《无线设计及应用》PPT课件.ppt

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1、无线设计及应用 北京携远天成技术有限公司 2 培训目标 了解 WLAN基本概念 掌握 WLAN的基础知识 了解 WLAN的基本工作原理 了解 WLAN产品形态及其基本应用 北京携远天成技术有限公司 3 培训内容 WLAN概述 WLAN入门知识 WLAN网络模式 WLAN工作原理 WLAN设备形态及应用 北京携远天成技术有限公司 4 WLAN的应用 高效快捷 移动医疗 应急救助 库存管理 资产跟踪 北京携远天成技术有限公司 5 WLAN的应用 网随心动 宾馆房间 机场大厅 会议室 室外热点 北京携远天成技术有限公司 6 WLAN的应用 金时俱省 港口码头 临时布展 生产制造 移动通信 北京携远天

2、成技术有限公司 7 无线网络分类 WPAN WLAN WMAN 2.4GHz ISM免费频段 低功耗、低成本 短距离通信 (10米 ) 低速传输 (723Kbps) 点到点及点到多点组网 连接便携及固定设备 2.4/5.8GHz ISM免费频段 高传输速率（ 600Mbps） 中近距离通信（ 100-300米） 动态速率调整 支持 MESH组网 支持慢速移动 2 66G 频段 2-11GHz应用于非视距传输 10-66GHz应用于视距传输 较高传输速率 802.16-2004最大速率 74Mbps 802.16e最大下载速率 6Mbps 远距离通信 802.16-2004传输距离 7-10km

3、 802.16e传输距离 3-5km 支持车速移动 (802.16e) 北京携远天成技术有限公司 8 802.11协议发展历程 标准号 IEEE 802.11b IEEE 802.11a IEEE 802.11g IEEE 802.11n 标准发布时间 1999年 9月 1999年 9月 2003年 6月 draft2 工作频率范围 2.42.4835GHz 5.150 5.350GHz 5.475 5.725GHz 5.725 5.850GHz 2.4 2.4835GHz 2.4 2.4835GHz 5.150 5.850GHz 非重叠信道数 3 24 3 15 最高速率（ Mbps） 11

4、 54 54 300-600 实际吞吐量（ Mbps） 6 24 24 100以上 受干扰机率 高 低 高 低 环境适应性 差 较好 好 很好 调制方式 CCK/DSSS OFDM CCK/OFDM MIMO/OFDM 兼容性 802.11b 802.11a 802.11b/g 802.11a/b/g/n 当与 11b混合使用时，吞吐量减少约 30% 北京携远天成技术有限公司 9 无线局域网标准发展 从 802.11标准的发展可以看出： 速度 、 安全 、 QoS、 漫游 是无线标准的四大核心 IEEE 802.11工作组，负责无线局域网标准的制定 无线 速率 标准： 802.11（ 2M）

5、、 802.11b（ 11M） 、 802.11a/g（ 54M） 、 802.11n（ 600M） 无线 安全 标准： 802.11i（ WAPI） 无线 QoS标准： 802.11e 无线 漫游 标准： 802.11r 无 线 的 关 注 点 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 802.11 802.11a 802.11b 802.11i WAPI 802.11e 802.11n 802.11r 802.11g 北京携远天成技术有限公司 10 802.11n代表着更高的速率 工作频率： 2.4GHz或 5.

6、8GHz 调制方式： OFDM MIMO。 MIMO（读作 MyMoe）多进多出技术，将一份长的数据分成多份短的数据（对应多个空间流），使用多天线同时发送 （每个天线对应一个空间流），多天线同时接收，最后进行数据重组，进而提高带宽的技术。同时， MIMO能够有效 抗多径效应，间接增加了覆盖范围。 编码方式：调幅调相 MAC协议：帧聚合、帧突发、块确认等改良机制间接增加速率 无线局域网标准 802.11n 802.11n带来的挑战 对 AP的挑战 ：虽然基本的无线收发和加、解密由无线芯片完成，但报文的转 发和隧道的加、解封装都需要 CPU处理，需要使用性能更强的处理器。 对 无线控制器的挑战 ：

