802.11n

从802.11n到802.11ac

，企业有了更多Wi-Fi选择，还记得强大Wi-Fi信号是一种奢侈的时候吗?那个时代早已逝去。现在，无线网络是核心生产力工具，与所有技术一样，无线仍在不断发展，早期Wi-Fi标准(包括802.11n)仍然在使用中，但最新批准的802.11ac为企业提供了一些强大的功能。

802.11n VS 802.11ac

基于早期标准，802.11n标准是第一个提出单用户多输入多输出(MIMO )天线的标准，它支持高达每秒600MB(平均为每秒450Mb)，企业可以使用802.11n设备实现40MHz的信道宽度。

802.11ac标准将以两波出现，其中第一波已经出现。在第一波中，主要的改进是每秒

1.3 Gb的速度，尽管Fluke Networks公司运营商事业部产品规划师John Anderson表示，用户吞吐量“绝不会那么高”，他估计实际吞吐量只是这个数字的60%，实际用户传输速率取决于很多因素，其中之一在于有多少人在网络上，还有环境因素：你离接入点多远、干扰有多大。

此外，通道宽度加倍到80 MHz，并且，波束形成已经标准化，提供更好的互操作性，Aruba Networks公司产品和解决方案营销主管Christian Gilb

802.11n WLAN的关键技术

802.11（WLAN）技术作为成熟而广泛应用的无线接入技术，已经广泛地应用于家庭、企业等。据统计，仅2008年一年，全球销售了3亿8千多万颗WLAN芯片。尽管802.11a/g技术已经将物理层吞吐提高到了54Mbps，但是随着YouTube、无线家庭媒体网关、企业VoIP Over WLAN等应用对WLAN技术提出了越来越高的带宽要求，传统技术802.11a/g已经无法支撑。用户需求呼唤着全新一代WLAN接入技术。

文 / 史扬

标准发展历程

IEEE 802.11工作组意识到支持高吞吐将是WLAN技术发展历程的关键点，基于IEEE HTSG （High Throughput Study Group）前期的技术工作，于2003年成立了Task Group n (TGn)。n表示Next Generation，核心内容就是通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。由于802.11n涉及了大量的复杂技术，标准过程中又涉及了大量的设备厂家，所以整个标准制定过程历时漫长，预计2010年末才可能会成为标准。相关设备厂家早已无法耐心等待这么漫长的标准化周期，纷纷提前发布了各自的11n产品(pre-11n

WLAN 802.11n关键技术介绍及单双数据流研究

随着WLAN 802.11n标准的发布和产业链的不断成熟，支持802.11n的网络设备和终端产品普及率逐步提高。802.11n不仅能够提供更高的接入速率，同时还具备很好的向下兼容型，可兼容802.11a/b/g标准，因此，在目前WLAN网络建设中802.11n将会成为主流。但是，802.11n标准中引入了许多新的技术，使得802.11n具备了比以往802.11系列标准更多的可选特性，网络配置要比802.11g设备复杂，提升了网络规划的难度。我们需要了解802.11n各特性对网络性能的影响，合理的规划设计网络，充分发挥802.11n的网络性能。 一、 802.11n的关键技术

IEEE 802.11n技术通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN网络的吞吐量，使带宽从802.11a/g的54Mbps提升到600Mbps。

1.1 物理层关键技术

物理层引入的关键技术主要包括MIMO（多入多出）、更多子载波、信道绑定、Short GI（Guard Interval）等。

1.1.1 MIMO

MIMO是802.11n物理层的核心，802.11n通过使用MIMO（多入多出）技术，无线传输同时发

最全的802.11n和802.11ac的MCS速率表（含TurboQAM和NitroQAM增强技术下的2.4G速度）

802.11n

802.11n在单天线时，最高可达到150Mbps。红色是常听到和接触到的速率。

HT20 数据速率(Mbps) 空间流 MCS标号 调制方式 HT40 数据速率(Mbps) GI=800ns 13.5 27.0 40.5 54.0 81.0 108.0 121.5 135.0 27.0 54.0 81.0 108.0 162.0 216.0 243.0 270.0 40.5 81.0 121.5 162.0 243.0 324.0 364.5 405.0 54.0 GI=400ns 15.0 30.0 45.0 60.0 90.0 120.0 135.0 150.0 30 60 90 120 180 240 270 300 45 90 135 180 270 360 405 450 60 码率 GI=800ns GI=400ns 7.2 14.2 21.7 28.9 43.3 57.8 65.0 72.2 14.4 28.9 43.3 57.8 86.7 115.6 130.0 144.4 21.7 43.3

计算机学院 网络123班 秦向红 201200824302 无线网络

802.11帧结构分析

1. 802.11介绍

1.1 802.11概述

802.11协议组是国际电工电子工程学会（IEEE）为无线局域网络制定的标准。IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。

虽然WI-FI使用了802.11的媒体访问控制层（MAC）和物理层（PHY），但是两者并不完全一致。在以下标准中，使用最多的应该是802.11n标准，工作在2.4GHz频段，可达600Mbps（理论值）。

IEEE 802.11是一个协议簇，主要包含以下规范： a. 物理层规范：802.11b，802.11a，802.11g；

b. 增强型MAC层规范：802.11i，802.11r，802.11h等； c. 高层协议规范：802.11f，802.11n，802.11p，802.11s等。

802.11中定义了三种物理层规范，分别是：频率跳变扩展频谱(FHSS)PHY规范、直接

802.11ah协议标准分析

IEEE802 11ah是应用于WLAN系统在1GHz以下频段的新兴无线协议，适用于1.传感器网络和智能仪表；2.传感器及智能回传链路；3.WIFI热点覆盖扩展及蜂窝网分流。

