wlan网络原理、组网及网管原理

1、WLAN网络原理、组网及网管原理,2008-11 中国电信股份有限公司广州研究院,目录,WLAN网络结构和协议组 WLAN空中接口 WLAN的频率优化 专项测试 WLAN组网方案 网管协议和管理信息库,什么是WLAN,WLAN的网络结构,WLAN的网络结构,WLAN标准族（一）,WLAN标准族（二）,WLAN标准演进,WLAN标准演进,WLAN标准演进,WLAN标准演进,WLAN标准演进,WLAN标准演进,其他802.11重要的标准,IEEE 802.11与国标对应,目录,WLAN网络结构和协议组 WLAN空中接口 WLAN的频率优化 专项测试 WLAN组网方案 网管协议和管理信息库,WiFi使用频率,WiFi使用频率,WiFi使用频率,其他使用2.4GHz ISM频段的设备,802.11b/g协议简介,802.11b/g物理层,OFDM技术简介,OFDM技术简介,OFDM技术的优/缺点,802.11g OFDM调制方式,WLAN 基本概念,802.11 数据的封装,MAC 帧格式,MAC 帧格式,MAC层访问控制,MAC层访问控制,MAC层访问控制,RTS / CTS机制的典型报文发

2、送过程,STA1,AP,STA2,RTS请求发送,CTS同意发送,STA1-STA2的数据,ACK发送确认,RTS请求发送,CTS同意发送,STA1-STA2的数据,ACK发送确认,MAC层访问控制,MAC层访问控制,MAC层访问控制,802.11服务,802.11 管理功能 用户接入过程,STA,AP,802.11 MAC 使用Scanning来搜索AP STA搜索并连接一个AP 当STA漫游时寻找连接一个新的AP STA会在在每个可用的信道上进行搜索Passive Scanning 通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络Active Scanning 在每个信道上发送Probe request报文，从AP回复的Probe Response中获取AP的基本信息,802.11 管理功能 - Scanning,WLAN的加密方法,802.11技术在QOS方面存在的缺陷,最初的802.11技术是为满足用户的数据传输而设计的，根本没有考虑多业务承载 802.11采用的DCF调度模式是基于CSMA/CA原理，最终的效果是，所有用户发送的报文平等地竞争无线资源 由于没有区分业务优先级的机

3、制，造成AP和终端在对外发送报文时对报文按同等优先级对待。当发生流量拥塞时，需要优先处理的报文（例如语音报文）和普通的报文（例如浏览网页的报文）会按相同的概率被丢弃 和有线网络相对完善的QOS机制无法很好的衔接,802.11e 协议QOS保证,802.11e针对DCF模式进行了改进，支持EDCA的媒体访问机制 支持8个业务优先级的报文标记(类似于有线网络中的802.1P) 业务优先级可被映射到4个输出队列 高优先级的报文优先获取无线空口的访问能力,802.11e 协议EDCA调度模式,优先级队列1,优先级队列2,优先级队列3,优先级队列4,Busy,Time,AIFS4,CW4,AIFS3,CW3,Frame,AIFS2,CW2,Frame,AIFS1,CW1,Frame,AP和用户等待向无线空口发送的数据的调度机制：,AIFS-仲裁帧间间隔,目录,WLAN网络结构和协议组 WLAN空中接口 WLAN的频率优化 专项测试 网管协议和管理信息库,智能射频管理,AP,AP,AP,AP,AP,AP,AP,每个AP上电时，无线控制器会根据AP的邻居关系动态调整AP工作的信道和发射功率，在保证覆

