Wi-Fi宽带无线接入技术

Wi-Fi宽带无线接入技术应用研究

摘要

随着网络的普及，越来越多的人享受到了网络给人们生活带来的方便。但

是上网地点的固定，上网工具不方便携带等问题，使人们对无线网络更加的渴望。而Wi-Fi技术的诞生，正好满足了人们的渴望，也使得Wi-Fi技术越来越受到人们的关注。

所谓“Wi-Fi”其实就是Wireless Fidelity 的缩写，意思就是无限局域网。它遵循IEEE所制定的 802.11x系列标准，所以一般所谓的802.11x系列标准都属于Wi-Fi。根据802.11x标准的不同，Wi-Fi的工作频段也有2.4G/HZ和5G/HZ的差别。但是Wi-Fi却能够实现随时随地上网需求，也能提供较高速的宽带接入。 当然，Wi-Fi技术也存在着诸如兼容性，安全性等方面的问题，不过它也凭借着自身的优势，占据着主流无线传输的地位。

本文首先对Wi-Fi的技术背景和发展情况做了简单的叙述，然后着重研究了Wi-Fi技术的原理，其中包括了Wi-Fi的性能指标，实现Wi-Fi的关键技术，Wi-Fi协议，其次讨论了Wi-Fi的网络的构成，和传输方式，最后对Wi-Fi的应用做了一些介绍，并对Wi-Fi技术未来的发展做出了假设和展望。

关键词：Wi-Fi；IEEE802.11；直序扩频技术;跳频技术

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Abstract

For the popularity of the network, more and more people have felt its convenience. However, the restricted area of the net and the inconvenience of the tool’s taking make people strongly eager for Wi-Fi. Wifi’s producing which satisfied people’s desire has made it more attractive. ,

Wifi is the abbreviation of wireless fidelity. It obeys the standard 802.11X IEEE. That is to say, standard 802.11X belongs to wifi. According to the different standard 802.11X, wifi has operation band in 2.4G/HZ and 5G/HZ. Even though there are also some problems like Compatibility and net work security of wifi, it also occupied the mainstream wireless transmission with its advantages.

This article firstly briefly introduces the background and the development of wifi, focusing on the technology principles which include its performance index, the key technologies of its realization and the wifi protocols. Then it discusses the wifi’s networking and its transmission. Finally, it presents the application of wifi and make the hypothesis and the outlook of wifi’s development.

Keywords: Wi-Fi; IEEE802.11 ;Direct-sequence Technique ;FHSS

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目录

摘要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. II 绪论 ............................................................................................................................... 1 1 WI-FI概述 ................................................................................................................ 2 1.1WI-FI技术背景与发展.............................................. 2 1.1.1 Wi-Fi概念 ........................................................................................................ 2 1.1.2 Wi-Fi技术的背景 ............................................................................................ 2 1.2 WI-FI技术的发展与特点 .......................................... 3 1.2.1 Wi-Fi技术的发展 ............................................................................................ 3 1.2.2 现有Wi-Fi技术特点 ....................................................................................... 4 2 WI-FI技术的原理 .................................................................................................... 5 2.1 WI-FI技术性能指标和关键技术 ..................................... 5 2.1.1 Wi-Fi的性能指标 ............................................................................................ 5 2.1.2 WI-FI的关键技术 ............................................... 5 2.2 WI-FI的协议及MAC层关键技术 ..................................... 8 2.2.1 CSMA∕CA协议 .................................................................................................. 8 2.2.2 BTMA协议 .......................................................................................................... 8 2.2.3 MAC层IEEE802.11e协议 ................................................................................ 9 2.3 WI-FI技术的结构 ................................................ 10 2.3.1 Wi-Fi技术的网络结构 .................................................................................. 10 2.3.2 Wi-Fi技术的拓扑结构 .................................................................................. 11 2.4 WI-FI的传输方式 ................................................ 13 2.4.1 局域网 ............................................................................................................. 13 2.4.2 数据的传输 ..................................................................................................... 14 2.4.3 802.11b传输控制 .......................................................................................... 16 3 WI-FI的应用及未来展望 ...................................................................................... 18 3.1 WI-FI技术的应用模式 ............................................ 18 3.1.1 掌上移动终端的应用 ..................................................................................... 18

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3.1.2 其他方面的应用 ............................................................................................. 18 3.2 WI-FI的未来 .................................................... 19 3.2.1 Wi-Fi的市场前景 .......................................................................................... 19 3.2.2 Wi-Fi技术的未来发展 .................................................................................. 19 结论 ............................................................................................................................. 21 参考文献 ..................................................................................................................... 22

