WLAN學習筆記

 WLANWireless Local Area Network)無線局域網最初設計時,作爲有線網絡的延伸,隨着無線技術的發展,它的靈活性,簡易性,高擴展性的特點,現在在組網中已經得到了廣泛的應用。

目前WLAN的主要標準如表XX顯示包括802.11802.11a802.11b802.11g802.11n802.1119977月通過,主要定義了2.4GHz ISMIndustrial Scientific Medical)頻段的物理層和介質訪問控制規範。值得一提的是802委員會第11任務組也定義了IEEE802.11T,這是針對WLAN設備性能評測的測試標準,包含了數據、延遲時間敏感與流媒體的測試內容。而針對WLAN系統的測試,國內外尚無可執行性較強的標準,但基於運營商等的行業標準已比較成熟。

 

802.11

802.11a

802.11b

802.11g

802.11n

標準發佈

時間

1997.7

1999.9

1999.9

2003.6

2009.9

合法頻寬

83.5MHz

325MHz

83.5MHz

83.5MHz

83.5Mhz

325Mhz

頻率範圍

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

調製技術

FHSS/DSSS

OFDM

CCK/ DSSS

CCK/OFDM

OFDM

物理髮送速率

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產品可互通

11b產品可互通

11b/g產品可互通

表。

 

小貼士:

WiFi ——  Wireless FidelityWi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌,由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有。故Wi-Fi不等於無線局域網或802.11標準。

 

 

ISM頻段

 

圖。

ISM(Industrial Scientific Medical) 工業科學醫療頻段,是由ITU-R ITU Radiocommunication Sector,國際通信聯盟無線電通信局)定義的。此頻段屬於Free License,無需授權許可,只需要遵守一定的發射功率(一般低於1W),並且不要對其它頻段造成干擾即可使用。2.4GHz()頻段爲各國共同的ISM頻段。因此無線局域網,無繩電話,藍牙,ZigBee等無線技術,均可工作在2.4GHz頻段上。這也造成了WLAN技術在部署時干擾的一大誘因。另外一段用於WLAN的頻帶爲5.8GHz,從5.725 GHz5.875 GHz

         2.4GHz ISM頻段中,可用帶寬爲83.5MHz2.4-2.4835 GHz頻段被分爲13個信道,每個信道間隔爲5MHz,自通道12.412GHz)到通道132.472GHz),(我國爲13個信道,也有在13通道後12MHz處定義了14通道,僅用於802.11b,不同地區定義有所不同)。

 

 802.11b/g是基於擴頻與22 MHz的通道寬度,故無法實現13個信道不交疊。因此,只有三個通道可以實現頻率不重疊,故在WLAN部署時,信道1611爲推薦信道。在信道資源不夠用或者用戶容量要求較高時,也可以採用四個非重疊信道15913

         而在5.8GHz頻段,我國把5.725 GHz5.875 GHz這一頻段分成了5個信道,每個信道帶寬爲20MHz。雖然劃分了5個信道(149153157161165),但一般設備只支持其中的4個信道(149153157161

信道

中心頻率(MHz

頻率範圍(MHz

149

5745

5735-5755

153

5765

5755-5775

157

5785

5775-5795

161

5805

5795-5815

165

5825

5815-5835

 

 

         在實際無線網絡部署時,相鄰小區應儘量使用不重疊的信道,以避免彼此的干擾,如圖XX所示,當一個區域需要3個以上AP進行信號覆蓋時,爲避免相鄰小區使用同一信道,我們分別使用1611信道,但是在兩個信道1的小區中間,存在盲區,這將導致移動設備漫遊時信號中斷。而假使兩個信道1的小區縮短距離,那麼又會面臨同頻干擾加大的問題。因此在無線規劃中,通過蜂窩式的設計來解決相鄰信道不重疊,同時兼顧了信道的交替複用。

 

圖。Xx

 

 

圖。蜂窩式組網

         蜂窩式組網使得信道可以無限制的複用,可以組建更大區域內的無線網絡。而WLAN中的不同標準在蜂窩組網是也可以互爲補充,802.11b/g以及802.11a等技術可以在一個小區內同時共站址部署,由於彼此分別處於2.4GHz5.8GHz頻段,信號互不干擾。

         在無線組網時,用戶容量也是一個重要考慮部分。由於容量同AP數量並不是成正比的,通過在同一個小區內增加AP的方法,在信道選擇上將成爲新的問題,一般通過小蜂窩的方式進行部署,使得容量要求較高的區域,通過範圍更小(調整發射強度等方法)的小區密集覆蓋,在範圍比較大容量相對小的區域採用大蜂窩的方式進行部署。

 

WLAN的組成:

Wireless Medium (WM)無線傳輸媒介,無線局域網絡物理層所使用到的傳輸媒介。

Station (STA)工作站,任何設備只要擁有 IEEE 802.11  MAC 層和 PHY 層的接口,就可稱爲一個工作站。

Station Services (SS)工作站服務,提供工作站收發數據的服務。

Basic Service Area (BSA)每一個幾何上的建構區塊 (building block) 就稱爲一個基本服務區域(Basic Service Area, 簡稱 BSA) ,每一建構區塊的大小依該無線工作站的環境和功率而定。

