WLAN原理及维护手册

WLAN原理及维护手册2010年9月V1.1前言为尽快提高维护人员对WLAN 的维护与支撑技能，快速复制WLAN 方面的维护经验，指导推进WLAN 规范化维护，不断提升代维WLAN 业务的维护服务质量，同时也对市场前端人员提供相应的业务支撑，芜湖办组织编写WLAN原理及维护手册，在编制的过程中，参考了大量相关技术资料，由于编者水平有限，加之时间仓促，手册中难免存在错误和不足之处，肯请代维同仁们批评指正。如果您对本手册有什么意见，问题和想法以及在代维工作中有好的解决办法，欢迎您通过下面邮箱通知编者，将不胜感谢。 编 者 2010年9月目录第一章 IP 基础知识1第一节 IP基础知识1第二节OSI 参考模型和TCP/IP 协议2第三节以太网基本原理6第二章WLAN 基本知识10第一节WLAN 的组网方式10第二节WLAN 的技术发展21第三节WLAN 的应用26第四节WLAN 信息安全及 QOS29第三章WLAN 日常维护38第一节 交换机配置38第二节 WLAN 维护测试软件介绍41第四章 WLAN 室内分布系统原理45第一节概述45第二节WLAN 室内分布的形式45第五章 WLAN 障碍处理49第一节障碍处理流程49第二节终端原因50第三章 AP 故障54补充材料.561.1RJ-45接头和网线561.2网线测试仪（能手）使用说明571.3 交换机登陆方法581.4 DOS的一些测试命令611.5 IP地址格式的一些补充说明64 WLAN原理及维护手册 第一章 IP 基础知识 第一节 IP基础知识IP地址基础知识。在Internet上有千百万台主机，为了区分这些主机，人们给每台主机都分配了一个专门的地址，称为IP地址。通过IP地址就可以访问到每一台主机。IP地址由4部分数字组成，每部分数字对应于8位二进制数字，各部分之间用小数点分开。如某一台主机的IP地址为：211.152.65.112 ，Internet IP地址由NIC（Internet Network Information Center）统一负责全球地址的规划、管理；同时由Inter NIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其它地区的IP地址分配。 固定IP：固定IP地址是长期固定分配给一台计算机使用的IP地址，一般是特殊的服务器才拥有固定IP地址。动态IP：因为IP地址资源非常短缺，通过电话拨号上网或普通宽带上网用户一般不具备固定IP地址，而是由ISP动态分配暂时的一个IP地址。普通人一般不需要去了解动态IP地址，这些都是计算机系统自动完成的。IP地址是由什么机构分配的?所有的IP地址都由国际组织NIC（Network Information Center）负责统一分配，目前全世界共有三个这样的网络信息中心。InterNIC：负责美国及其他地区； ENIC：负责欧洲地区； APNIC：负责亚太地区。 我国申请IP地址要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。申请时要考虑申请哪一类的IP地址，然后向国内的代理机构提出。什么是公有地址和私有地址?公有地址（Public address）由Inter NIC（Internet Network Information Center 因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。 私有地址（Private address）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。以下列出留用的内部私有地址A类 10.0.0.0-10.255.255.255B类 172.16.0.0-172.31.255.255C类 192.168.0.0-192.168.255.255第二节OSI 参考模型和TCP/IP 协议网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而应把通信问题划分成多个小问题，然后为每一个小问题设计一个单独的协议。这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较容易。协议划分的一个主要原则是确保目标系统有效且效率高。为了提高效率，每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题；为了主协议的实现更加有效，协议之间应该能够共享特定的数据结构；同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。为了保证这些协议工作的协同性，应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列（即协议族），而不是孤立地开发每个协议。在网络历史的早期，国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求（在协议栈的顶部）到网络介质（底部） ，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。图11表示了OSI分层模型。图1-1OSI七层参考模型OSI模型的七层分别进行以下的操作：第一层物理层第一层负责最后将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输。它由计算机和网络介质之间的实际界面组成，可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器。如最常用的RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45就属于第一层。所有比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。如以太网的附属单元接口（AUI），一个DB-15连接器可被用来连接层一和层二。第二层数据链路层数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。