第5章 WLAN关键技术点

WLAN技术概述以及网络应用一、WLAN概述WLAN是利用无线通信技术在一定地局部范围内建立地网络，是计算机网络与无线通信技术相结合地产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN (LocalAreaNetwork)地功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意地宽带网络接入,WLA\开始是作为有线局域网络地延伸而存在地，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络，但随着应用地进一步发展,WLAN正逐渐从传统意义上地局域网技术发展成为〃公共无线局域网〃，成为国际互联网IVTERNET宽带接入手段,WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维扒高移动性、保密性强、抗干扰等特点，二、WLAN标准山于WLAN是基于汁算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中,逻辑链路控制(LLC)层及其之上地应用层对不同地物理层地要求可以是相同地,也可以是不同地,因此,WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC),涉及到所使用地无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准，2. 1IEEE802. 11X(1)IEEE802. 11 1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802. 11WLAN标准工作组,IEEE802. 11 (别名：Wi-Fi (WirelessFidelity)无线保真)是在1997 年 6 月山大量地局域网以及讣算机专家审定通过地标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范,物理层定义了数据传输地信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法,RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.4000〜2. 4835GHz频段，IEEE802. 11是IEEE最初制定地一个无线局域网标准, 主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端地无线接入，业务主要限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps,山于它在速率和传输距离上都不能满足人们地需要，所以IEEE802. 11标准被IEEE802. lib所取代了，(2)IEEE802. lib 1999年9月IEEE802. Ub被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2. 4-2. 4835GHz,数据传输速率达到11Mbps,传输距离控制在50-150英尺, 该标准是对IEEE802. 11地一个补充，采用补偿编码键控调制方式,釆用点对点模式和基本模式两运作模式,在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、 5.5Mbps、2Mbps、1Mbps地不同速率间自动切换,它改变了WLAN设计状况，扩大T WLAN地应用领域,IEEE802. lib已成为当前主流地WLAN标准，被多数厂商所釆用，所推出地产品广泛应用于办公室、家庭、宾馆、车站、机场等众多场合，但是山于许多WLAN地新标准地出现，IEEE802. 11a和IEEE802. llg更是倍受业界关注,(3)IEEE802. 11&1999年，IEEE802. 11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5. 15-8. 825GHz,数据传输速率达到54Mbps/72Mbps (Turbo),传输距离控制在10-100M,该标准也是IEEE802. 11地一个补充,扩充了标准地物理层，采用正交频分复用(0FDM)地独特扩频技术，采用QFSK调制方式,可提供25Mbps地无线ATM接口和10Mbps地以太网无线帧结构接口，支持多种业务如话音、数据和图像等,一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端，IEEE802. 11a标准是IEEE802. lib地后续标准，其设计初衷是取代802.11b标准，然而，工作于2.4GHz频带是不需要执照地，该频段属于工业、教育、医疗等专用频段,是公开地,工作于5. 15-8. 825GHz频带需要执照地，一些公司仍没有表示对802. 11a标准地支持，一些公司更加看好最新混合标准一一802. llg,(4)IEEE802. llg目前,IEEE推出最新版本IEEE802. llg认证标准，该标准提出拥有IEEE802. Ua地传输速率，安全性较IEEE802. lib好，采用2种调制方式，含802. 11a中采用地OFDM与IEEE802. lib中釆用地CCK,做到与802. 11a和802. Ub 兼容，虽然802. 11a较适用于企业，但WLAN运营商为了兼顾现有802. Ub设备投资，选用802. llg地可能性极大，(5)IEEE802. lli IEEE802. lli标准是结合IEEE802. lx中地用户端口身份验证和设备验证，对WLANMAC层进行修改与整合，定义了严格地加密格式和鉴权机制，以改善WLAN 地安全性，IEEE802. lli新修订标准主要包括两项内容："Wi-Fi保护访问"(Wi-FiProtectedAccess： WPA)技术和"强健安全网络"(RS\), Wi-Fi联盟计划采用802. lli标准作为WPA地第二个版本，并于2004年初开始实行，IEEE802. lli标准在WLAN网络建设中地是相当重要地，数据地安全性是WLAN 设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑地头等工作，(6)IEEE802. lle/f/h IEEE802. lie标准对WLANMAC层协议提出改进,以支持多媒体传输，以支持所有WLAN无线广播接口地服务质量保证QOS机制，IEEE802. Ilf, 定义访问节点之间地通讯，支持IEEE802. 11地接入点互操作协议(IAPP),IEEE802. llh用于802. 11a地频谱管理技术，2. 2HIPERLAN欧洲电信标准化协会(ETSI)地宽带无线电接入网络(BRAN)小组着手制定Hiper(HighPerformanceRadio)接入泛欧标准，已推出HiperLANl 和HiperLAN2, HIPERLAN1推出时，数据速率较低，没有被人们重视，在2000 年，HIPERLAN2标准制定完成，HIPERLAN2标准地最高数据速率能达到54Mbit/s,HIPERLAN2标准详细定义了WLAN地检测功能和转换信令，用以支持许多无线网络,支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率控制等，该标准在WLAN性能、安全性、服务质量QOS等方面也给出了一些定义,HiperLANl 对应1EEE802. lib, HiperLAN2 与1EEE082. 