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WLAN
无线局域网基本概念介绍无线局域网的英文简称是WLAN(WirelLocalAreaNetwork),WLAN是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介,提供传统有线局域网的功能,能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。
WLAN技术使网上的计算机具有可移动性,能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。
WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据,而无需线缆介质。
国内目前使用最多是802.11a/b/g。
一般其对应的接入带宽分别为:
54Mbps、11Mbps、54Mbps。
对应的频段分别为:
2.4GHz、5GHz、2.4GHz。
本次无线校园网建设主要包括:
802.11b和802.11g两个标准的兼容建设。
802.11系列标准
1IEEE802.11b
1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。
它可以支持最高11Mbps的数据速率,运行在2.4GHz的ISM频段上,采用的调制技术是CCK。
但是随着用户不断增长的对数据速率的要求,CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。
因为对于直接序列扩频技术来说,为了取得较高的数据速率,并达到扩频的目的,选取的码片的速率就要更高,这对于现有的码片来说比较困难;对于接收端的RAKE接收机来说,在高速数据速率的情况下,为了达到良好的时间分集效果,要求RAKE接收机有更复杂的结构,在硬件上不易实现。
2IEEE802.11a
IEEE802.11a工作5GHz频段上,使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率。
802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点,802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低(最高11Mbps);而802.11a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少,但价格相对较高。
另外,11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里,因此11a与11b互不兼容。
3IEEE802.11g
为了解决上述问题,为了进一步推动无线局域网的发展,2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准,新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。
IEEE802.11工作组开始定义新的物理层标准IEEE802.11g。
该草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点:
其在2.4G频段使用OFDM调制技术,使数据传输速率提高到20Mbps以上;IEEE802.11g标准能够与802.11b的WIFI系统互相连通,共存在同一AP的网络里,保障了后向兼容性。
这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡,延长了IEEE802.11b产品的使用寿命,降低用户的投资。
频道(Channel)
802.11g可兼容802.11b,二者都使用了2.4G微波频段,最多可以使用14个频道(Channel)。
各国的规定的2.4G频率范围略有不同,在中国802.11b/g可以使用1-11频道,在同一区域可以有3个互不干扰的频道。
家用微波炉也在这一频率范围会对信号有影响。
蓝牙也在2.4G内,但蓝牙功率很小因此不会有大的影响。
802.11a使用了5G无线频段,在同一区域可以有12个频道,一些高端的迅驰网卡支持802.11a。
带宽(bandwith)
802.11b:
11M,5.5M,2M,1M
802.11g:
54M,48M,36M,24M,18M,12M,9M,6M
802.11a:
54M,20M,6M
AP(AcessPoint)
无线接入点,是一种网络设备,无线网卡与AP通过无线信号相连,通过AP与其它网卡交换信号,AP通常还有RJ-45以太网口用以与有线网相连。