物理编址（相对应的是网络编址）定义了设备在数据链路层的编址方式；网络拓扑结构定义了设备的物理连接方式，如总线拓扑结构和环拓扑结构；错误校验向发生传输错误的上层协议告警；数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧；流控可能延缓数据的传输，以使接收设备不会因为在某一时刻接收到超过其处理能力的信息流而崩溃。数据链路层实际上由两个独立的部分组成，介质存取控制（Media Access Control,MAC）和逻辑链路控制层（Logical Link Control,LLC）。MAC描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。MAC确保信息跨链路的可靠传输，对数据传输进行同步，识别错误和控制数据的流向。一般地讲，MAC只在共享介质环境中才是重要的，只有在共享介质环境中多个节点才能连接到同一传输介质上。IEEE MAC规则定义了地址，以标识数据链路层中的多个设备。逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信，IEEE 802.2标准定义了LLC。LLC支持无连接服务和面向连接的服务。在数据链路层的信息帧中定义了许多域。这些域使得多种高层协议可以共享一个物理数据链路。第三层网络层网络层负责在源和终点之间建立连接。它一般包括网络寻径，还可能包括流量控制、错误检查等。相同MAC标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层，而不同的MAC标准之间的数据传输都涉及到网络层。例如IP路由器工作在网络层，因而可以实现多种网络间的互联。第四层传输层传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输，确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据；多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；虚电路由传输层建立、维护和终止；差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构；而差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生的任何错误。传输控制协议（TCP）是提供可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输层协议。第五层会话层会话层建立、管理和终止表示层与实体之间的通信会话。通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答，这些请求与应答通过会话层的协议实现。它还包括创建检查点，使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。第六层表示层表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。公用数据表示格式就是标准的图像、声音和视频格式。通过使用这些标准格式，不同类型的计算机系统可以相互交换数据；转化模式通过使用不同的文本和数据表示，在系统间交换信息，例如ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换码）；标准数据压缩模式确保原始设备上被压缩的数据可以在目标设备上正确的解压；加密模式确保原始设备上加密的数据可以在目标设备上正确地解密。表示层协议一般不与特殊的协议栈关联，如QuickTime是Applet计算机的视频和音频的标准，MPEG是ISO的视频压缩与编码标准。常见的图形图像格式PCX、GIF、JPEG是不同的静态图像压缩和编码标准。第七层应用层应用层是最接近终端用户的OSI层，这就意味着OSI应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。注意，应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成，而是由向应用程序提供访问网络资源的API（Application Program Interface，应用程序接口）组成，这类应用软件程序超出了OSI模型的范畴。应用层的功能一般包括标识通信伙伴、定义资源的可用性和同步通信。因为可能丢失通信伙伴，应用层必须为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。定义资源可用性时，应用层为了请求通信而必须判定是否有足够的网络资源。在同步通信中，所有应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。OSI的应用层协议包括文件的传输、访问及管理协议（FTAM） ，以及文件虚拟终端协议（VIP）和公用管理系统信息（CMIP）等。TCP/IP分层模型TCP/IP分层模型（TCP/IP Layening Model）被称作因特网分层模型（Internet Layering Model）、因特网参考模型（Internet Reference Model）。图12表示了TCP/IP分层模型的四层。图1-2TCP/IP四层参考模型TCP/IP协议被组织成四个概念层，其中有三层对应于ISO参考模型中的相应层。ICP/IP协议族并不包含物理层和数据链路层，因此它不能独立完成整个计算机网络系统的功能，必须与许多其他的协议协同工作。TCP/IP分层模型的四个协议层分别完成以下的功能：第一层网络接口层网络接口层包括用于协作IP数据在已有网络介质上传输的协议。实际上TCP/IP标准并不定义与ISO数据链路层和物理层相对应的功能。相反，它定义像地址解析协议（Address Resolution Protocol,ARP）这样的协议，提供TCP/IP协议的数据结构和实际物理硬件之间的接口。第二层网间层网间层对应于OSI七层参考模型的网络层。