WLAN及WiMAX介紹打印稿_蔡文銳-2010.9.27

1、2廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院2n 無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。它利用射頻（RF）技術，取代舊式的雙絞線構成局域網絡，提供傳統(tǒng)有線局域網的所有功能。無線網絡所需的基礎設施不需再埋在地下或隱藏在墻里，并且可以隨需移動或變化。n WLAN已經成為寬帶接入的有效手段之一，使用WLAN的區(qū)域及其承載的業(yè)務愈來愈多。為了更好地構建理想中的無線網絡，我們需要了解無線網絡的技術體系、熟悉構建無線網絡的設備的功能。引入引入3廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院3n WLAN基礎知識基礎知識n 802.11協(xié)議簡析協(xié)議簡析n WLAN設備設備n WLAN組網組網目錄目錄44

2、廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線技術演進無線技術演進55廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線技術演進無線技術演進nWLANnMESHnMbpsn1n10n100n0.1n室外n固定接入n步行n高速n室內n固定/桌面n步行n移動性n3Gn802.11a/gn nLANn802.11bnBluetoothnDECTn2.5GnWiMAXnxDSLnCablen3.5GnLMDS66廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院6n 為什么要使用為什么要使用WLAN網絡網絡n 什么是什么是WLANn WLAN技術的發(fā)展進程技術的發(fā)展進程WLAN基礎知識基礎知識77廣東郵電職業(yè)技術學院廣

3、東郵電職業(yè)技術學院無線局域網 (Wireless Local Area Network)是以射頻無線電波通信技術構建的局域網，雖不采用纜線，但也能提供傳統(tǒng)有線局域網的所有功能。無線數據通信不僅可以作為有線數據通信的補充及延伸，而且還可以與有線網絡環(huán)境互為備份。這種無線建網與高速網絡接入技術近幾年來受到廣泛的關注并發(fā)展為網絡技術市場上一個耀眼的亮點。 什么是無線局域網（WLAN）技術？88廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院 所謂 Wi-Fi，其實就是 IEEE 802.11b的別稱，是由一個名為“無線以太網相容聯(lián)盟”（Wireless Ethernet Compatibility Alli

4、ance, WECA）的組織所發(fā)布的業(yè)界術語，中文譯為“無線相容認證”。它是一種無線傳輸技術。是在1997年6月由大量的局域網以及計算機專家審定通過的標準，該標準定義物理層和媒體訪問控制(MAC)規(guī)范。物理層定義了數據傳輸的信號特征和調制，定義了兩個RF傳輸方法和一個紅外線傳輸方法。隨著技術的發(fā)展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等標準的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE 802.11 這個標準已被統(tǒng)稱作Wi-Fi，從而保證了各個廠家產品的兼容性。從應用層面來說，要使用Wi-Fi，用戶首先要有 Wi-Fi 兼容的用戶端裝置。WI-FI是什么？99廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院

5、l IrDAl BlueToothl 802.11l 802.11bl 802.11al 802.11gl 802.11n幾種主要的幾種主要的WLAN技術技術1010廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11協(xié)議的發(fā)展進程協(xié)議的發(fā)展進程802.11802.11b802.11a802.11g標準發(fā)布時間標準發(fā)布時間July 1997Sept 1999Sept 1999June 2003合法頻寬合法頻寬83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz頻率范圍頻率范圍 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz2

6、.400-2.483GHz非重疊信道非重疊信道 33123調制技術調制技術FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理發(fā)送速率物理發(fā)送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 541,2,5.5,6, 9,11, 12, 18,24, 36, 48, 54無線覆蓋范圍無線覆蓋范圍N/A100M50M100M理論上的最大理論上的最大UDP吞吐吞吐量量 (1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps30.9 Mbps30.9 Mbps理論上的理論上的TCP/IP吞吐量吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps

7、24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性兼容性N/A與11g產品可互通與11b/g不能互通與11b產品可互通1111廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無需授權使用的無線頻率無需授權使用的無線頻率(ISM)l902MHz26MHz BWCrowdedWorldwide limitedl2.4GHz83.5MHz BWAvailable worldwideIEEE802.11 WLANsl5.1GHz300MHz BWdiscontinuousDeveloping902928North & South America902MHz2400250024802440Americas, most

8、of Europe, ChinaFranceSpainJapan2.4GHz*Frequency Allocations are pendingU-NII: Unlicensed National Information Infrastructure510052005300540055005600570058005900U-NIIEuropeHiperLAN1U-NIIEuropeHiperLAN2*Japan*5.1GHz1212廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11b/g工作頻段劃分圖工作頻段劃分圖2.4122.4172.4222.4322.4422.4522.4622.47

