WLAN設備原理與實現(xiàn)課件

WLAN設備原理與實現(xiàn)WLAN設備原理與實現(xiàn)WLAN設備原理與實現(xiàn)WLAN設備原理與實現(xiàn)12021/2/21WLAN設備原理與實現(xiàn)

22021/2/211.無線中繼器2.無線Modem3.無線網(wǎng)卡4.無線接入點(AP)5.無線路由器32021/2/211.無線中繼器42021/2/21中繼器中繼器是什么？

中繼器（RPrepeater）是連接網(wǎng)絡線路的一種裝置，常用于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器是最簡單的網(wǎng)絡互聯(lián)設備，它不查看數(shù)據(jù)本身，中繼器主要完成物理層的功能，負責在兩個節(jié)點的物理層上按位傳遞信息，完成信號的復制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡的長度。

52021/2/21中繼器中繼器的工作過程：1.中繼器接受一個端口的數(shù)據(jù)，由于信號在不太理想的媒質(zhì)上從源點到中繼器經(jīng)過一段距離的傳輸以及噪聲和外部干擾的影響，會使得該信號已有所衰減和失真。2.中繼器將送來的信號整形放大，使被衰減的信號重建為完美信號。3.最后，將整形好的信號發(fā)送到輸出端口

62021/2/21無線中繼器中繼器的優(yōu)點：⑴擴大了通信距離；⑵增加了節(jié)點的最大數(shù)目；⑶各個網(wǎng)段可使用不同的通信速率；⑷提高了可靠性當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，一般只影響個別網(wǎng)段；⑸性能得到改善。

中繼器的缺點：

⑴由于中繼器對收到被衰減的信號再生（恢復）到發(fā)送時的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)發(fā)出去，增加了延時；⑵中繼器若出現(xiàn)故障，對相鄰兩個子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響。72021/2/21無線中繼器

無線中繼器：在空間廣闊的環(huán)境中，無線信號的覆蓋范圍比帶寬和速度更重要。無疑使用中繼器來擴展基站的覆蓋范圍是較佳的選擇。無線中繼器可以分為兩種，一種是通常的純無線信號的中繼（常規(guī)無線中繼），另一種是有線端口通過無線信道進行的中繼傳輸。82021/2/21無線中繼器常規(guī)無線中繼器組成原理：低噪聲放大器下變頻中頻放大上變頻功率放大器本振1本振2接受天線發(fā)射天線92021/2/212.無線Modem102021/2/21無線Modem

Modem，來源于MODulator/DEModulator，即調(diào)制器/解調(diào)器。其實質(zhì)就是一種翻譯器，它是在發(fā)送端通過調(diào)制將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模以信號，而在接收端通過解調(diào)再將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的一種裝置。按照工作原理，可將Modem分為模擬式Modem和數(shù)字式Modem兩種；按照傳輸介質(zhì)可分為有線Modem和無線Modem兩種。112021/2/21無線Modem模擬式Modem

一般我們常用的撥號上網(wǎng)Modem都屬于模擬式Modem。在通過電話線路發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須通過這種傳統(tǒng)方式的Modem將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為可通過電話線傳送的模擬信號；在接收時，再通過調(diào)制解調(diào)器將電話線傳來的模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字信號。數(shù)字式Modem數(shù)字式Modem可以直接傳送數(shù)字信號，傳送數(shù)據(jù)快而準確，不容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。數(shù)字式Modem建立在數(shù)字通信線路的基礎上。綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)絡ISDN的出現(xiàn)，有效地解決了這一問題。ISDNModem使用的前提是要求電信局的交換機提供ISDN功能，即可在電話線上提供數(shù)字信號傳送。

122021/2/21無線Modem的構(gòu)成原理

無線Modem可采用ASK、FSK、PSK等任何數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術，任何糾錯編碼技術以及交織、擴頻和分集接受等技術?？傊?，任何無線傳輸技術都可以應用到無線Modem的設計中去，其本質(zhì)是無線數(shù)字收發(fā)信機。

