第二堂課80211技術(shù)概覽20160816

1802.11技術(shù)概覽林飛成都東軟學(xué)院linfei@2主要內(nèi)容802.11溯源SSID與認(rèn)證頻率與信道功率與覆蓋競(jìng)爭(zhēng)與干擾帶寬與速率Wi-Fi=WirelessFidelity=WLAN=WirelessLAN≈IEEE802.11如何正確的稱呼海蒂?拉瑪是WiFi之母？Wi-Fi到底是誰發(fā)明的？1940年初，她和作曲家喬治共同設(shè)計(jì)出了一個(gè)飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)。從自動(dòng)鋼琴中得到靈感，設(shè)計(jì)出了“頻率跳變”裝置，并于1941年6月10日申請(qǐng)了專利，1942年8月11日獲得通過，專利號(hào)為2292387，專利名為“保密通信系統(tǒng)”。這項(xiàng)“跳頻技術(shù)”，也就是CDMA的前身。1985年，美國(guó)高通公司在跳頻技術(shù)基礎(chǔ)上，悄悄地研發(fā)出CDMA無線數(shù)字通信系統(tǒng)。海蒂·拉瑪一生并沒有因?yàn)楫?dāng)年的專利而得利。JohnO'Sullivan,29May,2013約翰?蘇利文才是WiFi之父！/us-5487069.html無線局域網(wǎng)于1996年在美國(guó)成功申請(qǐng)專利，發(fā)明人是悉尼大學(xué)工程系畢業(yè)生DrJohnO‘Sullivan領(lǐng)導(dǎo)的一群由悉尼大學(xué)工程系畢業(yè)生組成的研究機(jī)構(gòu)CSIRO。IEEE曾請(qǐng)求澳洲政府放棄WLAN專利，讓世界免費(fèi)使用WiFi技術(shù)，但遭到拒絕。該專利于2013年過期（1992年公開），累計(jì)獲利超過4個(gè)億美金。SSID與認(rèn)證SSID（ServiceSetIdentifier服務(wù)集標(biāo)識(shí)）可以將一個(gè)無線局域網(wǎng)分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證，只有通過身份驗(yàn)證的用戶才可以進(jìn)入相應(yīng)的子網(wǎng)絡(luò)，防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi對(duì)應(yīng)的認(rèn)證加密體系有WEP，WPA，WPA2等，其中WPA2目前安全加密等級(jí)最高。Wi-Fi被禁事件2003年底，國(guó)家質(zhì)檢總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布公告，稱自2004年6月1日起將開始強(qiáng)制實(shí)施WAPI標(biāo)準(zhǔn)。WAPI作為中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)也就意味著在中國(guó)大*陸上市的所有設(shè)備都不應(yīng)具有Wifi功能，包括筆記本、手機(jī)、無線路由器等等。此舉隨即遭到了英特爾等美國(guó)公司乃至美國(guó)政府的抵制，并威脅將停止在中國(guó)開展無線業(yè)務(wù)，聲稱與WAPI標(biāo)準(zhǔn)相比，西方公司更愿意采用它們自己的標(biāo)準(zhǔn)。2004年4月22日，中美兩國(guó)經(jīng)過談判，當(dāng)時(shí)的中國(guó)國(guó)務(wù)院副總理吳儀表示，中國(guó)同意美方提出的要求，將不強(qiáng)制實(shí)施WAPI標(biāo)準(zhǔn)。至2009年6月，ISO確認(rèn)接納WAPI以獨(dú)立文本形式推進(jìn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。雖然在筆記本、無線路由器上國(guó)家并沒有強(qiáng)制執(zhí)行WAPI標(biāo)準(zhǔn)，但是在手機(jī)上具有Wifi標(biāo)準(zhǔn)功能的手機(jī)是一律不讓上市的，這里面不排除當(dāng)時(shí)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的保護(hù)問題，因?yàn)槭謾C(jī)作為終端，從理論上講是可以通過wifi的功能打IP電話（voip），而語音業(yè)務(wù)又是運(yùn)營(yíng)商壟斷的業(yè)務(wù)。所以就出現(xiàn)了現(xiàn)狀。wifi在筆記本上是可以用的，但在行貨手機(jī)上缺沒有。1912年4月14日，4.6萬噸級(jí)排水量的豪華游船“泰坦尼克”號(hào)(TITANIC)滿載2200名旅客在從英國(guó)開往美國(guó)紐約的處女航中，撞上了漂浮在大西洋北部紐芬蘭島東南方的冰塊，僅僅2h左右，該船就沉沒了，1500人葬身海底。泰坦尼克號(hào)發(fā)出了SOS求救無線電信號(hào)，但距離最近的加利福利亞號(hào)由于使用不能互通的無線電設(shè)備而導(dǎo)致未收到信號(hào)，錯(cuò)失救援良機(jī)。一段往事—誰來統(tǒng)一管理無線電？Wi-Fi頻率和信道之非授權(quán)頻譜ISM（industrial,scientificandmedical）最初由ITU（InternationalTelecommunicationsConference國(guó)際電信聯(lián)盟）在1947年大西洋城會(huì)議中根據(jù)美國(guó)代表的建議確立的（特別是分配2.4GHz作為微波加熱用途）1985年，美國(guó)FCC批準(zhǔn)不經(jīng)授權(quán)就可以使用如下ISM頻段：902-928MHzinRegion2(centrefrequency915MHz),2400-2500MHz(centrefrequency2450MHz),5725-5875MHz(centrefrequency5800MHz)ISMSpectrum≈UnLicensedSpectrum1939年，美國(guó)人斯賓塞在測(cè)試?yán)走_(dá)磁控管時(shí)，發(fā)現(xiàn)口袋中的巧克力棒融化了。Raytheon公司受斯賓塞實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，與其共同研發(fā)能用微波熱量烹飪的爐子。1947年，

