第1章 WLAN技术概述

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无线局域网（Wireless Local Area Networks, WLAN）是指利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN以无线多址信道为传输媒介，提供传统有线局域网（Local Area Network, LAN）的功能，使用户摆脱线缆的桎梏，可随时随地接入Internet。凭借传输速率高、成本低廉、部署简单等优点，WLAN已逐步成为使用最广泛的无线宽带接入方式之一，在教育、金融、酒店以及零售业、制造业等各领域有了广泛的应用。

通过本章的学习，读者将会掌握以下内容。

· 描述什么是无线网络

· 描述WLAN技术的发展历程

· 列举WLAN技术的典型应用场景

1.1 无线网络介绍

1.1.1 无线网络发展历程

无线网络漫长的发展历史可追溯到20世纪70年代，其根源可追溯到19世纪。19世纪时期，包括迈克尔·法拉第、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、海英里希·鲁道夫·赫兹、尼古拉·特斯拉、大卫·爱德华·休斯、托马斯·爱迪生和伽利尔摩·马可尼在内的众多发明家与科学家开始进行无线通信的实验。这些先驱者发现并创立了与电磁射频概念有关的诸多理论。

就人类探索利用电磁波的历程，以下三个事件具有里程碑意义。

· 1831年，迈克尔·法拉第发现电磁感应。

· 1864年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦建立电磁方程。

· 1888年，海英里希·鲁道夫·赫兹验证了电磁波的发射与传播。

迈克尔·法拉第（Michael Faraday,1791—1867）是英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。1791年9月22日，法拉第降生在英国萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭，由于贫困，家里无法供他上学，因而法拉第幼年时没有受过正规教育，只读了两年小学。

1803年，为生计所迫，法拉第走上街头当了报童。第二年又到一个书商兼订书匠的家里当学徒。订书店里书籍堆积如山，法拉第带着强烈的求知欲望，如饥似渴地阅读各类书籍，汲取了许多自然科学方面的知识。法拉第的好学精神感动了一位书店的老主顾，在他的帮助下，法拉第有幸聆听了著名化学家汉弗莱·戴维的演讲。他把演讲内容全部记录下来，整理清楚后送给戴维，并且附信，表明自己愿意献身科学事业。结果他如愿以偿，22岁做上了戴维的实验助手。从此，法拉第开始了他的科学生涯。

1820年，奥斯特发现电流的磁效应，受到科学界的关注。1821年，英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述自奥斯特的发现以来电磁学实验的理论发展概况。戴维把这一工作交给了法拉第。法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，认为既然电能够产生磁，反过来，磁也应该能产生电。于是，他试图从静止的磁力对导线或线圈的作用中产生电流，但是努力失败了。经过近10年的不断实验，到1831年10月17日，法拉第首次发现当通电线圈的电流刚接通或中断的时候，另一个线圈中的电流计指针有微小偏转。经过反复实验，都证实了当磁作用力发生变化时，另一个线圈中就有电流产生。他又设计了各种各样的实验，比如两个线圈发生相对运动时，磁作用力的变化同样也能产生电流。这样，法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律。

根据这个实验，1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，这是法拉第第二项重大的电发明。这个圆盘发电机，结构虽然简单，但它却是人类创造出的第一个发电机。现代世界上产生电力的发电机就是从它开始的。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell,1831—1879）是英国科学家。科学史上称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合。麦克斯韦总结了法拉第、安培、高斯、库仑等前人的工作，创立了电磁理论学说，这一学说以他于1864年在英国皇家学会上宣读的论文《电磁场的动力学理论》为标志，这些工作把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对二十世纪最有影响力的十九世纪物理学家。他的理论开启了第二次和第三次科技革命，对于第二次科技革命，如果没有麦克斯韦方程，就造不出发电机和电动机。对于第三次科技革命，如果没有麦克斯韦方程，也就没有现代无线电技术、微电子技术。麦克斯韦从理论上预测了光也是一种电磁波，并且推导得到了光速的数值。

科技史的研究指出，麦克斯韦在创立电磁学方程时，大量借鉴了当时已经比较成熟的流体力学理论。这说明伟大的创新是有继承的，抽样的理论往往是有具体基础的。

22年之后，1886年德国科学家赫兹（Heinrich Hertz,1857—1894）完成了著名的电磁波辐射实验，证明了麦克斯韦的电磁理论学说以及电磁波存在的预言。赫兹实验的装置如图1-4所示。为了纪念赫兹的贡献，后世将频率的单位命名为赫兹（Hz）。

无线网络的初步应用，可以追溯到第二次世界大战期间，当时美国陆军采用无线电信号进行作战计划及战场情报的传输。

1943年，加尔文制造公司（摩托罗拉公司前身，1947年加尔文公司更名为摩托罗拉公司）设计出全球首个背负式调频步话机——SCR300，如图1-5所示。这款对讲机重16kg，通话范围约16km，供美国陆军通信兵使用。

与此同时，加尔文制造公司开始规模化生产早先设计的“手持式”电台——SCR-536，其外形如图1-6所示。

这个“超级大哥大”重2.3kg，工作于3.5～6MHz的短波波段内，使用2.5m长的鞭状天线，功率360mW，具备防水能力。在开阔地带通信范围1.5km，在树林中只有300m。当年的秘密档案显示，在二战开始之前，可靠而高效的SCR-536即被小批量生产，装备给保护罗斯福总统的美国特工们。根据战后的统计，SCR-536生产量不低于13万部，加尔文公司也因此名声大噪，收益颇丰。

当年使用SCR300与SCR-536的美军及盟军战士也许没有想到，这项技术会在50年后改变我们的生活。

许多学者从中得到灵感，到1971年时，美国夏威夷大学的研究员创造了第一个基于分组交换技术的无线通信网络，取名ALOHANET。ALOHA是夏威夷人表示致意的问候语，这项研究计划的目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。

ALOHANET使分散在4个岛上的7个校园里的计算机可以利用无线电连接方式与位于瓦胡岛的中心计算机进行通信。ALOHANET可以算是相当早期的无线局域网络（WLAN），其通过星型拓扑将中心计算机和远程工作站连接起来，提供双向数据通信功能。

ALOHA协议处于开放系统互连（Open System Interconnection, OSI）模型中的第2层——数据链路层，它属于随机存取协议（Random Access Protocol, RAP）中的一种。在ALOHA协议基础上，随后衍生出了802.3以太网的CSMA/CD介质访问控制技术，以及802.11无线局域网的CSMA/CA介质访问控制技术。

