）
- IEEE 802.11-2012：A new release of the standard that includes amendments k, n, p, r, s, u, v, w, y and z (March 2012)
- IEEE 802.11aa：Robust streaming of Audio Video Transport Streams (June 2012)
- IEEE 802.11ab
- IEEE 802.11ac，802.11n的潛在繼承者，更高傳輸速率的改善，當使用多基站時將無線速率提高到至少1Gbps，將單信道速率提高到至少500Mbps。使用更高的無線帶寬（80MHz-160MHz，802.11n只有40MHz），更多的MIMO流（最多8條流），更好的調製方式（QAM256）。目前是草案標準（draft），預計正式標準於2012年晚些時間推出。Quantenna公司在2011年11月15日推出了世界上第一隻採用802.11ac的無線路由器。Broadcom公司於2012年1月5日也發佈了它的第一支支持802.11ac的芯片。
- IEEE 802.11ad：Very High Throughput 60 GHz (December 2012) - see WiGig
- IEEE 802.11ae：Prioritization of Management Frames（2012年3月）
- IEEE 802.11af：運用過往電視白區（TV White Space，TVWS）的頻段所訂立標準，由於使用白區頻段（VHS的54MHz～216MHz及UHF的470MHz～698MHz），有時IEEE 802.11af也稱爲White-Fi（取Wi-Fi一詞的派生變化）。
- IEEE 802.11ah：用來支持無線感測器網絡（Wireless Sensor Network，WSN），以及支持物聯網（Internet of Thing，IoT）、智能電網（Smart Grid）的智能電錶（Smart Meter）等應用。
- IEEE 802.11ai：爲IEEE 802.11的修正案，新增部分機制，以及加速創建網絡連線的等待時間。
- IEEE 802.11aj：爲IEEE 802.11ad的增補標準，開放45GHz的未授權帶寬帶使世界上部分地區可以使用。
- IEEE 802.11aq：爲IEEE 802.11的修正案，增加網絡探索的效率，以加快網絡傳輸速度。
- IEEE 802.11ax：以現行的IEEE 802.11ac做爲基底的草案，以提供比現行的傳輸速率加快4倍爲目標。
三 . 相關概念及名詞解釋
轉自 https://blog.csdn.net/myarrow/article/details/7930131
1. IE802.11簡介
|
標準號 |
IEEE 802.11b |
IEEE 802.11a |
IEEE 802.11g |
IEEE 802.11n |
|
標準發佈時間 |
1999年9月 |
1999年9月 |
2003年6月 |
2009年9月 |
|
工作頻率範圍 |
2.4－2.4835GHz |
5.150－5.350GHz 5.475－5.725GHz 5.725－5.850GHz |
2.4－2.4835GHz |
2.4－2.4835GHz 5.150－5.850GHz |
|
非重疊信道數 |
3 |
24 |
3 |
15 |
|
物理速率（Mbps） |
11 |
54 |
54 |
600 |
|
實際吞吐量（Mbps） |
6 |
24 |
24 |
100以上 |
|
頻寬 |
20MHz |
20MHz |
20MHz |
20MHz/40MHz |
|
調製方式 |
CCK/DSSS |
OFDM |
CCK/DSSS/OFDM |
MIMO-OFDM/DSSS/CCK |
|
兼容性 |
802.11b |
802.11a |
802.11b/g |
802.11a/b/g/n |
2. 頻譜劃分
WiFi總共有14個信道，如下圖所示：
1）IEEE 802.11b/g標準工作在2.4G頻段，頻率範圍爲2.400—2.4835GHz，共83.5M帶寬
2）劃分爲14個子信道
3）每個子信道寬度爲22MHz
4）相鄰信道的中心頻點間隔5MHz
5）相鄰的多個信道存在頻率重疊(如1信道與2、3、4、5信道有頻率重疊)
6）整個頻段內只有3個（1、6、11）互不干擾信道
3. 接收靈敏度
4. 2.4GHz中國信道劃分
802.11b和802.11g的工作頻段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用帶寬爲83.5MHz，中國劃分爲13個信道，每個信道帶寬爲22MHz
北美/FCC 2.412-2.461GHz(11信道)
歐洲/ETSI 2.412-2.472GHz(13信道)
日本/ARIB 2.412-2.484GHz(14信道）
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2.4GHz頻段WLAN信道配置表 |
||
|
信道 |
中心頻率（MHz） |
信道低端/高端頻率 |
|