本层包含IP协议、RIP协议（Routing Information Protocol，路由信息协议），负责数据的包装、寻址和路由。同时还包含网间控制报文协议（Internet Control Message Protocol,ICMP）用来提供网络诊断信息。第三层传输层传输层对应于OSI七层参考模型的传输层，它提供两种端到端的通信服务。其中TCP协议（Transmission Control Protocol）提供可靠的数据流运输服务，UDP协议（Use Datagram Protocol）提供不可靠的用户数据报服务。第四层应用层应用层对应于OSI七层参考模型的应用层和表达层。因特网的应用层协议包括Finger、Whois、FTP（文件传输协议）、Gopher、HTTP（超文本传输协议）、Telent（远程终端协议）、SMTP（简单邮件传送协议）、IRC（因特网中继会话）、NNTP（网络新闻传输协议）等。如图1-3所示，是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。 第三节以太网基本原理在数据通信的物理层，定义了电压、接口、电缆标准、传输距离，传输比特 流，定义了传输介质为：同轴电缆、双绞线、光纤、无线电波等。物理层主要设 备：集线器 HUB、中继器 RepeaterHUB 工作原理：CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测，是一种在共享介质条件下多点通讯 的有效手段，其基本规则如下：（1）若介质空闲，传输；否则，转（ 2）（2）若介质忙，一直监听到信道空闲，然后立即传输；（3）若在传输中测得冲突，则发出一个短小的人为干扰（jamming）信号，使 得所有站点都知道发生了冲突并停止传输；（4）发完人为干扰信号，等待一段随机的时间后，再次试图传输，回到（1） 重新开始。物理网段（冲突域）：连接在同一导线上所有工作站的集合。连接的节点越多， 发生冲突的可能性就越大。中继器(REPEATER)工作原理: 中继器(REPEATER)中继器是网络物理层上面的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。中继器是对信号进行再生和还原的网络设备 OSI 模型的物理层设备, 它的 作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。二层交换机工作原理:二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的 MAC 地址信息，根据 MAC 地址进行转发，并将这些 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。 具体的工作流程如下：（1） 当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源 MAC 地址， 这样它就知道源 MAC 地址的机器是连在哪个端口上的；（2） 再去读取包头中的目的 MAC 地址，并在地址表中查找相应的端口；（3） 如表中有与这目的 MAC 地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；（4） 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器 对源机器回应时，交换机又可以学习一目的 MAC 地址与哪个端口对应，在下次传 送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。不断的循环这个过程，对于全网的 MAC 地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。交换机的端口分三种链路类型(1)、Access 链路，传送不带 Tag 的数据帧，设备和用户间的链路 (2)、Trunk 链路，传送 Tag 数据帧，设备间的链路(3)、Hybird 链路三层交换机原理: 三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。传统的交换技术是在 OSI 网络参考模型中的第二层（即数据链路层）进行操作的，而三层交换技术是在网络模 型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是二层交换 技术+三层转发技术，三层交换机就是“二层交换机+基于硬件的路由器”。两台处于不同子网的主机通信，必须要通过路由器进行路由。三层交换机的 路由记忆功能是由路由缓存来实现的。当一个数据包发往三层交换机时，三层交 换机首先在它的缓存列表里进行检查，看看路由缓存里有没有记录，如果有记录 就直接调取缓存的记录进行路由，而不再经过路由处理器进行处理，这样的数据 包的路由速度就大大提高了。如果三层交换机在路由缓存中没有发现记录，再将 数据包发往路由处理器进行处理，处理之后再转发数据包。路由器工作原理:路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。 选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络 系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是 与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件 协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持 IP 协议的路由器可以把网络 划分成多个子网段，只有指向特殊 IP 地址的网络流量才可以通过路由器。对于每 一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。