無線Modem的組成

基帶數(shù)字調(diào)制解調(diào)單元天線收發(fā)單元132021/2/21無線Modem的熱點技術

（1）網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）

網(wǎng)格編碼調(diào)制（TCM）將編碼和調(diào)制結(jié)合，在不改變信號速率和不增加帶寬的前提下，可以獲得可觀的編碼增益，從而改善了系統(tǒng)性能。（2）數(shù)據(jù)壓縮（DC）數(shù)據(jù)壓縮可以分為無失真數(shù)據(jù)壓縮和失真數(shù)據(jù)壓縮。對于圖像和話音，可以采用失真壓縮；但對于數(shù)據(jù)來講，則只能利用無失真壓縮方式。（3）擴頻/調(diào)頻Modem由于跳/擴頻具有良好的抗干擾性能，并具有一定的抗突發(fā)錯誤能力，因此，采用擴頻/跳頻Modem已成為一種趨勢.

(4)語音和數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)腗odem電話信道同時傳輸語音和數(shù)據(jù)是人們一貫追求的目標。目前有兩條實現(xiàn)途徑：一是用模擬方式集總語音和數(shù)據(jù)（ASVD）的Modem，二是數(shù)字方式集總語音和數(shù)據(jù)（DSVD）的Modem.142021/2/21擴頻E1Modem擴頻E1無線Modem組成框圖：碼型轉(zhuǎn)換基帶擴頻中頻調(diào)制上變頻控制單元下變頻HDB3碼NRZ中頻解調(diào)基帶解擴碼型轉(zhuǎn)換控制單元NRZHDB3碼

（a）發(fā)射端（b）接收端E1E1E1E1E1152021/2/213.無線網(wǎng)卡162021/2/21無線網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡，也稱無線網(wǎng)絡適配器，是無線局域網(wǎng)的最基本設備。無線網(wǎng)卡與終端設備（如計算機、PDA等）一起構(gòu)成（移動）主機（Host）。在終端設備中，裝載有操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡軟件；而無線網(wǎng)卡主要實現(xiàn)WLAN協(xié)議中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容。也正是由裝有無線網(wǎng)卡的主機之間的無線互聯(lián)構(gòu)成了無線局域網(wǎng)。沒有AP等中心控制設備的WLAN是ADHoc網(wǎng)絡，由AP等中心控制設備的WLAN是Infrastructure結(jié)構(gòu)。無線網(wǎng)卡主要完成無線網(wǎng)絡通信的功能，其技術是要求相關標準規(guī)定。

172021/2/21無線網(wǎng)卡的組成原理下圖是無線網(wǎng)卡硬件的典型結(jié)構(gòu)。它由網(wǎng)絡接口控制器（NIC)、基帶處理器（BBP）、中頻（IF）和射頻（RF）處理單元、收發(fā)轉(zhuǎn)換和天線等部分組成?？偩€接口一般有PCMCIA、USB、PCI、MiniPCI、ISA、Cardbus等形式。射頻處理單元（RF）中頻處理單元（IF）基帶處理器（BBP）網(wǎng)絡接口控制器（NIC）計算機總線接口無線網(wǎng)卡的硬件組成框圖182021/2/21無線網(wǎng)卡的工作原理

無線網(wǎng)卡簡單的工作原理如下：當物理層接收到信號并確認無誤后，提交給MAC-PHY子層，經(jīng)過拆包后把數(shù)據(jù)上交MAC層，然后判斷是否是發(fā)給本網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)。若是，則上交；否則，丟棄。如果物理層接收到的發(fā)給本網(wǎng)卡的信號有錯，則需要通知發(fā)送端重發(fā)此分組消息。當網(wǎng)卡有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，首先要判斷信道是否空閑。若空閑，隨機退避一段時間后發(fā)送；否則，暫不發(fā)送。由于網(wǎng)卡為時分雙工工作，所以，發(fā)送時不能接收，接收時不能發(fā)送。192021/2/214.無線接入點(AP)202021/2/21無線接入點(AP)

