《WLAN理論基礎(chǔ)》課件

WLAN理論基礎(chǔ)WLAN基礎(chǔ)知識(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。無(wú)線設(shè)備支持無(wú)線通信的設(shè)備，例如筆記本電腦、手機(jī)等。無(wú)線信號(hào)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的電磁波。WLAN的發(fā)展歷程1970年代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的雛形出現(xiàn)，主要用于軍事和科研領(lǐng)域。1980年代出現(xiàn)了第一代無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE802.11。1990年代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸商業(yè)化，并開(kāi)始應(yīng)用于企業(yè)和家庭。2000年代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了快速發(fā)展，出現(xiàn)了更高速率、更穩(wěn)定、更安全的新一代標(biāo)準(zhǔn)。2010年代至今無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代生活不可或缺的一部分，并不斷向更高速率、更智能、更便捷的方向發(fā)展。WLAN的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)靈活性和移動(dòng)性WLAN允許用戶在覆蓋范圍內(nèi)自由移動(dòng)，而無(wú)需連接物理電纜，這使得工作場(chǎng)所更加靈活，提高了生產(chǎn)力。易于部署和擴(kuò)展與有線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN的部署更快捷，更易于擴(kuò)展，這使得它成為許多企業(yè)的理想選擇。成本效益與傳統(tǒng)的布線網(wǎng)絡(luò)相比，WLAN的成本更低，并且更容易維護(hù)，這對(duì)于預(yù)算有限的企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。WLAN的工作原理1無(wú)線信號(hào)發(fā)射AP發(fā)射無(wú)線信號(hào)，STA接收信號(hào)2數(shù)據(jù)傳輸STA發(fā)送數(shù)據(jù)包到AP，AP轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)3無(wú)線信號(hào)接收AP接收數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)發(fā)到STA無(wú)線電波傳播基礎(chǔ)1直射波無(wú)線電波直接從發(fā)射機(jī)傳播到接收機(jī)，沒(méi)有障礙物阻擋。2反射波無(wú)線電波遇到障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，改變傳播方向。3繞射波無(wú)線電波遇到障礙物時(shí)，會(huì)繞過(guò)障礙物，繼續(xù)傳播。4散射波無(wú)線電波遇到障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生散射，形成多個(gè)方向的傳播。頻率、波長(zhǎng)與帶寬調(diào)制與解調(diào)技術(shù)1數(shù)字信號(hào)電腦、手機(jī)2模擬信號(hào)無(wú)線電波3調(diào)制轉(zhuǎn)換4解調(diào)還原信道接入方式CSMA/CA載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionAvoidance)是WLAN中最常用的信道接入方式，它通過(guò)偵聽(tīng)信道以避免沖突。TDMA時(shí)分多址(TimeDivisionMultipleAccess)通過(guò)將時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)隙來(lái)分配給不同的用戶，從而實(shí)現(xiàn)共享信道訪問(wèn)。FDMA頻分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess)通過(guò)將信道劃分為多個(gè)頻率子信道，并分配給不同的用戶，從而實(shí)現(xiàn)共享信道訪問(wèn)。信道復(fù)用技術(shù)頻率復(fù)用將頻譜劃分為多個(gè)子頻帶，不同的用戶使用不同的子頻帶，從而實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。時(shí)分復(fù)用將時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)間片，不同的用戶在不同的時(shí)間片上使用相同的頻帶。碼分復(fù)用使用不同的碼序列來(lái)區(qū)分不同的用戶，即使在同一時(shí)間、同一頻帶內(nèi)，也能實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用。擴(kuò)頻技術(shù)直接序列擴(kuò)頻（DSSS）通過(guò)將原始數(shù)據(jù)信號(hào)與偽隨機(jī)碼進(jìn)行相乘，將信號(hào)帶寬擴(kuò)展到原來(lái)的幾十倍甚至幾百倍，從而降低信號(hào)能量密度，不易被干擾。跳頻擴(kuò)頻（FHSS）將信號(hào)載波頻率在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)快速跳變，使得干擾源難以鎖定信號(hào)，從而降低干擾的影響。OFDM技術(shù)1正交頻分復(fù)用OFDM是一種將高速數(shù)據(jù)流分成多個(gè)低速數(shù)據(jù)流，并通過(guò)不同的載波頻率傳輸?shù)募夹g(shù)。2抗多徑衰落OFDM通過(guò)將數(shù)據(jù)分成多個(gè)子載波，并使用正交編碼，可以有效抵抗無(wú)線信道中的多徑衰落。3提高頻譜利用率OFDM可以利用多個(gè)子載波進(jìn)行傳輸，從而提高頻譜利用率，并支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。MIMO技術(shù)多入多出MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技術(shù)是一種利用多根天線來(lái)提高無(wú)線通信系統(tǒng)性能的技術(shù)?？臻g復(fù)用利用空間復(fù)用技術(shù)，可以將同一頻段劃分成多個(gè)空間流，從而提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和傳輸速率。干擾抑制通過(guò)對(duì)不同天線的信號(hào)進(jìn)行處理，可以有效地抑制來(lái)自其他設(shè)備的干擾，提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)介紹802.11a5GHz頻段，最高速率54Mbps802.11b2.4GHz頻段，最高速率11Mbps802.11g2.4GHz頻段，最高速率54Mbps802.11n2.4/5GHz頻段，最高速率600MbpsIEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)工作在5GHz頻段，帶寬為5GHz。數(shù)據(jù)速率理論上，最高可達(dá)54Mbps，實(shí)際傳輸速率略低于理論值。特點(diǎn)傳輸速率較高抗干擾能力較強(qiáng)適用于高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)速率IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)定義了11Mbps的最高數(shù)據(jù)速率，可以滿足當(dāng)時(shí)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的需求。頻段該標(biāo)準(zhǔn)工作在2.4GHz頻段，與現(xiàn)有的許多無(wú)線設(shè)備兼容。應(yīng)用場(chǎng)景IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于家庭、小型辦公室和公共場(chǎng)所，為早期的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)高速率支持最高54Mbps的傳輸速率，是802.11b標(biāo)準(zhǔn)的5倍。與802.11b標(biāo)準(zhǔn)兼容，可以實(shí)現(xiàn)向后兼容。