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            WIFI技術知多少?

            時間:2017-12-11 09:38:09 瀏覽次數:3847

            WiFi概念:
            WiFi是WLAN(無線局域網,Wireless Local Area Network)目前最主流的一種技術,基于IEEE802.11系列協議。
            WiFi的原意是一種認證標志,通過認證的設備保證能按照802.11協議相互兼容。全球的認證機構是WiFi聯盟(WFA),其前身是WECA(無線以太網兼容性聯盟,Wireless Ethernet Compatibility Alliance)。

             

            WiFi基本工作原理:
            半雙時分系統:同一區域、同一頻點/信道、同一時間只有一個設備能發送報文。

             

            工作模式:
            主要采用DCF(分布式協調,Distributed Coordination Function),即通過CSMA/CA(載波偵聽多路訪問/沖突避免,Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)技術來實現信道共享。
            環境中的WiFi設備/終端多了,整體的傳輸效率就會極速降低,所有時間就會被用來傳信令報,無法進行正常的數據通信。

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            WiFi技術參數

            主要五參數:頻段、速率、頻寬、空間流數量、MU-MIMO。

             

            1)頻段:兩個主要頻段2.4GHz,5GHz ;2.4GHz和5GHz頻段
            無線信號衰減公式:Los=32.4+20lg(F)+20lg(R)
            其中:Los(dB)是衰減,F(MHz)是頻率,R(km)是距離。
            由此可得:2.4GHz的衰減慢、穿墻性能好;5GHz的衰減快、穿墻性能差。
            注:穿墻性能好,意味著覆蓋范圍廣,但同時也意味著接受干擾源的范圍廣。
            具體:
            2.4GHz:中國開放了13個信道(2.402~2.483GHz),但北美只開放11個信道。
            適用協議:802.11b/g/n,其中802.11n支持雙頻工作。
            2.4GHz是ISM頻段(工業/科學/醫用頻段,Industrial Scientific and Medical Band)中的一段,各國都開放,因此許多無線技術都采用該頻段(主要有微波爐、藍牙和ZigBee、WiFi、車庫門控制器、無繩電話、無線鼠標、一些無線家用設備)
            5GHz:中國開放了5.8GHz和5.1GHz兩個頻段。
            5.8GHz(5.725~5.850GHz)頻段:
            含5個互不干擾的子信道(149,153,157,161,165),也屬于ISM頻段。
            5.1GHz(5.150~5.350)頻段:
            含8個互不干擾的子信道(36,40,44,48,52,56,60,64)
            適用協議:802.11a/n/ac,其中801.11n支持雙頻工作。

             

            2)速率:
            關聯速率和實際吞吐量(以下描述的都是WiFi的關聯速率)
            在實際傳輸時,由于有Beacon幀(信標)類的短報文、傳輸延遲、競爭避讓等因素,最大的有效吞吐量只有關聯速率的50%!
            2、3個設備以最大關聯速率發送數據時,整個無線網絡利用率最高;設備數量再增加,無線網絡整體的吞吐量就會極速下降。
            802.11:只有1、2Mbps兩種速率。
            802.11b:共四種速率,增加5.5、11Mbps兩種速率,向下兼容802.11。
            802.11a/g:支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps八種速率。
            802.11g向下兼容802.11b,共12種速率。

             

            3)頻寬:
            信道綁定(Channel Bonding)
            802.11n開始引入,指成倍提升頻寬,在實際操作中即同時占用相鄰信道。
            802.11n支持40MHz和20MHz兩種頻寬。
            802.11ac支持更高的80MHz和160MHz頻寬。

             

            4)空間流數量
            MIMO(多入多出Multiple-Input Multiple-Output)
            MIMO采用空間復用技術,將數據分割成多個平行的數據子流并通過多副天線傳輸;為了避免被切割的信號不一致,在接收端也采用多個天線同時接收,根據時間差的因素將分開的各信號重新組合,還原出原本的數據。傳輸效率與數據子流(空間流)數量成正比。
            802.11n協議最多支持四條空間流;
            802.11ac協議最多支持八條空間流;
            802.11ac wave2最大的特點是支持MU-MIMO(多用戶多入輸出,Multi-User Multiple-Input Multiple-Output),能進一步提高無線網絡的利用率。