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绪论

随着技术的发展，各种传输方式不断的更新，Wi-Fi所谓一种可移动的高速传输方式，受到了世界各国的广泛关注。

目前我们上网主要采用的是有线接入的方式，正因为这样的接入方式，导致了我们享受网络咨询的同时，受到了上网地点的限制，从而使网络咨询的快速传达大打折扣。而Wi-Fi技术，就解决了这一难题。不仅如此，Wi-Fi作为一种更加方便的接入方式，在同样身为无线接入方式的3G技术，Wi-MAX等技术中也有着自己的优势。3G传输速率只有2M，而且还只限于话音跟数据业务，而Wi-MAX的构建更加的复杂，Wi-Fi与之相比，有着更快的传输速率，更丰富的业务和更简单的构建方法，所以Wi-Fi必将在未来很长一段时间内占据这无线接入方式的主流地位。

我国目前也在大力发展Wi-Fi技术，无线网络覆盖的热点也越来越多，相信Wi-Fi这个方便快捷的无线接入技术，必将有美好的前景。

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1 Wi-Fi概述

1.1 Wi-Fi技术背景与发展

1.1.1 Wi-Fi概念

所谓“Wi-Fi”其实就是Wireless Fidelity 的缩写，意思就是无限局域网。由于作为Wi-Fi产品的标准是遵循IEEE所制定的 802.11x系列标准，所以一般所谓的802.11x系列标准都属于Wi-Fi。而目前最流行的标准就是802.11b，也就是无线的标准协议。该标准从802.11的2MB基础带宽增加到11MB，达到局域网水平，而且802.11g还可以兼容802.11b，因此成为市场新贵。 1.1.2 Wi-Fi技术的背景

Wi-Fi技术从提出到现在已经在电信业和IT业引起了广泛的关注和应用。英特尔花费了近20亿美元开发、推广自带无线网络模块的迅弛笔记本处理器,由此可见Wi-Fi将在近几年内得到极大的发展,而且还预示着这是一个不可逆转的方向。

目前,许多的固定、移动电话运营商都已杀入这块市场。国际上已经有许多的移动运营商们争先恐后地向用户提供付费Wi-Fi服务。斯普林特(Sprint)已向从事Wi-Fi技术的公司BoingoWireless进行投资,并宣布将与Wyndham International酒店合作,部署Wi-Fi热点。凌志达通讯有限公司(Nextel Communications Inc)正与摩托罗拉公司(Motorola Inc)合作开发Wi-Fi手机,并向一家为企业部署用于Wi-Fi和手机移动通信网络的公司Radio Frame Networks Inc提供支持。

2003年3月17日,美国最大的移动运营商Verizon无线宣布将在机场、酒店等室内热点地区提供Wi-Fi无线接入服务。同时AT&T无线、T-Mobile美国公司也在积极进行Wi-Fi接入铺设。Nextel公司则选择面向大企业客户,主要基于该公司手机用户基础上开展Wi-Fi业务。各大公司的介入，表明了Wi-Fi技术的无限前景。

而事实证明Wi-Fi技术在全球的商用范围很广,用户数量巨大,有较广泛的应用,除了运营商经营以外,包括政府、企业和个人在内,在公共场合、企业内部、家庭都有应用。到2006 年底,全球Wi-Fi的芯片出货总量达到了5亿块, 在全球100

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多个国家有超过6万个热点。因此,Wi-Fi的用户基础良好, 仅次于3G技术。

由此可见,Wi-Fi作为传统以太网的无线延伸有可能实现人们一直追求的“无处不在的移动宽带时代”,随着厂家的大力推广、技术的不断改进,必将成为无线通信的另一种选择,也必然掀起无线通信领域的大变革。但要真正实现电信级Wi-Fi网络的部署和应用,对于国内的运营商而言,既存在着挑战又存在着机遇。国内运营商也应该把握该技术所带来的机会,从而在无线通信领域拓展出更广阔的利润空间。

1.2 Wi-Fi技术的发展与特点

1.2.1 Wi-Fi技术的发展

Wi-Fi产品的标准是遵循IEEE ——美国电工电子技术协会所制定的802.11系列标准，它是美国电机电子工程师协会为解决无线网络设备互连，于1997年6月制定发布的无线局域网标准。所以一般所谓的802.11X系列标准都属于Wi-Fi。

