admin管理员组文章数量:1574959
wifi基础
概念
Wi-Fi 是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术,通常使用2.4GUHF 或5G SHF ISM射频频段。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)。
- 2.4G UHF :2.4G优点是射频室内环境中抗衰减能力强,穿墙能力不错,劣势是许多设备都用的是2.4G,如蓝牙,所以干扰很多,不能保证足够的稳定性。
- 5G SHF ISM:5G优点是抗干扰能力强,能提供更大的带宽,吞吐率高,扩展性强。缺点是5GHz穿墙能力较差,信号衰减要大于2.4G,5G的只适合室内小范围覆盖和室外网桥,各种障碍物对其产生的衰减作用比2.4G大得多。
WiFi 是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。由于 IEEE 802.11 正式标准推出的时间周期长,而无线网络发展迅猛,各个厂家等不及正式标准,自己组成了 WiFi 联盟,并完成互联互通的认证。实际上,并不是每个 IEEE 802.11 产品都申请了 WiFi 联盟的认证,那么缺少 WiFi 认证的产品,并不一定兼容 WiFi 设备。但是经过 WiFi 认证的 STA 或 AP 都能无障碍的互联互通。
CSMA/CA
以太网使用 CSMA/CD 进行传输控制,而 IEEE 802.11 的 WLAN 采用的是 CSMA/CA 。
CSMA/CA全称: Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance , 载波监听多点接入/碰撞避免协议
CSMA/CA的工作原理:
- 首先检测信道是否有使用,如果检测出信道空闲,则等待一段随机时间后,才送出数据。
- 接收端如果正确收到此帧,则经过一段时间间隔后,向发送端发送确认帧ACK。
- 发送端收到ACK帧,确定数据正确传输,在经历一段时间间隔后,会出现一段空闲时间。
CSMA/CA协议的工作流程分为两个分别是:
- 送出数据前,监听媒体状态,等没有人使用媒体,维持一段时间后,才送出数据。由于每个设备采用的随机时间不同,所以可以减少冲突的机会。
- 送出数据前,先送一段小小的请求传送报文(RTS : Request to Send)给目标端,等待目标端回应 CTS: Clear to Send 报文后,才开始传送。利用RTS-CTS握手(handshake)程序,确保接下来传送资料时,不会被碰撞。同时由于RTS-CTS封包都很小,让传送的无效开销变小。
信号空闲检测的三种方式:
- 能量检测(ED):对接收信号的能量大小进行判断,当功率大于某一确定值时,就认为信道被占用
- 载波检测(CS):对接收信号与本地的伪随机码(PN码)进行运算比较,如果其值超过某一极限,就认为信道被占用
- 能量载波混合检测(ED&CS)
**冲突避免( CA ,Collision Avoidance ): **以太网的冲突域是指数据发送时,检测出冲突,当发生冲突时等待一段随机时间再次发送。而在 WLAN 中,如果遇到其它设备正在发送数据,那么就在设备发送完成后,再等待一段随机时间,才继续发送数据。
Wi-Fi标准
WLAN标准统称 **802.11:**在物理层和数据链路层之间也定义了 MAC 子层。定义了 WLAN 采用哪种频带和调制方式,传输速率达到多大等传输标准,还定义了安全性、QoS 、管理等相关内容。
**802.11.be ----------- WiFi 7 **
Wi-Fi6技术介绍
Wi-Fi6,又名802.11ax,是在现有无线标准基础上演进的新一代WiFi标准,旨在解决日益增长的高带宽、多用户、高速率、低时延上网需求。WiFi6在目前WiFi5标准基础上融合了OFDMA、MU-MIMO、1024QAM、TWT等新一代特性,提供更快的速度、更高的容量、更多的并发连接,可广泛应用于VR视频、VR游戏、8K视频,企业4K高清办公,室内外大量终端高密接入场景。
WIFI6的规格对比
-
带宽:WiFi5支持80/160MHz;WiFi6支持160MHz (带宽越高,速率越大)
C m a x = 2 W l o g 2 M ( b / s ) Cmax = 2Wlog2M(b/s) Cmax=2Wlog2M(b/s)
Cmax:信道容量 W:带宽 M:编码方式的码元(QAM)状态数 -
频段:WiFi5只支持5GHz;WiFi6支持2.4/5GHz
-
2.4GHz (2.400GHz~2.4835GHz) 划分为14个子信道,每个信道22MHz,相邻信道的中点频点间隔5MHz
-
-
调制模式:WiFi5为256-QAM;WiFi6为1024-QAM,相比于WiFi5的数据吞吐量提升了25%
-
速度:单流的速度是WiFi5的3倍
-
容量:支持更多的设备并发接入相比于WiFi5,提升4倍的接入容量
-
时延:相比于WiFi5,时延降低了2/3,拥堵区域性能更佳
-
功耗:功耗降低30%
-
安全性:使用新一代加密安全协议WPA3
香农定理
c
=
B
l
o
g
2
(
1
+
S
/
N
)
c = Blog2(1+S/N)
c=Blog2(1+S/N)
C:信道容量 B:信道带宽 S/N:信噪比
传输距离:
-
自由空间损耗
- L b f = 32.5 + 20 l g F + 20 l g D Lbf = 32.5 + 20lgF+20lgD Lbf=32.5+20lgF+20lgD
- Lbf = 自由空间损耗(dB)
- D = 距离(KM)
