WLAN技术概述：从基础概念到未来发展趋势

WLAN技术概述：从基础概念到未来发展趋势

WLAN（无线局域网）技术是现代通信领域的重要组成部分，它利用电磁波在中短距离内实现无线通信，为人们的生活和工作带来了极大的便利。本文将从WLAN的基本概念、发展历程、与其他无线技术的对比、优点、相关组织与标准、面临的挑战以及未来的发展趋势等多个方面进行详细阐述。

课程目标

• 了解WLAN技术的基础概念和发展历程
• 了解WLAN网络的优点及使用场景
• 了解WLAN面临的挑战及未来的发展趋势

初识WLAN

WLAN（Wireless Local Area Network）是一种利用电磁波传递信息实现在中短距离范围内通信的技术。与有线网络不同，WLAN在点到点之间不借助有线网络介质，而是通过空气中的电磁振动进行传播。这种技术实现了更加快捷和优秀的移动性，使得网络结构更加灵活。

同为电磁振动的无线技术

除了WLAN，还有多种基于电磁振动的无线技术，它们各自具有不同的特点和应用场景：

• 红外：利用红外线进行点到点通讯的技术，是一种视距传输技术，通信设备之间不能有阻挡物。优点是体积小，成本低，传输速率可达4Mbps。
• 蓝牙：是一种用于数字化设备之间的低成本、近距离传输的无线通信连接技术，其程序卸载微型芯片上，可以方便的嵌入到设备之中。工作在2.4GHz频段上，采用调频技术，理想连接范围为10cm~10m，带宽为1Mb/s。
• 3G：支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。能同时传送语音及数据。速率可达10Mbps。频段的分配主要在2G附近，具体在1880MHz~2145MHz。
• 4G：是3G技术标准的长期演进，工作频段包含全球主流的3G频段和部分新增频段，速率可达100Mbps。
• NFC：是一种近场的无线通信技术，最大工作距离20M，工作在13.56MHz频段。
• UWB：主要应用于10M以上的远距离高速通信，工作频率在3.1~10.6GHz。
• WiFi：802.11b/a/g/n/ac/ax是现在主流的802.11协议标准。覆盖距离广、传输速率高。工作频段为2.4GHz或5GHz。

bps（bits per second）与B/s（bytes per second）都是衡量数据传输速率的单位。bps表示每秒传输的比特数，通常用于描述网络接口的带宽或传输速率；B/s表示每秒传输的字节数，通常用于衡量实际应用中的数据传输速度。在进行单位换算时，需要注意它们之间的换算关系（1 Byte = 8 bits）。

WLAN与WiFi概念

• WLAN：无线局域网，依托电磁波特性及802.11工作组的协议标准，是一种无线通信的技术规范。
• WiFi：最早是无线设备商的商业联盟，目的在于达到各厂生产的无线设备互通有无，不存在技术壁垒。而现在逐渐成为一个无线设备产品是否可以在市面流通的认证机构。

802.11协议的发展历程

802.11协议是WLAN技术的核心，其发展历程如下：

• 802.11b（2.4GHz）
• 802.11a（5GHz）
• 802.11g（2.4GHz）
• 802.11n（2.4GHz和5GHz）
• 802.11ac（5GHz）
• 802.11ax（2.4GHz和5GHz）

WLAN网络的优点

• 无线让网络使用更自由：便携、易于移动，彻底摆脱了线缆和端口的束缚。
• 无线让网络建设更经济：有效降低布线成本，终端与交换设备之间省去了布线。适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。
• 无线让工作更高效：物流行业，通过手持的无线数据终端进行货物核对；医疗行业，护士可以在查房时利用无线业务终端来查询病人的病历，记录病人的健康状态及用药情况；大型体育馆，新闻记者可以通过无线网络方便地在各个比赛场地收发信息。
• 无线的新应用、新价值：定位导航、大数据分析。

WLAN相关组织与标准

• IEEE：美国电气与电子工程师协会
• WIFI联盟：该组织是基于IEEE 802.11规格的无线局域网产品的互操作性和推动无线新标准的制定。
• IETF：主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定。
• CAPWAP：无线接入点的控制和配置协议。目的就是制定无线控制器和FIT AP之间管理和控制协议。
• WAPI联盟

WLAN面临的挑战与问题

• 干扰：工作在相同相邻频段的其他设备会对WLAN设备的正常工作产生影响。WLAN频段为ISM频段，无需授权即可使用。同一区域内WLAN设备之间的互相干扰，其他工业设备的干扰（如微波炉、蓝牙、邻频的3G/4G/5G系统）。排除干扰是无线问题定位的主要思路之一。更改设备工作信道的解决干扰的手段之一。2.4G频段可用信道只有三个，1、6、11，在干扰严重的场景下有可能三个信道都不太好用。在某些干扰无法消除的场景，必须使用支持5G的双频AP来规避2.4G频段的干扰问题。
• 高密场景：无线终端密集场景下如何保证传输效率。终端高密并发的办公楼、教学楼等。对移动办公要求较高的场景。存在大量流量吞吐需求，对业务时延要求敏感。
• 电磁辐射：无线设备的发射功率应满足安全标准，以减少对人体的伤害。
• 数据安全：无线网络中，数据在空中传输，需充分考虑业务数据的安全性。选择相应的加密方式：开放式、不加密：一般运营商提供的无线接入服务；弱加密算法：家庭私人使用的无线接入服务；强加密算法：企业的业务数据则需要较高按安全级别。

WLAN协议发展

• WIFI 6E：拓展使用6GHz频谱，增加60个20MHz信道，中国暂未开放此频谱
• WiFi 7：草案阶段