1 |
2412 |
2401/2423 |
|
2 |
2417 |
2406/2428 |
|
3 |
2422 |
2411/2433 |
|
4 |
2427 |
2416/2438 |
|
5 |
2432 |
2421/2443 |
|
6 |
2437 |
2426/2448 |
|
7 |
2442 |
2431/2453 |
|
8 |
2447 |
2426/2448 |
|
9 |
2452 |
2441/2463 |
|
10 |
2457 |
2446/2468 |
|
11 |
2462 |
2451/2473 |
|
12 |
2467 |
2456/2478 |
|
13 |
2472 |
2461/2483 |
5. SSID和BSSID
1）基本服務集（BSS）
基本服務集是802.11 LAN的基本組成模塊。能互相進行無線通信的STA可以組成一個BSS（Basic Service Set） 。如果一個站移出BSS的覆蓋範圍，它將不能再與BSS的其它成員通信。
2）擴展服務集（ESS）
多個BSS可以構成一個擴展網絡，稱爲擴展服務集（ESS）網絡，一個ESS網絡內部的STA可以互相通信，是採用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛擬BSS。連接BSS的組件稱爲分佈式系統（Distribution System，DS）。
3）SSID
服務集的標識，在同一SS內的所有STA和AP必須具有相同的SSID，否則無法進行通信。
SSID是一個ESS的網絡標識(如:TP_Link_1201)，BSSID是一個BSS的標識，BSSID實際上就是AP的MAC地址，用來標識AP管理的BSS，在同一個AP內BSSID和SSID一一映射。在一個ESS內SSID是相同的，但對於ESS內的每個AP與之對應的BSSID是不相同的。如果一個AP可以同時支持多個SSID的話，則AP會分配不同的BSSID來對應這些SSID。
BSSID(MAC)<---->SSID
6. AP種類
FAT AP和FIT AP比較如下圖所示：
7. 無線接入過程三個階段
STA（工作站）啓動初始化、開始正式使用AP傳送數據幀前，要經過三個階段才能夠接入（802.11MAC層負責客戶端與AP之間的通訊，功能包括掃描、接入、認證、加密、漫遊和同步等功能）：
1）掃描階段（SCAN）
2）認證階段 (Authentication)
3）關聯（Association）
7.1 Scanning
802.11 MAC 使用Scanning來搜索AP，STA搜索並連接一個AP，當STA漫遊時尋找連接一個新的AP，STA會在在每個可用的信道上進行搜索。
1）Passive Scanning（特點：找到時間較長，但STA節電）
通過偵聽AP定期發送的Beacon幀來發現網絡，該幀提供了AP及所在BSS相關信息：“我在這裏”…
2）Active Scanning （特點：能迅速找到）
STA依次在13個信道發出Probe Request幀，尋找與STA所屬有相同SSID的AP,若找不到相同SSID的AP，則一直掃描下去..
7.2 Authentication
當STA找到與其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根據收到的AP信號強度，選擇一個信號最強的AP，然後進入認證階段。只有身份認證通過的站點才能進行無線接入訪問。AP提供如下認證方法：
1）開放系統身份認證(open-system authentication)
2）共享密鑰認證(shared-key authentication）
3）WPA PSK認證（ Pre-shared key）
4）802.1X EAP認證
7.3 Association
當AP向STA返回認證響應信息，身份認證獲得通過後，進入關聯階段。
1） STA向AP發送關聯請求
2） AP 向STA返回關聯響應
至此，接入過程才完成，STA初始化完畢，可以開始向AP傳送數據幀。
7.4 認證和關聯過程
7.5 漫遊過程
四 . Wi-Fi的應用場景和解決方案，相對於其他無線通信的優劣勢
Wi-Fi技術可應用於物聯網智能家居方面，在物聯網中國內市場主要採用的是Wifi，zigbee這兩種短距離無線通信技術。這兩種通訊技術雖然都大量應用於物聯網解決方案，但是這兩種技術也各具特點。這裏主要列舉Wi-Fi技術在物聯網通信中的優劣
Wifi的優勢：
1. 設備價格相對低廉，普及面比較廣，基本上每家都有路由器設備。
2.WIFI組網方便,連接就行,協議統一,使用TCP/IP協議。
3.傳輸速度比較高，能達到11Mbps。
4.網絡帶寬比較大，能達到11000KB/S。
5.能夠無縫與手機進行通信。
6.能夠直接接入互聯網。
WIFI的劣勢：
1.安全性比較低，比較容易被攻擊破解。
2.最多隻能連接幾十臺設備，後面可能滿足不了只能家居發展壯大的需求。
3.傳輸距離比較短，範圍在1-100m
4.無線穩定性比較差，房間大了，可能收不到無線網。
5.通信延遲比較大，反應時間比較長
6.功耗比較大，不適合用電池供電設備。
7.對硬件要求比較高，WIFI模組需要大量周邊電路輔助工作，對硬件內存要求也比較大。