IEEE802.11主要用于解决办公室局域网和校园中用户与用户终端的无线连接，其业务主要局限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11b，802.11a和802.11g3个新标准，下面分别进行简要的介绍。

IEEE802.11标准的制定推动了无线网络的发展，但由于传输速率只有1~2Mbps，该标准未能得到广泛的发展与应用。1999年，IEEE通过了新的IEEE802.11a和IEEE802.11b标准。IEEE802.11b定义了使用直接序列扩频调制技术，在2.4GHz频带实现速率为11Mbps的无线传输。由于DSSS技术的实现比OFDM容易，IEEE802.11b标准的发展比IEEE802.11a快得多，在1999年年末首先出现了支持IEEE802.11b标准的产品，随后得到广泛商用，并通过互通性测试。IEEE802.11b已成为当今WLAN的主流标准。

随着用户需求的增加，又诞生了IEEE802.11a标准，该标准工作在5GHz频段，最大速率可达54Mbps。采用OFDM调制技术的IEEE802.11a标准与IEEE802.11b相比，具有两个明显的优点：第一，提高了每个信道的最大传输速率（11~54Mbps）第二，增加了非重叠的信道数。因此，采用IEEE802.11a标准的WLAN可以同时支持多个相互不干扰的高速WLAN用户。不过这些优点是以兼容

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性和传输距离为代价。IEEE802.11a和IEEE802.11b工作在不同的频段，俩个标准的产品不能兼容。由于传输距离的减小，要覆盖相同的范围，就需要更多的IEEE802.11a接入点。2002年年初，首次出现了支持IEEE802.11a标准的产品。

2001年1月，IEEE802.11g标准以草案的形式面世，在2003年5月以成为正式标准。IEEE802.11g标准既能提供与IEEE802.11a相同的传输速率，又能与已有的IEEE802.11b设备后向兼容。IEEE802.11g也工作在ISM2.4GHz频段，在速率不大于11Mbps时，仍采用DSSS调制技术；当传输速率高于11Mbps时，则采用传输效率更高的OFDM调制技术。与IEEE802.11a相比，IEEE802.11g的优点是以性能的降低为代价的。虽然OFDM调制技术能达到更高的速率，但2.4GHz频带的可用带宽是固定的，IEEE802.11g只能使用2.4Hz频段的3个信道，而IEEE802.11a在5GHz频带室内∕室外可用的信道各有8个。由于IEEE802.11a的可用信道数比IEEE802.11g多，在相同传输速率下，频道重叠少，干扰就小。所以，IEEE802.11a与IEEE802.11g相比，具有较强的抗干扰能力。 1.2.2 现有Wi-Fi技术特点

Wi-Fi标准在设定时就有自身所带的一些优点和缺点。其主要问题是:第一,在Wi-Fi标准中,802.11b是目前最广泛使用的标准,目前的产品中,支持此标准的产品比支持802.11a和802.11g的产品便宜,但也是Wi-Fi标准中带宽最低、传输距离最短的一个标准。第二,802.11a比802.11b具有更大的吞吐量,可同时使用多个频道以加速传输速率,电波不易受干扰,传输速率也很快达54Mbps,但由于它的工作频率在5GHz,与802.11b和802.11g不兼容(此二者工作于2.4GHz),所以它是目前使用较少的一个Wi-Fi标准。第三,802.11g的传输速率(理论上达54Mbps)比802.11b(理论上为11Mbps)要高,并且可与之兼容,但是它却比802.11b更容易受外界干扰,如无绳电话、微波炉及其它在2.4GHz频段上的设备。

最后就是在安全性上的问题，一般的无线设备在传播信息时所使用的无线信号可被其他人侦听到,并且目前常用的802.11b和802.11g工作在免费的通用频段之内,所以Wi-Fi无线设备在设计的过程中必须要考虑到安全保密的内容。目前所生产的无线设备中大多数采用的是40/128位的WEP,部分产品支持VPN技术,在安全性方面已达到了一定的水平,但随着技术的发展,安全性方面还有待改进。

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2 Wi-Fi技术的原理

Wi-Fi技术是目前最主流的无线网络标准，虽然标准在很久以前就已经制定了，但是由于技术不成熟所导致的传输速度慢（遗失数据严重），使得市场接受程度偏低。不过自从英特尔公司向市场推出名为迅驰（Centrino）的无线整合技术后，整个无线网络市场又被重新挖掘出来。Wi-Fi正逐渐走向成熟，下面就来介绍下这种逐渐被社会认可的技术的系统原理。