- F = 频率(MHz)
- 2400MHz: L b f = 100 + 20 l g D Lbf = 100+20lgD Lbf=100+20lgD
- 5800MHz: L b f = 108 + 20 l g D Lbf = 108+20lgD Lbf=108+20lgD
-
信号接收强度
- R S S = P t + G r + G t − L c − L b f RSS = Pt+Gr+Gt-Lc-Lbf RSS=Pt+Gr+Gt−Lc−Lbf
- RSS = 信号接收强度
- Pt = 发射功率
- Gr = 接收天线效益
- Gt = 发射天线增益
- Lc = 电缆和缆头的损耗
- Lbf = 自由空间损耗(dB)
WiFi6—OFDMA技术
WiFi6—OFDMA技术(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)(用户复用)
WiFi 一直采用OFDM作为核心传输方案 而 Wi-Fi6 在 OFDM 的基础上加入多址(多用户)技术,从而演化成 OFDMA 技术(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
以20MHz信道为例:
-
在OFDM方案(即11n/ac)里每一帧由52个数据子载波组成,但由于这一帧只为一个终端服务。当传输的数据包过小时(像聊天记录)。空载的子载波也无法分配给其他终端。
-
而在OFDMA方案(即11ax)里每一帧由234个数据子载波组成,每26个子载波定义为一个RU(Resource Unit,资源单元),每个RU可以为一个终端服务,简单除一下,每一帧就可以被分成9份,最多可以同时为9个用户服务。
优点:
- 在一个时间段可以有多个载波同时传输多个数据包多个终端可同时并行传输,不必排队等待、相互竞争,从而提升效率和降低时延OFDMA可以在低吞吐量或小包应用(如物联网传感器)的高密度环境中提供帮助在频率空间上提供多路并发技术,带来了网络性能与速度的极大提升,全面优化用户体验。
WiFi6—1024QAM技术
正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是二维点阵调制方式调制即将数据信号“01”转换为无线电波。
- 802.11ac 采用的 256-QAM 正交幅度调制,每个符号传输 8bit 数据(2^8=256)
- 802.11ax 将采用 1024-QAM 正交幅度调制,每个符号位传输 10bit 数据(2^10=1024)
从 8 到 10 的提升是25%,也就是相对于 802.11ac 来说,802.11ax 的单条空间流数据吞吐量又提高了 25%。
WiFi6—MU-MIMO技术
MU-MIMO(多用户多入多出) 是指在无线通信系统里,一个基站同时服务于多个移动终端,基站之间充分利用天线的空域资源与多个用户同时进行通信。
- 802.11ac中使用了MU-MIMO技术,但是只是应用在下行,最多支持4个用户同时传输
- 802.11ax中,除了增加下行MU-MIMO数量,还新增了上行 MU-MIMO,通过发射机和接收机多天线技术使用相同的信道资源在多个空间流上同时传输多个用户的数据,最多支持8个用户上下行同时传输,也就是可最大支持 8*8 MU-MIMO,WiFi6速率大幅度提升/
MU-MIMO 技术允许路由器同时与多个设备通信,而不是依次进行通信,提升了整个系统容量,所有用户都使用全部带宽,从而改善网络资源利用率,显著提高网络总吞吐量和总容量,终端上网速度大幅提升。
WiFi6—TWT技术
目标唤醒时间 TWT(Target Wakeup Time)是 802.11ax 资源调度功能,
- 允许设备协商他们什么时候和多久会被唤醒,然后发送或接收数据。
- 允许设备 beacon 传输周期之外的其他周期唤醒。
- Wi-Fi AP可以将客户端设备分组到不同的 TWT周期,从而减少唤醒后同时竞争无线介质的设备数量。终端设备仅在收到自己的“唤醒”信息之后才进入工作状态,而其余时间均处于休眠状态,提高了电池寿命。
WiFi6—WPA3技术
新一代无线加密协议WPA3为WiFi设备的连接安全性,带来重要改进,
- WPA3将算法提升至192位的CNSA等级算法,与之前的128位加密算法相比,增加了字典法暴力密码破解的难度,使用了新的握手重传方法取代WPA2的四次握手;
- 对使用弱密码的人采取“强有力的保护”,多次尝试破解密码的行为直接锁号,防止暴力攻击;
- 在接入开放性网络时,通过个性化数据加密增强用户隐私的安全性,有效降低攻击者通过抓包、线下分析、提取密码的风险。
WiFi6性能
近距离吞吐量
- Wi-Fi6的2x2终端和Wi-Fi5的3x3终端吞吐性能几乎一样
- Wi-Fi6的2x2终端比Wi-Fi5的2x2终端吞吐性能综合提升30%左右
- Wi-Fi6的4x4终端和8x8终端相对于2x2终端的吞吐性能将获得成倍的巨幅增长
穿墙吞吐量
- Wi-Fi6的2x2终端吞吐性能略逊色于Wi-Fi5的3x3终端
- Wi-Fi6的2x2终端相对于Wi-Fi52x2终端吞吐性能略有提升
- Wi-Fi6的4x4终端相对于2x2终端的吞吐性能仍有成倍增
版权声明:本文标题:WiFi学习笔记 内容由热心网友自发贡献,该文观点仅代表作者本人, 转载请联系作者并注明出处:https://www.elefans.com/dongtai/1727780156a1129230.html, 本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,一经查实,本站将立刻删除。
发表评论