802.11ah支持M2M通信的总体要求：

1.一个接入点通过分级标示符结构可以连接多达8191台设备；

2.大约900MHZ的可用免许可的载波频段降低了频段的拥挤度和保证了长距离传输。

3.室外传输距离长达1KM； 4.数据传输速率至少大于100kbps； 5.单跳网络拓扑结构；

6.短且偶发的数据传输(100bytes的数据包大小，和包间间隔时间大于30s)； 7.非常低的功率消耗； 8.成本低。 一．PHY层

1.802.11ah规定的运行频段为低于1Ghz的免许可频段。频段的划分根据国家的不同而不同。具体情况如下: 美国902MHZ~928MHZ 欧洲863MHZ~868MHZ 中国755MHZ~787MHZ 日本916.5MHZ~927.5MHZ 韩国917.5MHZ~923.5MHZ

信道的定义

802.11ah把信道分为两类：1MHZ带宽信道和大于1MHZ带宽的信道。其中1MHZ和2MHZ信道带宽应用最广。 PH

传统省电模式

STA的两种节电程度：MAX Power Save（Sleep、Awake）和Fast Power Save（流量）

STA通过Beacon Interval计算Listen Interval，通过关联请求帧（Association Requist）告知接入点（一般侦听间隔为10个Beacon时间时间，即1000sm）。 基于电源状态位变化的报文接收（由PS状态进入Awake状态）、使用PS-Poll（在PS状态下通过Beacon帧得知AP处有缓存报文）报文接收

进入睡眠模式之前，发送NULL帧，Power Management位为1

AP为STA缓存帧，设定传输指示映射TIM中与STA的AID对应的位，通过Beacon发送

STA在侦听期间通过Beacon帧，发现有为自己缓存的帧，则进入Awake状态并通过发送PS-Poll帧，请求AP处缓存的帧。

每一个PS-Poll帧只能请求一个缓存的数据帧，通过More data位获知是否还有缓存的帧，如果没有则进入Sleep状态

802.11e的APSD 省电模式

2中省电模式：S-APSD和U-APSD。 WMM-PS：BG、Best Effort、Video、Voice（如配置禁用

802.11a/g物理层是用OFDM来实现的，因此可以提供比802.11b更高的数据速率，数据速率最高可达54Mbps。下表为OFDM的主要参数

下面就以802.11a协议来说明物理层信号发射的编码、OFDM调制过程。 802.11a的PPDU数据单元的格式为：

数据包包括Preamble、Header以及PSDU DATA部分。在MAC层请求物理层要求发送数据时，会发送TXVECTOR矢量，物理层收到请求后产生PLCP preamble域，Preamble由10个重复的短训练序列（用于AGC、信号检测、粗频率偏移估计以及符号定位）和2个重复的长训练序列（精频率偏移估计、信道估计）构成。报头的第一部分包含了1 0 个重复的持续时间为800ns 的短训练符号，它的时间长度仅为正常OFDM 符号时间长度的1/4（OFDM符合时间长度为3.2uS）。短训符号由12个子载波组成，对应的编号均为4 的倍数，即{-24、-20、-16、-12、-8、-4、4、8、12、16、20、24}号子载波，用序列S–26, 26 = √(13/6) ??{0, 0, 1+j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, –1–j,

1. 概述

1.1技术背景

在802.11n标准制定后不久，为了获取更高的传输速率，IEEE转入了802.11ac标准的制定当中，目标是在2012年实现千兆级别的无线局域网传输速率，而802.11ac实际上是在802.11a基础上发展起来的。从2008年上半年开始，IEEE就已经着手802.11ac标准的制定，当时被称为“Very High Throughput”(甚高吞吐量)，目标直接就是达到1Gbps。到2008年下半年的时候，项目分为两部分，一是802.11ac，工作在6GHz 以下，用于中短距离无线通信，正式定为802.11n的继任者，另一个则是802.11ad，工作在60GHz，市场定位与UWB类似，主要面向家庭娱乐设备。而到了2012年2月，制定了我们现在看到的D2.0版本。 1.2技术特点

802.11ac有如下几个特点：

更高的传输速率：802.11ac最高可以支持约7000Mb/s传输速率，这

主要得益于OFDM技术以及更高的占用带宽，而MU-MIMO技术提升带宽利用率。

更好的环境适应性：延续使用MIMO技术，增加了空间流的数量。

更好的保证了接收性能。

更少的环境干扰：使用5G频段，减少2.4

802.11帧的抓取以及分析

1. 802.11概述

IEEE 802.11是一个协议簇，主要包含以下规范： 1）物理层规范：802.11b，802.11a，802.11g；

2）增强型MAC层规范：802.11i，802.11r，802.11h等； 3）高层协议规范：802.11f，802.11n，802.11p，802.11s等。

802.11中定义了三种物理层规范，分别是：频率跳变扩展频谱(FHSS)PHY规范、直接序列扩展频谱(DSSS)PHY规范和红外线(IR)PHY规范。

802.11同802.3一样，主要定义了OSI模型中物理层和数据链路层的相关规范，其中数据链路层又可分为MAC子层和LLC子层，802.11与802.3的LLC子层统一由802.2描述。

2. 802.11帧结构分析

2.1一般帧结构

一般802.11MAC帧 Frame control 字段 1）控制字段

*Protocol version：表明版本类型，现在所有帧里面这个字段都是0x00。 *Type：指明数据帧类型，是管理帧，数据帧还是控制帧。

1

*Subtype：指明数据帧