因 此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机 慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路 由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。从总体上说，在网络中添 加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多数据速率。路由器与三层交换机的区别：具有“路由器的功能、交换机的性能” 的三层交换机虽然同时具有二层交换 和三层路由的特性，但是三层交换机与路由器在结构和性能上还是存在很大区别 的。在结构上，三层交换机更接近于二层交换机，只是针对三层路由进行了专门 设计。之所以称为“三层交换机”而不称为“交换路由器”， 原因就在于此；在 交换性能上，路由器比三层交换机的交换性能要弱很多。第四节 VLAN 技术原理及 WLAN 中的应用VLAN（rtual Local Area Network），即虚拟局域网，把物理网络划分成多个 逻辑网络，不同 VLAN 内主机二层流量完全隔离，阻断广播包，减小广播域。不同 的 VLAN 使用不同的 VLAN ID 表示。VLAN 的标准是 802.1Q，IEEE 于 1996 制定。 AP 上 VLAN 的划分：AP 上是否划分 VLAN，需要根据不同接入方式决定。对于LAN 接入的 AP 设备，必须在 AP 上划分 VLAN，区分管理和用户业务，接入交换机 的端口透传这两个 VLAN。而对于 ADLS 接入的 AP，由于大部分 ADSL MODEM 的用户 端口不支持多 PVC 与多 VLAN 的一一绑定，因此接入 AP 的 VLAN 只能在上行 DSLAM 设备上标记，管理和用户数据合用同一个 VLAN。第二章WLAN 基本知识第一节WLAN 的组网方式ADSLADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）专业中文名称为非对称数字 用户线路，是一种高速通信技术。在 WLAN 建设上，ADSL 接入方式一般用 ADSL 专线，ADSL 专线是 ADSL 接入方 式中的另一种，不同于虚拟拨号方式，而是采用一种类似于专线的接入方式，在 连接和配置好 ADSL MODEM 后，在 AP 的网络设置里设置好相应的 TCP/IP 协议及网 络参数（IP 和掩码、网关等都由局端事先分配好），AP 上电后，用户端和局端会 自动建立起一条链路。所以，ADSL 的专线接入方式是以有固定 IP、 自动连接等 特点的类似专线的方式。WLAN 建设采用 ADSL 接入，组网方便快捷，但是 ADSL 猫长时间工作稳定性不 好，易发生障碍，且 ADSL 接入带宽不高，用户感知不高，因此一般不推荐使用。LAN在 LAN 接入方式中，AP 的上行链路主要采用采用光缆+双绞线的方式进行接入， 具体实施方案是：从机房敷设光缆至热点区域，热点区域内采用五类双绞线敷设 至 AP，双绞线总长度一般不超过 100 米，这样 AP 通过五类跳线即可接入有线网络。LAN 接入方式的好处是，在接入层，接入通常采用二层以太交换机,它工作于 数据链路层,提供数据流量控制、传输差错处理、传输介质访问控制等功能,且交 换机的稳定性远远好与普通的 ADSL 宽带猫，AP 上行接入带宽可达 10M/100Mbps。APAPLAN 接入组网结构图EPONEPON 就是一种新兴的宽带接入技术,它通过一个单一的光纤接入系统,实现 数据、语音及视频的综合业务接入,并具有良好的经济性。EPON 组网结构OLT 放置在中心局端（CO），可以是一个 L2 交换机或者 L3 路由器。它分配和 控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。在下行方向，它提供面向 PON 的光纤接口；在上行方向，提供 GigabitEthernet。ONU 放置在用户恻，为 EPON 用户提供语音、数据其主要功能是以光形式接受 业务信息，并将之转换为用户要求的形式。EPON 网络以点至多点的拓扑结构取代点到点结构，大大节省了光纤的用量及 敷设成本。目前采用 EPONE 接入的 AP 一般下挂在 ONU 下面，暂时还没有 PONE 口 AP。WLAN 协议标准在物理层，定义了五种协议标准：802.11/11a/11b/11g/11n；在MAC层，在802.11/11a/11b/11g标准的基础上，又定义了802.11e/11h/11i/11f/11s。802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯，主要功能包括：扫描、接入、认证、加 密、漫游和同步。802.11 无线局域网工作组协议族成员图示如下：802.11 物理层：802.11 的链路层802.11b1) 正式发布于 1999 年，提供最高 11Mbps 的数据率，自适应 5.5Mbps, 2Mbps, 1Mbps2) 类似于 IEEE 802.11 直序调制技术，遵循所有的通讯规范，使用通道控制校验 (CCK)技术以实现 11Mbps 的通讯速率3) 3 个互不相交的通讯通道，最大数据传输速率为 11Mb/s，无须直线传播。4) 动态速率转换，当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为 5.5Mb/s、2Mb/s和 1Mb/s。5) 使用范围，支持的范围是在室外为 300 米，在办公环境中最长为 100 米。6) 802.11b 使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送 和网络带宽的有效使用。支持频段802.11 物理层：802.11b 中，PLCP 将 MAC 层转换成对应的格式，通过 PMD 子层传输，PLCP 子层由 三部分组成：Preamble（试探序列），Header（帧头），Data（数据）802.11bPLCP 帧结构是：PMD 子层将上层数据中的1和0 转换成无线信号进行传输，可以支持 11, 5.5,2, or 1 Mbps，可使用两种调制方式：DBPSK，支持 1Mbps 的传输速率；DQPSK， 支持 2,5.5,11Mbsp 的传输速率。