無線技術(shù)-80211協(xié)議介紹-2

無線技術(shù)802.11協(xié)議介紹802.11協(xié)議介紹學(xué)完本課程后，您應(yīng)該能：描述802.11協(xié)議基本知識列舉802.11協(xié)議的優(yōu)勢培訓(xùn)目標(biāo)WLAN拓?fù)浣榻B目錄：

1.802.11a/b/g協(xié)議

2.802.11n協(xié)議WLAN拓?fù)浣榻B802.11標(biāo)準(zhǔn)

802.11：工作在2.4G（2.4000-2.4835GHZ）頻段，提供了每秒1兆或2兆傳輸速率。802.11a：工作在5G頻段，提供了每秒54M的傳輸速率，平均吞吐量是20-36M/秒，平均范圍10-100米。802.11b：工作在2.4G頻段，提供了每秒11M的傳輸速率，在1999年，IEEE接受了802.11b作為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，平均速率每秒4M，平均范圍50多米。802.11g：在2.4G頻段上提供了大于20M的帶寬，平均每秒20-30M,平均范圍50多米。802.11e：QOS802.11i：WLAN安全標(biāo)準(zhǔn)802.11r：WLAN漫游標(biāo)準(zhǔn)802.11s：802.11mesh（無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)）802.11n：更高傳輸速率的改善，支持多輸入多輸出技術(shù)。802.11規(guī)定了一個基站和無線客戶端或兩個無線客戶端之間通過空氣傳輸?shù)慕涌凇?02.11在原始的802.11標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上有了很多擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)。WLAN拓?fù)浣榻B802.11a54Mbps吞吐能力

采用正交頻分復(fù)用（OFDM)

支持6，9，12，18，24，36，48&54Mbps數(shù)據(jù)速率工作在無需許可的5GHz頻段“UnlicensedNationalInformationInfrastructure”（U-NII)頻段23個非重疊信道。802.11a早在1999年就已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，但是經(jīng)過很長一段時間后相關(guān)產(chǎn)品才開始出現(xiàn)。802.11a的硬件最早出現(xiàn)在2001年底。WLAN拓?fù)浣榻B802.11b11Mbps吞吐能力

采用直序擴(kuò)頻（DSSS)

支持1，2，5.5&11Mbps數(shù)據(jù)速率工作在2.4GHz非許可頻段“IndustrialScientific&Medical”（ISM)頻段支持14個信道3個信道不重疊WLAN拓?fù)浣榻B802.11g54Mbps最高傳輸速度

采用正交頻分復(fù)用（OFDM)