1985年，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission, FCC）允许在工业、科学和医疗（Industrial Scientific Medical, ISM）无线电频段进行商业扩频技术的使用，这成为了WLAN发展的一个里程碑。

20世纪90年代，类似于Bell Labs的WaveLAN等WLAN设备就已经出现，但是由于价格、性能、通用性等种种原因，并没有得到广泛应用。

1990年，IEEE 802标准化委员会成立了IEEE 802.11标准工作组。1997年，IEEE 802.11-1997标准发布，成为WLAN发展的又一个里程碑。IEEE 802.11-1997部署时间为1997—1999年，主要用于仓储与制造业环境，使用无线条码扫描仪进行低速数据采集。

1999年，IEEE批准通过了数据速率更高的802.11b修订案，最高速率支持11Mbit/s，且成本更低。802.11b产品早在2000年年初就登陆市场。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了广泛的应用。Wi-Fi联盟，当时叫作无线以太网兼容联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA），为了给802.11b取一个更能让人记住的名字，便雇用了著名的商标公司Interbrand，由Interbrand创造出了“Wi-Fi”这个名字。其创意灵感来自于大众耳熟能详的高保真度（High Fidelity, Hi-Fi），运用Wi-Fi则可以从文字上展现无线保真（Wireless Fidelity）的效果。但实际上，Wi-Fi仅仅是一个商标名称而已（Wi-Fi联盟认证标志如图1-7所示），没有任何含义。如今，随着IEEE 802.11系列标准的出台，并逐渐成为世界上最热门的WLAN标准，Wi-Fi已经不单只代表802.11b这一种标准了，而被人们广泛地用于代表整个IEEE 802.11系列标准。

2001年美国FCC允许在2.4GHz频段上使用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术，因此802.11工作组在2003年制定了802.11g修订案。其最高可实现54Mbit/s的传输速率，并能够与802.11后向兼容。早在2003年年初，市面上就已经有802.11g产品出售了。紧接着，越来越多的兼容性Wi-Fi设备陆续推出，随后802.11b/g的双模网络设备很普遍，其直接促成了WLAN技术的普及。

2009年9月，802.11n修订案获得批准，其同时支持2.4GHz频段和5GHz频段。在此之前已经有多个版本的草案出台。802.11n的物理层数据速率相对于802.11a和802.11g有显著的增长，主要归功于使用MIMO（Multiple Input Multiple Output）进行空分复用及40MHz带宽操作特性。为了利用这些技术所提供的高数据速率，对MAC的效率也通过帧聚合（Aggregation）和块确认（Block Acknowledgement, BA）协议进行了提升。这些特性叠加在一起，提供了802.11n相对于802.11a和802.11g所能达到的吞吐率提升的绝大部分。

802.11ac作为802.11n标准的延续，于2008年上半年启动标准化工作。802.11ac被称为“甚高吞吐量（Very High Throughput, VHT）”，其工作频带被设计为5GHz频段，理论数据吞吐量最高可达到6.933Gbit/s。经过5年的修改完善，802.11ac修订案于2013年12月正式发布。

802.11ac的核心技术主要基于802.11n，继续工作在5GHz频段上以保证后向兼容性，但数据传输通道会大幅扩充。安全性方面，它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容，使得WLAN能够在安全性方面满足企业级用户的需求。

经过近20年的发展，如今802.11逐渐形成了一个家族，其中既有正式标准，又有对标准的修正案。这其中就包括刚刚介绍过的802.11-1997、802.11b、802.11g、802.11n及802.11ac。也包括802.11e、802.11h、802.11i、802.11j、802.11y、802.11z等众多修订案，关于修订案的具体细节，请参见1.2.1节。

智能终端技术的飞速发展和新型数据应用的不断涌现推动了移动互联网的兴起。以苹果公司“iPhone”为代表的智能终端改变了用户传统通信习惯，移动用户不再满足于能够随时随地语音通话，更期待随时随地的高带宽数据服务。另外，社交网络以及视频业务逐渐成为移动互联网时期最强势的两类应用，移动业务呈现多样化、宽带化的趋势。而这些都驱动了移动业务量的飞速增长。面对增长如此迅速的移动数据量，电信运营商、企业及个人用户纷纷开始寻找高带宽的无线接入方式，作为典型的无线宽带技术，WLAN获得了大家的青睐。

WLAN最终能够从各种无线宽带接入方式中脱颖而出，其根本原因在于Wi-Fi终端的成熟度和其高普及率。最早在笔记本电脑市场，以802.11b/g/n为代表的WLAN接入设备就已成为大部分笔记本电脑的必备项。而近年来智能手机，也将Wi-Fi作为其标配，据WBA 2012年的统计结果（如图1-8所示）, WLAN智能手机的数量已超过了WLAN笔记本电脑数量。

根据ABI报告统计，预计到2015年具有Wi-Fi功能的便携设备将达到22亿以上，约占所有便携设备的28%。而在平板和笔记本电脑中，Wi-Fi的渗透率已接近100%。面对Wi-Fi终端的如此高普及率，拥有广泛终端支持的WLAN已成为全球企业发展移动数据业务不得不关注的技术。与此同时，很多商店、餐馆等公共场所提供的Wi-Fi无线热点，也成为了我们生活中不可缺少的一部分。

1.1.2 无线网络分类

无线网络有多种分类方式，按照其覆盖范围的差异，可分为无线个域网（Wireless Personal Area Network, WPAN）、无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN）、无线城域网（Wireless Metro Area Network, WMAN）和无线广域网（Wireless Wide Area Network, WWAN），如图1-9所示。

1．WPAN

随着通信技术的迅速发展，人们提出了在自身附近几米范围之内通信的需求，这样就出现了个人区域网络（Personal Area Network, PAN）和无线个人区域网络（Wireless Personal Area Network, WPAN）的概念。WPAN网络为近距离范围内的设备建立无线连接，把几米范围内的多个设备通过无线方式连接在一起，使其可以相互通信甚至接入LAN或Internet。

1998年3月，IEEE标准化协会正式批准成立IEEE 802.15工作组。这个工作组致力于WPAN网络的物理层（PHY）和媒体访问控制层（Medium Access Control, MAC）的标准化工作，目标是为在个人操作空间（Personal Operating Space, POS）内相互通信的无线通信设备提供通信标准。

注：POS一般是指用户附近10m左右的空间范围，在这个范围内用户可以是固定的，也可以是移动的。

在IEEE 802.15工作组内有四个任务组（Task Group, TG），分别制定适合不同应用的标准。这些标准在传输速率、功耗和支持的服务等方面存在差异。下面是四个任务组各自的主要任务。

