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Wi-Fi

Wi-Fi

分类: 通信
属性: 技术
最后修改时间: 2013年09月28日
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Wi-Fi是Wi-Fi联盟制造商的商标可做为产品的品牌认证,是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网络设备。基于两套系统的密切相关,也常有人把Wi-Fi当做IEEE 802.11标准的同义术语。

  并不是每样符合IEEE 802.11的产品都申请Wi-Fi联盟的认证,相对的缺少Wi-Fi认证的产品并不一定意味着不兼容Wi-Fi设备。

  IEEE 802.11的设备已安装在市面上的许多产品,如个人电脑,游戏机,MP3播放器,智能手机,打印机以及其他周边设备,和新笔记本电脑。

  Wi-Fi联盟成立于1999年,当时的名称叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance(WECA)。在2002年10月,正式改名为Wi-Fi Alliance。

由来

  Wi-Fi这个术语是指无线保真(Wireless Fidelity),类似历史悠久的音频设备分类:长期高保真(1930年开始采用)或Hi-Fi的(1950年开始采用)。即使Wi-Fi联盟本身也经常在新闻稿和文件中使用“无线保真”这个词,Wi-Fi还是出现在ITAA的一个论文中。然而,根据菲尔贝朗格的语句,Wi-Fi术语应该是没有任何意义的。IEEE 802.11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2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接(ad hoc)的方式进行,也可以在基站(Base Station,BS)或者访问点(Access Point,AP)的协调下进行。

  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54Mbit/s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11Mbit/s的物理层。

  2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用,因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟,致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。Wi-Fi为制定802.11无线网络的组织,并非代表无线网络。

802.11标准和补充

  802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,2.4GHz频道)。

  802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,5GHz频道)。

  802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s,2.4GHz频道)。*

下列熟知的的标准于2007年收录在802.11

  802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层(MAC)桥接(MAC Layer Bridging)。

  802.11d,根据各国无线电规定做的调整。

  802.11e,对服务等级(Quality of Service, QoS)的支持。 Clause 9

  802.11f,基站的互连性(Interoperability)。

  802.11g,物理层补充(54Mbit/s,2.4GHz频道)。 Clause 18

  802.11h,DFS /TPC,信道(5GHz频段)。

  802.11i,安全和鉴权(Authentication)方面的补充。 Clause 8

2008年以后的标准

  802.11k,

  802.11n,2009年,导入多重输入输出(MIMO)和40Mbit信道宽度(HT40)技术,基本上是802.11a/g的延伸版。

  802.11r,

  802.11t,

  802.11u,

  802.11v

  802.11w,

  802.11z,

2011年以后的标准

  802.11ac,物理层补充(1×1 MIMO,433Mbit/s,5GHz频道),80Mbit信道宽度。

  除了上面的IEEE标准,另外有一个被称为IEEE 802.11b+的技术,通过PBCC技术(Packet Binary Convolutional Code)在IEEE802.11b(2.4GHz频段)基础上提供22Mbit/s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(产权属于美国德州仪器,Texas Instruments)。也有一些被称为802.11g+的技术,在IEEE 802.11g的基础上提供108Mbit/s的传输速率,跟802.11b+一样,同样是非标准技术,由无线网络芯片生产商Atheros所提倡的则为SuperG。

用途

  网络链接、城市Wi-Fi覆盖、校园的Wi-Fi覆盖、电脑对电脑直接通信

优势和挑战

业务优势

  Wi-Fi部署区网(LAN)可让客户端设备无需使用电线,通常可降低网络部署和扩充的成本。许多空间不能架设电缆,如户外区和历史建筑,可运用无线区网来改善。 现在大多数笔记本电脑制造商已经自带了无线网络的设备。Wi-Fi的价位已经持续下跌,使之成为在经济网络选项甚至更多的设备中占一席之地。Wi-Fi已经成为企业普遍的基础设施。 不同竞争品牌的接入点和客户端的网络使用接口具互操作性的一个基本服务水平。产品指定由Wi-Fi联盟为“Wi-Fi认证”是向后兼容的。“Wi-Fi”指定一套全球统一标准:不同于移动电话,任何Wi – Fi标准设备将在世界上任何地方可无差异的工作。 Wi – Fi已使用在22万个以上的公共热点和几千万户的家庭中,公司及世界各地的大学校园。当前Wi-Fi保护访问加密(WPA2)2010年被认为是安全,提供用户使用强大的密码。新协议的质量服务(WMM)产生Wi-Fi更适合于延迟敏感型应用(如语音和视频);和省电机制(WMM的省电)提高电池操作。