Raytheon公司推出了第一臺(tái)家用微波爐。（雷神公司也是薩德導(dǎo)彈X波段雷達(dá)供應(yīng)商）1997年，美國(guó)FCC批準(zhǔn)不經(jīng)授權(quán)就可以使用如下UNII頻段：5150-5350MHz(U-NII-1,U-NII-2A),5470-5725MHz(U-NII-2C),5725-5850MHz(U-NII-3)UNII=UnlicensedNationalInformationInfrastructure

Wi-Fi頻率和信道之2.4G根據(jù)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)要求，WLAN工作在2.4GHz頻段內(nèi)時(shí)，帶寬20MHz的信道有14個(gè)，其中典型的未交疊信道為1，6，11三個(gè)。Wi-Fi頻率和信道之5G根據(jù)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)要求，WLAN工作在5GHz頻段內(nèi)時(shí)，各個(gè)國(guó)家的頻譜開放要求不同，其中美國(guó)FCC開放的帶寬20MHz的信道有25個(gè)，并且后續(xù)開放的頻譜會(huì)越來越多。Wi-Fi頻率和信道之其他頻率IEEE802.11ah（2016）Wi-FiHalow900MHz主要用于物聯(lián)網(wǎng)IEEE802.11ad（2013）60GHz又稱WiGig主要用于室內(nèi)高速傳輸IEEE802.11y（2009）3.6GHz（授權(quán)頻譜）主要用于無線回傳Wi-Fi競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制CSMA/CABSS1BSS2Internethub,switchor路由器APAPAP=AccessPoint接入點(diǎn)STA=Station終端STA和AP關(guān)聯(lián)的工作過程：1，掃描空間信道，監(jiān)聽該空間可用AP的SSID和MAC地址的信標(biāo)幀（Beacon）。2，選擇AP去關(guān)聯(lián)。3，鑒權(quán)或認(rèn)證。4，運(yùn)行DHCP得到在AP子網(wǎng)中的IP地址。眾多的STA要和AP通信，采用CSMA/CA方式CSMA（載波偵聽多路訪問）-》先聽后說CA（碰撞避免）-》隨機(jī)退避/ACK/RTS/CTSABCWi-Fi干擾–同系統(tǒng)2.4GHz頻段雖然有14個(gè)信道可用，但一般WiFi設(shè)備還是慣用1,6,11三個(gè)信道設(shè)置。這樣導(dǎo)致在AP較多時(shí)，必然導(dǎo)致信道交疊。信道交疊的后果，就是不光STA之間要競(jìng)爭(zhēng)信道使用權(quán)，AP之間也要競(jìng)爭(zhēng)信道使用權(quán)。因此，在AP密集部署的鬧市/公共場(chǎng)所，是WiFi體驗(yàn)不佳的直接原因。