7、与 AP类似，原有的构架不足以满足速率的提升，特别 是集中隧道转发模式下， CPU成为性能瓶颈；目前常规的解决办法就是使用 NP或者多核 CPU。 空间流 1 空间流 2 原始数据 数据分割 数据接收 数据还原 1 2 3 4 1 1x 3 4 2 2x 传统 WiFi覆盖 802.11n覆盖 北京携远天成技术有限公司 11 802.11功能扩充协议（部分） 802.11e 1. 增强 WLAN协议的 QOS服务，以支持语音、视频等多媒体传输。 802.11f 1. 改善 802.11的移动切换机制，为用户提供二层漫游功能。 802.11i 1. 对 WLAN鉴权和加密的安全性进行了增强，采用

8、 802.1x认证协议、 AES加密、改进密钥分布架构。 802.11r 1. 加强漫游的性能，以实现基于无线数据和无线语音的快速漫游。 802.11s 1. 使 802.11实现网状网（ MESH）应用。 北京携远天成技术有限公司 12 培训内容 WLAN概述 WLAN入门知识 WLAN网络模式 WLAN工作原理 WLAN设备形态及应用 北京携远天成技术有限公司 13 ISM频段 ISM： Industrial Scientific Medical（工业、科学、医学） 北京携远天成技术有限公司 14 2.4G频段的信道划分 每个信道宽度为 22MHz 相邻信道的中心频点间隔 5MHz 相邻的

9、多个信道存在频率重叠 (如 1信道与 2、 3、 4、 5 信道有频率重叠 ) 整个频段内只有 3个（ 1、 6、 11）互不干扰信道 2.412 2.417 2.422 2.427 2.432 2.437 2.442 2.447 2.452 2.457 2.462 2.467 2.472 2.484 北京携远天成技术有限公司 15 不同国家或地区 2.4G频段信道分配表 信道 频率 FCC IC ETSI Spain France MKK 1 2412MHz X X X X 2 2417MHz X X X X 3 2422MHz X X X X 4 2427MHz X X X X 5 243

10、2MHz X X X X 6 2437MHz X X X X 7 2442MHz X X X X 8 2447MHz X X X X 9 2452MHz X X X X 10 2457MHz X X X X X X 11 2462MHz X X X X X X 12 2467MHz X X X 13 2472MHz X X X 14 2484MHz X 北京携远天成技术有限公司 16 频率与信道设臵 11信道 美国标准 13信道 欧洲标准 14信道 日本标准 无线设计相关知识 2.4G Wifi 信道分布 1 A 2412 0 2 2417 5 3 2422 5 4 2427 5 5 2432

11、 5 6 B 2437 5 7 2442 5 8 2447 5 9 2452 5 10 2457 5 11 C 2462 5 12 2467 5 13 2472 5 北京携远天成技术有限公司 17 5G频段的信道划分 北京携远天成技术有限公司 18 802.11a 5G频段信道分配表 右表为美国 UNII（ Unlicensed National Information Infrastructure ）频段信道分配表，包含 24个互不干扰 的信道。 在 5GHz频段以 5M为步进划分信道，信道编号 n=(信 道中心频率 GHz 5GHz)*1000/5。 在中国 802.11a工作在 5.72

12、5 5.850GHz频段的 5个信 道，操作信道号分别为： 149、 153、 157、 161、 165 北京携远天成技术有限公司 19 蜂窝式无线覆盖 任意相邻区域使用无交叉干扰的信道，如 11b的 1,6， 11信道 适当调整 AP发射功率，避免跨区域的同频干扰 北京携远天成技术有限公司 20 速率与距离的关系 距离越远速率越低 不同使用环境（信号干扰、衰耗）下最大覆盖范围也不一样 覆盖范围还与天线类型及发射功率有密切关系 北京携远天成技术有限公司 21 无线传输的干扰因素多径传播 障碍物反射信号，使接收端收到多个不同延迟的信号拷贝。 如果收到的多个信号相位破坏性叠加，则相对噪声来说信号

13、强度下降 （信噪比减小），导致接收端检测困难。 直接信号 反射信号 反射信号 北京携远天成技术有限公司 22 无线传输的干扰因素衰耗 电磁波的穿透性与频率有关，频率越低穿透性越强 频率越高，衰减越严重，发射机需要更大的功率，传输范围更短 原始信号 被衰减的信号 材质类型 在建筑物中的使用 对电波的影响程度 木材 办公区 低 石膏 内墙 低 玻璃 窗口 低 砖 外墙 中 混凝土 楼板和外墙 高 金属 电梯 非常高 不同材质对无线电波的影响 北京携远天成技术有限公司 23 无线传输的干扰因素电磁干扰 2.4、 5.8GHz为 ISM频段，不需授权即可使用。 同一区域内 AP之间的互相干扰，干扰方式

