Wi-Fi技术原理与应用.ppt

Wi-Fi技术概述,华侨大学信息科学与工程学院信号与信息处理专业,目录,Wi-Fi的含义及相关介绍Wi-FiIEEE802.11系列标准介绍Wi-Fi的多种实现模式Wi-Fi组网示意图Wi-Fi认证加密方式介绍Wi-Fi技术优势及应用相关思考讨论,什么是Wi-Fi？1）.WiFi全称WirelessFidelity（无线保真度），又称802.11b标准，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbps，另外它的有效距离也很长，同时也与已有的各种802.11DSSS（直接序列扩频）设备兼容。2）.1996年，美国网络通讯设备大厂朗讯（Lucent）率先发起成立无线以太兼容性联盟（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA），着手创立无线网络协议（WLAN）。3）.1999年，WECA更名为Wi-Fi联盟，再度架构一套认证标准，提出通讯行业界的无线网络技术802.11一系列规格，包括802.11b、802.11a、802.11g等。4）.Wi-Fi联盟致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题，为制定802.11无线网络的组织，并非代表无线网络。,WLAN、无线网路和Wi-Fi（WiFi）区别？,1）.WLAN是无线网络的缩写。又叫做无线局域网。利用了无线电频率(RadioFrequency,RF)技术，令计算机用户可以无线的方式，透过电磁波在空气中传输资料。又有无线广域网叫做WWAN（WirelessWideAreaNetwork）。2）.Wi-Fi(WirelessFidelity)是一种可以将个人电脑、手持设备(如PDA（PersionalDigitalAssistant）、手机等终端以无线方式互相连接的技术,Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)所持有,目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性,现在我们一般会把Wi-Fi及IEEE802.11混为一谈,把Wi-Fi等同于无线网络!实则不然。,802.11介绍802.11协议的发展历程,802.11协议族,IEEE802.111990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11无线局域网标准工作组。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的信号特征和调制，工作在2.40002.4835GHz频段。IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于难于布线的环境或移动环境中计算机的无线接入，由于传输速率最高只能达到2Mbps，所以，业务主要被用于数据的存取。IEEE802.11a1999年，IEEE802.11a标准制定完成，该标准规定无线局域网工作频段在5.155.825GHz，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo)，传输距离控制在10100米。802.11a采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术；可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD（时分双工）/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。,IEEE802.11b1999年9月IEEE802.11b被正式批准，该标准规定无线局域网工作频段在2.42.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps。该标准是对IEEE802.11的一个补充，采用点对点模式和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps的不同速率间自动切换，而且在2Mbps、1Mbps速率时与802.11兼容。802.11b使用直接序列（DirectSequence）DSSS作为协议。802.11b和工作在5GHz频率上与802.11a标准不兼容。由于价格低廉，802.11b产品已经被广泛地投入市场，并在许多实际工作场所运行。IEEE802.11e/f/hIEEE802.11e标准对无线局域网MAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，以支持所有无线局域网无线广播接口的服务质量保证QoS机制。IEEE802.11f，定义访问节点之间的通信，支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）。IEEE802.11h用于802.11a的频谱管理技术。