11a 具有相同地物理层，他们可以采用相同地部件,并且,HiperLAN2强调与3G整合,HIPERLAN2标准也是U前较完善地WLAN协议,2. 3HomeRF HomeRF丄作组是山美国家用射频委员会领导于1997年成立地，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性地话音和数据通信网,2001年8月推出HomeRF2. 0版,集成了语音和数据传送技术，丄作频段在10GHz,数据传输速率达到10Mbps,在WLAN地安全性方面主要考虑访问控制和加密技术,HomeRF是针对现有无线通信标准地综合和改进：当进行数据通信时, 采用IEEE802. 11规范中地TCP/IP传输协议；进行语音通信时，则釆用数字增强型无绳通信标准，除了IEEE802. 11委员会、欧洲电信标准化协会和美国家用射频委员会之外，无线局域网联盟WLANA (WirelessLANAssociation)在WLAN地技术支持和实施方面也做了大量工作,WLANA是III无线局域网厂商建立地非营利性组织，由3Com、Aironet、Cisco、Intersils Lucent、Nokia> Symbol 和中兴通讯等厂商组成，其主要工作验证不同厂商地同类产品地兼容性，并对WLAN产品地用户进行培训等,2.4中国WLAN规范中华人民共和国国家信息产业部正在制订WLAN 地行业配套标准,包括：《公众无线局域网总体技术要求》和《公众无线局域网设备测试规范》，该标准涉及地技术体制包括IEEE802. 11X系列(IEEE802. 11 > 802. lla>IEEE802. llb、IEEE802. llg、IEEE802. llh、IEEE802. lli)和HIPERLAN2, 信息产业部通信计量中心承担了相关标准地制订工作，并联合设备制造商和国内运营商进行了大量地实验工作，同时，信息产业部通信计量中心和中兴通讯股份有限公司等联合建成了WLAN地实验平台，对WLAN系统设备地各项性能指标、兼容性和安全可靠性等方面进行全方位地测评，此外，山信息产业部科技公司批准成立地"中国宽带无线IP标准工作组(www. chinabwips. org)"在移动无线IP 接入、IP地移动性、移动IP地安全性、移动IP业务等方面进行标准化工作,2003 年5月，国家首批颁布了山〃中国宽带无线IP标准工作组"负责起草地WLAN两项国家标准：《信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求笫11部分：无线局域网媒体访问(MAC)和物理(PHY)层规范》、《信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求笫11部分：无线局域网媒体访问(MAC)和物理(PHY)层规范：2.4GHz频段较高速物理层扩展规范》，这两项国家标准所采用地依据是IS0/IEC8802. 11和ISO/IEC8802. lib,两项国家标准地发布, 将规范WLAN产品在我国地应用，三、WLAN地组网架构及典型应用U前比较成熟地商业化产品基本上支持IEEE802. lla/b/g标准，基于该标准地WLAN 产品很多，山于IEEE802. 11a标准地工作频段在5. 15-8. 825GHz,而IEEE802. llb/g标准地工作频段在2. 4-2. 4835GHz,所以带来双频地问题，由于IEEE802. llg在拥有IEEE802. Ua速率，安全性能较IEEE802. lib高，并且可以兼容IEEE802.11b,对已经部署WLAN地运营商而言，为了保护投资,其更加倾向于IEEE802. llg,但是现在大多数产品能够兼容IEEE802. lla/b/g标准，3.1 WLAN组网架构WLAN产品从组网佳构地角度来分析,有两种模式，(1)胖AP架构在自治架构中,AP完全部署和端接802. 11功能,其可以作为网络中地一个单独节点，起到交换机或者路山器地作用，(2)瘦AP架构通常乂将其称为“智能天线：，它们地主要功能是接收和发送无线流量，它们会将无线数据帧送回到控制器,然后对这些数据帧进行处理，再接入有线网络，(3)胖AP架构和瘦AP架构地特性比较3.2 WLAN地典型应用（1）数字家庭一般将设备隐蔽安装在客厅吊顶地某个位置，向下覆盖客厅、书房、卧室、 阳台等；主人可随意在居室地任何位置移动上网，享受现在居室地“无限自山'，(2) 无线社区\7,"•・m — 宝外型旷▼Internet左43.^64OA8、Intern#t 》AAA Server fr 应屈題务弟;tp (VODAWEBOID!_——^p-SNMPSeivtr采用室外型大功率设备从居民楼地外部做无线覆盖，对于多层居住楼,一般在楼顶或侧高面架设一台室外型AP即可完全覆盖，也可把设备架设在对面地楼，将天线方向对准本楼，有时效果会更好，对于高层楼，根据具体高度决定安装设备地数量,所有地室外型AP通过小区交换机汇聚后，通过小区出口地宽带设备接入运营商或ISP地宽带网，也可以在以太网汇聚以后，采用室外远距离无线网桥将数据传输到有宽带网络地接入点或汇聚点，（3）移动办公九在夭花拔上tf/En.«4£2—9 乂—9二3然玛—七INTERNET可以采用WLAN室外型大功率设备，从商业楼宁地外部做覆盖，设备一般设置于楼地顶部,对于高层建筑，可以采用支架在楼地侧面和顶部架设2台以上设备以实现整栋楼地覆盖；也可以采用WLAN室内商用型设备，从商业楼宁地内部根据各企业地需求不同做针对性地覆盖，一般多个会议室或办公室可共用一台商用型AP覆盖，（4）无线商旅酒店宾馆等热点¥640 A 室外型AP转网吧W&4 CA远谄网炭W64CA 亠、卄圭什型肿二总办公檢（札网孱4外耳业笛窗理中•心VOD SERVERAAASERVER、賢宽楓据网¥64 CA.皇蚪妙iP "八厂―仆：9 jWG4CA室外鈔P-v*-士¥64 CA.«G4CA严远髓网尿型AP2*分她沟3LAN采用WLAN室内型商用AP W800A,有如下儿种方式，根据现场实际情况采用：◊AP部署在酒店房间天花板上,天花板下吊装圆形吸顶天线，天花板内AP 与吸顶天线以短距离馈线相连,WLAN无线信号在吸顶天线上收发,1个房间配置1套AP和吸顶天线，◊AP部署在房间走廊天花板内，无线信号穿透走廊天花板、房间门或墙壁, 到达房间,用户感觉不到AP地存在，走廊上每隔2-4间房分别布置1个AP,每层地AP数据汇聚到楼层交换机，◊酒店如果有PHS、3G室内天线分布系统，商用AP W800A不配天线,AP射频口通过馈线接到室内天线分布系统合路器上,WLAN无线信号因为频段不同，可以与PHS、3G共用室内分布系统进行覆盖，◊在酒店大堂、咖啡厅等公共场所，商用AP W800A配自带花瓣角稍大地定向天线，进行覆盖，（5）无线校园对于新建立地私立学校、大学分校等，为了解决快速接入网络地问题,可以直 接釆用WLAN 地室外型大功率APW640A 进行室外覆盖；对于已有布线地学校, 为了进一步扩大网络覆盖范圉、实现校园地无缝覆盖、提供更高地带宽等，可以 在现有地基础上采用室内型AP 设备，做现有有线网络地补充覆盖；对于需要快速 互联地建筑物，如图书馆与教案楼、实验室与教案楼、学生宿舍与教书楼等，可以 采用室外无线网桥做互联，方便师生之间地及时交流沟通， 室隔三 V於 网皆信息中怎 xxx±学宽室外型AP ；n 梭园娱乐中心0 瞬网孱室外鈔叮二：妇v-v 111-1—X亠 94"任；窒外型AP佛a 场馆&VOD SERVER田馳远谄岡匪 *毛。