4、盖的前提下保证AP间的干扰最小 当AP覆盖区域受到外界强信号干扰时，无线控制器会控制AP自动切换到合适的工作信道以规避干扰信号 当覆盖区域内的某个AP发生故障而造成覆盖黑洞时，无线控制器会自动调整相邻的AP的发射功率以消除黑洞区域，当故障AP恢复工作后无线控制器可以自动调整邻居AP的发射功率恢复原始工作状态,AP负载分担使AP负载更均衡,AP1,AP2,拒绝关联,接受关联,负载均衡原理,AP1,AP2,智能负载均衡技术,启动负载分担的重叠覆盖区,不启动负载分担的区域,无线控制器可以设定AP间对接入用户进行负载分担 负载分担的策略可以是基于AP接入的用户数量，AP流量负载情况 当无线控制器发现AP的负载超过设定的门限值以后，对于新接入的用户无线控制器会自动计算此用户周围是否还有负载较轻的AP可供用户接入，如果有则AP会拒绝用户的关联请求，用户会转而接入其他负载较轻的AP 部分AP厂家智能负载均衡技术，能保证只对处于AP覆盖重叠区的无线用户才启动AP负载均衡功能，有效的避免误均衡的出现,自动频率优化,自动频率优化也称动态频率选择DFS（Dynamic frequency selection

5、 DFS）是指在通过测量得到网络状况的信息的条件下，动态实时地给AP分配频段来减小AP间干扰的机制。AP根据检测无线信道是否已经被别的AP或其它无线设备占用和把对无线网络环境的干扰降到最低这两个原则选择最适当的传输信道使整个网络中的各AP的干扰最小、容量最大。,从频率优化的信息获得上，可以将自动频率优化分成两类。基于用户端测量信息进行频段分配的方案 基于AP测量信息的频段分配方案,基于用户端测量信息进行频段分配流程,（1）AP发出频段测量的指令； （2）移动终端MT（Mobile Terminal）收到指令开始频段干扰情况的测量； （3）MT将测量结果提交给AP； （4）AP进行是否改变自己频道的判决； （5）如果决定改变频段，AP向和它相连的MT宣布即将改变频段； （6）AP改变作用频段，和它相连的MT也随着一起改变。 注：上述机制中的(4)是标准没有具体规定的 ，因此不同厂家之间的判决算法存在差异。,上述机制的好处在于，频段的分配方案可以随着用户的数目和位置进行实时的调整。但是这种实时调整的代价是：用户端向AP周期性的提交干扰报告；AP在频段间切换时引起的用户与AP重新连接的开销。

6、这两点随着接入AP的用户数目增多，而同比例增大,基于AP 点的频段测量流程,基本工作流程如下： （1）AP测量现有频段分配下的干扰情况； （2）AP自己判断最佳频段； （3）分布式独自调整或者在上层控制器指挥下调整。 注：上述机制中的(2)、（3）是标准没有具体规定的 ，因此不同厂家之间的判决算法、实现的方式存在差异。,可以看到，第二类和第一类比区别如下：无需用户端参与测量，因此可以兼容所有的用户端，并且没有占用无线网络的流量；分配方案只与AP有关，在AP没有增加、减少、移动的情况下，分配方案一般不会改变，因此非常稳定；但在用户数目比较少的时候，优化的结果不如第一类好。,基于AP 点的频段测量流程,基于AP测量信息的频段分配方案，根据调整步骤可以分成两种：一种是分布式调整，即AP之间独自判断，独自调整，AP间没有信息的交互 一种是AP将各自的测量信息提交给一个接入控制器AC（Access Controler），由AC控制AP进行调整前一种由于AP之间没有信息的交互，因此可能出现几个AP在几个频段间出现振荡的调整，因此达到稳定的收敛速度比较慢。后一种由于有AC从中协调，因此收敛速度非常快

7、。,WiFi调试方式自适应分析,调制方式自适应算法 802.11b/g没有规定调制方式自适应的算法，各个厂家自行实现； 一般在每一个数据包，设备会根据当前的信号强度以及丢包率对调制方式进行调整； 调研某厂家AP的具体实现方法： AP所支持的速率列表通过广播通知终端； 终端在关联时向AP提供其能支持的速率列表； AP或终端在发送数据时会根据信号强度和丢包率选择一个适合的调制方式进行数据的传输； 如果对方接收不了或者要求误码重发，就改用低速率的调制方式；,目录,WLAN网络结构和协议组 WLAN空中接口 WLAN的频率优化 专项测试 WLAN组网方案 网管协议和管理信息库,AP和终端兼容性分析,测试目的 验证不同工作模式的AP、终端的兼容性； 测试结果结论分析： AP工作在11b&g模式时，可以兼容各种工作模式的终端； 如果AP和终端所采用的工作模式没有交集时，终端不能接入该AP； 根据调研了解，纯11g的设备虽然包含了11b的调制速率，但无法接入纯11b的设备，是由芯片采用的算法决定的，对纯11g网络的保护。,场强和调制方式的关系,测试目的： 掌握影响各种调制方式的时间比的因素； 测试方