802.11b 可使用 14 个频点，各频点之间互相交叉。2.4G信道划分5.8G信道划分802.11a1) IEEE 于 1999 年，和 802.11(b)同时发布，最高数据率为 54Mbps，自适应 48, 36,24, 18, 12, 9, 6Mbps2) 数据率 6Mbps, 12Mbps 和 24Mbps 是强制的，其它数据率是可选的3) 采用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技 术4) 采用 5GHz 的频带让 802.11a 具有更少冲突的优点。然而，高载波频率也带来 了负面效果。802.11a 几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的 接入点；同样还意味着 802.11a 不能传播得像 802.11b 那么远，因为它更容易 被吸收。使用频段：802.11a 信道分配：802.11a 物理层802.11b 中，PLCP 基于 OFDM，PLCP 子层由三部分组成：Preamble（试探序列）， Header（帧头），Data（数据）802.11aPLCP 帧结构是：其中，对应于 6,9,12,18,24,36,48 or 54Mbps,其 RATE 段的 bite 设置是不一 样的，见下表：802.11g1) 提供最高 54Mbps 的数据率，向下兼容 802.11(b)技术2) 调制技术：带 52 个子载波频道的正交频分复用（OFDM）技术；11Mbps 数据 率以下和 802.11(b)相同，使用 DSSS 和 CCK 向下兼容 802.11b3) 3 个互不相交的通讯通道，通道带宽为 30MHz4) 频率资源的短缺将是阻碍其发展的主要问题802.11g 将 802.11a 和 802.11b 的优点结合起来，使用了 2.4 频段，即2.4-2.4835G,支持多种速率，不同的速率使用不同的调制方式，见下表：802.11MAC 层1802.11MAC 报文分类： 数据帧：用户的数据控制帧：协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等管理帧：负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作，如：Beacon、 Probe、Association及Authentication等2802.11MAC 层工作原理（1）用户接入管理过程（2）Scanning802.11MAC 使用Scanning功能来完成Discovery，分两种，一种是Passive Scanning，通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，另一种是Active Scanning，在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS 的基本信息。（3）Authentication开放系统的认证过程：共享密钥的认证过程（4）Association连接过程：再连接过程第二节WLAN 的技术发展802.11n新兴的 802.11n 标准具有高达 600 Mbps 的速率，是下一代的无线网络技术， 可提供支持对带宽最为敏感的应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n 结合了 多种技术，其中包括MIMO (Multi-In, Multi-Out) （空间多路复用多入多出）、 OFDM、智能天线和软件无线电等技术，提升无线局域网的性能，优化数据帧结构， 提高网络的吞吐量性能。和其他802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式（包 含了2.4GHZ和5GHZ两个工作频段），以便与以前的 IEEE 802.11b/g 设备通信。MimoMIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)多输入多输出系统是一项考虑用于802.11n 的技术。实现下一代蜂窝网络的 MIMO 技术 所有的无线技术都面临信号衰 落、多径、不断增加的干扰和受限制的频谱的挑战。MIMO 技术在不需要占用额外 的无线电频率的条件下，利用多径来提供更高的数据吞吐量，并同时增加覆盖范围和可靠性。它解决了当今任何无线电技术都面临的两个最困难的问题，即速度 与覆盖范围。802.11n 是下一代 802.11 标准，可将吞吐量提高到 100Mbps。同时， 专有 MIMO 技术可改进已有 802.11a/b/g 网络的性能。该技术最早是由 Marconi 于1908 年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于 普 通 的SISO(Single-InputSingle-Output) 系 统 ， MIM还 可 以 包 括 SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利 用 MIMO 信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下， 频谱利用率可以成倍地提高。利用 MIMO 技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误 码率。前者是利用 MIMO 信道提供的空间复用增益，后者是利用 MIMO 信道提供的 空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的 BLAST 算法、ZF 算 法、MMSE 算法、ML 算法。ML 算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于 实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF 算法简单容易实现，但是对信道的 信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是 BLAST 算法。