支持6，9，12，18，24，36，48&54Mbps數(shù)據(jù)速率以及802.11速率兼容802.11b終端工作在2。4GHz非許可頻段“IndustrialScientific&Medical”（ISM)頻段支持13個信道3個信道不重疊WLAN拓?fù)浣榻B802.11a/b/g協(xié)議802.11n協(xié)議目錄：WLAN拓?fù)浣榻B802.11n802.11n最高速率可達(dá)600Mbps802.11n協(xié)議為雙頻工作模式，支持2.4GHz和5GHz802.11n采用MIMO與OFDM相結(jié)合傳輸距離大大增加提高網(wǎng)路的吞吐量性能WLAN拓?fù)浣榻BIEEE802.11n，是2004年1月時IEEE宣布組成一個新的單位來發(fā)展的新的802.11標(biāo)準(zhǔn)，于2009年9月正式批準(zhǔn)。目前802.11n理論傳輸數(shù)量可以達(dá)到600Mbps。與802.11802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)不同，802.11n協(xié)議為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段）。這樣11n保障了與以往的802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)兼容。802.11n采用MIMO與OFDM相結(jié)合，使傳輸速率成倍提高。另外，天線技術(shù)及傳輸技術(shù)，使得無線局域網(wǎng)的傳輸距離大大增加，可以達(dá)到幾公里（并且能夠保障100Mbps的傳輸速率）。IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)全面改進(jìn)了802.11標(biāo)準(zhǔn)，不僅涉及物理層標(biāo)準(zhǔn)，同時也采用新的高性能無線傳輸技術(shù)提升MAC層的性能，優(yōu)化數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。WLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻B速率提升-更多的子載波802.11a/g在20MHz模式下有48個子載波，速度可達(dá)到54Mbps802.11n在20MHz模式下有52個子載波，速度可達(dá)到58.5Mbps802.11g/n使用OFDM技術(shù)的特性就是會有多個子載波可供彈性調(diào)變運用，子載波數(shù)愈多整體傳輸速度越高。802.11n即便也是SISO的單天線收發(fā)，也會比802.11g的單天線收發(fā)表現(xiàn)更為快。傳統(tǒng)802.11a/g在20M模式下有52個子載波（48個可用），速度最高54M。802.11n在20M模式下有56個子載波（52個可用），速度58.5M。WLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻B無線收發(fā)數(shù)據(jù)附前向錯誤更錯碼（ForwardErrorCorrection-FEC），當(dāng)實質(zhì)傳遞數(shù)據(jù)在傳遞過程中因衰減、干擾等因素而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤時，透過更錯碼可將數(shù)據(jù)更正、還原成正確數(shù)據(jù)。802.11n更錯碼不會太耗占頻寬，但卻能維持相同的錯誤更正能力，而這個比例就稱為編碼比率碼率（CodeRate）。WLAN拓?fù)浣榻B速率提升-ShortGI在無線收發(fā)過程中收/發(fā)間或多次傳發(fā)過程中，需要若干間隔時間，而這個間隔時間就稱為GuardInterval簡稱GI.ShortGuardInterval（ShortGI）更短的幀間保護(hù)間隔。WLAN拓?fù)浣榻BShortGuardInterval（ShortGI）：802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)要求在發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須要保證在數(shù)據(jù)之間存在800ns的時間間隔，這個間隔被稱為GuardInterval(GI)。11n仍然缺省使用800ns。當(dāng)多徑效應(yīng)不嚴(yán)重時，可以將該間隔配置為400ns，可以將吞吐提高近10%，此技術(shù)稱為ShortGI。使用場景：ShortGI使用于多徑情況較少、射頻環(huán)境較好的應(yīng)用場景。在多徑效應(yīng)影響較大的時候，應(yīng)該關(guān)閉ShortGI功能。如圖所示，在多徑環(huán)境中，前一個數(shù)據(jù)塊還沒有發(fā)送完成，后一個數(shù)據(jù)塊可能通過不同的路徑先到達(dá)，合理的GI長度能夠避免相互干擾（如圖所示）。如果GI時長不合理，會降低鏈路的有效SNR。WLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻B在無線收發(fā)過程中收/發(fā)間或多次傳發(fā)過程中，需要若干間隔時間，而這個間隔時間就稱為GuardInterval，簡稱GI。射頻芯片在使用OFDM調(diào)制方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，整個幀是被劃分成不同的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行發(fā)送的，為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)塊之間會有GI（GuardInterval），用以保證接收側(cè)能夠正確的解析出各個數(shù)據(jù)塊。