無線接入點是一個無線網(wǎng)絡的接入點，俗稱"熱點"，無線接入點是BSS的核心，也是一個具有中心控制功能的特殊站點，它能為BSS中的其他主機提供諸如通過它對DS進行訪問，與BSS中的其他主機通信，獲取和維護管理信息等分布式系統(tǒng)服務。

212021/2/21無線接入點(AP)

AP只有在無線局域網(wǎng)采用中心式拓撲結(jié)構(gòu)（Infrastructure）時才被使用。在自組織網(wǎng)絡（AdHoc）中，每一個網(wǎng)絡中的節(jié)點（即終端設備）都有義務擔負轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的責任，各個網(wǎng)絡節(jié)點是完全獨立的，不存在邏輯上相互依賴的關系。而在中心式的網(wǎng)絡中，AP不但要負責把移動終端發(fā)來的信息轉(zhuǎn)發(fā)到有線網(wǎng)絡或是其管轄的無線站點，還要負責信標幀的發(fā)送，完成移動站點的認證連接過程，對發(fā)送到無線信道上的信息進行加密/解密，管理移動站點在各小區(qū)間的漫游等，并且要在無線和有線網(wǎng)絡間進行幀格式的轉(zhuǎn)換。222021/2/21AP的物理組成

AP作為連接DS（通常為10/100Mbps以太網(wǎng)）和無線網(wǎng)絡的橋梁，一方面要通過WLAN的無線接口與無線網(wǎng)絡上的其他節(jié)點通信，另一方面還必須與DS中的其他節(jié)點通信，因此，通常AP可以認為是一個同時具有WLAN接口和有線接口的嵌入式系統(tǒng)，其硬件構(gòu)成如圖所示。232021/2/21AP的邏輯組成

1、無線網(wǎng)絡物理層協(xié)議接口——實現(xiàn)IEEE802.11中的物理層規(guī)范，提供訪問無線媒體的接口；2、加密/解密模塊——對無線MAC幀進行加密和解密操作，提高網(wǎng)絡的安全性能；3、無線網(wǎng)絡MAC層協(xié)議模塊——實現(xiàn)IEEE802.11中MAC層規(guī)范定義的接入控制功能4、有線網(wǎng)絡接口模塊——實現(xiàn)IEEE802.3協(xié)議，提供訪問有線以太網(wǎng)的接口5、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊——實現(xiàn)IEEE802.3和IEEE802.11之間的幀格式轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡和與有線網(wǎng)絡間的轉(zhuǎn)發(fā)242021/2/21AP的工作原理

252021/2/21WLAN接入網(wǎng)絡按體系架構(gòu)區(qū)分的三種類型AutonomousWLANArchitecture：自治型WLAN網(wǎng)絡也被稱為胖AP或獨立型AP提供802.11無線接口及802.3以太網(wǎng)接口配置及控制都是獨立的，監(jiān)控和管理可通過SNMP進行。一個物理AP可通過支持多個SSID成為幾個虛擬APCentralizedWLANArchitecture：會聚型WLAN網(wǎng)絡被稱為輕量級AP或瘦AP（lightweight或和thinAP)通過AC集中管理、控制及配置AP，AC在無線網(wǎng)絡中成為會聚點AC和二層網(wǎng)橋、交換機、三層路由器、接入服務器等放置在一起執(zhí)行CAPWAP功能的AC是邏輯概念，不一定集中在一個物理設備上。DistributedWLANArchitecture：分布型WLAN網(wǎng)絡無線節(jié)點間自組網(wǎng)成為分布式網(wǎng)絡，如網(wǎng)狀網(wǎng)（MESH)具有有線連接的對外出口成為網(wǎng)關262021/2/21自治型WLAN網(wǎng)絡-FATAP