该算法实际上是使用 ZF 算法加上干扰删除技术得出的。目前 MIMO 技术领域另一个研究热点就是空时编码。 常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的 编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。OFDMOFDM OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分 复用技术，实际上 OFDM 是 MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。 其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速 子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相 关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号 带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以 消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信 道均衡变得相对容易。频谱利用率、支持高速率多媒体服务、系统容量、抗多径信道干扰等因素是目 前大多数固定宽带无线接入设备商在选择 CDMA（码分多址）或 OFDM（正交频分复 用）作为点到多点（PMP）的关键技术时的主要出发点。而这两种技术在这些方面 都各有所长，因此设备商需要根据实际情况权衡利弊，进行综合分析，从而做出 最佳选择。CDMA 技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。OFDM 技术属于多载波 调制技术，它的基本思想是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一 个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。OFDM 和 CDMA 技术各有利弊。CDMA 具有众所周知的优点，而采用多种新技术的 OFDM 也表现出了良好的网络结构可扩 展性、更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。下面主要从调 制技术、峰均功率比、抗窄带干扰能力等角度，分析 OFDM 和 CDMA 这两种技术在 性能上的具体差异。1）调制技术一般来说，无线系统中频谱效率可以通过采用 16QAM（正交幅度调制）、64QAM 乃至更高阶的调制方式得到提高，而且一个好的通信系统应该在频谱效率和误码 率之间获得最佳平衡在 CDMA 系统中，下行链路可支持多种调制，但每条链路的符号调制方式必须 相同，而上行链路却不支持多种调制，这就使得 CDMA 系统丧失了一定的灵活性。 并且，在这种非正交的链路中，采用高阶调制方式的用户必将会对采用低阶调制 的用户产生很大的噪声干扰。在 OFDM 系统中，每条链路都可以独立调制，因而该系统不论在上行还是在下 行链路上都可以容易地同时容纳多种混合调制方式。这就可以引入“自适应调制” 的概念。它增加了系统的灵活性，例如，在信道好的条件下终端可以采用较高阶 的如 64QAM 调制以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择 QPSK（四相 移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误 码率之间取得最佳平衡。此外，虽然信道间干扰限制了某条特定链路的调制方式， 但这一点可以通过网络频率规划和无线资源管理等手段来解决。2）峰均功率比（PAPR）这也是设备商们应该考虑的一个重要因素。因为 PAPR 过高会使得发送端对功 率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率、电池备份和扩大设备的 尺寸，进而增加基站和用户设备的成本。CDMA 系统的 PAPR 一般在 511dB，并会随着数据速率和使用码数的增加而增 加。目前已有很多技术可以降低 CDMA 的 PAPR。在 OFDM 系统中，由于信号包络的不恒定性，使得该系统对非线性很敏感。如 果没有改善非线性敏感性的措施，OFDM 技术将不能用于使用电池的传输系统和手 机等。目前有很多技术可以降低 OFDM 的 PAPR。3）抗窄带干扰能力CDMA 的最大优势就表现在其抗窄带干扰能力方面。因为干扰只影响整个扩频 信号的一小部分；而 OFDM 中窄带干扰也只影响其频段的一小部分，而且系统可以 不使用受到干扰的部分频段，或者采用前向纠错和使用较低阶调制等手段来解决。4）抗多径干扰能力 在无线信道中，多径传播效应造成接收信号相互重叠，产生信号波形间的相互干扰，使接收端判断错误。这会严重地影响信号传输的质量。为了抵消这种信号自干扰，CDMA 接收机采用了 RAKE 分集接收技术来区分和绑 定多路信号能量。为了减少干扰源，RAKE 接收机提供一些分集增益。然而由于多 路信号能量不相等，试验证明，如果路径数超过7或8 条，这种信号能量的分散 将使得信道估计精确度降低，RAKE 的接收性能下降就会很快。OFDM 技术与 RAKE 接收的思路不同，它是将待发送的信息码元通过串并变换， 降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP） 作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性， 从而大大减少了信道间干扰。当然，这样做也付出了带宽的代价，并带来了能量 损失：CP 越长，能量损失就越大。5）功率控制技术在 CDMA 系统中，功率控制技术是解决远近效应的重要方法，而且功率控制的 有效性决定了网络的容量。