9、22.4842.4272.4372.4472.4572.46723451789106111213141313廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院蜂窩式無線覆蓋蜂窩式無線覆蓋l 任意相鄰區(qū)域使用無頻率交叉的頻道，如：1、6、11頻道 ；l 適當調整發(fā)射功率，避免跨區(qū)域同頻干擾；l 蜂窩式無線覆蓋實現(xiàn)無交叉頻率重復使用。1414廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院11n的頻寬模式的頻寬模式l 兩種頻寬模式兩種頻寬模式802.11n同時定義了2.4GHz頻段和5GHz頻段的WLAN標準，與11a/b/g只用20MHz帶寬不同的是11n定義了兩種頻帶寬度：HT20（20MHz帶寬）和HT40（

10、40MHz帶寬），在HT40模式下可以獲得HT20模式兩倍以上的吞吐量。20MHz: 滿足兼容性40MHZ: 滿足高性能需求l 40MHz 頻寬頻寬High Throughput (HT) 信道，提供兩倍于20MHz頻寬模式的帶寬兩個20MHz信道被捆綁，一個是主，一個是輔主信道: 發(fā)送beacon報文和部分數據報文輔信道: 發(fā)送其它報文l 40MHz 頻寬模式基本不建議在頻寬模式基本不建議在2.4GHz使用使用在2.4GHz沒有互不干擾的40MHz信道1515廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院40MHz頻寬模式頻寬模式40MHz頻寬雖然可以獲得更多的頻譜利用率，但是對于2.4GHz頻段

11、僅有的100MHz頻譜資源來說卻顯得有些尷尬，因為一個40MHz的信道帶寬實際需要占據60MHz的頻譜寬度，足以吃掉它所有的資源。然而5.8GHz頻段具有豐富的頻譜資源，可以承受2個以上40MHz的信道，而且使用了MIMO技術還令這個頻點的覆蓋效果比原來要好上不少，所以想要獲得高吞吐量，建議使用5GHz的11n進行部署。然而這樣，我們還要注意老用戶，因為他們的11a網卡遠沒有11g的多，所以40MHz更適合于新建11n網絡。1616廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院16其他其他WLAN相關組織和標準相關組織和標準lWi-Fi聯(lián)盟成立于1999年的Wi-Fi聯(lián)盟是一個非牟利國際協(xié)會，旨在認

12、證基于IEEE 802.11規(guī)格的無線局域網產品的互操作性和推動wireless新標準的制定目前已知的相關標準 WPA：802.11i的子集，支持802.1x認證以及TKIP加密算法 WPA2： 802.11i WMM：802.11e的子集，支持EDCA方式lCAPWAPIETF目前有關于無線交換機和FIT AP間控制和管理標準化的工作組比較重要的標準 Architecture Taxonomy for CAPWAP (RFC 4118) LWAPP (最新的草案更名為CAPWAP specification)lWAPI中國無線網絡產品國標中安全機制 的標準，包括無線局域網鑒別（WAI）和保密

13、基礎結構（WPI）兩部分。1717廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院WLAN產品對人體的電磁輻射是安全的產品對人體的電磁輻射是安全的l 很多的研究已經證明，WLAN產品可以在家庭及商業(yè)中使用，對人體來說是安全。l 典型的WLAN產品，如AP（Access Point，接入點），輸出功率為100mw，對于網卡來說，通常只有10mw至50mw。相比較來說，手機的發(fā)射功率在通話時可以超過1W，而無線對講機甚至可以達到5 W。l 政府有相關的法令對發(fā)射功率進行嚴格的限制，因此通過政府相關部門認證過的無線設備對人體是無害的。18廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院18n WLAN基礎知識基礎知

14、識n 802.11協(xié)議簡析協(xié)議簡析n WLAN設備設備n WLAN組網組網目錄目錄1919廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院IEEE 802.11無線局域網工作組無線局域網工作組 PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11e QoS802.11i 安全增強安全增強802.11n(300 Mbps)802.11f 漫游和切換漫游和切換802.11h 動態(tài)調整動態(tài)調整802.11s mesh2020廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技

15、術學院802.11MAC層工作原理層工作原理 概述概述l 802.11MAC層負責客戶端與層負責客戶端與AP之間的通訊。之間的通訊。 主要功能包括：掃描、接入、認證、加密、漫游和同步。l 802.11MAC 報文分類：報文分類：數據幀數據幀 用戶的數據報文控制幀控制幀 協(xié)助發(fā)送數據幀的控制報文，例如：RTS、CTS、ACK等管理幀管理幀 負責STA和AP之間的能力級的交互，認證、關聯(lián)等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等2121廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11 MAC層工作原理層工作原理 用戶接入管理過程用戶接入管

16、理過程STAAP Discovery選擇AP(采用偵聽Beacon幀或發(fā)送Probe幀)Authentication認證Association關聯(lián)和建立Association關系的AP收發(fā)數據12342222廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11MAC層工作原理層工作原理 Scanningl 802.11MAC 使用使用Scanning功能來完成功能來完成Discovery尋找和加入一個網絡當STA漫游時尋找一個新的AP 通過偵聽AP定期發(fā)送的Beacon幀來發(fā)現(xiàn)網絡。 在每個信道上發(fā)送Probe request報文，從Probe response中獲取BSS的基本信息。2323