[1] 任务组TG1：制定IEEE 802.15.1标准，又称蓝牙（Blue Tooth）无线个人区域网络标准。这是一个中等速率、近距离的WPAN网络标准，通常用于手机、PDA等设备的短距离通信。

[2] 任务组TG2：制定IEEE 802.15.2标准，研究IEEE 802.15.1与IEEE 802.11（无线局域网标准）的共存问题。

[3] 任务组TG3：制定IEEE 802.15.3标准，研究高传输速率WPAN标准。该标准主要考虑WPAN在多媒体方面的应用，追求更高的传输速率与服务品质。

[4] 任务组TG4：制定IEEE 802.15.4标准，针对低速无线个人区域网络（Low-Rate Wireless Personal Area Network, LR-WPAN）制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一标准。LR-WPAN网络是一种结构简单、成本低廉的无线通信网络，LR-WPAN使在低电能和低吞吐量的应用环境中使用无线连接成为可能。与WLAN相比，LR-WPAN网络只需很少的基础设施，甚至不需要基础设施。IEEE 802.15.4标准为LR-WPAN网络制定了物理层和MAC子层协议。

IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网络具有如下特点。

[1] 在不同的载波频率下实现了20kbit/s、40kbit/s和250kbit/s三种不同的传输速率；

[2] 支持星型和点对点两种网络拓扑结构；

[3] 有16位和64位两种地址格式，其中64位地址是全球唯一的扩展地址；

[4] 支持冲突避免的载波多路侦听技术（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA）；

[5] 支持确认（ACK）机制，保证传输可靠性。

2．WLAN

随着Internet的飞速发展，信息网络从传统的布线网络发展到了无线网络，作为无线网络之一的无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network），满足了人们摆脱线缆束缚的梦想。

WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN（Local Area Network）的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。

WLAN开始是作为有线局域网络的延伸而存在的，各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联网Internet的宽带接入手段。WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。

基于上述优势，WLAN能够实现更多的特色应用。也正是由于这些应用，带动了WLAN的迅速发展。随着技术的进一步发展和行业用户市场的持续扩大，WLAN设备市场将继续快速增长。中国公众WLAN网络得到了进一步的发展，WLAN热点地区数量扩大，越来越多的用户开始了解并使用WLAN。同时，中国企业和家庭及SOHO用户的WLAN应用也得到快速启动，成长速度很快，发展潜力远超公共运营市场。

在IEEE的802系列标准中，WLAN对应的是IEEE 802.11标准，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac等具体的修订案。

IEEE 802.11标准定义的WLAN网络具有如下特点。

[1] 可以在2.4GHz及5GHz ISM频段上工作；

[2] 提供高于同期移动蜂窝网的数据速率，且数据成本较低；

[3] 移动性支持能力相对较差；

[4] 支持冲突避免的载波多路侦听技术（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA）；

[5] 支持确认（ACK）机制，保证传输可靠性。

3．WMAN

宽带无线接入技术从20世纪90年代开始快速地发展起来，但是一直没有统一的全球性标准。IEEE 802.16是为制定无线城域网标准而专门成立的工作组，其目的是建立一个全球统一的宽带无线接入标准。为了促进这一目标的达成，几家世界知名企业于2001年4月发起成立了WiMAX论坛，力争在全球范围推广这一标准。WiMAX的成立很快得到了厂商和运营商的关注，他们积极加入到其中，很好地促进了IEEE 802.16标准的推广和发展。

IEEE 802.16标准定义了WMAN的空中接口规范。这一无线宽带接入标准可以为无线城域网中的“最后一公里”连接提供缺少的一环。目前，对于许多家用及商用客户而言，通过DSL或有线技术的宽带接入仍然不可行。许多客户都在DSL服务范围之外或不能得到宽带有线基础设施的支持。但是依靠无线宽带，这些问题都可迎刃而解。无线组网的802.16部署速度更快，扩展能力更强，灵活度更高，因而能够为那些无法享受到或不满意其有线宽带接入的客户提供服务。

为发展802.16系统对移动性的支持，IEEE随后发展了IEEE 802.16e。与IEEE 802.16d仅是一种固定无线接入技术不同，IEEE 802.16e是一种移动宽带接入技术，其支持车速120km/h；可以提供每秒几十兆比特的接入速率，并且覆盖范围可达几公里。

IEEE 802.16标准定义的WMAN网络具有如下特点。

[1] 采用OFDM技术，能有效对抗多径干扰；

[2] 采用自适应编码调制技术，实现覆盖范围和传输速率的折中；

[3] 提供面向连接的、具有完善QoS（Ouality of Service）保障的电信级服务；

[4] 系统安全性较好；

[5] 可以应用于广域接入、企业宽带接入、家庭“最后一公里”接入、热点覆盖、移动宽带接入以及数据回传（Backhaul）等所有宽带接入市场。

注：什么是WiMAX联盟？

在2001年4月，英特尔、富士通和诺基亚等公司共同发起建立了非营利组织——WiMAX Forum。作为无线宽带接入的领导者，该组织最初旨在对基于IEEE 802.16标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证，确保WiMAX产品的互通和互兼容性，同时降低芯片和设备成本。通过WiMAX认证的产品都会拥有“WiMAX Certified”标识。随着业界对IEEE 802.16技术越来越关注，加入该组织的成员越来越多，WiMAX Forum陆续成立了认证工作组（CWG）、技术工作组（TWG）、频谱工作组（RWG）、市场工作组（MWG）、需求工作组（SPWG）、网络工作组（NWG）和应用研究工作组（AWG）。与此同时，该组织的目标也逐步扩展，除认证工作外，还致力于可运营的宽带无线接入系统的需求分析、应用场景探索和WiMAX网络架构研究等工作，有力地促进和推动了宽带无线接入技术和市场的发展。

4．WWAN

传统蜂窝移动通信系统可支持高移动性，但数据传输速率低，难以应对高速下载和实时多媒体业务的应用。而WLAN等宽带无线接入系统，虽然拥有较高的数据传输速率，但其移动性能差，只能用于游牧式的无线接入。IEEE 802.20技术致力于有效地解决移动性与传输速率相互矛盾的问题，使用户可以在高速移动中享受宽带接入服务。

IEEE 802.20技术，即移动宽带无线接入（Mobile Broadband Wireless Access, MBWA）。这个概念最初由IEEE 802.16工作组于2002年3月提出，并成立了相应的研究组，其目标是为了实现在高速移动环境下的高速率数据传输，以弥补IEEE 802.1x协议族在移动性上的劣势。随后，由于在目标市场定位上的分歧，该研究组脱离IEEE 802.16工作组，并于同年9月宣告成立IEEE 802.20工作组。