限制

  全球运作的频谱指配和操作限制并不一贯。美国所用的标准在2.4 GHz频带有11个通道,而在欧洲大部份地区有另外的2个通道,即13个通道(1-11 v.s 1-13)。日本还要追加一个(1-14)。2007年欧洲是在这方面基本上是均匀的。一个非常混乱事实:一个Wi-Fi信号在2.4 GHz频段实际上占用五个通道,两个通道编号之差大于5的通道,如2和7,不会发生通道重叠,因此在美国只有3个非重叠通道:1,6,11。在欧洲有三个或四个非重叠通道:1,6,13或1,5,9,13。等效全向辐射功率(EIRP)在欧盟被限制为20 dBm的(100mW)。

传递的距离

  Wi-Fi网络范围有限。一个典型的无线路由器使用802.11b或802.11g与储蓄天线在无任何障碍物下可覆盖范围可直达:室内-50平方米(538英尺)/室外-140平方米(1,500英尺)。在802.11n可以超过这个范围两倍的距离。其范围也随频率的波段调整。Wi-Fi在2.4 GHz的频率范围块稍微好比Wi-Fi在5 GHz的频率块好。 室外范围 - 通过使用定向天线 - 可以提高与天线数公里或以上的范围。在一般情况下一个Wi-Fi设备的最高功率传输是受限于地方法规,如美国FCC第15条。 为达到无线区网的应用要求,比起其他一些标准Wi-Fi相当的耗电。其他技术如蓝牙(可支持无线PAN应用)提供了一个更短的传播范围(小于十米),因此具有较低的耗电量。其他低耗电技术,如ZigBee的有相当长的范围,但数据速率却低得多。高耗电的Wi-Fi,使移动设备的电池寿命受关注。 研究人员已经开发出数“没有新线”的技术,提供替代Wi-Fi的室内范围不足,安装新的电线(如cat-5)不具成本效益。ITU-T G.hn标准的高速局域网络使用现有的家庭线路(同轴电缆,电话线和电源线)。虽然G.hn不具备一些Wi-Fi优势(如流动性或室外使用),它的设计应用(如IPTV分发)在室内范围是最重要的流动性。 典型Wi-Fi的频率由于电波传播的复杂性,特别是树和建筑物影响信号的反射,大约只能预测出Wi-Fi有关任何地区的发射器的信号强度。这不适用于远距离的Wi-Fi,因为远距离Wi-Fi是使用塔台或高建筑顶上的天线所架设的。 Wi-Fi的应用基本上实用范围非常有限所如;仓库中或零售空间的盘点机,结帐条码阅读器,或收发台。手机的Wi-Fi在广阔的范围是有限的,例如,为了使用,如汽车移动到另一个从一个热点(称为Wardriving)。其它无线技术更适合作为图形所示。市面上的无线路由器最低覆盖率可达80平方米,苹果公司的AirPort技术更可达100-140平方米。

技术简述

网络成员和结构

  站点(Station),网络最基本的组成部分。

  基本服务单元(Basic Service Set,BSS)。网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的联结(associate)到基本服务单元中。

  分配系统(Distribution System,DS)。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介(Medium)逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的,尽管它们物理上可能会是同一个媒介,例如同一个无线频段。

  接入点(Access Point,AP)。接入点即有普通站点的身份,又有接入到分配系统的功能。

  扩展服务单元(Extended Service Set,ESS)。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上的──不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。