17、廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11MAC層工作原理層工作原理 AssociationSTAAPAssociation request (SSID)Association ResponseSTANew AP數 據Old AP檢測到New AP信號強association請求(SSID)association應答Association過程過程Deassociation過程過程12Dissociation2424廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院24802.11i協(xié)議協(xié)議 802.1x認證接入過程認證接入過程 STAAPOpen-system AuthenticationAs

18、sociationEAPOL startEAPOL-Request/User IdentityEAPOL-Response/User Identity服務器證書/公鑰STA證書/用公鑰加密的Master Key認證成功4次握手Key協(xié)商加密數據報文Radius ServerUser Identity服務器證書/公鑰STA證書/用公鑰加密的Master Key認證成功/PMK驗證服務器證書用公鑰加密Master Key生成PMK驗證STA證書用私鑰解密Master Key生成PMKPMK一致性檢查生成其他KeyPMK一致性檢查生成其他Key基于EAPTLS的802.1x認證過程123458912

19、71011613142525廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院什么是漫游什么是漫游lSTA可以在屬于同一個SSID的AP接入點接入；lSTA可以在Wireless網絡中任意移動；l保證已有的業(yè)務不中斷，用戶的標識（IP地址）不改變。STAAPAP移動ESS26廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院26n WLAN基礎知識基礎知識n 802.11協(xié)議簡析協(xié)議簡析n WLAN設備設備n WLAN組網組網目錄目錄2727廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院27n 什么是什么是FAT（胖）（胖） APn 什么是無線網橋什么是無線網橋n 什么是無線交換機和什么是無線交換機和FIT（瘦）（瘦）

20、 APn 天線工作原理及參數介紹天線工作原理及參數介紹 WLAN設備設備2828廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院FAT AP設備的典型組網設備的典型組網l 企業(yè)網絡的組網模式：AP1APnSTAsl 家庭或soho網絡的組網模式：APADSL ModemWAN以太交換機以太交換機PCSTAs企業(yè)核心網企業(yè)核心網2929廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院FAT AP組網的局限性組網的局限性l FAT AP組網更適合在家庭和中小型網絡中使用，無法滿足大組網更適合在家庭和中小型網絡中使用，無法滿足大型的無線企業(yè)網絡的需求，這是由于型的無線企業(yè)網絡的需求，這是由于FAT AP自身的特點所

21、決自身的特點所決定的。當需要組建大型無線網絡或需要更多的增值服務時：定的。當需要組建大型無線網絡或需要更多的增值服務時：3030廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11 a/b/g天線加密網管、三層漫游, 安全802.1x認證,802.11e QOSAP點監(jiān)測點監(jiān)測用戶防火墻用戶防火墻網絡自愈網絡自愈RF 管理管理無線欺騙防護無線欺騙防護802.11a/b/g網管、二層漫游, 安全802.1x認證,802.11e QOS天線加密FAT APFIT AP無線交換機和無線交換機和FIT AP的功能的功能更易管理的無線解決方案 3131廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線交換機無

22、線交換機+Fit AP系統(tǒng)構成特點系統(tǒng)構成特點l 主要由無線交換機和Fit AP在有線網的基礎上構成的。l AP零配置，硬件主要由CPU內存RF構成，配置和軟件都要從無線交換機上下載。所有AP和無線客戶端的管理都在無線交換機上完成。l AP和無線交換機之間的流量被私有協(xié)議加密；無線客戶端的MAC只出現(xiàn)在無線交換機端口，而不會出現(xiàn)在AP的端口。l 可以在任何現(xiàn)有的二層或三層 LAN 拓撲上部署通用無線解決方案，而無需重新配置主干或硬件。無線交換機以及管理型接入點AP可以位于網絡中的任何位置。在復雜的網絡中，在復雜的網絡中，F(xiàn)it AP如何得知無線交換機的位置？如何得知無線交換機的位置？3232廣

23、東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院AP直連或通過二層網絡連接時的注冊流程直連或通過二層網絡連接時的注冊流程AP從無線交換機下載最新軟件版本、配置4.AP開始正常工作和無線交換機交換用戶數據報文無線交換機無線交換機APDHCP Server1、獲取IP地址2、發(fā)送二層廣播發(fā)現(xiàn)請求4、版本、配置下載3、無線交換機發(fā)現(xiàn)響應5、用戶數據傳遞 AP通過DHCP server獲取IP地址 AP發(fā)出二層廣播的發(fā)現(xiàn)請求報文試圖聯(lián)系一個無線交換機 接收到發(fā)現(xiàn)請求報文的無線交換機會檢查該AP是否有接入本機的權限，如果有則回應發(fā)現(xiàn)響應APAP與與無線交換機直連或通過二層網絡連接：無線交換機直連或通過二層網絡連接

