專家詳解WLAN主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與進(jìn)展

概述

WLAN技術(shù)所具有的移動(dòng)性、便捷性、較高的帶寬等特點(diǎn)，以及大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化和低成本等諸多優(yōu)勢(shì)，使WLAN市場(chǎng)短短數(shù)年內(nèi)得到了大規(guī)模發(fā)展。今天從家庭娛樂(lè)終端、移動(dòng)便攜、手機(jī)終端到企業(yè)各種應(yīng)用，WLAN應(yīng)用的身影無(wú)處不在。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年全球銷售了3億8千多萬(wàn)顆WLAN芯片，較2007年增長(zhǎng)了26%。巨大的增長(zhǎng)讓業(yè)界在期待著WLAN芯片銷售能夠在不遠(yuǎn)的將來(lái)達(dá)到驚人的每年10億顆!

WLAN產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展和WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善形成了良好的互動(dòng)。WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要由IEEE 802.11工作組負(fù)責(zé)制定。第一個(gè)802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)誕生于1997年并于1999年完成修訂。隨著WLAN早期協(xié)議暴露的安全缺陷，由于用戶應(yīng)用不斷地呼喚著更高的吞吐，以及企業(yè)等應(yīng)用對(duì)可管理性的要求，IEEE 802.11工作組陸續(xù)推出了802.11a、802.11b、802.11g、802.11i、802.11e、802.11n、802.11k等大量標(biāo)準(zhǔn)。此外，IETF的CAPWAP工作組還制定了無(wú)線AP的相關(guān)管理標(biāo)準(zhǔn)。

我們可以從無(wú)線安全、吞吐提高、可管理等方面對(duì)WLAN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)行如下分類：

無(wú)線吞吐提高

從傳統(tǒng)的11a/b/g發(fā)展到最新的11n標(biāo)準(zhǔn)，物理層最高吞吐從54Mbps提高到了600Mbps。

實(shí)現(xiàn)無(wú)線安全

為了解決802.11標(biāo)準(zhǔn)中WEP等安全機(jī)制的缺陷，IEEE 802.11i工作組提出了802.11i標(biāo)準(zhǔn)。此外，中國(guó)制定了WAPI標(biāo)準(zhǔn)，目前正在申請(qǐng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論802.11i還是WAPI，都是為了保障用戶無(wú)線數(shù)據(jù)的安全。802.11協(xié)議報(bào)文(管理報(bào)文)也是安全的重要環(huán)節(jié)，IEEE 802.11w工作組負(fù)責(zé)制定管理報(bào)文安全。

提高無(wú)線可管理性

WLAN大規(guī)模部署、Voice over WLAN等需求對(duì)無(wú)線資源和無(wú)線終端管理提出了更高要求，為此IEEE 成立了802.11k和802.11v工作組。此外，為了簡(jiǎn)化大量AP設(shè)備部署時(shí)的操作成本，IETF成立了CAPWAP工作組以制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

其它標(biāo)準(zhǔn)

為了滿足Voice over WLAN等業(yè)務(wù)對(duì)QoS、快速漫游的要求,IEEE成立了802.11e、802.11r工作組。為了標(biāo)準(zhǔn)化基于WLAN的mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，IEEE成立了802.11s工作組。

談到IEEE　802.11工作組的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就必然談到Wi-Fi聯(lián)盟。IEEE　802.11主要關(guān)注的是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議接口，并沒(méi)有限制協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)，所以即使各廠家基于相同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，仍然存在互通風(fēng)險(xiǎn)。802.11標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化需要一個(gè)組織來(lái)推動(dòng)，產(chǎn)品互通性需要一個(gè)組織來(lái)認(rèn)證，這些需求促進(jìn)了Wi-Fi聯(lián)盟的誕生。Wi-Fi聯(lián)盟參考IEEE　802.11標(biāo)準(zhǔn)制定了大量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。比如，參考802.11i協(xié)議，Wi-Fi聯(lián)盟制定了WPA/WPA2認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn);參考802.11e協(xié)議，制定了WMM認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi聯(lián)盟的存在極大地推動(dòng)了WLAN產(chǎn)業(yè)化。

標(biāo)準(zhǔn)組簡(jiǎn)介

本文將重點(diǎn)介紹IETF CAPWAP工作組、802.11n、802.11i、WAPI等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

1. IETF CAPWAP工作組

在企業(yè)中大量部署AP時(shí)，對(duì)這些AP升級(jí)軟件、設(shè)置發(fā)射功率等管理工作將給用戶帶來(lái)很高的操作成本。2002年左右，WLAN在企業(yè)等應(yīng)用發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢(shì)：瘦AP(FIT AP)架構(gòu)。即通過(guò)無(wú)線控制器(AC)來(lái)管理多個(gè)AP，AP和AC間采用某種隧道協(xié)議進(jìn)行通訊，無(wú)線接入報(bào)文的處理在AP和AC間分擔(dān)實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)的AP由于在一個(gè)AP上實(shí)現(xiàn)了所有無(wú)線接入等功能，所以被稱為胖AP(FAT AP)。

圖1 瘦AP架構(gòu)