在技术的制定时间上，因IEEE 802.20远远晚于3G，可以充分发挥其后发优势：在物理层技术上，以OFDM和MIMO为核心，充分挖掘时域、频域和空间域的资源，大大提高了系统的频谱效率；在设计理念上，基于分组数据的纯IP架构应对突发性数据业务的性能也优于传统3G技术，与3.5G（HSDPA、EV-DO）性能相当；另外，在实现、部署成本上也具有较大的优势。

IEEE 802.20标准定义的WWAN网络具有如下特点。

[1] 全面支持实时和非实时业务，在空中接口中不存在电路域和分组域的区分；

[2] 能保持持续的连通性；

[3] 频率统一，可复用；

[4] 支持小区间和扇区间的无缝切换，以及与其他无线技术（802.16、802.11等）间的切换；

[5] 融入了对QoS的支持，与核心网级别的端到端QoS相一致；

[6] 为上下行链路快速分配所需资源，并根据信道环境的变化自动选择最优的数据传输速率。

802.20在移动性上优于802.16和802.11，在数据吞吐量上强于3G技术，其设计理念也符合下一代技术的发展方向，本是一种非常有前景的无线技术。但是，因为其正式标准迟迟未出台，导致产业链发展停滞，随着3GPP LTE的全球部署，基本可以确定802.20失去了实际应用机会。

1.1.3 其他网络技术

1．Ir DA

红外线是波长在750nm～1mm的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人眼看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um～25um。在红外通信技术发展早期，存在好几个红外通信标准，不同标准之间的设备不能进行互通。

1993年，为了使各种红外设备能够互联互通，由惠普、康柏电脑、英特尔等二十多个大厂商发起了红外数据协会（Infrared Data Association, IrDA），将红外数据通信所采用的光波波长限定在850nm～900nm范围内，统一了红外通信的标准。

1994年，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即IrDA1.0，可支持最高115.2kbit/s的通信速率。1996年，IrDA发布了IrDA1.1标准，其最高通信速率有了质的飞跃，可达到4Mbit/s的水平。随后IrDA又发布了通信速率高达16Mbit/s的VFIR（Very Fast InfraRed）技术，并将它作为补充纳入IrDA1.1标准之中。更高的通信速率使红外通信在那些需要进行大数据量传输的设备上也可以占有一席之地，而不再仅仅是连接线的替代。

由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信的场合，进行点对点的直线数据传输。凭借着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，红外通信在小型的移动设备中获得了广泛的应用。

2．Blue Tooth

蓝牙（Blue Tooth）是一种支持短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。

蓝牙最初由爱立信公司于1994年创立，如今由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group, SIG）管理。IEEE将蓝牙技术列为IEEE 802.15.1标准，但如今已不再维持该标准。而蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益。

蓝牙工作于2.4GHz ISM频段，采用FHSS技术，一般使用79个信道，每信道带宽为1MHz，跳频速率为1600Hz。

蓝牙主要负责处理移动设备间的小范围连接，可以用来在较短距离内取代线缆连接方案，并且克服了红外技术的缺陷，可穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。

3．Home RF

1998年，由因特尔、IBM、康柏电脑、3Com、飞利浦、微软、摩托罗拉等公司成立家用射频工作组（Home RF Working Group, HRFWG）。这个工作组由美国家用射频委员会领导，主要任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网络。Home RF是802.11与数字增强型无绳（Digital Enhanced Cordless, DECT）技术的结合，工作频段为2.4GHz，数据传输速率可达到2Mbit/s。

当进行数据通信时，采用802.11规范，而进行语音通信时，则采用DECT通信标准。但是Home RF与802.11b不兼容，并占据了802.11b和蓝牙相同的2.4GHz频段，所以适用范围上会受到限制，更多是在家庭网络中使用。

4．GSM、UMTS、LTE

（1）GSM

GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）是ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准委员会）制定的第二代移动通信系统。现阶段，GSM包括两个并行的系统：GSM900和DCS1800（Digital Cellular System at 1800MHz,1800MHz数字蜂窝系统），两个系统功能相同，而工作频率有所差别。

GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）是从GSM系统基础上发展起来的分组无线数据业务，GPRS与GSM共用频段、共用基站并共享GSM系统网络中的一些设备和设施，例如两者可以共用载波。

GPRS的主要功能是在移动蜂窝网中支持分组交换业务（区别于GSM的电路交换），利用分组传送提高网络效率，快速建立通信线路，缩短用户呼叫建立时间，实现了几乎“永远在线”的服务。

EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，增强型数据速率GSM演进技术）是一种从GSM到3G的过渡技术（俗称2.75G）。EDGE是GPRS的扩展，只要MS（Mobile Station，移动台）和BTS（Base Transceiver Station，基站收发台）做一些简单的升级，就可以工作在任何已部署的GPRS网络中。

（2）UMTS

UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）是国际标准化组织3GPP（the 3rd Generation Partnership Project，第三代移动通信合作伙伴项目）制定的全球3G标准。作为一个完整的3G移动通信技术标准，UMTS并不仅限于定义空中接口。它的主体包括CDMA接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。

WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）是一个ITU（International Telecommunications Union，国际电信联盟）标准，是IMT-2000（International Mobile Telecom System-2000，国际移动电话系统-2000）的直接扩展。

HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）是3GPP R5版本引入的增强性技术，旨在提高下行分组数据业务速率。其主要技术特点如下。

· TTI（Transmission Time Interval，发送时间间隔）从R99的10/20/40/80ms缩短为2ms，并且采用了共享数据信道结构，可以充分跟踪信道的动态变化，这极大地提高了链路适配性能和无线信道调度效率。

· 通过调整信道编码码率，动态选择QPSK、16QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）两种调制方式，实现速率控制。同时系统可以提供更高的数据速率，更加有效地利用带宽。

· 分组调度器不再位于RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器），而是位于NodeB，减少NodeB与RNC之间Iub接口的信令交互，从而提高分组调度的速度，降低了信令开销。

· 采用给予软合并的HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传请求）机制，从而能够快速调整链路传输的有效码率，补偿由于链路自适应机制导致的差错。

HSUPA（High-Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入）是3GPP R6引入的增强性技术，旨在提高上行链路的传输速率。HSUPA和HSDPA合称HSPA，是对WCDMA整体系统性能的增强。其主要技术特点如下。