2.1 Wi-Fi技术性能指标和关键技术

2.1.1 Wi-Fi的性能指标

表2-1 性能指标比较[2]

标准 工作频段∕GHz 数据速率 IEEE802.11b 2.4 1，2，5.5，11 IEEE802.11g 2.4，5 1,2,5.5,11,6,12, 24;9,18,36,48,54 IEEE802.11a 5 6,12,24，9,18, 36,48,54 30 覆盖范围 150-300 50-150 现在无线网通信协议主要采用的标准是IEEE802.11b、IEEE802.11a和IEEE802.11g。表2-1是它们三者的比较

在无线局域网市场中,802.11a产品在国外使用广泛,在国内802.11b是无线局域网的主流标准,802.11g由于速率高及与802.11a和802.1lb的兼容性受到 了青睐。从发展来看,今后应采用双频三模(802.11a∕b∕g)的产品。双频三模无线产品不但可工作在与802.1la相同的5GHz频段,还可与工作在2.4GHz的802.11b和802.1g产品全面兼容,支持整个802.11a,b,g标准、完整互通性单一平台,实现无线标准的互联与兼容。 2.1.2 Wi-Fi的关键技术

正如传闻所言，Wi-Fi所遵循的802.11标准是以前军方所使用的无线电通信技术。而且，至今还是美军军方通信器材对抗电子干扰的重要通信技术。因为，Wi-Fi中所采用的SS（SpreadSpectrum，展频）技术具有非常优良的抗干扰能力，并且当需要反跟踪、反窃听是同时具有很出色的效果，所以不需要担心Wi-Fi技术不能提供稳定的网络服务。而常用的展频技术有如下4种：DD-SS直序展频，

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FH-SS调频展频，TH-SS跳时展频，C-SS连续波调频。在上面常用的技术中，前两种展频技术很常见，也就是DS-SS和FH-SS。后两种则是根据前面的技术加以变化，也就是TH-SS和C-SS通常不会单独使用，而且整合到其他的展频技术上，组成信号更隐密、功率更低、传输更为精确的混合展频技术。综合来看展频技术有以下方面的优势：反窃听，抗干扰，有限度的保密。

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（1）直序扩频技术

能量 原始信号 能量 展开后的信号 能量 还原后的信号 频率 频率 图2-1 DSSS的展频过程

频率

直序扩频技术，是指把原来功率较高，而且带宽较窄的原始功率频谱分散在很宽广的带宽上，使得在整个发射信号利用很少的能量即可传送出去。

在传输过程中把单一个0或1的二进制数据使用多个chips（片段）进行传输，然后再接收方进行统计chips的数量来增加抵抗噪声干扰。例如要传送一个1的二进制数据到远程，那么DS-SS会把这个1扩展成三个1，也就是111进行传送。那么即使是在传送中因为干扰，使得原来的三个1成为011、101、110、111信号，但还是能统计1出现的次数来确认该数据为1.通过这种发送多个相同的chips的方式，就比较容易减少噪声对数据的干扰，提高接收方所得到数据的正确性。另外，由于所发送的展频信号会大幅降低传送时的能量，所以在军事用途上会利用该技术把信号隐藏在BackGroundNoise(背景噪音)中，渐少敌人监听到我方通信的信号以及频道。这就是展频技术所隐藏信号的反监听功能了。

（2）跳频技术

跳频技术（Frequency-Hopping Spread Spectrum，FH-SS）技术，是指把整

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个带宽分割成不少于75个频道，每个不同的频道都可以单独的传送数据。当传送数据时，根据收发双方预定的协议，在一个频道传送一定时间后，就同步“跳”到另一个频道上继续通信。

FHSS系统通常在若干不同频段之间跳转来避免相同频段内其他传输信号的干扰。在每次跳频时，FHSS信号表现为一个窄带信号。

若在传输过程中，不断的把频道跳转到协议好的频道上，在军事用途上就可以用来作为电子反跟踪的主要技术。即使敌方能从某个频道上监听到信号，但因为我方会不断跳转其他频道上通信，所以敌方就很难追踪到我方下一个要跳转的频道，达到反跟踪的目的。