             

            5)MU-MIMO
            MU-MIMO(多用戶多入輸出,Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)技術實現描述:
            上行MU-MIMO:不同終端使用相同的時頻資源進行上行發送。(終端側基本不用做改動,設備側需要識別各終端并加以區隔,避免干擾)
            下行MU-MIMO:設備使用相同的時頻資源向不同終端進行下行發送。(終端側通過消除/零陷(Zero Forcing)算法,分離不同發送給不同終端的數據流;也可以通過在設備側采用波速賦形(BF,Beam forming)的方法,提前分離不同用戶的數據流,從而簡化設備側的操作)。

             

            WiFi技術優缺:

            WiFi技術優點
            1)網絡覆蓋范圍大,移動便捷
            WiFi的熱點覆蓋而積較大,可達到直徑200米,隨著技術的進一步發展,這個而積還在不斷地擴大之中。
            而在WiFi的熱點覆蓋而積內,若用戶數量有所變化,只需增加或減少移動終端,即增減無線接入點既可,非常方便快捷。
            WiFi連接點網絡不同于有線網絡,它不依賴于物理上的有線骨干網,用戶在其熱點覆蓋范圍內可以任意移動而不至于斷開連接,并可隨時根據需要組建網絡,若有需要,還可利用無線設備連入有線網絡。
            而移動的便捷,也進一步擴大了WiFi的使用范圍。
            2)傳輸速度快
            WiFi的傳輸速度雖根據無線網卡的標準不同而有所差異,但整體速度較快,能夠適應個人和社會對信息化發展的需求。
            但是限于技術水平,口前WiFi的傳輸質量和數據安全性都還有較大的提升空間。
            3)安裝簡單
            由于WiFi連接點網絡不依賴于物理上的有線骨干網,因此在構建網絡時,不再需要對線纜的鋪設工作進行安排,大大節省了安裝費用,簡化了安裝工作。
            用戶只需在WiFi的熱點覆蓋而積使用搭載無線網卡的筆記本電腦或其他終端,即可連上網絡,而不再需要將電話線或網線直接連在電腦上,在很大程度上節省了空間,簡化了上網過程。
            4)健康安全
            WiFi連接點網絡使用的IEEE802.11協議對輻射功率有著明確的規定,要求必須低于100mW,而在實際使用中,WiFi的輻射僅在60}70mW,對人體造成的輻射要遠遠低于手機和對講機。
            并且WiFi的使用設備離人體尚有一段距離,并不需要像手機一樣與使用者身體進行直接接觸,因此對人體造成的傷害較低,使用起來比較安全。

             

            WiFi技術的缺點
            1)由于WiFi不依賴物理上的有線骨干網,因此它的傳輸速率尚不穩定,容易受到頻率干擾,進而顯著降低傳輸速率。
            另外,雖然WiFi的傳輸速率較高,但是相對的,要求的系統開銷也較高,這樣會減少將近一半的應用層帶寬,也會明顯影響速度。
            2)無線電波在傳輸時,會受到相似頻段電波的干擾,同時在傳輸過程中,也難免會有折射、反射、衍射等現象,在遇上屏蔽能力較強的阻隔時,甚至會出現信號無法穿透的情況,嚴重影響傳輸質量。
            3)由于WiFi的用戶認證加密技術尚不成熟,從數據的安全性和保密性來看,WiFi傳輸遠不及有線傳輸方式。
            總結:WiFi是新興技術,比起相對較為成熟的有線接入方式,盡管在無線傳輸方面有很多使用上的優勢,但是由于其發展時間過短,在技術和應用方面還存在很多的缺陷和小足,同時技術上還有較大的提升空間,需要相關技術人員引起足夠的重視。




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