物联网无线通信技术第六章--WiFi通信技术

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Wi-Fi是无线保真(Wireless Fidelity)的缩写，在无线局域网领域内称为“无线相容性认证”
WLAN是利用射频(Radio Frequency，RF)无线信道或红外信道取代有线传输介质所构成的局域网络。
支持Wi-Fi技术的产品，其协议上属于WLAN的一个子集

与传统联网技术相比，Wi-Fi具有以下突出的优势：

• 无线电波覆盖范围广
• 传输速度非常快
• 设备提供商进入该领域的门槛比较低

与有线网络相比，WLAN具有以下主要优点：

• 由于WLAN不需要布线，因此可以自由地放置终端，有效合理地利用办公室的空间。
• WLAN可作为有线网络的无线延伸，也可用于多个有线网络之间的无线互联。
• 便于便携设备的接入。人们可以用便携设备自由访问WLAN，传送有关数据。
• 不受场地限制，迅速建立局域网。例如在大型展示会、灾后网络恢复等情况下需要短时间内建立一些临时局域网。
  通过支持移动IP，实现移动计算机网络。

WiFi是用无线通信技术将计算机设备互联
WiFi局域网的本质特点：不再使用通信电缆将计算机与网络进行连接，而是用无线的方式，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。

WiFi无线网络包括两种类型的拓扑形式：基础网（Infrastructure）和自组网（Ad-hoc）。

站点(Station，STA)：网络最基本的组成部分，每一个连接到无线网络中的终端（如笔记本电脑、PDA及其它可以联网的用户设备）、都可称之为一个站点。
无线接入点(Access Point，AP) ：无线网络的创建者，也是网络的中心节点。一般家庭或办公室使用的无线路由器就一个AP。

基础网：

1. 基于AP组建的基础无线网络
2. 由AP创建，众多STA加入所组成
3. AP是整个网络的中心
4. 各STA间不能直接通信，需经AP转发

Service Set ID(服务集识别码) SSID

自组网：

1. 仅由两个及以上STA组成，网络中不存在AP。
2. 各设备自发组网，设备之间是对等的。
3. 网络中所有的STA之间都可以直接通信，不需要转发。
4. Ad-hoc模式也称为对等模式，允许一组具有无线功能的计算机或移动设备之间为数据共享而迅速建立起无线连接。

物理层：802.11b定义了工作在2.4GHz ISM频段上数据传输率为11Mbps的物理层，使用跳频扩频传输技术（Frequency-Hopping Spread 、Spectrum，FHSS）和直接序列扩频传输技术（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）。
MAC层：MAC层提供了支持无线网络操作的多种功能。通过MAC层站点可以建立网络或接入已存在的网络，并传送数据给LLC层。LLC层：IEEE802.11使用与IEEE802.2完全相同的LLC层和48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。但MAC地址只对WLAN唯一确定。
网络层：采用IP协议，是互联网中最重要的协议，规定了在互联网上进行通信时应遵守的准则。
传输层：采用TCP/UDP协议，TCP是面向连接的协议，可以提供IP环境下的可靠传输；UDP是面向非连接的协议，不为IP提供可靠性
传输。对于高可靠的应用，传输层一般采用TCP协议。
应用层：根据应用需求实现，如HTTP协议、DNS（Domain name system，域名解析系统）协议。

✳每个信道带宽为22MHz，其中有效宽度是20MHz，另外还有2MHz的强制隔离频带。
✳相邻的信道间有重叠，尽量不要同时使用，以免造成干扰。
✳ 3个不重叠的信道：1、6、11；2、7、12；3、8、13
✳ 1-13个信道的中心频率：2414+（n-1）*5MHz

✳ 2.4GHz频段由于使用ISM频段，干扰较多。
✳目前很多WiFi设备开始使用5.8GHz附近（5.725~5.850GHz的频带，可用带宽为125MHz。
✳该频段共划分为5个信道，每个信道宽度为20MHz，每个信道与相邻信道都不发生重叠，因而干扰较小。
✳缺点：5.8GHz频率较高，在空间传输时衰减较为严重。如果距离稍远，性能会严重降低。

✳安全性主要包括访问控制和加密两大部分

单独设置的参数：加密方式、SSID名称、接入限制、隐藏SSID

共用的参数：信道、功率、速率、其他物理参数

✳ WiFi的网络安全机制有认证和加密机制两种

✳ Open System：完全不认证也不加密，任何人都可以连到无线基地台使用网络。
✳ WEP(Wired Equivalent Privacy)：

• 有线等效加密
• 最基本的加密技术
• 使用RC4算法保证数据的保密性
• 有64位密钥和128位密钥两种加密方式
• 存在固有的缺陷：网络上每个客户或者计算机都使用了相同的保密字，网络偷听者能刺探到你的密钥，偷走数据并在网络上造成混乱。

WPA (WiFi Protected Access) ：

• WiFi保护访问
• WiFi商业联盟在IEEE802.11i草案基础上制定的一项无线局域网安全技术
• 目的在于替代传统的WEP安全技术
• 分为家用的WPA-PSK与企业用的WPA-Enterprise版本WPA-PSK使用临时密钥完整性协议(Temporal Key Integrity
  Protocol，TKIP)加密技术，很大程度上解决了WEP加密所隐藏的安全问题

WPA2：

• WPA2是WPA的加强版
• 采用高级加密协议(Advanced Encryption Standard，AES)
• 比WPA更难被破解，更安全

WiFi模块的两种工作模式：
✳透明数据传输模式
✳命令工作模式

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