如果把前面介绍的DS-SS以及FS-SS整合起来一起使用的话，将会成为hybrid FH∕DS-SS。这样，整个展频技术就能把原来信号展频为能量很低、不断跳频的信号。使得信号抗干扰能力更强、敌方更难发现，即使地方在某个频道上监听到信号，但不断地跳转频道，使敌方不能获得完整的信号内容，完成利用展频技术隐密通信的任务。

FHSS系统所面临的一个主要挑战便是数据传输速率。就目前情形而言，FHSS系统使用1MHz窄带载波进行传输，数据率可以达到2Mbit∕s，不过对于FHSS系统来说，要超越10Mbit∕s的传输速率并不容易，从而限制了它在网络中的使用。

（3）OFDM技术

它是一种无线环境下的高速多载波传输技术。其主要思想是：在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，从而能有效的抑制无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰（ISI）.这样就减少了借手机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过插入循环前缀的方式消除ISI的不利影响。

OFDM技术有非常广阔的发展前景，已成为第四代移动通信的核心技术。IEEE802.11a，g标准为了支持高速数据传出都采用了OFDM调制技术。目前,OFDM结合时空编码、分集、干扰（包括符号间干扰ISI）和邻道干扰（ICI）抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了物理层的可靠性；如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配和动态比特分配算法等技术，可以使其性能进一步

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优化。

2.2 Wi-Fi的协议及MAC层关键技术

2.2.1 CSMA∕CA协议 （1）CSMA/CA的原理

总线型局域网在MAC层得标准协议是CSMA/CD，但是由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此802.11定义了一种新的协议，就是CSM/MA。它一方面经行载波真挺，以查看介质是否空闲；另一方面通过随机的时间等待，使得信号冲突发生的概率减到最小，比避免冲突。当侦听到介质空闲时，优先发送。

不仅如此，为了系统更加稳固，802.11还提供了带确认（ACK）的CSMA/CA。一旦遭受其他噪声干扰或者在侦听失败时，就有可能发生信号冲突，儿这种工作于MAC层得ACK此时能够提供快速的恢复能力[7]。

（2）CSMA∕CA协议的问题

从理论上来讲，MAC层的CSMA∕CA协议完全能够满足局域网级的多用户信道竞争问题，但是，对于无限环境而言，它不像有线广播媒体那样好控制，来自其他LAN中的用户传输会干扰CSMA∕CA的操作，而且，在无线环境中，因为发射设备的功率通常要比接收设备的功率强得多，检测冲突是困难的，因此，不可能终止互相冲突的传输，在这种环境下，设计一个能够帮助避免冲突的系统更为有意义；无线局域网存在隐藏站点的问题；大多数无线电都是半双工的，他们不能在同一频率上发送并同时监听突发噪声，因此，IEEE802.11采用了CSMA∕CA技术，CA表示冲突避免，这种协议实际上是在发送数据帧前需对信道进行预约。 2.2.2 BTMA协议

BTMA（忙音多路访问）协议就是为解决暴露终端的问题而设计的。BTMA把可用的频带划分成数据(报文)通道和忙音通道。当一个设备在接收信息时，它吧特别的数据即一个“音”放到忙音通道上，其它要给该接收站发送数据的设备在它的忙音通道上听到忙音，知道不要发送数据。使用BTMA，在上面的例子中，在B向A发送的同时，C就可以向D发送(假定C已感知B和D不在同一个无线范围内)，因为C没有在D的忙音通道上接收到其它站的发送而引起的忙音。另外，使用BTMA，如果C在向B发送，A也可以知道而不向B发送，因为A可以知

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道而不向B发送，因为A可以在B的忙音通道上接收到由于C的发送而引起的忙音。在暴露终端的情况下，在一个无线覆盖区域中的一个设备检测不到在邻接覆盖区域中的忙音通道上的忙音。 2.2.3 MAC层IEEE802.11e协议

在802.11e中，每一个无线节点成为QSTA，它可以通过EDCA和HCCA两种方

式访问信道。其中EDCA机制和802.11DCF想死，只是针对不同优先级的访问类别有不同的帧间隔和竞争窗口。而在HCCA机制中，一个控制节点可以优先访问信道，并调度其他QSTA可以获得一段TXOP发送多个数据包。