简单地说AP就象一个Hub。
常见WLAN品牌
主要包括业内众多的网络厂商,如:
CISCO(思科)、华为-3com、港湾、中兴通讯、昂科、Abovecable、AVAYA(朗讯)、Dlink、TPlink等众多品牌。
Infrastructure
基础架构通讯方式,无线网卡通过AP进行无线通讯。
传输距离
一般无线网络所能含盖的范围应视环境的开放与否而定,若不加外接天线而言,在视野所及之处约250M,若属半开放性空间,有隔间之区域,则约35~50M左右,当然若加上外接天线,则距离可达更远,这需要根据天线本身的增益而定,因此需视需求加以规划。
AccessPoint最大用户数
ANS:
理论上是可以支持到一个CLASSC,但为了让工作站本身有足够之频宽可利用,一般建议一台AP约支持20~30左右之工作站为最佳状态。
Ad-Hoc
一种无线网络通讯方式,各个网卡不经过AP直接进行点对点的通讯,当使用人比较少又没有AP但仍然想通过无线方式交互信息时可以用Ad-hoc方式应急。
SSID(SystemSetID)
SSID用来区分不同的网络,最多可以有32个字符,如我们用的.sjtu。
网卡设置了不同的SSID就可以进入不同网络,SSID通常由AP广播出来,通过XP自带的扫描功能可以相看当前区域内的SSID。
出于安全考虑可以不广播SSID,此时用户就要手工设置SSID才能进入相应的网络。
WEP(WiredEquivalentPrivacy)有线等效保密
为了保证数据能通过无线网络安全传输而制定的一个加密标准,使用了共享秘钥RC4加密算法,密钥长度最初为40位(5个字符),后来增加到128位(13个字符),有些设备可以支持152位加密。
使用静态(Static)WEP加密可以设置4个WEPKey,使用动态(Dynamic)WEP加密时,WEPKey会随时间变化而变化。
开放式与共享式验证(openorsharedAuthentication)
无线设备之间认证的模式,通常使用静态WEP加密时使用共享方式,使用802.1x动态WEP加密时使用开放认证方式。
WPA(Wi-FiProtectedAccess)
Wi-Fi联盟制定的过渡性无线网络安全标准,相当于802.11i的精简版,使用了TKIP(TemporalKeyIntegrityProtocal)数据加密技术,虽然仍使用RC4加密算法,但使用了动态会话密钥。
TKIP引入了4个新算法:
48位初始化向量(IV)和IV顺序规则(IVSequencingRules)、每包密钥构建(Per-PacketKeyConstruction)、Michael消息完整性代码(MessageIntegrityCode,MIC)以及密钥重获/分发。
WPA极大提高了无线网络数据传输的安全性但还没有一劳永逸地解决解决无线网络的安全性问题,因此厂商采纳的积极性似乎不高。
目前WindowsXPSP1可以支持WPA。
802.1x认证
静态WEP秘钥难于管理,改变秘钥时要通知所有人,如果有一个地方泄漏了秘钥就无安全性可言,而且静态WEP加密有严重的安全漏洞,通过无线侦听在收到一定数量的数据后就可以破解得到WEP秘钥。
802.1x最初用于有线以态网的认证接入,防止非法用户使用网络,后来人们发现802.1x用以无线网可以较好地解决无线网络的安全接入。
802.1x的EAP-TLS通过数字证书实现了用户与网络之间的双向认证,即可以防止非法用户使用网络,也可以防止用户连入非法的AP。
802.1x使用动态WEP加密防止WEPKey被破解。
为解决数字证书的发放难题人们对TLS认证进行了改进产生了TTLS和PEAP,可以用传统的用户名口令方式认证入网。
我校无线网络的802.1x可以同时支持EAP-TLS,TTLS和PEAP。
WAPI(WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure)无线局域网认证与保密基础架构
中国提出的一个无线网络通讯的安全标准,国标代号GB15629.11。
Wi-Fi
是Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)的标记,参看http:
//www.wi-fi.org。
Wi-Fi联盟是1999年成立的非盈利性的国际组织,致力于基于802.11的无线网络产品的互通性认证。
目前拥有200家会员单位。
对应英文名词解释
AP
AccessPoint
BPSK
BinaryPhaseShiftKeying
BSS
BasicServiceSet
CCK
ComplementoryCodeKeying
CRC
Cyclicredundancycheck
CSMA/CA
CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance
CSMA/CD
CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDection
CTS
CleartoSend
DCF
DistributionCoordination
DHCP
DynamicHostConfigurationProtocol
DS
DistributionSystem
DSSS
DirectSequenceSpreadSpectrum
ESS
ExtendedServiceSet
ETSI
EuropeanEelecommunicationStandardsInstitute
FCC
FederalcommunicationsCommisision
FHSS
FrequencyHoppingSpreadSpectrum
IBSS
IndependentBasicService
IEEE
InstituteofElectricalandElectronicsEngineers
IETF
InternetEngineeringTaskForce
IP
InternetProtocol
IPSec
InternetProtocolSecurity
ISA
IntegratedServicesArchitecture
ISM
Industry,Scientific,andMedical
ISO
InternationalOrganizationforStandardlization
LLC
LogicalLinkControl
MAC
MediaAccessControl
MIB
ManagementInformationBase
MKK
RadioEquipmentInspectionandCerificationInstitute(Japan)
NIC
NetworkInterfaceCard
NOS
NerworkOperationSystem
PCF
PointCoordinationFunction
PCI
PerpheralComponentInterconnect
PRNG
PseudoRandomNumberGenerator
QPSK
QuadraturePhaseShiftKeying
RCA
Ron'sCodeorRivest'sCipher
RTS
RequesttoSender
SNMP
SimpleNetworkManagementProtocohl
TCP/IP
TranmissionControlProtocol/InternetProtocol
WECA
WirelessEthernetCompatiblityAlliance
WEP
WiredEquivalentPrivacy
WLAN
WirelessLocalAreaNetwork
WLANA
WirelessLanAlliance
案例
京移通信设计院有限公司四所刘超清
无线局域网正在从最初的仅作为有线局域网的一种延伸逐渐转变为一种宽带无线接入手段,并正在对最终用户的发展产生着深远的影响。
由于无线局域网技术所具有的特点,使其在热点地区存在被抢占的威胁。
但纵观整个移动领域发展全局,WLAN与GPRS、3G等移动技术实际上可以形成一种相互促进、相互拓展、相互完善的关系,通过弥合技术之间的差异形成双赢局面。
移动运营商如能将无线局域网与GSM/GPRS相结合,将会造就比其它运营商更具竞争力的具有移动特色的无线局域网业务。
WLAN网络建成后,结合现有的GPRS网络,中国移动客户将能够通过自动选择WLAN网络或GPRS网络一键上网,实现随时随地、高速无线上网的愿望。
一、WLAN业务概况
WLAN接入点的部署以热点地区为主,目前可以提供的业务主要包括:
互联网无线宽带接入;虚拟专用网业务(VPN);多媒体数据业务;基于WLAN的增值业务。
目前由于业务发展的不成熟,基本上能实现的是第一类业务,即互联网无线接入业务,而更多的增值业务还有待于技术的成熟和市场的推广培育。
为了顺利开展具有移动特色的WLAN业务,技术实现上必须满足一些业务要求,主要包括:
(1)对多种认证方式的支持,主要包括SIM认证和手机号码+密码认证两种方式;
(2)对多种用户终端的接入方式的支持,主要包括双模卡、WLAN单模卡+GPRS单模卡,WLAN单模卡+GPRS手机;
(3)考虑到用户使用的便利性,必须实现“一键上网,自动切换”,通过客户端软件来方便用户使用WLAN业务;
(4)基于接入点(AP)的用户隔离,同一AP下不同用户不能直接通信;
(5)对热点地区的多种计费方式提供支持功能,可以为业主提供在本热点地区产生的总业务量以及每一次用户产生的业务量纪录。
支持多种类型的计费模式,包括时长、流量、服务等级等方式;
(6)导入业务控制机制,引导用户对移动和固定数据业务的使用;