,IEEE802.11gIEEE的802.11g标准是对流行的802.11b（即Wi-Fi标准）的提速（速度从802.11b的11Mb/s提高到54Mb/s）。802.11g接入点支持802.11b和802.11g客户设备。同样，采用802.11g网卡的笔记本电脑也能访问现有的802.11b接入点和新的802.11g接入点。不过，基于802.11g标准的产品目前还不多见。如果你需要高速度，已经推出的802.11a产品可以提供54Mb/s的最高速度。802.11a的主要缺点是不能和802.11b设备互操作，而且与802.11b相比，802.11a网卡贵50%，接入点贵35%。IEEE802.11nWiFi联盟在802.11a/b/g后面的一个无线传输标准协议是802.11n,目的是为了实现高带宽,高质量的WLAN服务,使无线局域网达到以太网的性能水平，其速率高达300Mbps，802.11n技术硬体仍架构在802.11a/b/g上面,只是利用MIMOOFDM技术使传输速率大大增加而己，已于2009年9月批准。,WiFi的多种模式,AD-HOC无线接入点AP点对点桥接PtoP点对多点路由PtoMP无线客户端APClient无线转发器Repeater无线网状网WiMesh,AD-HOC（跳接式路由技术）直接与adhoc无线网路中的其它电脑无线互联。这种连线类型仅对两部或更多部电脑之间的连线有用，即一群计算机接上无线网络卡，其中一台计算机连接Internet就可以共享带宽，实现网络共享，无需透过AccessPoint。比如本图有4台机器同时共享宽带，则每台机器的可利用带宽只有标准带宽的1/3。,无线接入点【(Wireless)AccessPoint】,无线接入点（有线无线互联）AP相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，其主要作用是将各个无线网络客户端连接到一起，然后将无线网络接入以太网。需设置信道、密钥（WEP有线等效保密协议）、网络协议（如DHCP【动态主机设置协议（DynamicHostConfigurationProtocol】）、桥接等。,点对点桥接(WbridgePointtoPoint)访问接入点对在它的BSS（基本服务集）中的无线工作站仍起到一个中心控制器的作用，但是它仅与另外的一个无线网桥进行通信。通过“PreferredBSSID”设置，对端AP的MAC来识别指定的AP，当然对端AP也需要进行相同的配置才可实现对点传输。例如：相同的SSID（ServiceSetIdentifier服务集标识）、相同的信道、相同的应用模式。,点对多点桥接(PtoMP)点对多点网桥的工作频段为5.8GHz，此频段为不收费频段，采用802.11n技术1x1单发单收无线架构，提供最高达150Mbps的传输速率，系统兼容802.11a/n，可将分布于不同地点和不同建筑物之间的局域网连接起来，是真正实现高性能、多功能平台的无线传输设备。,基站,5.8GHz5Km15Km,无线客户端（APClient）,无线客户端无线有线互联自动捕捉信道手工设置密钥（WEP有线等效保密协议）自动获取IP地址（如果AP为DHCP）,客户端,客户端,客户端,客户端,客户端,基站,无线转发器（Wirelessrepeater）无线转发器是用来转发无线探测器或者遥控器的信号，构成联动系统的重要器件，当遥控器或探测器和接收装置之间因安装距离较远、通讯信号强度不足时可加装无线转发器(简称转发器),以保证通讯正常可靠。,客户端,客户端,客户端,AP,无线转发器,安装注意事项：将转发器安装在两个需要转发的两个设备之间，位置一般选取在拐角处等信号有明显衰减的位置,WiMesh（WirelessMeshNetwork）WiMesh是一种基于IP协议的通信技术，它支持多点对多点的网状结构，采用移动跳接式路由技术(MobileAdHoc)，避免了星型网络单点故障的问题，无线网状网是低功率的多级跳点（Multihop）系统，它们处理消息的方式是把信息包从一个节点传递到另一个节点，直到信息包到达目的地。点到点网络节点过滤掉所有信息包，只留下自己的信息包，与此不同的是，网状网节点接收要传给其它节点的信息包，并把它们再次传送出去。多跳网络运行方式很像因特网，并提供从源头到目的地的多条冗余通信路径。如果一条路径由于硬件故障或干扰而停止工作，网状网会自动改变信息包的。,WiMesh的致命伤：1/n传输容量问题,SS,SS,SS,SS,BS,SS,SS,SS,SS,SS,标准WiFi技术指标,输出功率：15dBm/17dBm/20dBm,WI-FI总体拓扑结构,无线信息共用网,RADIUS服务器RadiusServer,网管服务器NMSServer,计费服务器BillingServer,企业内部网EnterpriseIntranet,VPN网关虚拟专用网络（VirtualPrivateNetwork）,接入控制器AccessControllor,无线接入点AccessPoint,INTERNETorInternationalWirelessISP(InternetServiceProvider互联网服务提供商）,接入控制器AccessControllor,用户WI-FI接入网,中小企业无线办公WI-FI网络应用,Wi-Fi的加密方式,Wi-Fi(IEEE802.11a/b/g/n)无线网络的认证与加密方式,有OpenSystem、WEP、WPA、WPA2、MACALC,WPS等几种加密方式:OpenSystemAuthentication:是代表系统不加密,可任意链接。