802.11a/g采用的800ns的GI，在802.11n模式中，提供了一種ShortGI特性。將GI時長減少至400ns，從而可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率百分之十左右。WLAN拓?fù)浣榻B速度提升-40M頻寬模式802.11同時定義了2.4GHz頻段和5GHz頻段的WLAN標(biāo)準(zhǔn)，與802.11a/b/g每信道只用20MHz頻寬不同的是802.11n定義了兩種頻帶寬度：20MHz頻寬，40MHz頻寬采用40MHz頻寬模式可以讓無線網(wǎng)絡(luò)獲得高于2倍的傳輸速率采用40MHZ頻寬模式，可以成倍增加無線網(wǎng)絡(luò)的支持速率，但是2.4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)支持的40M頻寬的信道數(shù)量不同。在2.4G模式上最多可以有一個40M信道，在5G模式上40M信道數(shù)目因國家不同而不同，理論上最多有11個40M信道。WLAN拓?fù)浣榻BMIMO技術(shù)采用802.11a/b/g技術(shù)的無線接入點和客戶端是通過單個天線單個空間信道（SISO)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的。采用802.11n技術(shù)的無線接入點和客戶端可以利用兩個或者更多的空分信道同時傳送數(shù)據(jù)，如果終端也支持MIMO技術(shù)的話，能夠采用多個接收天線和高級信號處理技術(shù)來重建從多個信道發(fā)送過來的數(shù)據(jù)MIMO技術(shù)就是利用其它技術(shù)來改進(jìn)接收端的信噪比WLAN拓?fù)浣榻BSISO：SingleInputSingleOutput。MIMO：MultipleInputandMultipleOutput。802.11n網(wǎng)絡(luò)融合了基于MIMO的接入點和無線客戶端，從而能夠提供極高的可靠性和數(shù)據(jù)吞吐量。即使只部署支持MIMO技術(shù)的無線接入點，而終端不支持MIMO技術(shù)，這項技術(shù)也能夠提供高出802.11a/b/g網(wǎng)絡(luò)百分之三十的性能。這種性能的提升是采用MIMO智能天線的結(jié)果，它能夠允許無線接入點能在更長的距離間更可靠的接受數(shù)據(jù)，并且與標(biāo)準(zhǔn)的分集天線工作方式相比能夠為客戶端提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率。例如在同樣距離上802.11a/b/g客戶端和傳統(tǒng)接入點通信，數(shù)據(jù)通常會從54Mbps降到48Mbps或者36Mbps，而相同的客戶端同支持MIMO技術(shù)的802.11n無線接入點通信，還能夠維持在54Mbps不變。WLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻B在無線通信系統(tǒng)中，在發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)上使用多個天線開辟了一個新的維度空間。如果能夠正確利用這一技術(shù)，可以極大地提高性能，它現(xiàn)在被廣泛地稱為MIMO（多路輸入多路輸出）系統(tǒng)（“輸入”和“輸出”指的是無線信道）。發(fā)射機(jī)的多個天線意味著有多個信號輸入到無線信道中，接收機(jī)的多個天線是指有多個信號從無線信道輸出，多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳處理，并有效地抵抗空間選擇性衰落。WLAN拓?fù)浣榻BMIMO-波束成形波束成形技術(shù)：當(dāng)發(fā)射端有多個發(fā)射天線時，調(diào)整從各個天線發(fā)出的信號使得接收端信號強(qiáng)度有顯著改善的技術(shù)。WLAN拓?fù)浣榻B波束成形技術(shù)：當(dāng)發(fā)射端有多個發(fā)射天線時，調(diào)整從各個天線發(fā)出的信號使得接收端信號強(qiáng)度有顯著改善的技術(shù)。當(dāng)從不同的天線發(fā)送兩個信號時，這些信號在接收端天線進(jìn)行疊加，由于傳播的不同，兩個信號在到達(dá)接收端的時候存在相位差，這種情況會直接影響接收端的信號強(qiáng)度。通過調(diào)整發(fā)射端無線信號的相位，可以最大化的接收信號強(qiáng)度，即增加信噪比。波束成形技術(shù)應(yīng)用在接收端只有一個天線，且沒有障礙物的環(huán)境。如果不采用波束成形技術(shù)，接收端接收到的相位可能發(fā)生異相，如圖1所示。采用了波束成形技術(shù)后，接收端能收到正相相位，使信號最大，如圖2所示，并達(dá)到在接收端提高信噪比的目的。WLAN拓?fù)浣榻BMIMO命名MIMO的天線配置通常表示成“M*N”,其中M和N均為整數(shù)M表示傳輸天線的數(shù)量N表示接收天線的數(shù)量例如：MIMO2*2，即兩組傳輸鏈路，兩組接收鏈路以及兩條經(jīng)過多任務(wù)處理的以無線鏈路傳送的空間信息流，AP可以通過不同的空間信息流來承載不同的信息，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。從MIMO2*1到MIMO4*4，AP每增加一個發(fā)射天線和接收天線都會提高AP的信噪比。WLAN拓?fù)浣榻B802.11nMAC層改進(jìn)技術(shù)802.11MAC層協(xié)議耗費了相當(dāng)多效率作用鏈路的維護(hù)，從而大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n通過改善MAC層來減少固定的開銷及擁塞造成的損失。

