WLAN国际标准及Wi-Fi应用详解

1997年IEEE 802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的国际标准。IEEE 802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，IEEE 802.11b、IEEE 802.11a和IEEE 802.11g都是在IEEE 802.11标准的基础上发展起来的，它们之间的差异都限制在物理层。

1.IEEE 802.11

1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11无线局域网（WLAN）标准工作组。IEEE802.11无线局域网标准工作组的任务是研究工作在2.4 GHz开放频段，数据速率为1Mbit/s和2Mbit/s的无线网络设备和网络架构发展的全球标准，并于1997年6月正式公布了该标准，它是第一代无线局域网标准之一。

IEEE 802.11在物理层中定义了两个无线电频率（Radio Frequency，RF）传输方法和一个红外线传输方法。RF传输方法采用扩频调制技术来满足绝大多数国家工作规范。与其他以太网协议一样，IEEE 802.11把数据链路层分为媒介访问控制（MAC）子层和数据链路控制（LLC）子层，其RF传输方法采用的技术分别为跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum，FHSS）和直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）技术，工作的频段为2.4000～2.4835 GHz频段。直接序列扩频采用B/SK和DQPSK调制技术，支持1Mbit/s和2Mbit/s数据速率。跳频扩频采用GFSK调制技术，支持1Mbit/s数据速率。

红外线传输方法的工作波长在850～950nm，使用一种叫做灰色编码（Gray Code）的技术，其数据速率支持1Mbit/s和2Mbit/s。由于红外线信号不能穿透墙壁与障碍物，容易受到其他光线的干扰，在无线局域网中已经很少使用红外线传输媒介。

由于IEEE 802.11在速率和传输距离上都不能满足实际应用的需要，因此，IEEE 802.11工作组不久又相继推出了802.11b和802.11a两个标准。

2.IEEE 802.11b

1999年9月通过的IEEE 802.11b标准是目前最流行的WLAN技术标准。该标准的工作频率在2.4GHz附近，为ISM频段2.4～2.4835GHz，支持2Mbit/s和11Mbit/s两个速率。该标准在物理层上其实是802.11的扩展版本，调制方式为CCK（补码键控）的直序扩频（DSSS）方式。

802.11b具有动态速率自动调整能力。允许WLAN设备根据噪音和环境状况自动调整数据传输速率。目前普通的IEEE 802.11b设备的数据传输速率，在不同噪声的条件下将自动调整为1 Mbit/s、2Mbit/s、5.5Mbit/s、11Mbit/s等多种速率传输。根据距离、噪声、环境等干扰因素的强弱，WLAN设备将会从11Mbit/s自动降到5.5Mbit/s，直至降到2Mbit/s和1Mbit/s，与IEEE 802.11兼容。

3.IEEE 802.11a

IEEE 802.11a的编号虽然在IEEE 802.11b之前，但发布的时间较晚。因此，IEEE 802.11a的应用推广不如IEEE 802.11b。IEEE 802.11a和IEEE 802.11b在链路层采用相同的MAC技术，均采用CSMA/CA协议，但是物理层有着很大的不同。IEEE 802.11b使用的是ISM波段的2.4GHz而IEEE802.11a则是UNII波段的5GHz，两者在这两个频段传播的信号不会相互干扰，从而使IEEE 802.11b和IEEE 802.11a标准相互不兼容。(www.xing528.com)

IEEE 802.11a在物理层采用是正交频分多路复用（OFDM）调制方式传输数据，不同于IEEE802.11b的直序扩频（DSSS）方式。OFDM技术打破无线信道，将其分成以低数据速率并行传输的分频率，并将这些频率一起放回接收端，从而大大提升了无线局域网的速度和整体信号质量。OFDM在频分多路复用时，采用52个频率，其中48个频率用于数据传输，4个用于同步。数据传输速率最高可达到54Mbit/s，实际的带宽约22～26Mbit/s。

当IEEE 802.11a设备工作在5.8GHz的高端频段时，由于输出功率高，适于建筑物之间或室外环境的无线网络应用；而当工作在低端的5.2GHz和中部的5.3GHz频段时，特别适合于建筑物内的无线网络应用。对于5.2GHz频段的设备必须使用集成天线。