WEP:(WiredEquivalentPrivacy):加密采用静态的保密密钥,主要是在AP端,User在访问时一定key入40位或者256位的密匙才能正常访问。WPA:(Wi-FiProtectedAccess):WPA-PSK是针对WEP在网络防护上较薄弱的基础,加强数据传输加密算法,可针对工业级及家庭使用,到目前为止WPA尚被破解过(采用128bits,RC加密法)。WPA2:WPA2顾名思义就是WPA的加强版,(采用AES加密算法,支持128bits,192bits,256bits,支持缓存密钥和预认证),MACACL(AccessControlList):MACACL只能用于认证而不能用于加密,在无线基地台输入充许被连入的无线网卡MAC地址,不在此List内的无线网卡无法连入到AP。WPS(Wi-FiProtectedSetup):目前通过Wi-FiProtectedSetup认证的产品能够为用户提供两种实现方式:按钮配置（PushButtonConfiguration,PBC)、输入PIN码(PinInputConfiguration,PIN)（1）PIN方式:需要任一客户端先与路由器连接,激活无线网卡生成一个随机PIN码,然后在路由器管理界面输入该PIN码即可。（2）PBC方式:即通常所讲的一键加密,只需轻轻按下无线路由器上的WPS按钮,再通过鼠标点击无线网卡管理工具上的软件按钮,即可完成无线加密设置,从而在路由器和客户端之前建立起一个安全的连接。,WIFI技术优势,(1).WIFI是由AP(AccessPoint)和无线网卡组成的无线局域网络。组网简单，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。(2).应用灵活：能灵活胜任只有几个用户的小型网络到上千用户的大型网络。(3).丰富的终端支持，经济节约，厂商进入该领域的门槛比较低。WIFI组网的成本低廉。(4).提供漫游服务：能提供有线网络无法提供的漫游特性，方便用户使用。,WIFI应用定位,Wi-Fi是一种局域网技术，主要用于解决“最后100m”的接入问题。从其与有线宽带网络的关系来看，Wi-Fi利用其技术优势能够作为网络延伸手段进一步扩大有线接入网络的覆盖面积及扩展移动通信网络的应用。Wi-Fi是提升有线宽带用户价值、提供差异化服务的有效手段，也是未来3G数据业务的有力补充。3G可以利用WIFI高速数据传输的特点弥补自己数据传输速率受限的不足。在Wi-Fi网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问公司的办公网或国际互联网，随时随地享受网上证券、视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、视频会议、网络游戏等一系列宽带信息增值服务，并实现移动办公。,制约WIFI技术发展的因素,数据传输速率有限。虽然Wi-Fi技术最高数据传输速率标称可达1154Mbit/s，但系统开销会使应用层速率减少50%左右。无线电波间存在相互影响的现象，特别是同频段、同技术设备之间将存在明显影响。在多运营商环境中，不同AP(AccessPoint)间的频率干扰会使数据传输速率明显降低，在有三个运营商同时运营的环境中不能实现多用户的同时高速数据业务。无线电波在传播中根据障碍物不同将发生折射、反射、衍射、信号无法穿透等情况，其质量和信号的稳定性都不如有线接入方式。Wi-Fi实现规模覆盖的最大的缺陷在于需要密集的有线传输资源。3G/WiMAX基站的覆盖范围比WiFiAP覆盖范围大数十到上百倍。Wi-Fi技术本身不支持移动性，即便IEEE802.11s可能会对Wi-FiMESH的移动性进行增强，最多也只能支持步行的移动速度。而3G和WiMAX都支持120km/h以上的移动性。Wi-Fi空中接口没有QoS(QualityofService服务质量)保障机制，只支持BestEffort业务，适用于WEB浏览、FTP下载以及收发Email等；语音通信、视频传输等业务的QoS很难得到保障。,小知识：,Wi-Fi辐射有多大？是否对人体有害？,参考资料：,根据各研究机构的测试，在两英尺的距离，利用最粗糙的计算方式，以及最高的发射频率，一个802.11b发射设备所能产生的辐射大概是每平方厘米2微瓦(即每平方厘米百万分之一瓦特)，这个数据是怎么一个概念呢？不妨跟一些参照物比较一下：我们在日常生活中由电视、收音机这些设备工作时产生的辐射大概是每平方厘米1微瓦（所以802.11b设备的辐射只不过是这个数据的2倍），在这样的环境中我们当然不会感到任何的不适，而手机发出的辐射又是如何呢？经测试，目前市面上使用的CDMA手机其工作时发射功率大概在1.55瓦特到1.07瓦特之间，而GSM手机的发射功率最高值是1.49瓦特，最低为0.22瓦特，这个数据相比无线网络设备已经大了N倍，而我们每天都还在用着手机，又何必去担心无线网络设备的辐射问题呢？,谢谢大家！,