24、：3333廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院AP通過三層網絡連接時的注冊流程通過三層網絡連接時的注冊流程_option 43方式方式APDHCPServer無線交換機無線交換機1、獲取IP地址、option 43屬性4、版本、配置下載5、用戶數據傳遞 AP會從option 43屬性中獲取無線交換機的IP地址，然后向無線控制器發(fā)送單播發(fā)現(xiàn)請求。2、無線交換機發(fā)現(xiàn)請求3、無線交換機發(fā)現(xiàn)響應 AP通過DHCP server獲取IP地址、option 43屬性(攜帶無線交換機的IP地址信息) 接收到發(fā)現(xiàn)請求報文的無線交換機會檢查該AP是否有接入本機的權限，如果有則回應發(fā)現(xiàn)響應。AP從無線交換機下

25、載最新軟件版本、配置AP與無線交換機通過三層網絡連接：與無線交換機通過三層網絡連接：AP開始正常工作和無線交換機交換用戶數據報文3434廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院AP通過三層網絡連接時的注冊流程通過三層網絡連接時的注冊流程_DNS方式方式APDHCPServer無線交換機無線交換機1、獲取IP地址、DNS Server地址、域名2、二層廣播發(fā)現(xiàn)請求6、版本、配置下載7、用戶數據傳遞AP在多次嘗試發(fā)現(xiàn)請求無回應的情況下：AP會從DNS server獲取xxx.xxxx.xxx的IP地址，該IP地址即為無線交換機的IP地址，其中xxxx.xxx是從DHCP server學習到的域名。

26、長時間無響應DNS Server3、獲取無線交換機的IP地址4、無線交換機發(fā)現(xiàn)請求5、無線交換機發(fā)現(xiàn)響應AP發(fā)出二層廣播的發(fā)現(xiàn)請求報文試圖聯(lián)系一個無線交換機AP通過DHCP server獲取IP地址、DNS server地址、域名接收到發(fā)現(xiàn)請求報文的無線交換機會檢查該AP是否有接入本機的權限，如果有則回應發(fā)現(xiàn)響應。AP從無線交換機下載最新軟件版本、配置AP開始正常工作和無線交換機交換用戶數據報文AP與無線交換機通過三層網絡連接：與無線交換機通過三層網絡連接：AP向無線控制器發(fā)送單播發(fā)現(xiàn)請求。3535廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線交換機的數據轉發(fā)原理無線交換機的數據轉發(fā)原理STAS

27、erverVLAN 1IP:1.0.0.1無線交換機無線交換機Fit AP隧道口隧道口隧道口隧道口IP:3.0.0.1l 無線交換機和無線交換機和AP間數據轉發(fā)的核心思想間數據轉發(fā)的核心思想 在無線交換機和AP之間建立IPinIP隧道，無線交換機將這些隧道看做虛擬物理端口； 無線客戶端STA的任何數據報文都將由AP通過IPinIP隧道交給無線交換機，由無線交換機統(tǒng)一轉發(fā)； 無線交換機從IPinIP隧道接收到用戶的數據后先解隧道封裝，然后做數據交換，如果出接口為隧道則對數據報文再次加上隧道封裝，直到交換到最遠端。核心交換機核心交換機接入交換機接入交換機Fit AP隧道口隧道口STAVLAN 2I

28、P:2.0.0.1VLAN 1IP:1.0.0.23636廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院“胖、瘦胖、瘦”AP性能比較性能比較FAT AP方案方案FIT AP方案方案技術模式技術模式傳統(tǒng)主流新生方式，增強管理安全性安全性傳統(tǒng)加密、認證方式，普通安全性增加射頻環(huán)境監(jiān)控，基于用戶位置安全策略，高安全性網絡管理網絡管理對每AP下發(fā)配置文件無線交換機上配置好文件，AP本身零配置，維護簡單用戶管理用戶管理類似有線，根據AP接入的有線端口區(qū)分權限無線專門虛擬專用組方式，根據用戶名區(qū)分權限，使用靈活WLAN組網規(guī)模組網規(guī)模（Layer）L2漫游，適合小規(guī)模組網L2、L3漫游，拓撲無關性，適合大規(guī)模組

29、網增值業(yè)務能力增值業(yè)務能力實現(xiàn)簡單數據接入可擴展語音等豐富業(yè)務3737廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11無線網橋無線網橋l 無線網橋是一種采用無線技術進行網絡互連的特殊功能的AP。l 無線網橋根據傳輸距離的不同可分為工作組網橋和長距專業(yè)網橋。l 為了防止信號大幅度衰減，網橋組網時兩個網橋之間通常不能有障礙物的阻擋。l 以室外作為主要應用環(huán)境的無線網橋一般在設計時都會考慮適應一些惡劣的應用環(huán)境。3838廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11無線網橋無線網橋視距問題視距問題l 視距問題視距問題 點對點無線網傳輸必須保證兩點可視。造成不可視的原因包括地球曲率、地理特征

30、如山脈、建筑物和樹木等。遠距離通信時，還必須考慮地球曲率的影響，當兩人相距9km時，將不能相視，無線信號也無法傳輸3939廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院802.11無線網橋無線網橋Fresnel效應效應l Fresnel效應效應 Fresnel區(qū)是指在視距的路徑中形成的一個橢圓區(qū)域。它隨著可視距離和信號頻率的改變而改變。在Fresnel區(qū)中的任何障礙物都有可能影響網絡的通信，最好給予清除，60%的Fresnel區(qū)被視為有效的。一般可以根據經驗值確定Fresnel區(qū)的范圍。l 解決視距問題和Fresnel區(qū)問題可以通過以下辦法：（1）選擇高性能天線，可以解決“部分不可視”問題；（2）提