相对来说功率控制不是 OFDM 系统的基本需求。OFDM 系 统引入功率控制的目的是最小化信道间干扰。6）网络规划由于 CDMA 本身的技术特性，CDMA 系统的频率规划问题不很突出，但却面临着 码的设计规划问题。OFDM 系统网络规划的最基本目的是减少信道间的干扰。由于 这种规划是基于频率分配的，设计者只要预留些频段就可以解决小区分裂的问题。7）均衡技术均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的 ISI。在 CDMA 系统中， 信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。由于扩频码自身良好的自相关性，使得 在无线信道传输中的时延扩展可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多 径信号相互间的延时超过一个码片的长度，就可被 RAKE 接收端视为非相关的噪声， 而不再需要均衡。对 OFDM 系统，在一般的衰落环境下，均衡不是改善系统性能的有效方法，因 为均衡的实质是补偿多径信道特性。而 OFDM 技术本身已经利用了多径信道的分集 特性，因此该系统一般不必再作均衡Mesh无线 Mesh 网络（无线网状网络）也称为“多跳（multi-hop）”网络，它是一种 与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与 AP 相连的无线链路 来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点 (AP)，这种网络结构被称为单跳网络。而在无线 Mesh 网络中，任何无线设备节点 都可以同时作为 AP 和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节 点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的 AP 由于流量过大而导致拥塞的话，那 么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推， 数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直 到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。其实人们熟知的 Internet 就是一个 Mesh 网络的典型例子。例如，当我们发送 一份 E-mail 时，电子邮件并不是直接到达收件人的信箱中，而是通过路由器从一 个服务器转发到另外一个服务器，最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在 转发的过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能够尽 快到达用户的信箱。与传统的交换式网络相比，无线 Mesh 网络去掉了节点之间的布线需求，但仍 具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线 Mesh 网络里，如果要 添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并 自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。AC接入控制器（AC）作为客户端的安全网关管理网络中所有 AP，在 WLAN 与 Internet 之间起到网关功能，将来自不同接入点的数据进行汇聚、接入 Internet。 接入点（AP）的作用是完成无线接入，它可以通过网络标志来控制用户接入。AC 比 AP 更高级，在无线网络中担任管理者的角色，AC 还要充当客户端完成有 线网络中的一系列功能（例如鉴权，认证等等）。但是 AC 并不是一种在 802.11 协议族中规定的 WLAN 设备，而是作为具体应用中对协议的补充。许多大型运营商都是采用 ACAP+认证计费服务中心的建设方案。WIMAX全称为 Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互 联接入。WiMAX 的另一个名字是 802.16。WiMAX 是一项新兴的宽带无线接入技术， 能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达 50km。WiMAX 还具有 QoS 保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。WiMAX 的技术起点较高，采用了代表未 来通信技术发展方向的 OFDM/OFDMA、AAS、MIMO 等先进技术，随着技术标准的发 展，WiMAX 将逐步实现宽带业务的移动化，而 3G 则将实现移动业务的宽带化，两 种网络的融合程度将会越来越高。WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）是一项基于 IEEE802.16 标准的宽带无线城域网接入技术，为了提高频谱资源利用率以适应各类宽 带多媒体应用，而采用了大量新技术（如 OFDM/OFDMA、MIMO、自适应编码调制等）。 WiMAX 同时也是一种互联网阵营提出的未来公共无线宽带数据网的技术体制，代表 着未来无线通信系统的宽带和智能特征，例如协议结构和网络结构扁平化、支持 高速数据传输和无缝漫游、支持各种类型的业务并在 MAC 层和物理层保障其 QoS 等。与 WiMAX 密切相关的两个组织是 IEEE 的 802.16 和 WiMAX 论坛，前者制定了以802.16d 和 802.16e 为代表的无线宽带城域网（WMAN）空中接口标准，后者则是整 个 WiMAX 技术体系和网络模型的完善者，以及产业链的推动者。截至目前，WiMAX 论坛成员已经超过了 410 名，全球认证的产品超过了 28 种。全球 WiMAX 实验网数 量超过 200 个试验网，分别部署在 65 个国家。