相较于802.11DCF/PCF，802.11EDCA/HCCA主要做了一下几个方面的扩充：第一，属于不同优先级的站点在经行二进制回退争抢信道时，需要等待不同的任意帧间隔。与802.11 DCF等待相同的DIFS时间不同，在EDCA中，属于优先级的站点需要等待AIFS；第二，属于不同优先级的站点在经行二进制回退争抢信道时，所用的最大竞争窗口和最小竞争窗口范围不同。优先级越高，最大竞争窗口的数值越小。因此高优先级的站点其计数器的取值较小，可以更早的递减到0；第三，引入了虚拟竞争，在同一个站点内部，802.11e把所有数据包分成8类，映射到4个接入等级，每一个接入等级都对应站点内部的一个队列，当高优先级的队列和低优先级的队列计数器同时到0时，站点内部的调度器会判断高优先级成功发送，而低优先级队列则进行二进制回退，再次争抢信道；第四，引入了TXOP，在820.11e的HCCA机制中，一个控制节点可以优先访问信道，并调度其他QSTA对信道访问。

综上，802.11e通过为具有不同优先级的QSTA，从而实现了统计意义上的区分服务。

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2.3 Wi-Fi技术的结构

2.3.1 Wi-Fi技术的网络结构

（1）参考模型

无线局域网由端站（STA）、接入点（AP）、接入控制器（AC）、AAA服务器以及网元管理单元组成，其网络参考模型如图2-2所示。AAA服务器是提供AAA服务的实体，在参考模型中，AAA服务器支持RADIUS协议。Portal服务器适用于门户网站推送的实体，在Web认证是辅助功能完成认证功能。 网元管理单元

WM WP

WT WA WU STA AP AC

WB

WS

图2-2无线局域网网络参考模型

Portal 服务器 IP城域AAA 服务器 （2）接口定义

在该网络模型中，定义了如下接口。

1WA接口：STA和接入点之间的接口，即空中接口。 ○

2WB接口：接入点和接入控制器之间该接口为逻辑接口，可以不对应具体○的物理接口。

3WT接口：STA和用户终端的接口；该接口为逻辑接口，可以不对应具体的○物理接口。

4WU接口：公共无线局域网（PWLAN）与Internet之间的接口。 ○

5WS接口：AC与AAA服务器之间的接口；该接口为逻辑接口，可以不对应○

具体的物理接口。

6WP接口：AC与Portal服务器之间的接口；该接口为逻辑接口，可以不对○

应具体的物理接口。

7WM接口：公众无线局域网网元管理单元之间的接口，该接口为逻辑接口。○

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（3）网络单元功能

在该无线局域网网络参考模型中，各个网络单元的功能如下所述。

1端站（STA）是无线网络中的终端，可以通过不同接口接入计算机终端，○

也可以是非计算机终端上的嵌入式设备；STA通过无线链路接入AP，STA和AP之间的接口为空中接口。

2接入点（AP）通过无线链路和STA进行通信；无线链路采用标准的空中接○

口协议;AP和STA均为可以寻址的实体；AP上行方向通过WB接口采用有线方式与AC连接。

3接入控制器（AC）在无线局域网和外部网之间充当网管功能；AC将来自○

不同AP的数据进行汇聚，与Internet相连；AC支持用户安全控制、业务控制、计费信息采集及对网络的监控；AC可以直接和AAA服务器相连，也可以通过IP城域网骨干网（支持Radius协议）相连；在特定的网络环境下，接入控制器AC和接入点AP对应的功能可以在物理实现上一体化。

4AAA服务器具备认证、授权和计费（AAA）功能；AAA服务器在物理上可以○

由具备不同功能的独立的服务器构成，即认证服务器（AS）、授权服务器和计费服务器；认证服务器保存用户的认证信息和相关属性，当接收到认证申请时，支持在数据库中对用户数据的查询；在认证完成后，授权服务器根据用户信息授权用户具有不同的属性；在本标准中，AAA服务器即支持RADIUS协议的服务器。

5Portal服务器负责完成PWLAN用户门户网站的推送，Portal服务器为必○选网络单元。

2.3.2 Wi-Fi技术的拓扑结构

无线局域网的拓扑结构可归纳为两类，即无中心网络和有中心网络。 （1）无中心网络

无中心网络是最简单的无线局域网结构，又称为无AP网络，对等网络或Ad-Hoc（特别）网络，它由一组有无线接口的计算机（无线客户端）组成一个独立基本服务集（IBSS），这些无线客户端由相同的工作组名、ESSID和密码，网络中任意两个站点之间均可直接通信。无中心网络的拓扑结构如图2-13所示。

无中心网络一般使用公用广播信道，每个站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（MAC）协议大多采用CSMA（载波监测多址接入）类型的多址接入协议。