· 采用2ms和10ms两种TTI配置。

· 引入一种新的传输信道E-DCH（Enhanced Dedicated Channel，增强专用信道），相比于DCH，该信道支持快速HARQ和基于NodeB的快速分组调度。

· 在上行链路，采用BPSK调制，通过码率调整，已经能够获得功率效率与频谱效率的折中，不需要进行高阶调制。

· 采用同步多重停等HARQ机制，该机制中重传时间预先确定，数据块传输格式已知，不需要进行重新调度，从而减少了控制信令的开销。

尽管R6版本定义的HSPA系统能够极大提高WCDMA对于分组数据的传输能力，但在R7及其以后的版本中，3GPP又引入了以MIMO为代表的先进技术，使链路速率有了进一步提升，称为HSPA+系统。其技术特点主要有以下几点。

· 引入MIMO技术，在MIMO模式下，R7对编码复用方案、速率控制机制与HARQ方式都进行了扩展。

· 在下行链路引入64QAM调制，上行引入16QAM调制，进一步提升数据速率。

· 下行链路速率最高可达28Mbit/s（2×2 MIMO,16QAM调制），采用64QAM调制的下行链路速率为21Mbit/s（单天线传输），上行峰值速率为11.5Mbit/s。

HSPA+R8版本引入了下行载波聚合技术（Dual-Cell HSDPA, DC-HSDPA），并将其与64QAM相结合，使其下行最高速率达到42Mbit/s; HSPA+R9版本将载波聚合技术与MIMO技术相结合，使下行最高速率达到了84Mbit/s。但是，据GSA网站统计报告显示，截至2013年10月，世界范围内尚无HSPA+R9版本的商用实例，报告中统计的572家HSPA运营商中，多数运营商选择演进到R8版本后转而建设LTE，仅有澳大利亚Telstra、丹麦3 Denmark，以色列Cellcom，斯洛伐克T-Mobile Slovakia，瑞典Sunrise，土耳其Turkcell以及阿联酋Etisalat承诺演进至R9版本，但均无后续网络建设消息。因此可以推断，LTE是HSPA演进至DC-HSPA+后，进一步演进的最佳选择。

（3）LTE

LTE（Long Term Evolution，长期演进）是由3GPP（the 3rd Generation Partnership Project，第三代移动通信合作伙伴项目）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进。2004年12月，在3GPP的多伦多会议上LTE正式立项并启动，并于2009年3月发布第一个版本（Release 8）。为满足高速数据业务的需求，LTE系统采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）等关键技术，在网络架构和多址接入技术方面较3G网络有了革命性的变化，因此被业界通俗地称为4G。

LTE系统的设计目标是以OFDM和MIMO为主要技术基础，开发出一套满足更低传输时延、提供更高用户传输速率、增加系统容量、增强网络覆盖、减少运营费用、优化网络架构、采用更大载波带宽并以优化分组数据域业务传输为目标的新一代移动通信系统，其关键性能需求有以下几点。

[1] 峰值速率和峰值频谱效率。

LTE系统在20MHz带宽内的上/下行数据峰值速率分别为50Mbit/s和100Mbit/s，对应的频谱效率分别为2.5（bit/s）/Hz和5（bit/s）/Hz。（这里的基本假设是终端具有两根接收天线和一根发射天线。）

[2] 小区性能。

小区性能是一个重要指标，因为它直接关系到运营商所需要部署的小区数量及部署整个系统的成本。

LTE需求规定的小区上/下行平均频谱效率分别为0.66～1.0（bit/s）/Hz/cell和1.6～2.1（bit/s）/Hz/cell，小区边缘上/下行频谱效率为0.02～0.03（bit/s）/Hz/user和0.04～0.06（bit/s）/Hz/user。

[3] 移动性。

从移动性的角度考虑，LTE系统需要在终端移动速度达到350km/h的情况下支持通信，或根据使用的频段在更高速（如500km/h）时仍能支持通信。

[4] 时延。

用户平面时延对于实时业务和交互业务来说是一个非常重要的性能指标，LTE系统要求该时延小于10ms；控制平面时延由执行不同LTE状态过渡所需要的时间来衡量，LTE系统要求从空闲状态到激活状态的过渡时间小于100ms。

[5] 带宽配置。

LTE系统的上行和下行信道都可适应各种的带宽配置。LTE的信道带宽可以为1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。

[6] 网络结构需求。

LTE对无线接入网络结构设计的改进包括以下内容。

· 单一形式的节点结构，在LTE中称为eNodeB；

· 支持分组交换业务的高效协议；

· 开放式接口，支持多厂商设备间的互操作性；

· 操作和维护的有效机制，包括自配置、自维护、自优化功能；

· 支持简易部署和配置，例如家庭基站（Home NodeB, HNB）。

1.2 WLAN发展历程

WLAN的两个典型标准分别是由电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）802标准化委员会下第11标准工作组制定的IEEE 802.11系列标准和欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute, ETSI）下的宽带无线电接入网络（Broadband Radio Access Networks, BRAN）小组制定的HiperLAN系列标准。IEEE 802.11系列标准由Wi-Fi（Wireless Fidelity）联盟负责推广，本书中所有研究仅针对IEEE 802.11系列标准，并且用Wi-Fi代指IEEE 802.11技术。

1.2.1 IEEE 802.11系列标准

1980年成立的IEEE 802委员会专门从事局域网和城域网协议的标准化工作，其给出的基于开放系统互连（Open System Interconnect, OSI）模型的局域网标准只涉及OSI的物理层（PHY）和数据链路层（Data Link Layer, DLL），数据链路层又被分为两个子层，即逻辑链路控制（Logical Link Control, LLC）子层和媒体访问控制（Medium Access Control, MAC）子层，并加强了数据链路层的功能，把网络层中的寻址、排序、流量控制和差错控制等功能放在LLC子层来实现。

IEEE 802.11系列标准的协议体系结构如图1-10所示。IEEE 802.11工作组为多个物理层（PHY）制定了一个通用的MAC层以标准化无线局域网。作为IEEE下802局域网和城域网标准家族的一员，IEEE 802.11与IEEE 802.1标准的架构、管理、联网以及IEEE 802.2标准的LLC相关联。

