wifi 802.11无线网络标准详析
802.11a802.11b802.11g802.11n IEEE无线网络标准详析802.11a
IEEE无线网络标准，指定最大54Mbps的数据传输速率和5GHz的工作频段。
802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD /TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。
802.11的第二个分支被指定为802.11a。承受着风险将802.11带入了不同的频带——5.2GHzU-NII频带，并被指定高达54Mbps的数据速率。与单个载波系统802.11b不同，802.11a运用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技术。由于802.11a运用5.2GHz射频频谱，因此它与802.11b或最初的802.11WLAN标准均不能进行互操作。
IEEE802.11b
IEEE802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps，比两年前刚批准的IEEE802.11标准快5倍，扩大了无线局域网的应用领域。另外，也可根据实际情况采用5.5Mbps、2Mbps和1 Mbps带宽，实际的工作速度在5Mb/s左右，与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施，可以基
本满足使用要求。IEEE802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。
IEEE802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE802.3以太网的原理很类似，都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是以太网采用的是CSMA/CD（载波侦听/冲突检测）技术，网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送，当发现网络空闲时即发出自己的信息，如同抢答一样，只能有一台工作站抢到发言权，而其余工作站需要继续等待。如果一旦有两台以上的工作站同时发出信息，则网络中会发生冲突，冲突后这些冲突信息都会丢失，各工作站则将继续抢夺发言权。而802.11b无线局域网则引进了CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术和RTS/CTS(请求发送/清除发送)技术，从而避免了网络中冲突的发生，可以大幅度提高网络效率。这里的CSMA/CA技术与正常情况下的CSMA/CD技术原理有所不同，原理是：站点在发送报文后等待来至接入点AP(基本模式)或来至另外站点(对等模式)的确认帧(ACK)。如果在一定的时间内没有受到确认帧，则假定发生了冲突并从发该数据。如果站点注意到信道上有活动，就不发送数据。RTS/CTS的工作方式与调制解调器类似，在发送数据之前，站点将一个请求发送帧发送到目的站点，如果信道上没有活动，那么目的站点将一个清除发送帧发送回源站点。这个过程成为“预热”其他站点，从而防止不必要的冲突。RTS/CTS只用于特别大的报文和重发数据时可能出现严重带宽问题的场合。
功能&优点
速度：2.4ghz直接序列扩频无线电提供最大为11mbps的数据传输速率，无须直线传播动态速率转换：当射频情况变差时，降低数据传输速率为5.5mbps、2mbps和1mbps
使用范围：802.11b支持以百米为单位的范围（在室外为300米；在办公环境中最长为100米）
可靠性：与以太网类似的连接协议和数据包确认提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用
互用性：与以前的标准不同的是，802.11b只允许一种标准的信号发送技术。weca将认证产品的互用性
电源管理：802.11b网络接口卡可转到休眠模式，访问点将信息缓冲到客户，延长了笔记本电脑的电池寿命漫游支持：当用户在楼房或公司部门之间移动时，允许在访问点之间进行无缝连接
加载平衡：802.11b nic更改与之连接的访问点，以提高性能（例如，当前的访问点流量较拥挤，或发出低质量的信号时）
可伸缩性：最多三个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户同时语音和数据支持
安全性：内置式鉴定和加密
基本运作模式:
802.11b运作模式基本分为两种：点对点模式(ad-hoc mode)和基本模式（infrastructure mode），如图１所示。点对点模式是指站点（如：无线网卡）和站点之间的通信方式。只要PC插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的PC连接，对于小型的无线网络来说，是一种方便的连接方式，最多可连接256台PC。而基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这是802.11b最常用的方式。此时，插上无线网卡的PC需要由接入点(AP)与另一台PC连接。接入点负责频段管理及漫游等指挥工作，一个接入点最多可连接1024台PC（无线网卡）。当无线网络节点扩增时，网络存取速度会随着范围扩大和节点的增加而变慢，此时添加接入点可以有效控制和管理频宽与频段。无线网络需要与有线网络互连，或无线网络节点需要连接和存取有线网的资源和服务器时，接入点可以作为无线网和有线网之间的桥梁。
无线网络受限制或无连接
应用
功能优点
不易接线的区域在不易接线或接线费用较高的区域（如有历史意义的建筑物，有石棉的建筑物，以及教室）中提供网络服务灵活的工作组为经常进行网络配置更改的工作
区降低了总拥有成本网络化的会议室用户可在从一个会议室移动到另一个会议室时进行网络连接，以获得最新的信息，并且可
在决策时相互交流
特殊网络现场顾问和小工作组的快速安装和兼容软件可提高工作效率
子公司网络为远程或销售办公室提供易于安装、使用和维护的网络
部门范围的网络移动漫游功能使企业可以建立易于使用的无线网络，可覆盖所有部门
一般地说，802.11b允许使用任何现有在有线网络上运行的应用程序或网络服务。
多接入点解决方案
当网络规模较大，超过了单个接入点的覆盖半径时，可以采用多个接入点分别与有线网络相连，从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络，所有无线终端可以通过就近的接入点接入网络，访问整个网络的资源，从而突破无线网覆盖半径的限制。
无线中继解决方案
无线接入器还有另外一种用途，即充当有线网络的延伸。比如在工厂车间中，车间具有一个网络接口连接有线网，而车间中许多信息点由于距离很远使得网络布线成本很高，还有一些信息点由于周边环
境比较恶劣，无法进行布线。由于这些信息点的分布范围超出了单个接入点的覆盖半径，我们可以采用两个接入点实现无线中继，以扩大无线网络的覆盖范围。
无线冗余解决方案
对于网络可靠性要求较高的应用环境，比如金融、证券等，接入点一旦失效，整个无线网络会瘫痪，将带来很大损失。因此，可以将两个接入点放置在同一位置，从而实现无线冗余备份的方案。
多蜂窝漫游工作方式
在一个大楼中或者在很大的平面里面部署无线网络时，可以布置多个接入点构成一套微蜂窝系统，这与移动电话的微蜂窝系统十分相似。微蜂窝系统允许一个用户在不同的接入点覆盖区域内任意漫游，随着位置的变换，信号会由一个接入点自动切换到另外一个接入点。整个漫游过程对用户是透明的，虽然提供连接服务的接入点发生了切换，但对用户的服务却不会被中断。
802.11g
IEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11ｇ。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11ｇ草案有以下两个特点：在2．4GHz频段使用正交频分复用