14、分为同信道干扰和邻信道干扰。 其他干扰源 微波炉 医疗设备 双向寻呼系统 脉冲雷达系统 其它无线通讯系统 干扰的存在会使系统的整体性能有非常明显的下降，在有些时候甚至会失去 工作的能力。 北京携远天成技术有限公司 24 培训内容 WLAN概述 WLAN入门知识 WLAN网络模式 WLAN工作原理 WLAN设备形态及应用 北京携远天成技术有限公司 25 WLAN网络模式 独立型网络模式（ independent BSS） 基础结构型网络模式 1. 基础结构型 BSS (infrastructure BSS) 2. 扩展服务集合 ESS(Extended Service Set) 北京携远天成技术

15、有限公司 26 独立型网络模式（ Ad Hoc） 无需 AP支持，站点间可相互通信 北京携远天成技术有限公司 27 基础结构型 BSS 站点间不能直接通信，必须依赖 AP进行数据传输。 AP提供到有线网络的连接，并为站点提供数据中继功能。 以太网 BSS 北京携远天成技术有限公司 28 扩展服务集合 ESS 一组通过分布式系统（ DS）互连的具有相同 SSID的 BSS。 ESS SSID相同 以太网 BSS2 BSS1 北京携远天成技术有限公司 29 培训内容 WLAN概述 WLAN入门知识 WLAN网络模式 WLAN工作原理 WLAN设备形态及应用 北京携远天成技术有限公司 30 用户接入

16、管理过程 STA AP 第一步：发现（ Discovery） 第二步：认证（ Authentication） 第三步：关联（ Association） STA和建立关联的 AP收发数据 三步曲 北京携远天成技术有限公司 31 发现过程 Beacon Probe Request Probe Response 被动扫描 主动扫描 STA AP 被动扫描：通过侦听 AP定期发送的 Beacon帧来发现网络 ， Beacon帧中包含该 AP所属的 BSS的基本信息以及 AP的基 本能力级 ， 包括： BSSID（ AP的 MAC地址 ） 、 SSID、 支 持的速率 、 支持的认证方式 ， 加密算法

17、、 Beacons帧发送 间隔 ， 使用的信道等 主动扫描：在每个信道上发送 Probe request 报文 ， 从 Probe Response中获取 BSS的基本 信息 ， Probe Response包含的信息和 Beac on帧类似 北京携远天成技术有限公司 32 认证过程 STA AP Authentication request Authentication Response (success) STA AP Authentication request Plain text challenge Cipher text challenge Authentication Respo

18、nse (success) 预置 Key 用 Key 加密明文 密文解密 和明文比较 预置 Key 共享密钥认证 ： 采用 WEP加密算法。 攻击者可以通过监听 AP发送的明文 Challenge text和 STA回复的密文 Challenge text计算出 WEP KEY 802.11支持两种基本的认证方式 开放系统认证 ：等同于不需要认证， 没有任何安全防护能力，通过其他 方式来保证用户接入网络的安全性， 例如 Address filter、用户报文中 的 SSID 北京携远天成技术有限公司 33 关联过程 Association： STA通过 Association和一个 AP建立关

19、联， 后续的数据报文的收发只能和建 立 Association关系的 AP进行 Reassociation： STA在从一个老 的 AP移动到新 AP时通过 Reassociation和新 AP建立关联， Reassociation前必须经历 Authentication过程 Deassociation： STA通过 Deassociation和 AP解除关联关 系 STA AP Association request (SSID) Association Response (Association ID) STA New AP 数据 Old AP 检测到 New AP信号强 北京携远天成技术

20、有限公司 34 802.11 MAC层访问机制（ CSMA/CA ） 北京携远天成技术有限公司 35 培训内容 WLAN概述 WLAN入门知识 WLAN网络模式 WLAN工作原理 WLAN设备及应用 北京携远天成技术有限公司 36 WLAN设备 FAT AP 天线 802.11 a/b/g 加密 802.1X认证 漫游 网管 FAT AP将 WLAN的物理层，用户数据加密、 认证、漫游、网络管理等功能集于一身。 北京携远天成技术有限公司 37 FAT AP应用 家庭或 soho网络组网 模式： ADSL MODEM 企业网络组网模式： Internet 企业有线网络 北京携远天成技术有限公司