Basic Service Set (BSS)基本服務區中所有工作站的集合。

Distribute System (DS)分佈式系統,通常是由有線網絡所構成,可將數個 BSA基本服務區域連結起來。

Access Point (AP)接入點,連接BSS  DS 的設備,通常在一個BSA 內會有一個接入點。

Extended Service Area (ESA)數個 BSA基本服務區域 經由 DS 連結在一起,所形成的區域,就叫作一個擴充服務區。

Extended Service Set (ESS)數個經由DS分佈式系統所連接的 BSS 中的每一基本工作站集,形成一個擴充服務集。

Distribution System Services (DSS)分佈式系統所提供的服務,使得數據能在不同的 BSS 基本服務集間傳送。

 

WLAN的網絡結構

WLAN網絡結構主要可分爲:AD-HOC,基礎架構模式,多AP 模式,無線網橋模式,無線中繼器模式。

Ad-hoc的網絡沒有中心接入點來控制設備通訊,而是允許各設備之間直接進行通訊。Ad-hoc的網絡不能與任何基礎架構設備或其他有線網絡設備通訊, 只可與其他Ad-hoc設備進行通訊。

Infrastructure基礎架構模式的網絡需使用接入點來控制無線網絡通訊,通常由無線接入點AP、無線站點STA、分佈式系統DS組成。

AP模式指多個APDS組成的基礎架構模式網絡,即ESA

無線網橋模式即採用一對AP以網橋模式,連通兩段DS

         無線中繼器模式則類似接力的方式,進行信號延伸。

 

WLAN組網技術的發展

WLAN組網架構隨着標準的發展特別是802.11n的出現,也有了較大的發展。傳統蜂窩WLAN系統,我們稱第一代WLAN系統,每個AP形成一個蜂窩,分配一個信道,相鄰小區分配其他非重疊信道。爲了降低相互間的無線干擾,在部署前,需要進行實地RF勘測,以確定閒置或者干擾最小的信道。但是第一代無線WLAN系統中,存在很大的問題,一旦網絡擴容或者調整,之前的工作很多需要重做,包括重新進行RF勘測,重新確定合適的AP部署位置等。

於是,第二代基於控制器加”AP的架構提出,它的優點在於引入了控制器的概念,原先一代中的AP,由於配置,認證,管理,安全功能都集中在一個AP上,又稱”AP,在後期管理時,難度和複雜性都大大提高,而在第二代WLAN系統裏,管理的工作通過控制器完成,AP可以按照覆蓋範圍變化的需求,自動調整AP的傳輸功率。通過連續監測無線電波,它們還能幫助監測並發現無線網絡中的非法***者,從而免除了技術人員人工採用頻譜分析儀進行分析的需求。控制器的智能化,節約了大量勘測和維護上的要求,使大面積區域的無線組網得到了巨大的發展。

 

圖。胖AP和瘦AP的架構特點

但是,第二代WLAN組網技術還是存在着明顯的不足,如同頻干擾問題,同信道的兩個AP爲了避免同頻干擾,需要間隔一定距離,而距離遠近會直接導致不同的傳輸速率,從而使傳輸質量QoS無法保障,而即便是信號強度不足以建立連接的區域,由於信號還是存在一定強度,會對工作在這一區域的AP產生干擾,因此在信號覆蓋和吞吐量上,二代WLAN無法很好的做到平衡。2.4G頻段只有3個可用信道,理論上可以實現蜂窩組網,實際上由於現場環境的不同,組網後實際效果很難確定,而速率上的要求提升,如802.11n標準的推行,使得2.4G頻段由於只有2個可用信道,難以實施,即便通過5G頻段可以解決信道數量,802.11n網絡覆蓋的特點,也使網絡規劃和維護極爲複雜。802.11n標準設計信號覆蓋距離比802.11b/g更遠,但是由於使用了MIMO技術,而實際環境中的信號反射,造成距離不是唯一的影響傳輸質量的因素,因而勘測802.11n有效覆蓋範圍有時難以確定。

 

圖。802.11n2.4G頻段的可用信道示意圖

   

圖。802.11b/g802.11n信號覆蓋範圍示意圖

於是有了第三代WLAN的組網技術,綜合考慮第二代無線組網中的問題後,提出了Channel Blanket信道覆蓋的設計思路。如圖Channel Blanket信道覆蓋顯示,此時AP僅作爲無線收發的節點,所有一個層面的AP工作於同一信道,整體信道覆蓋看起來就像只有一個AP一樣。

 

圖。Channel Blanket信道覆蓋和終端接入

由交換控制器實現優化選擇上行數據包以及選擇AP下發數據的工作,各終端始終保持最佳的無線鏈路連接,根據最近AP保持最高數據傳輸速率,而由於同層AP都由交換控制器統一控制,只有一個相關AP發送數據,避免了同頻干擾。

在容量設計上,採用同一區域增加立體的多層覆蓋,每個AP都有多個Radio。漫遊則由終端裁決,而非終端發起漫遊,幾乎沒有漫遊延時。而傳統蜂窩WLAN系統中,用戶從一個蜂窩移動到另一個蜂窩,必須經歷重新檢索AP,鑑權,身份驗證,重新連接等步驟,通常這將需要150400毫秒完成整個過程,不可避免的將會造成網絡延時,抖動,降低語音,視頻通信質量。

 

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