（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上；能够与IEEE802.11ｂ的Wi-Fi 系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN 系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长了IEEE802．11b产品的使用寿命，降低了用户的投资。2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11ｇ草案，该标准成为人们关注的新焦点。
IEEE802.11WLAN实现的关键技术
随着WLAN技术的应用日渐广泛，用户对数据传输速率的要求越来越高。但是在室内这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其它干扰源的存在使得无线信道中高速数据传输的实现比有线信道困难，因此WLAN需要采用合适的调制技术。
IEEE802．11WLAN是一种能支持较高数据传输速率（1～54Mbit/s），采用微蜂窝、微微蜂窝结构，自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有3种，直序列扩频调制技术(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)及补码键控(CCK：Complementary Code Keying)技术、包二进制卷积(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交频分复用技术OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing。每种技术皆有其特点，目前扩频调制技术正成为主流，而OFDM技术由于其优越的传输性能成为人们关注的新焦点。
1．DSSS调制技术
基于DSSS的调制技术有3种。最初IEEE802．11标准制定在1Mbit/s数据速率下采用差分二相相移键控(DBPSK:DifferentialBinary Phase Shift Keying)。如果要提供2Mbit/s的数据速率，可采用差分正交相移键控(DQPSK:Differential Quadrature Phase Shift Keying)，这种方法每次处理两个比元，成为双比特。第三种是基于CCK的ＱPSK，是IEEE802.11ｂ标准采用的基本数据调制方式。它采用了补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调制技术，通过相移键控（PSK）方式传输数据，传输速率分为1，2，5．5和11Mbit/s。CCK通过与接收端的Pake接收机配合使用，能够在高效率传输数据的同时有效克服多径效应。IEEE802.11ｂ通过使用CCK调制技术来提高数据传输速率，最高可达11Mbit/s。但是当传输速率超过11Mbit/s，CCK为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。因此，IEEE802.11工作组为了推动WLAN的发展，又引入了新的调制技术。
2．PBCC调制技术
PBCC调制技术是由德州仪器（TI）公司提出的，已作为IEEE802.11ｇ的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制，但与CCK不同，它采用了更多复杂的信号星座图。PBCC采用8PSK，而CCK使用ＢPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷积码，而CCK使用区块码。因此，它们的解调过程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的数据传输，其传输速率为11，22，33Mbit/s。
3．OFDM技术
OFDM技术其实是多载波调制(MCM:Multi-CarrierModulation)的一种。其主要思想是：
将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰。
由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减少了子载波间的相互干扰，同时还提高了频谱利用率。在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用反向快速傅里叶变换（IFFT）和快速傅里叶变换（FFT）方法来实现，随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。FFT的引入，大大降低了OFDM实现的复杂性，提升了系统的性能。
无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而OFDM很容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
由于无线信道存在频率选择性，所有的子信道不会同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提升系统性能。由于窄带干
扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM系统在某种程度上能抵抗这种干扰。
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输都采用了OFDM调制技术。目前，OFDM结合时空编码、分集、干扰〔包括码间干扰（ISI）和信道间干扰（ICI）〕抑制以及智能天线技术，最大程度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、动态比特分配算法等技术，可以使其性能得到进一步优化。
4．IEEE802.11ｇ协议帧结构及其技术细节
从网络逻辑结构上来看，IEEE802．11只定义了物理层及MAC子层。MAC层提供对共享无线介质的竞争使用和无竞争使用，具有无线介质访问、网络连接、数据验证和保密等功能。
物理层为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输，所传数据单位为比特。物理层定义了通信设备与接口硬件的机械、电气功能和过程的特性，用以建立、维持和释放物理连接。物理层由三部分组成：物理层管理层、物理层会聚协议（PLCP）和物理介质依赖子层（PMD）。
IEEE802.11ｇ的物理帧结构分为前导信号（Preamble）、信头Header和负载Payload。Preamble主要用于确定移动台和接入点之间何时发送和接收数据，传输进行时告知其它移动台以免冲突，同时传
送同步信号及帧间隔。Preamble完成，接收方才开始接收数据。Header 在Preamble之后用来传输一些重要的数据比如负载长度、传输速率、服务等信息。由于数据率及要传送字节的数量不同，Payload的包长变化很大，可以十分短也可以十分长。
在一帧信号的传输过程中，Preamble和Header所占的传输时间越多，Payload用的传输时间就越少，传输的效率越低。
综合上述3种调制技术的特点，IEEE802.11ｇ采用了OFDM等关键技术来保障其优越的性能，分别对Preamble，Header，Payload进行调制，这种帧结构称为OFDM/OFDM方式。
另外，IEEE802.11ｇ草案标准规定了可选项与必选项，为了保障与IEEE802.11b兼容也可采用CCK/OFDM和CCK/PBCC的可选调制方式。因此，OFDM调制为必选项保障传输速率达到54Mbit/s；采用CCK调制作为必选保障后向兼容性；CCK/PBCC与CCK/OFDM作为可选项。IEEE802.11ｇ的帧结构比较见表1。

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