21、38 FAT AP应用无线网桥 无线网桥是能够利用无线技术进行网络互 连的 AP 点到点方式 点到多点方式 北京携远天成技术有限公司 39 FAT AP组网的局限性 利用 FAT AP组建大、中型无线网络时，配置工作量大。 对网络中的 FAT AP进行软件升级时，需要手工逐台进行升级，维护 工作量大。 FAT AP上保存着设备配置信息，当设备失窃时造成配置信息泄漏。 FAT AP难于实现自动无线盲区修补、流氓 AP检测等功能。 FAT AP适用于小型无线网络部署，不适用于大规模网络部署。 北京携远天成技术有限公司 40 Fat AP Thin AP WLAN设备 无线交换机和 Thin AP

22、集中化管理、简化配置、易于部署、提高安 全性 无线交换机 802.11a/b/g 天线 安全移动 状态防火墙 无线 IDP 加密 认证 策略控制 北京携远天成技术有限公司 41 无线交换机与 Thin AP的典型连接方式 二层网络 三层网络 直接连接 二层互连 三层互连 北京携远天成技术有限公司 42 Thin、 Fat AP特性比较 特性 Fat AP Thin AP 技术模式 传统主流 新生方式，增强管理 安全性 传统加密、认证、普通安全性 增加视频环境监控，基 于用户位置安全策略， 高安全性 网络管理 对每个 AP下发配置文件 配置在无线交换机上， AP零配置，维护简单 用户管理 类似有

23、线，根据 AP接入的有 线端口区分权限 无线专门虚拟专用组方 式，根据用户名区分权 限，使用灵活 WLAN组网规模 L2漫游，适合小规模组网，成 本较低 L2、 L3漫游，拓朴无关 性，适合大规模组网， 成本较高 增值业务能力 实现简单数据接入 可扩展语音等丰富业务 北京携远天成技术有限公司 43 频率与信道设置 蜂窝覆盖设计 标准 WiFi技术指标 标准 WiFi设备的传输距离 标准 WiFi网络结构 系统总增益 系统对称性 无线传输增益 传输距离估算 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 44 标准 WiFi技术指标 802.11g DSSS 速率 最小信号 最大噪声 SNR 54M

24、 -68 -93 25+ 48M -69 -93 24+ 36M -73 -93 20+ 24M -77 -93 16+ 18M -80 -93 13+ 12M -82 -94 12+ 9M -84 -94 10+ 6M -85 -94 8+ 802.11b DSSS 速率 最小信号 最大噪声 SNR 11M -85 -95 10+ 5.5M -89 -97 8+ 2M -91 -97 6+ 1M -94 -98 4+ 输出功率： 15dBm/17dBm/20dBm 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 45 自由空间损耗 FSL(dB) = 32.45 + 20Log10F(MHz)

25、+ 20Log10D(km) 2.4GHz 无线系统在 1Km传输距离的自由空间损耗为： FSL(dB) = 32.45 + 20Log10(2400) + 20Log10(1) = 32.45 + 67.6 + 0 = 100.05 dB 于是 2.4GHz无线系统的自由空间损耗计算公式简化为： FSL（ dB） 100+20Log10D(Km) 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 46 自由空间损耗 L=100+20Log10D(Km) D（ Km） 10 (总增益 100) / 20 可视距离估算 L=120+20Log10D(Km) D（ Km） 10 (总增益 120) /

26、20 L=40+30Log10D(m) D（ m） 10 (总增益 40) / 30 无线接入点 客户端 输出功率 15dBm 接收灵敏度 -85dBm 总增益 100dB 标准 WiFi设备的传输距离 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 47 标准 WiFi网络结构 AP覆盖范围小 有线构架（ Wired Framework） 有线局网移动性、灵活性的延展 客户端 客户端 AP AP AP 客户端 客户端 客户端 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 48 系统总增益 天线 A Ga 2 0d B i 发射功率 T xa 15d B m 天线 B Gb 20d B i 接收灵敏