31、升天線的高度；（3）清除Fresnel區(qū)內的障礙物，如砍掉樹木；（4）選擇一臺良好的中繼設備。4040廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院主要無線技術指標主要無線技術指標l 無線電工作頻率(Hz)l 發(fā)射天線增益(dBi)l 天線極化方向l 波束寬度l 天線方向圖4141廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院功率計算單位功率計算單位: dB, dBm, dBwl dB是用來衡量被測量功率與某一基準功率的比值。l 計算公式：被測量功率（dB）= 10lg（測量功率 / 基準功率）被測量功率（dB）的數值等于被測量功率與基準功率的比值取以10為底的對數，再乘以10。當基準功率取為1mw時，此

32、dB值以dBm表示；當基準功率取為1w時，此dB值以dBw表示。4242廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院天線的工作頻率天線的工作頻率 天線的工作頻率范圍：天線的工作頻率范圍： 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍內工作的，通常，工作在中心頻率時天線所能輸送的功率最大，偏離中心頻率時它所輸送的功率都將減小。4343廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院天線的方向性天線的方向性 全向天線全向天線 發(fā)射天線的基本功能之一是把從APAP取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。 水平面上各向能量輻射相等的天線稱為全向天線。水平面上各向能量輻射相

33、等的天線稱為全向天線。圖 c 水平面方向圖圖b 垂直面方向圖各向同性點狀天線能量輻射形狀全向天線能量輻射形狀圖a 天線能量輻射形狀圖4444廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院天線的方向性天線的方向性 定向天線定向天線 水平面上各向能量輻射不等的天線稱為定向天線。水平面上各向能量輻射不等的天線稱為定向天線。全向陣全向陣 （垂直陣列（垂直陣列 不帶平面反射板）不帶平面反射板）扇形區(qū)覆蓋扇形區(qū)覆蓋 （垂直陣列（垂直陣列 帶平面反射板）帶平面反射板）平面反射板平面反射板4545廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院天線增益天線增益10dBm20dBm13dBm一個各向同性的天線在所有方向一個各

34、向同性的天線在所有方向具有相同的輻射能量具有相同的輻射能量一個具有一定增益的天線只在一個具有一定增益的天線只在某個特定方向才具有輻射能量某個特定方向才具有輻射能量一個一個3dBi增益的天線，輻射增益的天線，輻射能量的范圍在能量的范圍在50% 的空間的空間點狀天線4646廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院天線的極化天線的極化垂直極化垂直極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂

35、直極為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化化是最常用的；水平極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。也是要被用到的。 水平極化水平極化EE4747廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院波束寬度波束寬度 60峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點3dB 波束寬度波束寬度15峰值峰值 - 3dB點點 - 3dB點點旁瓣旁瓣主瓣主瓣4848廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線傳輸的干擾因素無線傳輸的干擾因素 多徑干擾多徑干擾DirectSignalReflectedSignalsPC CardAccess Point (AP)4949廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學

36、院無線傳輸的干擾因素無線傳輸的干擾因素 障礙物障礙物功率在穿過障礙物后衰減墻，門，等等。墻，門，等等。5050廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院信號穿透損耗估測信號穿透損耗估測障礙物障礙物衰減程度衰減程度舉例舉例開闊地無自助餐廳、庭院木制品少內墻、辦公室隔斷、門、地板石膏少內墻（新的石膏比老的石膏對無線信號的影響大）合成材料少辦公室隔斷煤渣磚塊少內墻、外墻石棉少天花板玻璃少沒有色彩的窗戶玻璃中的金屬網中等門、隔斷金屬色彩的玻璃少帶有色彩的窗戶人的身體中等大群的人水中等潮濕的木頭、玻璃缸、有機體磚塊中等內墻、外墻、地面大理石中等內墻、外墻、地面陶瓷制品高陶瓷瓦片、天花板、地面紙高一卷或者一

37、堆紙混凝土高地面、外墻、承重梁防彈玻璃高安全棚鍍銀非常高鏡子金屬非常高辦公桌、辦公隔斷、混凝土、電梯、文件柜、通風設備5151廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線傳輸的干擾因素無線傳輸的干擾因素 電磁干擾電磁干擾l 2.4GHz為ISM頻段，不需授權即可使用。l 同一區(qū)域內AP之間的互相干擾。l 其他工業(yè)設備的干擾 微波爐 雙向尋呼系統(tǒng)藍牙無繩電話 等等5252廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院WLAN設備的實際工作性能設備的實際工作性能 吞吐率吞吐率l802.11g標準描述的速率為標準描述的速率為54 Mbps，此為物理層傳輸速率。實際可獲得，此為物理層傳輸速率。實際可獲得的速