目录WLAN网络的关键技术及构建 (6)摘要： (6)ABSTRACT： (7)1．引言 (8)2．无线局域网概述 (9)2.1无线局域网的发展简介 (9)2.1.1无线局域网的特点： (9)2.1.2 无线局域网的发展趋势 (11)2.2无线局域网的协议标准 (11)2.2.1 无线网络逻辑结构 (11)2.2 .2HiperLAN协议体系 (14)2.2.3蓝牙BT(Blue Tooth)协议体系 (16)3无线局域网的组成原理及构建 (17)3.1无线局域网组成 (17)3.1.1无线局域网的组成结构 (17)3.1.2 分布式系统DS (Distribution System) (18)3.1.3无线局域网的拓扑结构 (19)3.1.4站点连接和漫游过程分析 (22)3.2无线局域网的构建 (23)3.2.1 无线局域网的设备 (23)3.2.2无线局域网的构建 (24)4无线局域网关键技术 (27)4.1传输方式 (27)4.2调制技术 (27)4.2.1直接序列扩频 (27)4.2.2 跳频 (28)4.3传输技术 (29)4.4保密技术 (30)4.4.1 运用扩展服务集标识号(ESSID) (30)4.4.2 MAC地址过滤 (30)4.4.3 数据加密 (31)4.4.4其它安全措施 (31)53G和WLAN (32)5.13G的简介 (32)5.23G和WLAN的区别 (33)5.33G中的WLAN分流技术 (34)5.3.1 移动IP策略 (35)5.3.2网关策略 (35)5.3.3竞争策略 (36)结论： (38)致谢 (39)参考资料： (40)WLAN网络的关键技术及构建摘要：文主要介绍WLAN关键技术及构建，随着3G时代的到来，用户对数据业务需求越来越迫切，WLAN可以很便捷的接入到网络设备，它已经走向校园，提供给我们可移动、便捷的数据业务享受。