27、度 R xb - 83 d B m 自由空间损耗（ Ls ） 现场环境损耗（ L f ） 对称无线网络系统 图 3 下行 上行 接收灵敏度 R xa - 83 d B m 发射功 率 T xb 15d B m A B A 功率放大器 A Tx 增益 12d B m Rx 灵敏度 - 98d B m 功率放大器 B Tx 增益 12d B m Rx 灵敏度 - 98d B m AP AP 总增益（ G） G AP放大器发射天线接收天线接收灵敏度 15 12 20 20 （ -98/-85） 165/152dB 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 49 系统对称性 客户端AP 下行 上行

28、输出功率 1 5 d B + 1 5 d B 接收灵敏度 8 5 d B 输出功率 1 5 d B 接收灵敏度 8 5 d B 非对称系统 客户端客户端下行 上行 输出功率 接收灵敏度 输出功率 接收灵敏度 非对称系统 A P 客户 端 输出功率 15 dB m 接收灵敏度 - 8 5 dB m 输出功率 15 dB m 接收灵敏度 - 8 5 dB m 下行 上行 图 1 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 50 无线传输增益 客户端 15dBm 85dBm 127dB 125dB 152dB 152dB 基站覆盖 点对点链路 42dBm -110dBm AP 20dBm 增益放大器

29、 ： 10dBm : -98dBm 天线 12dBi 基站 AP 20dBm 增益放大器 ： 10dBm : -98dBm 天线 12dBi 42dBm -110dBm A AP 20dBm 增益放大器 ： 10dBm : -98dBm 天线 12dBi 42dBm -110dBm B 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 51 传输距离估算室外点对点 室外可视 D（ Km） 10 (总增益 120) / 20 10 (152 120) / 20 39.81Km 室外较小遮挡 D（ m ） 10 (总增益 40) / 30 10 (152 40) / 30 5.41Km 室外较大遮挡 D

30、（ m ） 10 2(总增益 80) / 10 10 2 (152 80) / 10 1.14Km 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 52 传输距离估算室外覆盖 室外可视 D（ Km） 10 (总增益 120) / 20 10 (125 120) / 20 1.17Km 室外较小遮挡 D（ m ） 10 (总增益 40) / 30 10 (125 40) / 30 681m 室外较大遮挡 D（ m ） 10 2(总增益 80) / 10 10 2 (125 80) / 10 226m 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 53 传输距离估算室内覆盖 室内环境，开放式 D（ m

31、） 10 2(总增益 80) / 15 10 2 (125 80) / 15 80m 室内环境，半开放式 D（ m ） 10 2(总增益 80) / 20 10 2 (125 80) / 20 48 m 室内环境，封闭式 D（ m ） 10 2(总增益 80) / 25 10 2 (125 80) / 25 35m 无线设计相关知识 北京携远天成技术有限公司 54 应用和覆盖方法 远程链路 区域覆盖 城郊乡村 室内覆盖 建筑物覆盖 场馆覆盖 道路覆盖 城域覆盖 北京携远天成技术有限公司 55 远程链路 -点对点应用 2.4G 5Km 50Km 25m双绞线 AC 220V POE适配器 25m

32、双绞线 AC 220V POE适配器 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 56 远程链路 -点对多点应用 5Km 15Km 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 57 区域覆盖 300m 1500m 300m 1500m 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 58 城郊、乡村覆盖 1Km 5Km 无线 CPE无线 无线 C P E无线 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 59 室内应用 40m 100m 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 60 室内外应用 40m 100m 应用和覆盖方法 10Km 北京携远天成技术有限公司 61 楼宇覆盖 宾馆、 写字楼 40m 1

33、00m 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 62 建筑物内覆盖 10Km链路 室内基站 室内基站 室内基站 室外基站 室内基站 链路基站 Internet 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 63 场馆覆盖 5.8G 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 64 道路覆盖 街 道 街 道 数字化巡警 建筑物建筑物 数字化急救 无线查询 车辆追踪 智能化交管 1Km 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 65 高速公路应用 移动监控中心 2Km 2Km 机动监控点 机动监控点 机动监控点 机动监控点 2Km 固定监控中心 无线查询 移动监控中心 机动监控点 机动监控点 机动监控点 机动监控点 固定监控中心 无线查询 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 66 道路无线网络 街 道 街道 数字化巡警 数字化急救 无线查询 车辆追踪 智能化交管 公交监控调度 1Km 街道 街 道 建筑物 建筑物 建筑物 建筑物 监控点 监控点监控点 监控点 监控点 监控点 监控点 Wi Z on e 基站 监控点 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 67 校园无线网络 应用和覆盖方法 北京携远天成技术有限公司 68