38、率為一半的速率為一半 (20-24Mbps max) 其他用于協(xié)議封裝或沖突避免開銷l干擾實際吞吐率的因素干擾實際吞吐率的因素不穩(wěn)定是無線通訊的本性無線環(huán)境不停的保持變化物理建筑的構成AP的位置共享介質：用戶數 數據量 5353廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院WLAN設備的實際工作性能設備的實際工作性能 覆蓋距離覆蓋距離l輸出功率為100mW的802.11b/g產品覆蓋距離理論值: 100ml而在實際中，覆蓋距離更依賴于實際環(huán)境。l影響覆蓋范圍的因素 建筑結構 電磁設備 在一般辦公室大樓內，覆蓋距離為15-30m。5454廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院n WLAN基礎知識基礎

39、知識n 802.11協(xié)議族協(xié)議族n WLAN設備設備n WLAN組網組網目錄目錄5555廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院55n 熱點覆蓋熱點覆蓋n 承載承載Wi-Fi語音和移動數據業(yè)務語音和移動數據業(yè)務n 辦公地點無線互連辦公地點無線互連 WLAN的典型部署案例的典型部署案例5656廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院核心機房核心機房會議廳會議廳餐廳、茶座餐廳、茶座大廳、服務臺大廳、服務臺S3600-PWRS7500客戶端熱點覆蓋熱點覆蓋客戶端客戶端S3600-PWRS3600-PWR無線交換機5757廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院增值業(yè)務增值業(yè)務電子病歷服務器群S950

40、0S3600-PWRS3600-PWRS3600-PWRFIT AP核心機房核心機房手持PDA住院樓住院樓1住院樓住院樓2住院樓住院樓3WiFi電話WiFi電話無線交換機網管Radius語音網關語音服務器5858廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院辦公地點無線互連辦公地點無線互連 企業(yè)總部網絡企業(yè)分支網絡1企業(yè)分支網絡2無線網橋無線網橋無線網橋5959廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院無線控制器無線控制器B匯聚交換機匯聚交換機PPPoE或Portal認證城域網核心路由器城域網核心路由器無線控制器無線控制器AADSL貓貓DSLAM匯聚交換機匯聚交換機城域網城域網兩臺控制器可互為備份無線

41、交換機無線交換機+FIT AP運營商典型組網運營商典型組網PPPoE或Portal認證BAS-2隧道報文數據報文l認證、計費平臺認證、計費平臺BAS-1接入交換機接入交換機接入交換機接入交換機Fit APFit AP城域網核心路由器城域網核心路由器6060廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院 首先介紹了無線網絡的發(fā)展史；然后對首先介紹了無線網絡的發(fā)展史；然后對802.11無無線網絡的接入過程以及安全、線網絡的接入過程以及安全、QoS進行了著重描述；進行了著重描述；隨后對隨后對WLAN設備特性進行說明，并詳細闡述了天線設備特性進行說明，并詳細闡述了天線的原理和使用方法；最后給出了典型的無線應

42、用環(huán)境的原理和使用方法；最后給出了典型的無線應用環(huán)境及相應的組網方式和相應無線設備。及相應的組網方式和相應無線設備?？偨Y總結62廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院62基本概念組網方案與典型應用應用建議技術特點63廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院63WiMAX：WiMAX全稱是World Interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互通技術 是IEEE 802.16 系列標準的統(tǒng)稱，是一項基于IEEE 802.16 標準的新的寬帶無線接入城域網技術。最大傳輸距離為50 km，遠遠大于無線局域網200m 左右的覆蓋范圍接入速率最高可達12

43、0Mbit/s，超過IEEE 802.11a 所規(guī)定的接入速率54Mbit/s。64廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院64傳輸距離遠接入速度高建設成本低兼容程度高系統(tǒng)容量大業(yè)務范圍廣QoS 機制完善65廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院652004200520062007 20082009后 3GPP3GPP2WiMAX66廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院66IEEE 802.15* BluetoothWANMANLANPANETSI HiperPAN*IEEE 802.11*WirelessLANETSI HiperLAN*IEEE 802.16* WirelessMAN

44、ETSI HiperMAN* & HIPERACCESS*IEEE 802.20*(proposed)3GPP, EDGE (GSM)IEEE 802.21IEEE 802.16e*67廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院67WiMAX論壇成立于2001年4月，由電信和計算機產業(yè)界的主導企業(yè)發(fā)起，旨在建立一個共同的平臺，并在全球市場部署基于IP的寬帶無線服務。WiMAX論壇，基于IEEE802.16系列標準和ETSI Hyperman相關標準，進行設備一致性和互操作性的認證論壇目標積極地市場化WiMAX技術協(xié)調WiMAX標準的全球化全球通用的頻譜分配策略保障設備符合產業(yè)界的需求搭建WiMA