(7)支持用户的漫游,不仅包括移动WLAN业务用户在非归属地的漫游,还包括WLAN业务用户在不同运营商之间的漫游;
(8)安全的数据业务接入,提供可靠的安全保证手段为用户的数据传输提供保障,并防止非法用户对现有公共网络设施的侵犯。
二、WLAN部署方案
1、WLAN的基本结构
无线局域网(WLAN)的基本结构由接入点(AP)和接入控制器(AC)构成。
由WLAN的基本结构结合Internet或其他网络已有的认证服务器(RADIUS用户认证服务器),用户可以最终实现移动数据的接入服务。
AP是WLAN业务网络的小型无线基站设备,完成802.11x标准的无线接入功能。
AP也是一种网络桥接器,是连接有线网络与无线局域网络的桥梁,任何WLAN终端设备均可通过相应的AP接入外部的网络资源。
在数据通讯方面,AP负责完成它与WLAN终端设备之间空间传输数据包的加密和解密。
当用户在AP无缝覆盖区域移动时,WLAN终端设备可以在不同的AP之间切换,保证数据通讯不中断。
在支持基于MAC和ESSID的接入控制时,AP可以通过网络标志来控制用户接入。
若AP将来升级支持802.1x的用户认证机制时,AP还可以和认证中心的认证服务器协同工作,以完成对WLAN用户的认证。
AC可以直接与认证服务器AS相连,或者通过RADIUS网络与其相连。
与认证服务器AS相连可实现SIM卡认证,从而实现认证、漫游和计费等功能。
与标准的RADIUS服务器相连可实现用户名/密码认证。
2.部署方案
AP设备的覆盖范围性能指标为:
开阔环境100~300米,室内环境30~60米。
根据WLAN工程经验,在建设初期每个热点地区的AP数量平均在10个左右,AP数量与AC数量的比例大约为20:
1。
随着将来用户的快速发展和用户通信量的增加,AP的分布密度将会有所增加。
在大的城域范围内建设WLAN时,组网一般采用混合方式。
在用户密度大的热点地区,或者涉及到与业主分成的问题时,可采用分布式接入,同时将认证的发起点设置在AC上,这样可以提高性价比,便于管理。
在热点地区接入用户较少时,采用在核心节点集中式放置AC,多台AC设备可分别处理不同热点的业务,按照热点数量、业务量均衡的原则进行各热点的接入,同时将认证的发起点设置在AP,每个WLANAP节点通过10/100BaseT接口连接到以太网交换机上。
根据各热点地区的传输情况,以太网交换机可以通过SDH、裸光纤直接接入,3.5G无线接入,微波、租用电信网络等多种方式接入到AC上,然后通过省网路由器设备,将无线用户接入到相应的IP网络。
为了实现热点地区的远程接入,在工程建设中可根据热点地区的实际需求考虑单路由或双路由接入。
在核心机房增加局域网交换设备、路由器设备和防火墙设备各一套,并考虑冗余备份。
WLAN接入网络拓扑结构如图1所示。
图1WLAN接入网络拓扑结构
三、结论
随着国内电信运营市场竞争的日益激烈,各运营商都在不断的发展新的业务增长点,而WLAN的出现则给移动运营商开发新业务、吸引高端客户提供了良机。
虽然目前从开展业务的角度上来看,WLAN网络规模偏小,用户流量较小,带宽利用率较低,但WLAN网络作为GPRS和3G网的一种补充,还是有良好的发展前景的。
WLAN的最新发展
无线局域网可当作有线局域网的扩展来使用,也可独立作为有线局域网的替代设施。
因此,未来的无线局域网,需要具备更高的传输速度,提供更加便捷的组网技术,能够应用于更加复杂的环境信道下,且系统性能高效稳定。
从WLAN标准的最新进展,以及WLAN的最新技术来看,WLAN未来将为校园、家庭、酒店及各大企事业单位提供高速的无线接入能力,以满足各类用户对语音、图片乃至于多媒体通信的需求。
WLAN标准的最新进展
WLAN标准的开发主要有两大组织机构。
一个是IEEE的802.11工作组,一个是欧洲ETSI的RES10工作组。
第一个802.11标准是1997年完成的,它通过在ISM频段内使用扩频调制技术,提供高达2Mbit/s的数据传输速率。
1999年9月,IEEE标准委员会又通过了两项对最初标准的附录。
第一个标准802.11b,扩展了已存的2.4GHz物理层性能,使它的数据传送速率可以达到11Mbit/s。
第二个标准802.11a,致力于在5GHz频段内的物理层中提供新的、更高的数据传送速率(20~54Mbit/s)。
另外一个WLAN标准—HIPERLAN(HighPerformanceEuropeanRadioLAN,高性能欧洲无线LAN),是由ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute,欧洲电信标准化协会)的RES10小组开发的,是高速WLAN的泛欧标准。
标准HIPERLAN与802.11相似,覆盖了物理和MAC层,通过在5GHz波段内使用传统的无线调制技术,提供2~25Mbit/s的数据传输速率。