WiMAX 已经是一项较为成熟的宽带 无线接入技术，其中固定宽带无线接入（802.16d）技术已经具备了大规模商用部 署的条件。WiMAX 于 2004 年进入我国，由最初高歌猛进高举 3G 终结者大旗，到后来曲高 和寡甘作 3G“有效补充”，再到近期与 WLAN 技术共同被采用组建奥运高速无线网络， WiMAX 技术在中国的发展经历了大起大落的 2 年多时光。值得注意的是，当全球都 看好 802.16e，期望 WiMAX 能在移动领域有所突破的时候，WiMAX 在中国的正式商 用却是采用 2004 年就已经发布的基于 802.16d 的固定接入模式，这个现象印证了 “没有最好的接入方式，只有最合适的接入方式”那句老话，同时也体现出在 3G 发 展势不可挡的情况下，WiMAX 在中国的发展回归到了一条冷静而务实的道路上。WiMAX(全球微波互联接入)不仅在北美、欧洲迅猛发展，而且这股热浪已经推 进到亚洲。WiMAX 又称为 80216 无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因在数据通信领域的高覆盖范围(可以覆盖 2530 英里的范围),以及对 3G 可能构成的威胁，使 WiMAX 在最近一段时间备受业界关 注。该技术以 IEEE 802.16 的系列宽频无线标准为基础。一如当年对提升 802.11 使用率有功的 Wi-Fi 联盟，WiMAX 也成立了论坛，将提高大众对宽频潜力的认识， 并力促供应商解决设备兼容问题，借此加速 WiMAX 技术的使用率，让 WiMAX 技术 成为业界使用 IEEE 802.16 系列宽频无线设备的标准。虽然 WiMAX 无法另辟新的 市场目前市面已有多种宽频无在线网方式，但是有助于统一技术的规范，有 了标准化的规范，就可以以量制价，降低成本，提高市场增长率。短期而言2004 年，WiMAX 论坛将在年底之前，着手开发认证流程，为最后一步的产品测试预 作准备。2005 年左右，大型供应商将推出拥有 WiMAX 认证的产品，多数产品的频 率不超过 11GHz.长期而言，WiMAX 将进步到可以支持最后一哩，回程、私人企业 应用。2006/07 年左右，WiMAX 解决方案将内建于笔记本电脑，可直接进行客户 端发送，递送真正的便携式无线宽频，不需外接的客户端设备(CPE )。第三节WLAN 的应用公众 Internet 接入业务用户通过帐号和密码，使用电脑等终端上 internet 网络，使用网页的浏览、 邮件收发，文件下载等服务。移动警务应用以及其它电子政务目前在全球许多城市实施了移动警务应用，交警通过移动计算机可以和警务系 统进行实时的数据交互。移动计算机是包含了条码扫描，数据输入，无线通讯于 一体的掌上设备，通过部署于城市街道上的无线节点，移动计算机可以将现场采 集的数据实时地发送给警务系统，同时有能第一时间从系统获得反馈。警务部门通过这样的一套移动警务系统来完成街边和公路上违章车辆的数据 输入和单据打印。警员在现场，用移动计算机的条码功能，手写笔功能和警务软 件系统进行违章车辆的信息录入，这些信息将通过数字城市 的无线网络节点传递给数据库系统；数据库的查询结果被推 送到移动计算机上。这样，警员就可以在现场得知车辆和车 主的相关信息。随身携带的便携式打印机则可以当场完成违 章处罚单据的打印，处罚单据的信息同时同步到数据库系统中。 移动警务带来的效益是警员的现场工作能力和效率大大提高，许多原来无法获知的信息盲点消失了，很多案件的蛛 丝马迹得以在现场第一时间发现。警务部门的效率提高了，在公众心目中的形象 也得以改善。无线监控点和安全城市通过无线城市网络和无线摄像监控头解决方案，提供完整的安全城市解决方 案。在城区的主要街道，路口部署无线网络节点，同时在需要布控的地方，如巷口， 出入口等场所安装无线摄像头，摄像头采集的动态图像信息将实时地通过无线网 络传递给监控中心。移动订单管理企业可以使用移动终端进行订单管理和库存管理，实时访问访问企业应用程 序，企业工作人员可以实时将订单输入系统，确定会议日程、检查库存以及收集 重要的营销活动所需的客户数据，从而可以提高效率提高客户服务质量降低 运营成本通过加大库存监控力度改善库存管理。无线医护系统无线医护系统是指通过无线网络和移动计算机的使用，使医护人员能随时随地 获取、录入患者的各种医疗数据的信息服务系统。 借助于各种成熟的技术，如：条码、移动计算机和无线网络，无线医护系统能 大大改进医院工作流程，简化医护工作 的中间环节，提供给病人更优质的临床 治疗。条码技术的使用、医疗流程的简化、 临床信息的实时录入和获取帮助医护人 员把各种可能的差错率降到最低。医护 人员通过移动计算机可以随时随地访问 电子病历，获得完整的治疗信息。实时 的数据库交互使得数据的准确率更高， 有助于医生对治疗方式作出正确、快速 的判断，提高医疗质量。各种类型的移动业务在数字城市的无线平台支持下，我们还可以将一些原本已被企业广泛采用的成 熟的无线移动解决方案推广到数字城市的平台上，使之成为一个真正意义上的，能为政府、企业和老百姓乐于接受和使用的网络。 这些移动应用包括：零售网点的移动应用：移动 POS 系统，福利彩票移动售票点等；物流快递行业的数据通讯平台：快递公司可以使用数字城市的无线带宽将快递 工作人员的随身信息进行实时的同步，大大提高快递行业的生产效率和客户满意 度；移动销售、服务行业：移动销售和服务行业的工作人员，如保险经纪人，现场 送货人员等，通过数字城市的无线网络可以随时随地查询客户所需要的信息，同 时将客户的服务（如保险理赔）要求第一时间完成，提高效率和客户满意度；WiFi 电话：无线数字城市的另一个值得关注的应用是无线 WiFi 手机的应用， 这是一种污染小，通信稳定且价格低廉的移动通信方式。第四节WLAN 信息安全及 QOSWLAN 信息安全无线局域网（WLAN）具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展等有线 网络无法比拟的优点，因此无线局域网得到越来越广泛的使用。但是由于无线局 域网信道开放的特点，使得攻击者能够很容易的进行窃听，恶意修改并转发，因 此安全性成为阻