使用2.4GHz頻段，與802.11b標(biāo)準(zhǔn)相同，具有更好的穿透能力。IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)更高速度IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá)600Mbps，比之前的標(biāo)準(zhǔn)速度提升了數(shù)倍。更廣覆蓋通過(guò)MIMO技術(shù)和更先進(jìn)的信道編碼技術(shù)，IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，提高了信號(hào)穩(wěn)定性。更強(qiáng)兼容性IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)向下兼容之前的標(biāo)準(zhǔn)，保證了用戶設(shè)備的兼容性，并為未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。IEEE802.11ac標(biāo)準(zhǔn)1更高速度IEEE802.11ac標(biāo)準(zhǔn)支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá)1.3Gbps，是802.11n標(biāo)準(zhǔn)的3倍以上。2更寬帶寬該標(biāo)準(zhǔn)使用更寬的無(wú)線信道，支持80MHz帶寬，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。3更高效傳輸采用多用戶MIMO技術(shù)，能夠同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶，提高了網(wǎng)絡(luò)容量和效率。IEEE802.11ax標(biāo)準(zhǔn)高吞吐量更高效的調(diào)制技術(shù)和多用戶MIMO技術(shù)，顯著提高數(shù)據(jù)傳輸速率。低延遲優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸流程，降低網(wǎng)絡(luò)延遲，提升用戶體驗(yàn)。高密度接入支持更多設(shè)備同時(shí)連接，滿足高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求。WLAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WLAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備之間的連接方式，主要分為兩種類型：集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：由一個(gè)或多個(gè)AP作為中心節(jié)點(diǎn)，連接多個(gè)STA。分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：由多個(gè)AP分散部署，形成一個(gè)覆蓋范圍更大的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。AP（接入點(diǎn)）的作用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)橋梁AP將無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線信號(hào)，連接到網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)發(fā)射與接收AP發(fā)射無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍，接收移動(dòng)終端的信號(hào)。安全管理AP負(fù)責(zé)認(rèn)證、加密，確保無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全。STA（移動(dòng)終端）的作用連接到網(wǎng)絡(luò)STA是WLAN網(wǎng)絡(luò)中的用戶設(shè)備，負(fù)責(zé)連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)并訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)傳輸STA通過(guò)無(wú)線信號(hào)與AP通信，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和數(shù)據(jù)交換。移動(dòng)性STA具有移動(dòng)性，可以在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)自由移動(dòng)，保持與網(wǎng)絡(luò)的連接。WLAN的網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控監(jiān)控WLAN網(wǎng)絡(luò)性能，如信號(hào)強(qiáng)度、用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)流量等。配置配置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如SSID、安全設(shè)置、用戶權(quán)限等。故障排除診斷和解決WLAN網(wǎng)絡(luò)故障，例如無(wú)線連接斷開(kāi)、網(wǎng)絡(luò)速度慢等。WLAN安全機(jī)制WPA2/WPA3目前最常用的安全協(xié)議，提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)加密和身份驗(yàn)證功能。防火墻阻止來(lái)自網(wǎng)絡(luò)外部的未授權(quán)訪問(wèn)，保護(hù)WLAN網(wǎng)絡(luò)免受攻擊。訪問(wèn)控制列表限制用戶訪問(wèn)特定網(wǎng)絡(luò)資源，確保只有授權(quán)用戶可以訪問(wèn)。身份認(rèn)證技術(shù)WPA2/WPA3WPA2/WPA3是目前最常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，它們使用AES加密算法和802.1X身份驗(yàn)證機(jī)制來(lái)保護(hù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全。EAPEAP是一種可擴(kuò)展的身份驗(yàn)證協(xié)議，它允許使用各種身份驗(yàn)證方法，例如密碼認(rèn)證、數(shù)字證書(shū)認(rèn)證、智能卡認(rèn)證等。RADIUSRADIUS是一種集中式身份驗(yàn)證服務(wù)器，它可以管理多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶的身份驗(yàn)證和授權(quán)，提高安全性。加密算法與密鑰管理對(duì)稱加密使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密。非對(duì)稱加密使用不同的密鑰進(jìn)行加密和解密。密鑰管理密鑰生成、存儲(chǔ)、分發(fā)和銷毀的安全管理。WLAN部署及優(yōu)化1規(guī)劃與設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、信號(hào)強(qiáng)度和安全性是關(guān)鍵考慮因素。2設(shè)備安裝接入點(diǎn)和無(wú)線終端的正確安裝和配置至關(guān)重要。3性能優(yōu)化通過(guò)調(diào)整信道、功率和配置參數(shù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)性能。4安全維護(hù)定期安全更新、密碼管理和訪問(wèn)控制是保障無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全的重要措施。WLAN應(yīng)用場(chǎng)景WLAN已成為現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景，包括：家庭網(wǎng)絡(luò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)公共場(chǎng)所工業(yè)制造智慧城市物聯(lián)網(wǎng)WLAN發(fā)展趨勢(shì)更高速度未來(lái)WLAN將向更高速度發(fā)展，以滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。更低延遲低延遲是實(shí)時(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵，未來(lái)WLAN