IEEE 802.11 MAC子层支持的物理层标准有以下几种。

[1] IEEE 802.11 FHSS物理层，在2.4GHz频段上提供1～2Mbit/s的传输速率；

[2] IEEE 802.11 DSSS物理层，在2.4GHz频段上提供1～2Mbit/s的传输速率；

[3] IEEE 802.11 IR物理层，在2.4GHz频段上提供1～2Mbit/s的传输速率；

[4] IEEE 802.11a物理层，在5GHz频段上提供6～54Mbit/s的传输速率；

[5] IEEE 802.11b物理层，在2.4GHz频段上提供1～11Mbit/s的传输速率；

[6] IEEE 802.11g物理层，在2.4GHz频段上提供6～54Mbit/s的传输速率；

[7] IEEE 802.11n物理层，在2.4GHz频段和5GHz频段上提供6.5～600Mbit/s的传输速率；

[8] IEEE 802.11ac物理层，在5GHz频段上提供6.5～6933Mbit/s的传输速率。

在IEEE 802.11系列标准中，通常把相对复杂的物理层进一步划分为物理层会聚过程（Physical Layer Convergence Procedure, PLCP）子层、物理层媒体依赖（Physical Media Dependent, PMD）子层和物理层管理（Physical Layer Management, PLM）子层。PLCP子层将MAC帧映射到媒体上，主要进行载波侦听的分析和针对不同物理层形成相应格式的分组。PMD子层用于识别相关媒体传输的信号所使用的调制和编码技术，完成这些帧的发送。物理层管理子层为物理层进行信道选择和协调。

MAC层也分为MAC子层和MAC管理子层。MAC子层负责访问机制的实现和分组的拆分与重组。MAC管理子层负责ESS管理、电源管理，以及关联过程中的关联、解除关联和重新关联等过程的管理。

1．已发布标准及修订案

目前，除保留字母外，IEEE 802.11已经将“a-z”26个英文字母使用完毕，接下来的标准修正案将使用两个字母来进行标注，如IEEE 802.11aa、IEEE 802.11ac。

[1] IEEE 802.11-1997在1997年6月获得通过，定义了在2.4GHz ISM频段的物理层（PHY）和媒体访问控制（Media Access Control, MAC）层规范。需要说明的是，除了IEEE 802.11F和IEEE 802.11T这两个操作规程建议及IEEE 802.11-2007标准之外，以下所有标准都是对IEEE 802.11的修正案。IEEE 802.11F和IEEE 802.11T之所以将字母F和T大写，是因为它们不属于标准，只是操作规程建议。

[2] IEEE 802.11a在1999年9月获得通过，其引入正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术，定义了5GHz频段高速物理层规范。

[3] IEEE 802.11b在1999年9月获得通过，其引入补码键控（Complementary Code Keying, CCK）技术对2.4GHz频段的物理层进行高速扩展。

[4] IEEE 802.11c在1998年9月获得通过，修订了IEEE 802.1D的MAC层桥接标准，加入了与IEEE 802.11无线设备相关的桥接标准，目前已经是IEEE 802.1D-2004的一部分。

[5] IEEE 802.11d在2001年6月获得通过，在PHY层加入了必要的需求和定义，使其设备能根据各国的无线电规定进行调整，从而能在不适合IEEE 802.11现有标准的国家和地区中使用。

[6] IEEE 802.11e在2005年9月获得通过，定义了MAC层对服务质量（Quality of Service, QoS）支持的特性。

[7] IEEE 802.11F在2003年6月获得通过，定义了接入点互操作协议（Inter-Access Point Protocol, IAPP），以实现不同供应商的接入点（Access Point, AP）间的互操作性，确保用户端在不同厂商AP间的漫游。它是一个试验用的操作规程建议，于2006年2月3日被IEEE 802执行委员会批准撤销。

[8] IEEE 802.11g在2003年6月获得通过，将IEEE 802.11a OFDM PHY扩展到2.4GHz频带上，并且同IEEE 802.11b设备保持了后向兼容性和互操作性，在市场上取得了巨大成功。

[9] IEEE 802.11h在2003年9月获得通过。因为美国和欧洲在5GHz频段上的规划、应用存在差异，制定这一修订案的目的，是为了减少对同处于5GHz频段的卫星、雷达的干扰。它在IEEE 802.11a的基础上增加了动态频率选择（Dynamic Frequency Selection, DFS）和发送功率控制（Transmit Power Control, TPC）特性。

[10] IEEE 802.11i在2004年6月获得通过，是IEEE为了弥补802.11以往脆弱的安全加密功能而制定的修正案，与IEEE 802.1X一起，为Wi-Fi提供认证和安全机制。

[11] IEEE 802.11j在2004年9月获得通过，是专门针对日本4.9～5GHz无线应用所做的修订，融合了日本对IEEE 802.11a标准的扩展规则。

[12] IEEE 802.11k在2008年获得通过，其在无线电资源管理方面进行修订，为Wi-Fi信道选择、漫游服务和传输功率控制提供标准。

[13] IEEE 802.11l由于“11l”字样与安全规范的“11i”容易混淆，并且很像阿拉伯数字“111”，因此被放弃编列使用。

[14] IEEE 802.11n在2009年9月获得通过，其同时支持2.4GHz频段和5GHz频段，通过使用多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）进行空分复用及40MHz带宽操作特性，使物理层传输速度可达300Mbit/s，双频点同时工作最高可达600Mbit/s，并可向下兼容IEEE 802.11b/a/g标准。

[15] IEEE 802.11o因为字母“o”与阿拉伯数字“0”很相似，容易混淆而被保留不被采用。

[16] IEEE 802.11p在2010年获得通过，是针对汽车无线通信的特殊环境而出炉的标准，因此IEEE 802.11p修正案也称为车载环境下的无线接入（Wireless Access for the Vehicular Environment, WAVE），其工作于5.9GHz频段，支持智能交通系统（Intelligent Transportation Systems, ITS）的应用。

[17] IEEE 802.11q由于会与IEEE 802.1Q虚拟局域网中继（VLAN trunking）混淆，被保留而不被采用。

[18] IEEE 802.11r在2008年获得通过，其致力于进行快速基本服务设置转换（Fast Basic Service Set Transition, FBSST）的研究，主要目的是解决延迟性要求较高的应用（比如语音和视频）在AP之间漫游时的切换问题。其能保证Wi-Fi设备在两个AP之间的迁移时间少于50ms，从而满足语音漫游的要求。

[19] IEEE 802.11s在2011年获得通过，其是一个IEEE 802.11无线网状网（Wireless Mesh Network, WMN）的修正案。其建立在现有的IEEE 802.11a, b, g和IEEE 802.11i的基础上，同时具有“自动发现”“自动配置”和“自愈”的功能。

