802.11移动局域网技术原理分析

802.11移动局域网技术原理分析

施翔

施翔SHIXiang（同济大学，上海200092）（TongjiUniversity，Shanghai200092，China）

摘要院随着互联网和移动智能设备的普及，以及无线通信技术的高速发展，802.11凭借着其高速，便捷，低成本的优势被广泛应用于家庭和商业场合。本章主要介绍了802.11技术工作原理和协议连接传输过程，以及对目前应用最广泛的802.11n的特性进行技术性的分析。

Abstract:WiththepopularityoftheInternetandmobileintelligentdevice,andtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,802.11iswidelyusedinhouseholdandbusinessoccasionwithitsadvantagesofhigh-speed,convenienceandlowcost.Thischaptermainlyintroducestheworkprincipleandprotocolconnectiontransferprocessof802.11technology,andmakestechnicalanalysisofthecharacteristicsofthemostwidelyused802.11natpresent.关键词院802.11；802.11n；MAC层Keywords:802.11；802.11n；MAClayer中图分类号院TN925文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）27-0230-03

0引言由于当今宽带接入速度的大幅提升，移动智能设备的普及，电子商务和在线娱乐游戏快速的发展，家庭有线局域网络已经没有办法满足用户的需要，802.11n凭借着其传输速率高，部署简单快捷，覆盖范围大等优势深受家庭和公司的喜爱，一方面让用户摆脱了有线连接的束缚，同时802.1i和WPS的技术也为网络传输提供了安全型和快捷的认证接入。

1802.11简介802.11是一种由IEEE负责标准化无线通讯协议，利用无线电媒介进行空中传输数据，和802.3十分类似，工作在ISO的最低两层，定义了物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC），每个无线网卡都会有一个48位的MAC地址，MAC定义了如何访问媒介和传送数据的规则，PHY则负责传送和接收，主要有802.11a/b/g/n/11ac/11ad。

2802.11工作方式802.11包含三个组件，分别是工作站（station），无线接入点（AP），无线媒介。

3802.11物理层物理层被分为物理层汇聚过程（PLCP）和物理媒体相关（PMD）子层。PLCP主要功能是在MAC层来的帧上加上自己的前导码以协助数据的同步操作，PMD层将PLCP所传来的数据利用天线传到空中。

802.11工作在2.4GHzeISM和5GHz频段上，其中2.4GHz提供了最多14个宽度为20Mhz的频道，每个频道相隔5Mhz，5GHz使用52个正交频分多路复用副载波频段。

802.11物理层主要采用了三种不同的扩频技术：淤跳频（FHSS）———跳频系统是以某种随机样式在频率间不断调换，每个子信道只进行瞬时传输，所以传输速率比较低。

于直接序列（DSSS）———直接序列利用数学编码将功率分散于较宽的频带。

盂正交频分复用（OFDM）———正交频分复用将可用信道分成一些子信道，然后对每个子信道的信号进行编码。

4802.11MAC层802.11的MAC和802.3协议的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，控制数据成帧以及传输，不过802.11采用了新的协议CSMA/CA(Car原rierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)。CSMA/CA利用肯定确认机制（ACK）来避免冲突的发生，也就是说，所有传送的帧都必须得到响应；另外MAC层还提供CRC校验和包分片功能来提高数据包传输的正确性Address2一般指发送端地址，用来发送确认信息。

Address3则供接入点与分布式系统过滤纸用。

Address4用的比较少，一般只有在桥接下才会用。

4.2802.11主要有三种类型的帧淤管理帧———负责加入或者退出无线网络以及处理介入点之间关联的转移适宜。

于数据帧———负责在工作站之间携带实际的数据。

盂控制帧———通常与数据帧搭配使用，负责区域的清空，信道的取得以及载波监听的维护，并与收到数据时候予以肯定的确认。

4.3802.11连接过程（图3）连接过程：802.11的MAC子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。

具体步骤：淤接入点会定期发送beacon（信标）帧来标明自己的SSID，支持的属性等等，这样无线客户端能够知道周围有多少接入点可以接入，具体的带的属性由于篇幅关系不一一列举，有兴趣的可以查询下802.11的相关书籍。于客户端向指定SSID的接入点发送ProbeReques（t探测请求）帧。盂接入点对客户端的SSID连接请求进行应答。榆客户端对目标接入点请求进行身份认证（Authenti原cation）。虞接入点对客户端的身份认证（Authentication）请求作出回应。愚客户端向接入点发送连接（Association）请求。舆接入点对连接（Association）请求进行回应，AP对客户端的连接请求（Association）予以了回应（包括SSID、性能）。如果是未加密网络，Wi-Fi的连接身份认证交互就全部结束了。

5802.11n的几个主要特性5.1MIMOMIMO简单的来说就是多进多出，802.11可以支持4根天线，多组天线可以同时传输数据，绑定两个20MHz的频道，最高速率可以到600Mbps。对比之前的802.11b/g，以下技术被用来大幅提升性能。

5.240MHz频宽可以在逻辑上绑定两个信道成一个信道传输，分为主信道和辅助信道，主信道频段和802.11b/g设备兼容，主信道和辅信道相差4个channel。

5.3GuideInterval物理层在发送数据时，为了数据传输的可靠性保证接收侧能够正确的解析出各个数据块，数据块之间会有GI，。无线信号在空间传输会因多径等因素在接收侧形成时延，如果后续数据块发送过快，会和前一个数据块形成干扰，而GI就是用来规避这个干扰的。对比之前的802.11b/g的800ns，802.11n支持400ns和800ns两种。

5.4FrameAggregationAMPDU802.11n标准中采用A-MPDU聚合帧格式，即将多个MPDU聚合为一个A-MPDU，只保留一个PHY头，删除其余MPDU的PHY头，减少了传输每个MPDU的PHY头的附加信息，同时也减少了ACK帧的数目，从而降低了协议的负荷，有效的提高网络吞吐量。

AMSDU802.11n协议定义了一个新的MAC特性AMSDU，该特性实现了将多个MSDU组合成一个MSDU发送，与A-MPDU类似，通过聚合，A-MSDU减少了传输每个MSDU的MAC头的附加信息，提高了MAC层的传输效率。

5.5BlockAcknowledgement通过将一帧一确认的普通传输方式修改为连续传输多个帧然后一次确认多个帧的方式，来提高酝粤悦层的传输效率。

5.6其他其他还有Beamforming，Space-TimeBlockCode，LowDensityParityCheck,RadioPS等新的功能。

参考文献院[1]MattbewS.Gast802.11无线网络权威指南.[2]MattbewS.Gast.802.11nASurvivalGuide.[3]IEEE802.11n-2009-IEEEStandardforInformationtechnology.[4]百度百科http://baike.baidu.com/view/345218.htm.