在傳統(tǒng)的無線覆蓋的解決方案中，無線接入點（AP）一般被視為是一種邊緣接入技術，是有線網(wǎng)絡的補充，實現(xiàn)的是無線終端用戶和有線網(wǎng)絡之間的橋接工作。

整個網(wǎng)絡的無線部分，是以AP為中心的一片片覆蓋區(qū)域組合而成的。這些區(qū)域各自獨立工作，AP作為該區(qū)域的中心節(jié)點，承擔著數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)發(fā)、過濾、加密，客戶端的接入、斷開、認證等任務。

胖AP本身會提供一定的無線終端接入控制手段，但所有的控制策略以及用戶信息往往局限在單個AP上。

一旦無線終端從一個胖AP切換到另外一個胖AP，無線終端便需要重新進行用戶認證。新的胖AP也要重復進行控制策略的設定。

因此，單純使用胖AP是不適合大規(guī)模組建無線網(wǎng)絡的需求的。272021/2/21會聚型WLAN網(wǎng)絡-瘦AP

瘦AP一般只完成原來胖AP中時間要求比較嚴格的部分功能,傳統(tǒng)胖AP的大部分功能被轉(zhuǎn)移到無線交換機上完成。瘦AP的出現(xiàn)是隨著建網(wǎng)，組網(wǎng)方式的不斷出現(xiàn)而應運而生的。

無線控制器＋FITAP控制架構(gòu)（瘦AP）對設備的功能進行了重新劃分，其中無線控制器負責無線網(wǎng)絡的接入控制，轉(zhuǎn)發(fā)和統(tǒng)計、AP的配置監(jiān)控、漫游管理、AP的網(wǎng)管代理、安全控制；FITAP負責802.11報文的加解密、802.11的PHY功能、接受無線控制器的管理、RF空口的統(tǒng)計等簡單功能282021/2/21FITAP設備連接方式

直連二層網(wǎng)絡連接模式三層網(wǎng)絡連接模式APACDirectlyConnectedViaL2cloudViaL3cloudACSwitch/bridgeL2L2ACrouterL3APAPAPAPAPAPAPAP292021/2/21會聚型WLAN網(wǎng)絡-FITap在該架構(gòu)中，無線交換機和ThinAP之間通過隧道交互兩種類型的報文：無線終端數(shù)據(jù)報文ThinAP管理和控制報文302021/2/21會聚型WLAN網(wǎng)絡-ACAC,接入控制器（AccessController或WirelessAccessPointController），即無線控制器，是一種網(wǎng)絡設備，負責管理某個區(qū)域內(nèi)無線網(wǎng)絡中的AP。AC除了集中處理無線終端的數(shù)據(jù)報文之外，還負責對ThinAP進行集中管理，這包括：ThinAP工作參數(shù)的配置。不同的實現(xiàn)方案下，對ThinAP所要作的配置工作是不一樣的，一般包括：工作信道的選擇無線接入模式的選擇：11a、11b、11g、mixed發(fā)射功率的設定監(jiān)測ThinAP的工作狀況：無線終端的連接狀況當前負載情況當前信道質(zhì)量ThinAP本身的連通狀況ThinAP固件的更新312021/2/21瘦AP發(fā)現(xiàn)和會話建立流程瘦AP無需人工干預可自動發(fā)現(xiàn)AC\完成版本配置更新，實現(xiàn)即插即用無線接入點DHCPServer無線控制器獲取IP地址、DNSServer、域名無線控制器發(fā)現(xiàn)請求版本、配置下載無線控制器發(fā)現(xiàn)響應用戶數(shù)據(jù)傳遞1.AP接入交換機端口。AP加電并獲得IP地址(DHCP或靜態(tài)配置地址的方式)；2.AP查找AC地址(方式有：DHCP、DNS、靜態(tài)設置等)；3.AP從AC下載image文件(TFTP)并建立隧道連接到AC4.AP認證后建立AP到交換機之間的隧道連接；5.隧道建立完成后，AP從AC下載相應的配置文件完成自身配置；6.WLAN用戶終端與AP通信，AP將業(yè)務數(shù)據(jù)通過隧道傳送到AC，由AC集中轉(zhuǎn)發(fā)/也可設置成AP本地轉(zhuǎn)發(fā)；7.AP的管理通過AC集中管理；322021/2/21802.11報文的加解密、