  关口(Portal),也是一个逻辑成分。用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。

  这儿有3种媒介,站点使用的无线的媒介,分配系统使用的媒介,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的媒介。物理上它们可能互相重迭。IEEE 802.11只负责在站点使用的无线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。

  IEEE802.11没有具体定义分配系统,只是定义了分配系统应该提供的服务(Service)。整个无线局域网定义了9种服务:

  5种服务属于分配系统的任务,分别为,联接(Association)、结束联接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再联接(Reassociation)。

  4种服务属于站点的任务,分别为,鉴权(Authentication)、结束鉴权(Deauthentication)、隐私(Privacy)、MAC数据传输(MSDU delivery)。

运作原理

  Wi-Fi的设置至少需要一个Access Point(ap)和一个或一个以上的client(hi)。AP每100ms将SSID(Service Set Identifier)经由beacons(信号台)数据包广播一次,beacons数据包的传输速率是1 Mbit/s,并且长度相当的短,所以这个广播动作对网络性能的影响不大。因为Wi-Fi规定的最低传输速率是1 Mbit/s,所以确保所有的Wi-Fi client端都能收到这个SSID广播数据包,client可以借此决定是否要和这一个SSID的AP连接。用户可以设置要连接到哪一个SSID。Wi-Fi系统总是对客户端开放其连接标准,并支持漫游,这就是Wi-Fi的好处。但亦意味着,一个无线适配器有可能在性能上优于其他的适配器。由于Wi-Fi通过空气传送信号,所以和非交换以太网有相同的特点。 近两年,出现一种WIFI over cable的新方案。此方案属于EOC(ethernet over cable)中的一种技术。通过将2.4G wifi射频降频后在cable中传输。此种方案已经在中国小范围内试商用。

Wi-Fi认证

  Wi-Fi技术创建在IEEE 802.11标准上。

  但IEEE开发和出版这些标准,却不测试符合他们的设备。非营利性的Wi-Fi联盟成立于1999年,以填补这一段空白 - 创建和运行标准,互操作性与兼容性,并推动无线局域网技术。

  至2009年截止Wi-Fi联盟超过300多家来自世界各地公司合厂家拥有会员,其产品通过认证过程中,有权标明这些产品Wi-Fi标志。

  认证过程具体来说是否符合IEEE 802.11无线标准的规定,以及WPA和WPA2安全标准,以及EAP的认证标准。

  认证时可以选择包括测试IEEE 802.11的标准草案,与蜂窝电话技术交互设备的融合或有关安全和功能设置,多媒体,和省电。

  目前Wi-Fi联盟所公布的认证种类有:

  WPA/WPA2:WPA/WPA2是基于IEEE 802.11a、802.11b、802.11g的单模、双模或双频的产品所创建的测试程序。内容包含通信协议的验证、无线网络安全性机制的验证,以及网络传输表现与兼容性测试。

  WMM(Wi-Fi MultiMedia):当影音多媒体通过无线网络的传递时,要如何验证其带宽保证的机制是否正常运作在不同的无线网络设备及不同的安全性设置上是WMM测试的目的。

  WMM Power Save:在影音多媒体通过无线网络的传递时,如何通过管理无线网络设备的待命时间来延长电池寿命,并且不影响其功能性,可以通过WMM Power Save的测试来验证。

  WPS(Wi-Fi Protected Setup):这是一个2007年年初才发布的认证,目的是让消费者可以通过更简单的方式来设置无线网络设备,并且保证有一定的安全性。目前WPS允许通过Pin Input Config(PIN)、Push Button Config(PBC)、USB Flash Drive Config(UFD)以及Near Field Communication Contactless Token Config(NFC)的方式来设置无线网络设备。

  ASD(Application Specific Device):这是针对除了无线网络访问点(Access Point)及站台(Station)之外其他有特殊应用的无线网络设备,例如DVD播放器、投影机、打印机等等。

  CWG(Converged Wireless Group):主要是针对Wi-Fi mobile converged devices的RF部分测量的测试程序。

  Wi-Fi Direct

  还有一种加密方式为802.1x用户认证机制,但目前兼容性不高(注意x在此为小写)

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