WiFi技术概述

网络技术 学者小王 2个月前 (09-14) 51次浏览 0个评论

1 概述

WLAN是无线局域网络的简称,全称为Wireless Local Area Networks,是一种利用无线技术进行数据传输的系统,该技术的出现能够弥补有线局域网络之不足,以达到网络延伸之目的。

Wi-Fi是无线保真的缩写,英文全称为Wireless Fidelity,在无线局域网才对范畴是指“无线兼容性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是一种无线联网技术,与蓝牙技术一样,同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。同蓝牙技术相比,它具备更高的传输速率,更远的传播距离,已经广泛应用于笔记本、手机、汽车等广大领域中。

WIFI是无线局域网联盟的一个商标,该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作,与标准本身实际上没有关系,但因为WIFI 主要采用802.11b协议,因此人们逐渐习惯用WIFI来称呼802.11b协议。从包含关系上来说,WIFI是WLAN的一个标准,WIFI包含于WLAN中,属于采用WLAN协议中的一项新技术。

在WiFi使用之初,在安全性方面非常脆弱,很容易被别有用心的人截取数据包,所以在安全方面成了政府和商业用户使用WLAN的一大隐患。WAP(无线应用协议)是由我国制定的无线局域网中的安全协议,它采用国家密码管理委员会办公室批准的公开密钥体制的椭圆曲线密码算法和秘密密钥体制的分组密码算法,实现了设备的身份鉴别、链路验证、访问控制和用户信息在无线传输状态下的加密保护。2009年6月15日,在国际标准组织ISO/IECJTC1/SC6会议上,WAPI国际提案首次获得包括美、英、法等10余个与会国家成员体一致同意,将以独立文本形式推进其为国际标准,目前在中国加装WAPI功能的WIFI手机等终端可入网检测并获进网许可证。

2 WiFi标准的演进

IEEE 802.11是针对WIFI技术制定的一系列标准,第一个版本发表于1997年,其中定义了介质访问接入控制层和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbps。1999年加上了两个补充版本:802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbps的物理层,802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbps的物理层。802.11g在2003年7月被通过,其载波的频率为2.4GHz(跟802.11b相同),传输速率达54Mbps。802.11g的设备向下与802.11b兼容。其后有些无线路由器厂商因应市场需要而在IEEE 802.11g的标准上另行开发新标准,并将理论传输速度提升至108Mbit/s或125Mbit/s。IEEE 802.11n是2004年1月时IEEE宣布组成一个新的单位来发展的新的802.11标准,于2009年9月正式批准,最大传输速度理论值为600Mbps,并且能够传输更远的距离。IEEE 802.11ac是一个正在发展中的802.11无线计算机网络通信标准,它通过5GHz频带进行无线局域网(WLAN)通信,在理论上,它能够提供高达1Gbps的传输速率,进行多站式无线局域网(WLAN)通信。

除了上述的标准,另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术,通过PBCC(Packet Binary Convolutional Code)技术在IEEE 802.11b(2.4GHz频段)基础上提供22Mbps的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准,而是一项产权私有的技术,产权属于德州仪器。IEEE的一个工作组TGad与无线千兆比特联盟联合提出802.11ad的标准,即在60GHz的频段上面使用大约2GHz的频谱带宽,实现近距离范围内高达7Gbps的传输速率。

3 WiFi物理层技术

WiFi是由无线接入点AP(Access Point) 、站点(Station)等组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点,它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁,因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源。它的工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB或路由,而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。

802.11发布之初,只支持1Mbps和2Mbps两种速率,工作于2.4GHz频段上面,两个设备之间的通信可以自由直接的方式进行,也可以在基站(BS)或者访问点(AP)的协调下进行。

802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,使用正交频分多路复用副载波,最大原始数据传输率为54Mb/s。如果需要的话,数据率可降为48,36,24,18,12,9或者6Mb/s。它不能与IEEE 802.11b进行互操作,除非使用了对两种标准都采用的设备。由于2.4GHz频带已经被到处使用,采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。然而,高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用,这导致必须使用更多的接入点;同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远,因为它更容易被吸收。

802.11g的调制方式和11a类似,但其载波的频率为2.4GHz(跟802.11b相同),共14个频段,原始传送速度也可达为54Mbps,802.11g的设备向下与802.11b兼容。

802.11n引入了MIMO的技术,使用多个发射和接收天线来允许更高的数据传输率,并增加了传输范围;并支持在标准带宽20MHz和双倍带宽40MHz,使用4×4 MIMO时的速度最高可达600Mbps。

802.11ac采用并扩展了源自802.11n的空中接口概念,包括高达160MH的射频带宽,最多8个MIMO空间流以及最高可达256QAM的调制方式。以下是这几种标准的主要属性对比。

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