802.11的PHY功能、接受無線控制器的管理、

RF口的統(tǒng)計等簡單功能胖瘦AP構(gòu)架中設備功能的劃分胖AP

獨立完成用戶的無線接入獨立完成用戶權(quán)限認證獨立用戶安全策略實施獨立分布式管理傳統(tǒng)的WLAN的AP功能被分散到AC和瘦AP兩個獨立的設備來完成，AC和瘦AP之間提供相應的控制協(xié)議完成無線功能。AC無線網(wǎng)絡的接入控制、無線網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)和統(tǒng)計、AP的配置監(jiān)控、漫游管理、AP的網(wǎng)管代理、AP安全控制等控制協(xié)議瘦AP332021/2/21胖AP組網(wǎng)&瘦AP架構(gòu)對比Internet中心機房Router/Bas網(wǎng)管AAA計費SwitchSwitchPC機WLAN手機傳統(tǒng)的自治型胖APAC無線控制器PC機WLAN手機新型的集中管理型瘦AP342021/2/215.無線路由器352021/2/21無線路由器無線路由器是一種工作在ISO模型中網(wǎng)絡層（IP層）上的一種設備，應用于用戶上網(wǎng)、帶有無線覆蓋功能的路由器，無線路由器可以看作一個轉(zhuǎn)發(fā)器，將家中墻上接出的寬帶網(wǎng)絡信號通過天線轉(zhuǎn)發(fā)給附近的無線網(wǎng)絡設備（筆記本電腦、支持wifi的手機以及所有帶有WIFI功能的設備）。362021/2/21無線路由器的功能

1）網(wǎng)絡互連

無線路由器支持無線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的接口，主要用于互聯(lián)無線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。大部分無線路由支持多協(xié)議的傳輸，即多協(xié)議路由器。從過濾網(wǎng)絡流量的角度來講，無線路由器的作用與無線網(wǎng)橋非常相似，但無線路由器使用專用的軟件協(xié)議從邏輯上對整個網(wǎng)絡進行細分。

2）路由功能無線路由器的主要工作是為經(jīng)過路由器的每個數(shù)據(jù)幀尋找一條最佳傳輸路徑，并將該路徑有效地傳送到目的站點。路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數(shù)據(jù)--路由表，路由表可分為兩種，一種是靜態(tài)路由，另外一種是動態(tài)路由。靜態(tài)路由是由網(wǎng)絡管理員預先設置好的，動態(tài)路由則根據(jù)網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)調(diào)整。372021/2/21無線路由的參數(shù)

1、SSID

SSID(ServiceSetIdentifier)是“業(yè)務組標識符”的簡稱，是無線網(wǎng)絡的標志符，用來識別在特定無線網(wǎng)絡上發(fā)現(xiàn)到的無線設備身份。所有的工作站及訪問點必須使用相同的SSID才能在彼此間進行通訊。SSID是一個32位的數(shù)據(jù)，其值區(qū)分大小寫。它可以是無線局域網(wǎng)的物理位置標識、你的名稱、公司名稱、或公司名稱和部門、偏好的標語等喜歡的字符，但是如果設置非英文，在某些設備上會顯示亂碼，或出現(xiàn)連接不上的問題。

2、接口

常見的無線路由器一般都有一個RJ45口為WAN口，也就是UPLink到外部網(wǎng)絡的接口，其余2-4個口為LAN口，用來連接普通局域網(wǎng)，內(nèi)部有一個網(wǎng)絡交換機芯片，專門處理LAN接口之間的信息交換。通常無線路由的W