幀聚合技術(shù)

塊確認(rèn)技術(shù)WLAN拓?fù)浣榻B802.11MAC層協(xié)議耗費了相當(dāng)多效率用作鏈路的維護(hù)，從而大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。在802.11的MAC層協(xié)議中，有很多固定的開銷，尤其在兩個幀之間以及傳輸完每個幀所收到的確認(rèn)信息。在最高數(shù)據(jù)率的傳輸下，這些多余的開銷甚至比需要傳輸?shù)恼麄€數(shù)據(jù)幀還要長。例如：802.11g理論傳輸速率為54Mbps，實際上卻只有22Mbps，將近有一半多的速率浪費了。無線網(wǎng)絡(luò)的沖突及空中的擁塞也會降低802.11的有效吞吐量，802.11n通過改善MAC層來減少固定的開銷及擁塞造成的損失。WLAN拓?fù)浣榻B幀聚合802.11n引入幀聚合技術(shù)，提高M(jìn)AC層效率，報文幀聚合技術(shù)包括：MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元聚合（A-MSDU)MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元聚合（A-MPDU)兩種不同的幀聚合方式會有不同的效率提升。MSDU和MPDU兩種聚合的共同點：減少負(fù)荷，且只能聚合同一QoS級別的幀，但因為要等待需要聚合的報文，可能造成延時。另外，只有MPDU才使用塊確認(rèn)。WLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻BMAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元聚合全稱是“AggregateMACServiceDataUnit”，縮寫為“A-MSDU”A-MSDU允許對目的地及應(yīng)用都相同的多個包進(jìn)行聚合，聚合后的多個包只有一個共同的MAC幀頭。當(dāng)多個幀聚合到一起后，報頭的負(fù)載、傳播的時間及確認(rèn)包都會相應(yīng)減少，從而提高無線傳輸效率。A-MSDU最大的大小是7935字節(jié)。WLAN拓?fù)浣榻BWLAN拓?fù)浣榻BMAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元聚合全稱是“AggregateMACProtocolDataUnit”，縮寫為“AMPDU”。A-MPDU允許對目的地相同但是應(yīng)用不同的多個包進(jìn)行聚合，其效率不如A-MSDU，但是還是會減少報頭負(fù)載及空氣傳播時間。A-MPDU的最大的包為65535字節(jié)。WLAN拓?fù)浣榻B塊確認(rèn)為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應(yīng)ACK幀。塊確認(rèn)機(jī)制通過使用一個ACK幀來完成對多個MPDU的應(yīng)答，以降低這種情況下的ACK幀的數(shù)量，如下圖所示：WLAN拓?fù)浣榻B為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應(yīng)ACK幀。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對其中的每一個MPDU進(jìn)行處理，因此同樣需要對每一個MPDU發(fā)送應(yīng)答幀。塊確認(rèn)機(jī)制通過使用一個ACK幀來完成對多個MPDU的應(yīng)答，以降低這種情況下的ACK幀的數(shù)量。僅僅對沒有收到確認(rèn)的成分幀進(jìn)行選擇性重發(fā)。在高錯幀的環(huán)境下，MPDU匯聚的選擇重傳機(jī)制能夠提供比MSDU匯聚更高效WLAN利用率，因為只有出錯的成分幀會被重傳，而不是重傳整個匯聚幀，從而大大減少了需要重傳的數(shù)據(jù)。WLAN拓?fù)浣榻BWlan未來802.11ac作為802.11n標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)，802.11ac工作頻段為5GHz頻率，以及支持MIMO技術(shù)，并在次基礎(chǔ)上技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，以求達(dá)到1Gbps吞吐量的目標(biāo)。802.11ac將向后兼容802.11全系列現(xiàn)有及即將發(fā)布的所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。安全性方面，它將完全遵循802.11i安全標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容。80211ac將可以幫助企業(yè)或家庭實現(xiàn)無縫漫游。WLAN拓?fù)浣榻BIEEE802.11ac是一個正在發(fā)展中的802.11無線計算機(jī)網(wǎng)路通信標(biāo)準(zhǔn)，它透過5GHz頻帶進(jìn)行無線區(qū)域網(wǎng)（WLAN）通信。理論上，它能夠提供最少每秒1Gigabit頻寬進(jìn)行多站式無線區(qū)域網(wǎng)（WLAN）通訊，或是最少每秒500megabits（500Mbit/s）的單一連線傳輸頻寬。802.11ac還將向后兼容802.11全系列現(xiàn)有和即將發(fā)布的所有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，包括即將發(fā)布的802.11s無線網(wǎng)狀架構(gòu)等。安全性方面，它將完全遵循802.11i安全標(biāo)準(zhǔn)的所有內(nèi)容，使得無線Wi-Fi能夠在安全性方面達(dá)到企業(yè)級用戶的需求。根據(jù)802.11ac的實現(xiàn)目標(biāo)，未來802.11ac將可以幫助企業(yè)