45、X生態(tài)系統(tǒng)的網絡架構定義并規(guī)劃能充分發(fā)揮WiMAX系統(tǒng)優(yōu)勢的服務68廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院68WiMAX（微波存取全球互通- Worldwide Interoperability for Microwave Access ）制定一套基于IEEE802.16標準的測試規(guī)范和認證體系 對基于IEEE802.16標準和ETSI HiperMAN標準的寬帶無線接入產品進行一致性和互操作性認證對不同廠商的產品進行認證，促使具有良好的兼容性和互操作性推動802.16產品的應用2006E2007E2008E2009E+2005固定（802.16d） 認證 室內測試 外場試驗 應用移動（80

46、2.16e） 認證 室內測試 外場試驗 應用802.16e產品目前正在認證中.69廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院69美國 在話音服務方面，WiMAX 技術成為除傳統(tǒng)的銅線和IP 電話之外的重要選擇 Sprint 和AT&T 都非?？春肳iMAX亞洲 Airspan 與日本電信運營商Yozan 簽署了一項價值1700 萬美元的合約， 共同在日本東京部署WiMAX 網絡，2006 年底，日本已發(fā)出3 張802.16e 牌照 韓國已經將WiBro 的許可證分別發(fā)給運營商KT 和SKT，并于2006 年6 月正式商用，移動寬帶業(yè)務WiBro 與802.16 標準相兼容歐洲 英國電信加入WiM

47、AX 論壇后，已著手在蘇格蘭、威爾士、英格蘭和北愛爾蘭地區(qū)進行WiMAX 相關的技術測試 西班牙新興運營商Iberbanda 公司在西班牙的卡斯蒂利亞萊昂省部署了固定的準WiMAX 系統(tǒng)70廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院70國內的標準化進展 中國通信標準化協(xié)會（CCSA）與802.16 工作組建立聯(lián)絡關系，基于802.16d 的一系列行業(yè)標準正在制定階段，基于802.16e 的行業(yè)標準的制定工作也已開始。中國早已進行了WiMAX 可行性測試國內設備商應用進展 中興、華為和上海貝爾，這三家均已與因特爾簽署了聯(lián)盟協(xié)議應用現(xiàn)狀 2004 年6 月9 日，英特爾分別與大連和成都市政府簽署了W

48、iMAX 無線網絡合作諒解備忘錄 2005 年，北京市石景山區(qū)政府與北京艾維通信有限公司、美國ADAPTIX 公司和北京郵電大學簽約，在石景山區(qū)合作建設我國首個“石景山Wi- Plus” 2006年，上海貝爾阿爾卡特獲得了廣東網通WiMAX 網絡大單71廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院71頻譜資源問題 當前分配給WiMAX 的頻率都是3G 以上的頻率，無法滿足市場需求，WiMAX 使用3G 頻率是不可能的WiMAX 組網問題 距離WiMAX 大規(guī)模應用還有相當長的時間業(yè)務模式問題 802.16 系列標準規(guī)定了空中接口、共存性和一致性等問題，對于業(yè)務、用戶認證和計費等在標準上還沒有完全落

49、實成本問題 WiMAX 產品終端（固定）價格仍大致為400500 美元，這比DSL（終端價格為5060 美元）、以太網交換機（每個端口為10 美元左右）高出很多室內覆蓋問題72廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院72WiMAX 與3G、WLAN 融合是大勢所趨WiMAX 的下一步演進目標是IMT- Advanced73廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院73標準與技術特點基本概念組網方案與典型應用研究主要內容中國電信的應用建議74廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院74標準概況空口部分由IEEE制定，2005年12月正式發(fā)布“IEEE 802.16e-2005”，即802.16e標

50、準網絡架構由WiMAX論壇的NWG工作組制定，2007年3月發(fā)布“WiMAX Forum Network Architecture Release 1.0.0”Release 1.5版本增加IMS、MBS、VLAN、LBS和商用VoIP的支持加入全球漫游的需求，進一步完善與其他系統(tǒng)（如3G）的互通已經逐步由一個寬帶接入標準演變?yōu)橐粋€移動通信標準!75廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院75802.16a Fixed Broadband Wireless Standard for 2-11 GHz Non-LOS Systems(Inactive)802.16c System Profile

51、s for 10-66 GHz LOS Systems(Inactive)MembershipTimeIEEE 802.16 Working Group Started802.16 Fixed Broadband Wireless Standard for 10-66 GHz LOS Systems(Inactive)76廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院76標準名稱IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Acces

52、s Systems工作頻段266GHz許可和非許可頻段標準內容支持固定業(yè)務制定211GHz的Detailed system profile補充修訂802.16、802.16a、802.16c目的加快全球范圍內統(tǒng)一標準的、具有互操作性的BWA產品商用化進程提高BWA系統(tǒng)對寬帶有線接入的競爭力促進新的頻譜分配最新版本2004.3.29發(fā)布IEEE P80216-REVd_D4空中接口標準_802.16d77廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院7778廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院78WiMAX 物理層采用正交頻分復用技術，頻譜利用率較高；支持時分雙工（TDD）、頻分雙工（FDD），同