可以预见不久的将来WLAN 技术将是我们接入骨干网的主要途径，也是最方便实现可移动及大规模数据业务的服务的主要手段。

无线局域网关键技术之一:波束成形技术今年以来通信运营商竞相提高无线局域网（WLAN）的地位，不仅视其为有线宽带接入的辅助手段,更不吝将其上升到战略高度。

从中国移动的部署来看,似有四架马车GSM，TD-SCDMA, TD-LTE， WLAN齐头并进之趋.于是，提升无线局域网的网络质量和用户体验成为关注焦点。

本文介绍无线局域网关键技术之一＆mdash；—波束成形（Beamforming)，包括基本概念和发展趋势。

背景由来波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合，目的用于定向信号传输或接收.波束成形，并非新名词，其实它是一项经典的传统天线技术。

早在上世纪60年代就有采用天线分集接收的阵列信号处理技术,在电子对抗、相控阵雷达、声纳等通信设备中得到了高度重视。

基于数字波束形成（DBF）的自适应阵列干扰置零技术，能够提高雷达系统的抗干扰能力，是新一代军用雷达必用的关键技术。

定位通信系统通过传声器阵列获取声场信息，使用波束成形和功率谱估计原理，对信号进行处理,确定信号来波方向，从而可对信源进行精确定向。

只不过,由于早年半导体技术还处在微米级，所以它没有在民用通信中发挥到理想的状态.而发展到WLAN阶段，特别是应用在个人通信中，信号传输距离和信道质量以及无线通信的抗干扰问题便成为瓶颈。

支持高吞吐是WLAN技术发展历程的关键.802。

11n主要是结合物理层和MAC层的优化，来充分提高WLAN技术的吞吐.此时，波束成形又有了用武之地.基本原理波束成形,源于自适应天线的一个概念。

接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成,形成所需的理想信号.从天线方向图（pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。

例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图.同样原理也适用用于发射端。

对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图.如果要采用波束成形技术, 前提是必须采用多天线系统。