為了解決隧道協(xié)議不兼容造成的A廠家的AP和B廠家的AC無(wú)法進(jìn)行互通的問(wèn)題，IETF在2005年成立了CAPWAP工作組以標(biāo)準(zhǔn)化AP和AC間的隧道協(xié)議。該協(xié)議主要功能包括了：AP自動(dòng)發(fā)現(xiàn)AC，AC對(duì)AP進(jìn)行安全認(rèn)證，AP從AC獲取軟件映像，AP從AC獲得初始和動(dòng)態(tài)配置等。此外，系統(tǒng)可以支持本地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和集中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。瘦AP架構(gòu)讓AC具有了對(duì)整個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò)的完整視圖，為無(wú)線漫游、無(wú)線資源管理等業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。

作為隧道協(xié)議的一個(gè)重要設(shè)計(jì)目標(biāo)，它希望能夠承載多種無(wú)線接入技術(shù)，如802.11和802.16。所以工作組協(xié)議包括了兩部分：CAPWAP協(xié)議和無(wú)線binding協(xié)議。CAPWAP協(xié)議(RFC5415，2009年4月發(fā)布)作為通用隧道協(xié)議，完成了AP發(fā)現(xiàn)AC等基本協(xié)議功能，和具體的無(wú)線接入技術(shù)無(wú)關(guān)。目前工作組只提供了802.11的binding協(xié)議(RFC5416，2009年4月發(fā)布)，以支持802.11網(wǎng)絡(luò)的配置管理功能。

目前，包括H3C在內(nèi)的多個(gè)廠家已經(jīng)將支持CAPWAP相關(guān)協(xié)議列入產(chǎn)品下一步開(kāi)發(fā)計(jì)劃。H3C的技術(shù)專家作為第一作者起草了CAPWAP協(xié)議的MIB草案和802.11 binding協(xié)議的MIB草案。創(chuàng)新地提出了虛擬無(wú)線口的概念，實(shí)現(xiàn)了在瘦AP架構(gòu)下完全可以重用IEEE 802.11工作組(包括802.16等)已有的面向胖AP架構(gòu)的MIB標(biāo)準(zhǔn)，很好地促進(jìn)了IEEE標(biāo)準(zhǔn)在瘦AP架構(gòu)的演進(jìn)。目前兩篇工作組草案處于WGLC(Working Group Last Call)階段，預(yù)計(jì)年內(nèi)作為RFC發(fā)布。

2. IEEE 802.11n工作組

隨著YouTube、無(wú)線家庭媒體網(wǎng)關(guān)、企業(yè)Voice over WLAN等應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，對(duì)WLAN技術(shù)提出了越來(lái)越高的帶寬要求，802.11a/b/g這些傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法支撐新的業(yè)務(wù)需求，IEEE 802.11工作組意識(shí)到支持高吞吐將是WLAN技術(shù)發(fā)展歷程的關(guān)鍵點(diǎn)。基于IEEE HTSG(High Throughput Study Group)前期的技術(shù)工作，于2003年成立了Task Group n(TGn)。N表示Next Generation，核心內(nèi)容就是通過(guò)物理層和MAC層的優(yōu)化來(lái)充分提高WLAN技術(shù)的吞吐。由于802.11n涉及了大量的復(fù)雜技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中又涉及了大量的設(shè)備廠家，所以整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程歷時(shí)漫長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2009年末才可能成為標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)設(shè)備廠家早已無(wú)法耐心等待這么漫長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化周期，紛紛提前發(fā)布了各自的11n產(chǎn)品。為了確保這些產(chǎn)品的互通性，Wi-Fi聯(lián)盟基于IEEE 2007年發(fā)布的802.11n草案的2.0版本制定了11n產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)范，以幫助11n技術(shù)能夠快速產(chǎn)業(yè)化。

802.11n首要的任務(wù)是提高吞吐，通過(guò)結(jié)合物理層的多項(xiàng)技術(shù)，包括提供多條空間流(SDM)的MIMO技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多條數(shù)據(jù)流并發(fā)、通過(guò)綁定兩個(gè)20MHz帶寬(即40MHz)來(lái)提高物理頻寬、采用了MIMO-OFDM并提供了更多的子載頻等，從而將物理層吞吐提高到300Mbps。如果僅僅提高物理層的速率，而沒(méi)有對(duì)空口訪問(wèn)等MAC協(xié)議層的優(yōu)化，802.11n的物理層優(yōu)化將無(wú)從發(fā)揮，所以802.11n對(duì)MAC采用了Block確認(rèn)、幀聚合等技術(shù)，大大提高了MAC層的效率。

802.11n對(duì)用戶應(yīng)用的另一個(gè)重要收益是無(wú)線覆蓋的改善。由于采用了多天線技術(shù)，無(wú)線信號(hào)(對(duì)應(yīng)同一條空間流)將通過(guò)多條路徑從發(fā)送端到接收端，從而提供了分集效應(yīng)。在接收端采用一定方法對(duì)多個(gè)天線收到信號(hào)進(jìn)行處理，就可以明顯改善接收端的SNR，即使接受端較遠(yuǎn)時(shí)，也能獲得較好的信號(hào)質(zhì)量，從而間接提高了信號(hào)的覆蓋范圍。典型的技術(shù)包括MRC等。

除了吞吐和覆蓋的改善，11n技術(shù)還有一個(gè)重要的功能就是兼容傳統(tǒng)的802.11a/b/g，以保護(hù)用戶已有的投資。

目前，Cisco、H3C和Aruba公司已經(jīng)在全球率先發(fā)布了面向企業(yè)級(jí)和運(yùn)營(yíng)級(jí)市場(chǎng)的802.11n產(chǎn)品。