53、時也支持半雙工頻分雙工（HFDD）；可支持移動和固定的情況，移動速度最高可達120 km/h；帶寬劃分靈活，系統(tǒng)的帶寬范圍為1.2520 MHz；使用先進的多天線技術提高系統(tǒng)容量和覆蓋范圍；采用了混合自動重傳（HARQ）、自適應調制編解碼（AMC）和功率控制技術；采用了先進的信道編碼技術增加通信質量，擴大覆蓋范圍79廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院79正交頻分復用（OFDM）正交頻分多址（OFDMA）混合自動請求重傳（HARQ）自適應調制編碼（AMC）自適應天線系統(tǒng)（AAS）多輸入多輸出（MIMO）80廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院8081廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術

54、學院8182廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院82HARQ 技術可以提高系統(tǒng)性能，并可靈活地調整有效編碼速率，還可以補償由于采用鏈路適配所帶來的誤碼。將自動重傳請求協(xié)議與轉發(fā)誤差糾正組合起來，可生成三種混合自動重傳請求機制，包括HARQ- I 型、HARQ- II 型和HARQ- III 型等。83廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院83支持PMP和MESH結構支持ARQ支持多種業(yè)務支持多種QOS服務和End to End QOS對稱和非對稱業(yè)務動態(tài)帶寬分配支持自適應功率控制、頻率調整、同步調整私有子層具有加密功能未標準化調度和資源管理，可在競爭的穩(wěn)定性和基于競爭操作的有效性之間平衡

55、。 84廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院84在大規(guī)模組網、支持無線移動性、互連互通尚存在問題增強了對同頻組網的支持，但還存在不足不支持小區(qū)間切換對移動性支持不足接口定義尚不完善，不利于互操作85廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院85由IEEE制定，2005年12月正式發(fā)布“IEEE 802.16e-2005”，即802.16e標準Amendment to IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wirel

56、ess Access Systems Amendment for Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands工作頻段：26GHz許可頻段標準內容對802.16d的增強同時支持固定業(yè)務和Vehicular速度的移動業(yè)務高層支持基站和扇區(qū)之間的切換目的通過增強對移動性的支持，擴大BWA系統(tǒng)的市場介于高速率的WLAN網絡和高移動性的蜂窩網絡之間空中接口標準802.16e-200586廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院86增強IEEE Std

57、 802.16/802.16a標準內容，支持用戶在vehicular速度下的移動服務，因此系統(tǒng)將同時具有固定和移動無線接入服務功能，增強寬帶無線接入系統(tǒng)的市場占有能力；高層支持基站和扇區(qū)間的切換（handoff）；頻段限定在26GHz的許可頻段，該頻段較適合移動傳輸能力；87廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院87為了節(jié)約能耗，終端用戶可支持Sleep mode工作模式；支持移動下不同網絡之間的共存以及無縫覆蓋Ipv6中的Mobile IP協(xié)議對終端移動的支持；物理層模式（如OFDM、OFDMA）的選擇、具體結構的變更、MAC層關鍵流程的更改以支持終端的移動功能；系統(tǒng)能夠支持的服務、系統(tǒng)性

58、能評價策略以及部分性能仿真結果。88廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院88用于26GHz許可頻段向下兼容802.16d，是對802.16d的增強為支持移動性做了相應改進物理層稍有改動主要對MAC層增強支持Mobile IP協(xié)議支持的物理層規(guī)范SCa、OFDM、OFDMA89廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院89為支持移動性，對物理層進行增強Scalable FFT sizes快速Ranging機制加快終端接入相鄰小區(qū)的過程快速跟蹤機制對上一次發(fā)送了上行數據的MSS進行快速指示和校正功率時間頻率90廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院90為支持移動性，對MAC層進行增強通過Mob

59、ile IP建立IP連接臨區(qū)廣播和臨區(qū)測量機制終端休眠終端尋呼小區(qū)間切換91廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院91WiMAX 網絡體系主要由核心網和接入網組成。核心網中包含網絡管理系統(tǒng)、路由器、AAA 代理或服務器、用戶數據庫以及Internet 網關設備，主要負責為WiMAX 用戶提供IP 連接；接入網中包含基站（BS）、用戶站（SS）和移動用戶站（MSS），主要負責為WiMAX 用戶提供無線接入92廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院9293廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院93WiMAX 網絡參考模型R1: 空中接口R2: 客戶界面 R3: WiMAX接入網與核心網的接口

60、R4:ASN與ASN的接口 R5: 核心網WiMAX漫游接口R6: BS與ASN GW之間的接口R7: 控制與承載的接口R8: BS與BS之間的接口開放的接口ASN: 接入業(yè)務網絡CSN: 核心業(yè)務網NAP: 網絡接入供應商NSP: 網絡業(yè)務供應商ASP: 應用業(yè)務供應商MSSNAPVisited NSPASNCSNR1R2Another ASNR8ASP網絡或InternetGWBSBSR8Home NSPCSNR5R2ASP網絡或InternetR6R3R4R794廣東郵電職業(yè)技術學院廣東郵電職業(yè)技術學院94頻譜效率移動性產業(yè)化情況標準化程度組網能力HSDPA16e-200516d-200