新的WLAN应用关键技术介绍作为最活跃的通信技术之一的无线局域网技术（WLAN），现在已经可以在企业中实施了，这是一种基于802.11系列标准的技术。

随着商业需求的进一步发展，越来越多的企业要求使用较少的资源来实现较高效率和生产力，IT组织为了达到这个目标，现在正转向这些新出现的技术，试图将这些新技术作为实现该目标的工具。

然而，目前的WLAN解决方案还不能全面解决企业级的可靠性、可扩展性、安全性以及可管理性等方面的问题。

通过全面的考察有线和无线领域现存的问题，下一代系统为IT组织提供了解决当前系统缺陷的解决方案。

根据META Trend的研究：在2003年，校园局域网（LAN）发起者的注意力主要集中于增加网络的可用性，在他们看来，网络可用性的优先级别要高于其它即将浮出水面的应用（例如：V oIP）。

然而，网络智能将把语音、视频和数据集中在一起，从而使得WLAN的配置比较容易。

到2003年底，WLAN标准将集中于双频，而企业将更加依赖于无线技术来降低成本同时提高生产力，到2004年中期，WLAN的安全性标准也将会出台，并且可以实现互操作，而市场的注意力将转为在有线和无线网络上都普遍存在的管理和服务。

新出现的WLAN解决方案基于单一的、能够进行互操作的Wi-Fi标准，成本相对较低，这种解决方案为开发WLAN市场铺平了道路。

尽管第一代的WLAN 产品很重要，但是企业更看重的是未来以及使用这种产品是否能够满足企业级的需求，是否能够解决企业的实际问题。

第一代接入点产品的最大的一个缺陷是：它们无法探测和收集在其周围的射频（RF）环境中出现的信息。

由于各方面的原因，使得这种探测能力显得非常重要。

通过这种能力，使得接入点可以充当宽带无线系统的耳目——利用它，系统可以解释在它周围的RF环境中都发生了什么事情，并且可以指挥接入点做出必要的变化。

由于大量的未授权频率的出现会导致无线信号相互干扰的增多，所以，ITOs必须提高他们查看和控制RF域的能力，从而减轻相互干扰并保证最优的网络连接和性能。

无线局域网关键技术在当今数字化的时代，无线局域网（WLAN）已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。

无论是在家中、办公室还是公共场所，我们都依赖无线局域网来实现便捷的网络连接和数据传输。

那么，支撑无线局域网正常运行的关键技术有哪些呢？首先，我们来谈谈无线频段的选择。

无线局域网通常工作在 24GHz 和 5GHz 这两个频段。

24GHz 频段具有较好的穿透能力，能够穿过墙壁等障碍物，但由于使用较为广泛，可能会面临较多的干扰。

而 5GHz 频段则相对较为纯净，干扰较少，能够提供更高的数据传输速率，但它的穿透能力相对较弱。

在无线局域网中，调制解调技术也起着至关重要的作用。

常见的调制方式如正交频分复用（OFDM），它将高速的数据流分解为多个低速的子数据流，并分别调制到不同的子载波上进行传输。

这种方式不仅提高了频谱利用率，还增强了抗干扰能力。

无线局域网的安全性是不容忽视的一个方面。

WEP（有线等效保密）、WPA（WiFi 保护访问）和 WPA2 等加密技术为网络提供了不同程度的安全保障。

WPA2 是目前较为常用的加密方式，它采用了更强大的加密算法，有效地防止了未经授权的访问和数据窃取。

MAC 协议（媒体访问控制协议）决定了设备如何访问无线介质。

CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）是无线局域网中常用的MAC 协议。

设备在发送数据之前会先侦听信道，如果信道空闲，则等待一个随机的时间后发送，以避免冲突的发生。

天线技术也是无线局域网的关键之一。

全向天线能够在各个方向上均匀地发送和接收信号，适用于覆盖范围较广但对方向性要求不高的场景。

定向天线则将信号集中在特定的方向上，能够实现更远距离的传输和更精准的覆盖。

多输入多输出（MIMO）技术是近年来无线局域网中的一项重要突破。

通过在发送端和接收端使用多个天线，MIMO 技术可以同时传输多个数据流，从而大大提高了系统的容量和数据传输速率。

此外，漫游技术使得我们在移动过程中能够保持网络连接的连续性。