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这种结构的优点是：网络抗毁性好、建网容易、成本较低。这种结构的缺点是：当网络中用户数量（站点数量）过多时，激烈的信道竞争将直接降低网络性能。此外，为了满足任意两个站点均可直接通信，网络中的站点布局受环境限制较大。因此，这种网络结构仅适应于工作站数量相对较少（一般不超过15台）的工作群，并且这些工作站应离得足够近。

图2-3无中心网络的拓扑结构

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（2）有中心网络

有中心网络也成结构化网络，它由一个或多个无线AP以及一系列无线客户端构成，网络拓扑结构如图2-14所示。在有中心网络中，一个无线AP以及与其关联（Associate）的无线客户端被称为一个BSS（Basic Service Set，基本服务集），两个或多个BSS可构成一个ESS（Extended Service Set，扩展服务集）。

图2-4有中心网络的拓扑结构

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有中心网络使用无线AP作为中心站，所有无线客户端对网络的访问均由无线AP控制。这样，当网络业务量增大时，网络吞吐性能及网络时延性能的恶化并不强烈。由于每个站点只要在中心站覆盖范围内就可与其他站点通信，故网络

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布局受环境限制比较小。此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑访问点。有中心网络拓扑结构的弱点是：抗毁性差，中心站点的故障容易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。

虽然在IEEE802.11标准中并没有明确定义构成ESS的分布式系统的结构，但目前大都是指以太网。ESS的网络结构只包含物理层和数据链路层，不包含网络层及其以上各层。因此，对于IP等高层协议IP来说，一个ESS就是IP子网。

2.4 Wi-Fi的传输方式

传输方式设涉及无线局域网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。目前，无线局域网采用的传输媒体主要有两种，即微波与红外线。按照不同的调制方式，采用微波作为传输媒体的无线局域网又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。微波和红外线都属于电磁波。 2.4.1 局域网

（1）红外线（Intrared Rays，IR）局域网

近年来，基于红外线的传输技术有了很大发展，目前广泛使用的家电遥控器几乎都采用红外线传输技术。红外线传输技术采用波长小于1um的红外线作为传输媒体，有较强的方向性。由于它采用了低于可见光的部分频谱作为传输媒体，因此使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距（直观可见距离）传输，因此很难被窃听，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。

作为无线局域网的传输方式，采用红外线通信方式与微波方式比较，可以提供极高的数据传输速率，有较高的安全性，且设备相对简单、便宜。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制，通常IR局域网的覆盖范围被限制在一间房屋内。另外，在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般信号源设备的发射功率要大一些。

（2）扩展频谱（Spread Spectrum，SS）局域网

大多数无线局域网都使用扩展频谱技术（简称“扩频技术”）来传输数据。 在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展到几倍到几十倍，再被搬移到射频发射出去。这一做法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低，对其他电子设备的干扰也就减小了。

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扩频技术是一种宽带无线通过技术，最早应用于军事通信领域。在扩频通信方式下，传输信息的信号带宽远大于信息本身的带宽，信息带宽的扩展是通过编码方式实现的，与所传输数据无关。扩频通信具有抗干扰能力强、隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强等特点，能够保证数据在无线传输中完整可靠，并确保同时在不同频段传输的数据不会互相干扰。 （3）窄带微波（Narrowband Microwave）局域网

在窄带微波局域网中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般采用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方能使用。当然，也可选用ISM频段，这样可免去向无线电管理委员会申请。但带来的问题是，当邻近的仪器设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保证。 2.4.2 数据的传输

当把数据传送到一个近距离的设备时，可以通过网络连接进行同步输出到远程的接收设备。而且，在传送过程中能同时传输整个字节（8位）的数据，或是多个字节，这样就可以整个传输速度大幅度提升。但是，对于远距离的传输则可能会因为传送信号被干扰，导致不能同时传送多个字节。

接收方必须对所收到的数据进行Error Checking（侦错）操作，以确保传输数据的正确性。若发现收到的数据中又不符合侦错算法的内容，那么就会使用一定的措施来修复该错误，例如要求发送方重新发送被侦察到的错误位或字节。

对于无线局域网来说，因为其技术跟有线局域网是相似的，所以在每个接受通信前都会有三次“握手”的过程。这三次“握手”可以保证传送数据的双方能在可靠的连接下进行通信。

（1）Handshaking（握手）

在传送数据前，发送方并不会立即把数据传送到网络上。因为发送方并不清楚接收方是否能立即处理数据。所以为了避免发送过去的数据被接收方“置之不理”，会先发送一个要求同步的handshaking requeests（握手要求）。