Wi-Fi干擾–異系統(tǒng)2012年11月1日上午8時(shí)15分至9時(shí)30分，深圳地鐵蛇口線多趟列車因控制列車運(yùn)行的信號(hào)系統(tǒng)受到來自外界WiFi信號(hào)的干擾，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生安全保護(hù)，導(dǎo)致列車多次暫停甚至有乘客經(jīng)歷了五次臨時(shí)停車。CBTC是現(xiàn)在全國(guó)地鐵普遍采用的無線通信自動(dòng)控制系統(tǒng)，用無線數(shù)據(jù)傳輸代替了軌道電路。該系統(tǒng)可指揮列車如何運(yùn)營(yíng)。其采用2.4GHz的開放頻段。卡斯柯公司承建了國(guó)內(nèi)多地軌道信號(hào)系統(tǒng)(含成都)2011-7-23溫甬線動(dòng)車追尾特大事故死40傷1722011-9-27上海地鐵10號(hào)線追尾特大事故傷2712009~2012上海/深圳多個(gè)地鐵出現(xiàn)信號(hào)事故Wi-Fi干擾–5G通信當(dāng)前4G蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)通過多載波聚合方式提高速率，需要更多的頻譜資源，但3GHz以下的頻譜已被瓜分干凈，于是設(shè)備商盯著WiFi使用的5GHz頻段（將近700MHz的優(yōu)質(zhì)頻譜）因此高通/愛立信/華為等主導(dǎo)的LTE-U技術(shù)，可以大幅提高下載速率，被譽(yù)為準(zhǔn)5G或4.5G技術(shù)。同時(shí)，在WiFi（802.11ad）60GHz頻段，也是被5G技術(shù)寄予厚望的蛋糕。通信技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，其本質(zhì)是頻譜資源的爭(zhēng)奪Wi-Fi功率與覆蓋之功率單位功率的單位是W

（體系下有MW，KW，mW，uW等）dB是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位（相對(duì)單位）：對(duì)于功率，dB=10*lg(A/B）dBm（分貝毫瓦）=10*lg（A/1mW）例：某無線路由器的發(fā)射功率為100mW，其dBm表示方式是多少？10*lg（100mW/1mW）=10*2=20dBmWi-Fi功率與覆蓋之功率限制為什么要限制發(fā)射功率？限值依據(jù)《-輻射安全、干擾控制機(jī)構(gòu)和措施美國(guó)FCC有發(fā)射功能的無線設(shè)備必須通過FCC認(rèn)證，數(shù)據(jù)資料全部公開歐盟ETSI/CE有發(fā)射功能的無線設(shè)備必須通過CE認(rèn)證中國(guó)國(guó)家無委無線電產(chǎn)品型號(hào)核準(zhǔn)日本TELEC認(rèn)證韓國(guó)KCC認(rèn)證Wi-Fi功率與覆蓋之覆蓋計(jì)算計(jì)算原則：下行鏈路預(yù)算能夠抵消傳輸損耗傳輸損耗（COST231-Hata模型）

Ls＝32.45+20lgf+20lgd（f代表頻率，d代表距離）下行鏈路預(yù)算=AP發(fā)射功率+AP天線增益+終端天線