IEEE 802.11a与IEEE 802.11b一样，也能够根据无线网络设备之间的距离、环境和噪声情况自动调整速率，依次为54Mbit/s、48Mbit/s、36Mbit/s、24Mbit/s、18Mbit/s、12Mbit/s、6Mbit/s。加上IEEE802.11a标准采用了更为严密的算法，更好地保证了数据传输的安全性，使IEEE 802.11a的技术性能远高于IEEE 802.11b。但是，由于IEEE 802.11b的先入为主，IEEE 802.11a与IEEE 802.11b的不兼容和工作频段的限制，极大地影响了IEEE 802.11a技术的进一步发展，面临被IEEE 802.11g淘汰的窘境。

IEEE 802.11b比IEEE 802.11a先开发出来，原因在于前者采用了相对较为简单的直序扩频（DSSS）技术，而IEEE 802.11a采用的是正交频分多路复用技术。由于IEEE 802.11a采用的技术比较复杂，从而能够提供较大的数据传输速率带宽。但是，尽管IEEE 802.11a速度比IEEE 802.11b快得多，其工作的5GHz频段存在很多问题，其中最主要的是兼容性问题，使得IEEE 802.11a产品与基于802.11b的产品不能实现互操作。

4.IEEE 802.11g

为解决IEEE 802.11a和IEEE 802.11b的不兼容问题，IEEE开发了IEEE 802.11g。首先，IEEE802.11g也工作在2.4GHz频段，保证了与IEEE 802.11b的产品兼容。IEEE 802.11g数据传输速率也可达到54Mbit/s，对障碍物的穿透能力也较强，在性能方面与IEEE 802.11a相似，而且其设备价格比IEEE 802.11a更便宜，并可兼容IEEE 802.11b，因为它们使用同样的频带和载波。

IEEE 802.11g具体的工作频段为2.4～2.4835GHz，采用CCK和OFDM技术，提供高达54Mb/s的数据通信带宽，最多可提供3个互不重叠的子频道。EEE 802.11g将IEEE 802.11b的数据传输速率最高提高了近5倍，且仍工作在2.4GHz的ISM频段上，使IEEE 802.11b产品可应用于采用IEEE802.11g的AP和路由器架构的WLAN中。使原有的WLAN系统可以利用IEEE 802.11g平滑地向高速无线局域网过渡，延长了IEEE 802.11b产品的使用寿命，较好地保障了用户先前的投资。不过，当IEEE802.11b的无线网卡连接于IEEE 802.11 g的AP时，AP的速率自动变换为11Mbit/s或更低的速率。

除了IEEE 802.11g新标准外，为了适应快速发展的WLAN应用的需要，国际上还开发了许多IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的增强协议，如IEEE 802.11b⁺和IEEE 802.11g⁺等WLAN的增强协议。需要注意的是，这些WLAN的增强协议不是国际标准协议，属于企业私有协议，虽然在性能上高于IEEE 802.11b或IEEE 802.11g，但产品的通用性和兼容性都将会给WLAN的应用和管理带来麻烦。建议不要轻易选用这类技术的产品，即使它们与IEEE 802.11b和IEEE 802.11g兼容，一旦WLAN中有一个IEEE 802.11b或IEEE 802.11g的产品，整个WLAN都将采用IEEE 802.11b或IEEE802.11g标准，所谓“增强”将化为乌有。

5.无线兼容性认证Wi-Fi

无线兼容性认证Wi-Fi（Wireless Fidelity），又称为“无线保真”。Wi-Fi标准在1999年8月由新组建的无线以太网兼容性联盟（WECA）提出，其目的是想以此来统一无线网络接入市场的产品认证。Wi-Fi不是技术标准，属于一种认证标准。不过，Wi-Fi认证需要参考相关的技术标准，这就是WLAN的IEEE 802.11b、IEEE 802.11a和IEEE 802.11g等。由于IEEE 802.11b最早被批准，应用也最广，所以常把IEEE 802.11b等同于Wi-Fi。所谓认证，就是把其他WLAN协议与IEEE 802.11b进行兼容性测试。当一个产品通过了Wi-Fi认证，就意味着该产品支持IEEE 802.11b，同时表明该产品与所有通过Wi-Fi认证的WLAN产品可以互操作。