8、法： 测试环境： XX大楼2楼 测试工具： 笔记本终端：IBMX60 3台 Cisco网卡：1个 XXAP：1台（3dbi全向天线，直接覆盖） 测试软件：OmniPeek，Chariot、EndPoint、Networkstumbler 采用局域网内测试方法： 台式机作为Chariot运行服务端连接AP以太网口 两台笔记本作为Chariot客户端通过无线方式接入； 1台笔记本直接在AP天线附近监控空口； 测试内容： 单11g用户接入时AP调制方式 单11b用户接入时AP调制方式,单11g用户接入时AP调制方式,结论分析： 空口传输的包分为数据包和管理控制包 对于数据包，当信号好时AP使用高速率的制方式，信号差时使用较低速率的调制方式； 场强大于-65dBm，主要采用OFDM 54M、48M调制方式； 场强介于-70-75dBm，主要采用OFDM 36M、24M调制方式，传输速率逐渐下降； 场强小于-80dBm，采用11b的调制方式，传输速率明显下降； 对于管理控制包，由于数据量较少，所以在信号好时也仅用OFDM 24M进行调制，信号差时变为11b调制方式,单11b用户接入时AP调制方式

9、,结论分析： 对于数据包，当信号好时AP使用高速率的制方式，信号差时使用较低速率的调制方式； 场强大于-75dBm，主要采用11M CCK调制方式； 场强小于-80dBm，变为低速率的调制方式，传输速率随之下降；,网卡类型对网络影响测试,测试目的： 研究11b用户加入纯11g网络后，对网络的影响； 测试方法： 原纯11g网络有2个用户接入； 分别加入一个新的11g和11b用户，分别测试各个用户的吞吐量 对比加入新用户后吞吐量的变化；,网卡类型对网络影响测试,结论分析： 在AP处理能力未受限的条件下，11b的用户加入纯11g网络后，11g网络性能明显下降，不仅网络的总吞吐量下降，且原有用户吞吐量也下降； 初步分析主要是由于AP要兼顾11b网卡，需要频繁进行调度，导致性能下降；,建议,为了兼容各种设备，AP应该设置为802.11b&g模式； 调制方式和信号强度相关： 信号强度大于-65dBm时，AP基本可以工作在高速率调制方式； 信号强度小于-80dBm时，AP基本仅用11b调制方式，传输速率明显下降； 在AP处理能力未受限的条件下，11b的用户加入纯11g网络后，11g网络整体性能明显下降，在网络运营时需关注用户网卡类型对网络性能的影响；,AP直接覆盖与通过室分覆盖的业务性能差异验证测试,结论：AP直接覆盖与接入分布系统比较，传输速率略有下降，但影响不大；加入干放同大功率AP比较，传输速率略有下降，主要是由于匹配性决定,接入室内分布的系统间干扰,WLAN接入室内分布系统对原有PHS系统的影响 结论：WLAN接入室内分布系统前后，对原PHS系统的MOS测试结果基本无影响，MOS测试结果如下,WLAN接入室内分布系统对将来3G系统的影响 由于未有3G网络及相应的评估系统，暂无法评估。,WLAN接入方式的比较,结论：ADSL接入方式时，上下行基本达到ADSL能提供的速率，说明传输的瓶颈在ADSL,AP组网方式及质量保证,多用户接入业务速率测试单AP容量 在用户不多时，多用户接入时基本上平均分配带宽 随着用户数的增加到一定程度，总吞吐量和每用户业务速率会有较快的下降,

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