[20] IEEE 802.11T定义了测试Wi-Fi无线性能的方法，以对其性能进行预测。目前已经被撤销。

[21] IEEE 802.11u在2011年2月获得通过，其定义了WLAN与外部网络（比如GSM、EDGE、cdma2000 1X EV-DO、WiMAX）的互联和集成，它有时也被称为与外网的无线互联（Wireless InterWorking with External Networks, WIEN）。

[22] IEEE 802.11v在2011年2月获得通过，这个标准的目标是实现可管理的Wi-Fi，改善Wi-Fi的可靠性、吞吐量和服务质量，同时增加节能的特性。

[23] IEEE 802.11w在2009年获得通过，其致力于改进IEEE 802.11的MAC层以提高管理帧的安全性。

[24] IEEE 802.11x常常被用于表示IEEE 802.11系列标准，而且IEEE 802.11x容易与基于端口的网络接入控制标准IEEE 802.1x混淆，因此被保留而不被采用。

[25] IEEE 802.11y在2008年获得通过，其致力于研究使采用OFDM技术的Wi-Fi设备能够在美国的3.65～3.7GHz频段工作，当前这个频段中已经存在多种无线设备。

[26] IEEE 802.11z在2010年9月获得通过，致力于直接链接设置（Direct Link Setup, DLS）的研究。全名为IEEE Std. 802.11z-2010。IEEE 802.11z标准主要定义了客户端之间不通过AP相互通信的协议。

[27] IEEE 802.11aa在2012年5月获得通过，主要针对Wi-Fi网络中视频传输应用进行了增强和优化。

[28] IEEE 802.11ac在2013年12月获得通过，定义了具有吉比特速率的甚高吞吐量（Very High Throughput, VHT）传输模式。

[29] IEEE 802.11ad在2012年12月获得通过，主要在60GHz频段范围内定义了短距离甚高吞吐量（VHT）传输模式，将被用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。

[30] IEEE 802.11ae在2012年3月获得通过，主要针对管理帧的QoS进行增强性研究。

[31] IEEE 802.11af致力于研究Wi-Fi技术在美国近期开放的TV空闲频段（TV White Space, TVWS）的使用方式，有人称此为“White-Fi”。

2．制定中的标准及修订案

[1] IEEE 802.11m主要是对IEEE 802.11家族规范进行维护、修正、改进，以及为其提供解释文件。IEEE 802.11m中的m表示maintenance。

[2] IEEE 802.11ab为了避免与使用IEEE 802.11a和802.11b PHY技术（通常缩写为IEEE 802.11a/b）的设备造成混淆，被保留而不被采用。

[3] IEEE 802.11ag与IEEE 802.11ab类似，为了避免与使用IEEE 802.11a和802.11g PHY技术（通常缩写为IEEE 802.11a/g）的设备造成混淆，被保留而不被采用。

[4] IEEE 802.11ah致力于研究1GHz以下非授权频段Wi-Fi技术的使用方式。主要用于无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）及物联网（Internet of Thing, IoT）等应用，即类似ZigBee的功效应用。

[5] IEEE 802.11ai主要目的是在不降低安全性的前提下减少802.11系统初始链路建立时间，并支持大量用户同时接入扩展服务集（ESS）。

[6] IEEE 802.11aj主要面向中国市场，对802.11ad的物理层（以及802.11的MAC层）进行调整，以便能够在中国许可的60GHz频带中使用。不仅要确保与11ad的兼容性，还要加入预定今后可在中国使用的45GHz频带（43.5GHz～47GHz）的相关规定。

[7] IEEE 802.11ak主要通过修订802.11标准，提供协议、标准及管理实体以增强802.11媒体与其他类型媒体的内部连接的能力。

1.2.2 Wi-Fi技术演进的规律

IEEE 802.11委员会于1997年6月颁布了具有里程碑意义的无线局域网标准IEEE 802.11-1997。IEEE 802.11标准由很多子集构成，详细定义了从物理层到MAC层的WLAN通信协议。以此为基础，IEEE802.11委员会又先后推出了IEEE 802.11b、a、g、n及ac等多个修订案，以对其性能进行提升。IEEE 802.11系列标准修订案的技术指标如表1-1所示。

由表1-1可见，在1999年IEEE制定了两个标准修订案：基于DSSS以提高2.4GHz频段上数据速率的802.11b以及在5GHz频段上建立一个基于OFDM技术的新PHY的802.11a。802.11b使用补码键控（CCK）对DSSS进行增强时的数据速率可以达到11Mbit/s。具有了高数据速率的优势，802.11b设备取得了巨大的成功，而IR和FHSS PHY市场则逐渐衰落。

802.11a将OFDM技术引入802.11，尽管802.11a可以达到最高54Mbit/s的数据速率，但其受限于5GHz频带，设备成本较802.11b高25%，所以在当年并没有获得广泛的部署。

2003年，802.11工作组制定了802.11g修订案，将802.11a OFDM PHY搬迁到2.4GHz频带上。此外，802.11g和802.11b设备之间保存了后向兼容性和互操作性。这样802.11g的网卡可以在现有的802.11b热点中工作，而802.11b的旧设备也可以连接802.11g接入点。因为兼容性好且能够达到最高54Mbit/s的速率，802.11g在市场上取得了巨大的成功。

2009年，802.11工作组制定了802.11n修订案，其PHY数据速率相对于802.11a和802.11g有了显著增长，主要归功于使用MIMO进行空分复用以及40MHz带宽运行。为了利用这些技术所提供的高得多的数据速率，对MAC层效率也通过帧聚合和增强块确认协议进行了提升，使其最高速率可达600Mbit/s。

2013年年底，802.11工作组制定了802.11ac修订案。802.11ac的核心技术主要基于802.11n，继续工作在5GHz频段上以保证后向兼容性，但数据传输通道会大幅扩充，通过信道绑定增加信道带宽，最高可达160MHz。802.11ac引入更高阶编码调制方式，将802.11n中最高64QAM调制提升至256QAM。同时引入增强MIMO技术，增加天线数量，最高支持8×8MIMO天线结构，最终使得11ac的峰值速率可到1300～7000Mbit/s。

纵观802.11系列标准的发展，可以得到如下结论：IEEE 802.11工作组大概每隔5年推出新一代802.11技术，而每代新技术的可用速率都会比前一代标准修订案提高5倍左右。这个规律延续到802.11ac，仍然生效。各代标准数据速率的几何增长，如图1-11所示。