当接收方收到这样的要求，而且接收方也有足够的资源接收时，就会返回响应要求的包。在发送和接收双方之间经过三次“握手”操作后，就能确立一条持

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续通信的网络连接。

发送方 1.要求连接 ○接收方 2可以同步 ○3确定开始同步 ○ 图2-5三次握手

（2）寻找目的地（Finding the Destination）

通常一个连接需要建立时，首先要确认连接是连接好的（即使是发送∕接受双方之间有路由器等设备，把双方分割的两个不同子网络之间连接也算在该范围之内）。但由于Wi-Fi是利用无线电波传送数据，所以在建立无线网络时并不需要有直接的设备连接。

在传输介质能连接后，设备就一直处于连接状态，直到设备被断开电源。但是该状态的连接并没有附带任何可以作为实际应用中用到的信息，例如IP地址、路由信息等内容。所以，需要利用操作系统为这些连接进行初次系统级别的连接操作——handshaking。

虽然在许多连接种类中，大部分都能传送高品质的语音或者是简单的数据传输功能。但是，对于大规模数字数据的传输则显得有点力不从心。这是因为这些连接所使用的连接是使用连接不断的通信，一旦在传输数据过程中连接受到干扰，那么所传送的大规模的数据就会发生错误。

所以，为了传送大规模数字数据，就要把数据分成一块块的、空间占用比较小的数据，也就是所谓的packets（数据包）。

这些packets是从一个数据信息中切割出来的，并且通过系统封装为packets。所谓的封装，就是把切割出来的数据整合到网络传输格式中去。所封装的packets会包含许多信息，例如数据的目的地、内容的大小等。

每一个包中都会包含目的地的IP地址以及邻近的序列号，这样在发送过程

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中就会根据序列号侦测没有到达目的地的包，并且根据该号码重新组合为信息。

所以，无线网络传送包要经过切割信息、封装（把目的地的IP地址封装到包）、发送到目的地、解开包、重组信息的步骤，而这些传送操作，对于用户而言，却不会感觉到烦琐的操作在进行。 2.4.3 802.11b传输控制

由于一个网络架构必须要不同的传输设备进行相互操作，所以就需要统一相互之间的传输标准，使得传输能在相互都“了解”的情况下进行，避免不同厂商所生产的网络设备发生兼容性问题。

（1）The Physical Layer（物理层）

物理层是规范网络设备如何利用电子信号进行传输，且设备之间如何协调的内容。例如设备使用的电压、发送无线电的频率，甚至是设备与设备之间连接的线材插头都要规范为统一的形状。否则，将会出现电压过高而出现烧毁设备、发射频率不同步而不能接收信号，频道与频道之间的过分接近导致干扰、线材插头不统一造成无法连接等情况。

综合来说，物理层是让不同厂商所生产的网络设备都能在统一的规范中相互传送的最基本的数据单元，也就是常说的“0”和‘1’，例如所有设备都是使用大于3.3V的电压表示“1”，而小于0V的电压则表示为“0”。 在Wi-Fi中同样需要统一的物理层进行规范。但有点不同的是，Wi-Fi会在包中增加144bits的内容。其中，128bits是让发送端设备以及接收端设备进行同步的内容。另外166bits则是一个名为start-of-frame的field（字段），表示该Frame的开始点。

（2）They MAC Layer（访问控制层）

MAC层是用来控制数据如何从无线电波发送出去，以及其他无线网络产生的问题，例如通过CSMA∕CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多重访问∕避免冲突）来解决传送冲突，或者是增加安全，使得传输更加保密。

在Wi-Fi中，使用的两种过滤方式分别为：SSID以及MAC。

其中，SSID（Service Set Identifier ,服务区域识别串）是在AP的覆盖范围中的所有计算机都需要设为同一个SSID（该ID必须与AP一致）。当客户

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参考文献

[1]《共享Wi–Fi无线网络实务》 中国水利水电出版社 2005

[2]《宽带无线接入技术及应用——WiMAX与Wi-Fi》 电子工业出版社 2006 [3]《无线局域网构建及应用》 国防工业出版社 2006 [4]《无线网络通信原理与应用》 清华大学出版社 2002 [5]《无线局域网》 人民邮电出版社 2003 [6]《计算机网络》 高等教育出版社 2007

[7]《构建中小企业网络》 杭州华三通讯技术有限公司 2009

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pst7.html