WLAN的最新技术
目前,基于WLAN的先进关键技术主要有:
OFDM、MIMO以及这两项技术的融和。
◆OFDM(正交频分复用)技术
新一代WLAN技术标准均采用了OFDM技术。
较传统的WLAN技术,OFDM具有更高的频谱利用率,以及良好的抗多径干扰能力。
它不仅增加了系统容量,更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求。
OFDM技术实际上是MCM(Multi-CarrierModulation,多载波调制)的一种。
其主要思想是:
将信道分成若干正交子信道,然后将高速数据信号,转换成并行的低速子数据流,并调制到每个子信道上进行传输。
在接收端采用相关技术,分开正交信号,可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。
在每个子信道上,由于信号带宽小于信道的相关带宽,从而消除了符号间的干扰。
而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。
OFDM允许各载波间频率互相混叠,并采用了基于载波频率正交的FFT调制。
由于在各个载波的中心频点处,没有其它载波的频谱分量,所以能够实现各个载波的正交。
尽管还是频分复用,但OFDM不再通过很多带通滤波器来实现,而是直接在基带处理,这也是OFDM有别于其它系统的优点之一。
OFDM的接收机实际上是一组解调器,它将不同载波搬移至零频,然后在一个码元周期内积分。
其它载波由于与所积分的信号正交,因此不会对这个积分结果产生影响。
OFDM的高数据速率与子载波的数量有关,增加子载波数目,能够提高数据的传送速率。
OFDM每个频带的调制方法可以不同,这增加了系统的灵活性。
OFDM适用于多用户的高灵活度、高利用率的通信系统。
同其它的通信方法一样,OFDM的应用也有缺陷。
首先,多载波的使用使得这种通信技术,相对于单一载波系统来说,对载频的偏移和抽样时钟的失配变得更加敏感。
其次,OFDM在相对较高的5GHz频带,在FCC功率限制下使用时,其覆盖范围会受到限制。
◆MIMO(多入多出)技术
MIMO(Multiple-InputMultiple-Output,多入多出)是指在发射端和接收端,分别使用多个发射天线和接收天线。
传统的通信系统是单进单出SISO(Single-InputSingle-Output)系统,基于发射分集和接收分集的多进单出MISO(Multiple-InputSingle-Output)方式、单进多出SIMO(Single-InputMultiple-Output)方式也是MIMO的一部分。
利用MIMO技术可以提高信道的容量,同时也可以提高信道的可靠性,降低误码率。
目前,MIMO技术领域,另一个研究热点就是空时编码。
常见的空时码有空时块码、空时格码。
空时码的主要思想是,利用空间和时间上的编码,实现一定的空间分集和时间分集,从而降低信道误码率。
MIMO天线阵列,是一种开环的MIMO技术,M个发送天线,使用编码重用技术,将同样码集的每个码重复使用M次,每个码用来调制不同的数据子流,这样在不增加码资源的基础上,提高了原始数据的传输速率。
为了分辨M个数据子流,在接收端,需要使用多天线和空间信号处理。
MIMO是一种能使HSDPA增加容量、提高峰值速率的技术,但受限于物理信道模型,会增加射频的复杂性,是HSDPA进一步发展的技术。
MIMO解调解扩接收机主要分2个部分,一是空时RAKE接收机,主要功能是分离不同的扩频码扩频的信号,合并多径信号;二是VBLAST,即对垂直空时码进行译码,分离出不同天线发送的空间叠加信号。
为充分利用MIMO信道的容量,人们提出了不同的空时处理方案。
贝尔实验室的Foschini等人,提出了一种分层空时结构(BLAST:
BellLaboratoriesLayeredSpace-Time),它将信源数据分成几个子数据流,独立进行编码/调制。
AT&T的Tarokh等人在发射延迟分集的基础上,正式提出了基于发射分集的空时编码。
同时,Alamouti提出了一种简单的发送分集方案,Tarokh等把它进一步推广,提出了空时分组编码。
由于它具有很低的译码复杂度,因而,可以尽早应用于WLAN中。
◆MIMO+OFDM技术
MIMO+OFDM技术通过在OFDM传输系统中,采用阵列天线实现空间分集,以提高信号质量,是OFDM与MIMO相结合而产生的一种新技术。
它采用了时间、频率和空间三种分集技术,使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。
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