1.2.3 WLAN产品的演进

经过十几年的发展，WLAN技术目前已经历了三代技术和产品的更迭。

第一代WLAN主要是采用FAT AP（即“胖”AP），每一个接入点（AP）都要单独进行配置，费时、费力且成本较高；

第二代WLAN融入了无线网关功能，但还是不能集中进行管理和配置。其管理能力、安全性以及对有线网络的依赖成为了第一代和第二代WLAN产品发展的瓶颈，由于这一代技术的AP储存了大量的网络和安全的配置，而AP又是分散在建筑物中的各个位置，一旦AP的配置被盗取读出并修改，其无线网络系统就失去了安全性。在这样的背景下，基于无线网络控制器技术的第三代WLAN产品应运而生。

第三代WLAN采用接入控制器（Access Control, AC）和FIT AP（即“瘦”AP）的架构，对传统WLAN设备的功能做了重新划分，将密集型的无线网络安全处理功能转移到集中的WLAN网络控制器中实现，同时加入了许多重要的新功能，诸如无线网管、AP间自适应、射频（Radio Frequency, RF）监测、无缝漫游以及服务质量（Quality of Service, QoS）控制，使得WLAN的网络性能、网络管理和安全管理能力得以大幅提高。

目前WLAN企业网络建设除利旧外，基本不再部署传统“胖”AP设备，而是采用“瘦AP+AC”架构。该架构中AC负责网络的接入控制、转发和统计、AP的配置监控、漫游管理、AP的网管代理以及安全控制等功能；“瘦”AP负责IEEE 802.11报文的加解密、无线物理层（PHY）射频功能、空口的统计等功能。

“胖”“瘦”AP技术是两种不同的发展思路方向，“瘦”AP代表了WLAN集中式智能与控制的发展趋势。两种技术方案的区别如下。

（1）集中管理配置

“胖”AP的管理只存在于自身，没有全局的统一管理，更没有对无线链路和无线用户的监测与管理。“瘦AP+AC”架构的管理权全部集中在AC上，并通过网管平台，可以直观地对全网AP设备进行统一批量地发现、升级和配置，甚至包括对无线链路的监测、对无线用户的管理。

（2）安全策略控制

“胖”AP的安全策略只有很少的一部分，且只能存在于自身，而对于大规模无线网络，安全策略是要经常性批量配置和下发的，“胖”AP的这种现状无法支撑全局的统一安全。“瘦AP+AC”架构中所有用户和“瘦”AP的安全策略都存在于AC上，安全策略的部署非常容易。

（3）信道间干扰

AC具备动态的RF管理功能，即通过监测网内的每个AP的无线信号质量，根据设定的算法自动调整AP的工作信道和功率，以降低AP之间的干扰。（注：目前各厂商都有自己设定的信道和功率调整算法，尚无统一的算法标准。）

（4）设备自身的安全性

“胖”AP本身拥有全部的配置，一旦被盗窃，网络入侵者很容易通过串口或网络口获取无线网络配置信息，是大规模部署无线网络的巨大隐患。“瘦AP+AC”架构的“瘦”AP设备本身并不保存配置，即“零配置”，全部配置都保存在AC上。因此，即便是部署于用户现场的“瘦”AP被盗，非法入侵者也无法获得任何配置，杜绝了网络入侵的可能。

1.3 WLAN典型应用

1.3.1 WLAN的优势

WLAN相对于目前的有线宽带网络主要具备以下优点。

· 移动性：数据使用者有四处移动的需要，WLAN能够让使用者在移动中访问数据，可大幅提高生产效率。

· 灵活性：对传统有线网络而言，要在某些场所布线相当困难。因为建筑物老旧，或因当时的建筑设计蓝图不知去向，要在旧式的石材建筑中穿墙布线十分困难。

而WLAN在这些场合布放就显得非常灵活。

· 可扩展性：既然没有网线，就没有重新布线的烦恼。利用无线网络，可以迅速构建小型临时性的群组网络供会议使用，随意游走于办公室隔断之间也变得易如反掌。WLAN的扩充十分方便，因为无线传播介质无处不在。使用者不再需要到处拉线、接线、绕线。无线AP还可以部署在旅馆、宾馆、火车站、机场等任意地点。

· 经济性：采用WLAN技术可以节约不少成本。首先网线的成本就节约下来。另外比如在两栋建筑间搭建WDS进行传输，虽然初期采购户外设备、无线AP以及无线网卡有部分成本，但是扣除这类初期的固定资本投入，后期每月支付的运营成本微乎其微。长期而言，这种点对点的无线链路远比租用运营商的专线便宜得多。

1.3.2 WLAN业务分类

现阶段WLAN业务主要包括以下几个方面。

（1）互联网无线宽带接入

WLAN为用户访问互联网提供了一个无线宽带接入方式，通过WLAN接入设备，用户能够方便地实现各种因特网上的业务。

（2）多媒体数据业务

WLAN可为用户提供多媒体业务服务，如视频点播、数字视频广播、视频会议、远程医疗和远程教育等。

（3）基于WLAN的增值业务

基于WLAN接入方式的数据业务可以和现有的其他业务（如短信、IP电话、娱乐游戏、位置服务等）相结合，电信运营商可以利用业务控制手段，来引导用户对增值业务的使用。

（4）热点地区的服务

在展览和会议等热点地区，WLAN可以使工作人员在极短的时间内方便地得到计算机网络的服务，连接因特网并获得所需要的资料，也可以使用移动计算机互通信息、传递稿件和制作报告。

（5）虚拟专用网（VPN）业务

移动办公者可以通过WLAN接入的方式，高速访问企业内部的网络资源，如企业内部网页、内部邮件系统、内部文件系统，实现VPN业务。

1.3.3 WLAN应用场景

在教育、旅游、金融服务、医疗、库管、会展等领域，无线网络有着广阔的应用前景。随着开放式办公的流行和手持设备的普及，人们对移动性访问和存储信息的需求越来越多，因而WLAN将会在办公、生产和家庭等领域不断获得更广泛的应用。

下面具体介绍WLAN在各个领域的典型业务应用。

[1] WLAN让工作更高效，在行业中提供更加灵活的网络部署，如图1-12所示。

· 在体育场馆部署WLAN网络后，便于现场记者进行现场新闻的实时报道。

· 展馆和证券大厅通过部署WLAN网络，进行业务和监控数据的实时交互。

· 工厂和生产线上通过部署WLAN网络，进行生产仪器的远程控制和监控。

· 物流和港口上部署WLAN网络，可以通过无线网络达到中远距离的通信沟通。

[2] WLAN让网络使用更自由，让用户随时随地地接入网络，如图1-13所示。

· 写字楼内部署WLAN网络，实现无线办公，免去网线的约束。

· 候机厅、风景区、咖啡厅内部署WLAN网络，使得用户随时随地上网。