Документ описывает основы технологии Wi-Fi, включая принципы радиотехники, различные стандарты Wi-Fi и методы модуляции. Рассматриваются параметры, такие как единицы измерения мощности, затухание сигнала в различных средах, а также особенности и эволюция различных стандартов Wi-Fi и их технические характеристики. Также упоминаются аспекты аутентификации и защиты данных в сетях Wi-Fi.

1. Основы технологии
Wi-Fi
Вадим Еремеев
11.03.2014
vy@nstel.ru
ведущий:

2. Основы радиотехники

3. Элементы приёмопередатчика
-Передатчик
-Приёмник
-Антенно-фидерные устройства (АФУ)

4. Единицы измерения
Единица измерения мощности - Ватт (W), милливатт (mW).
В радиотехнике используют логарифмически зависимые:
- Относительные dB
dB=10log(P1/P2)
P1=100W, P2=10W, ∆P=10log(100/10)=10dB
P1=100W, P2=50W, ∆P=10Log(100/50)=3dB
- Абсолютные dBm, dBi.
PdBm=10log(Pmw)
P=100mW, PdBm=10log(100)=20dBm
P=1mW, PdBm=10log(1)=0dBm

5. Единицы измерения
dBi (дБи) – изотропный дБ, выражает к-т усиления антенны
относительно изотропного излучателя.
KdBi=10log(Pant/Piso)
Изотропный излучатель – антенна,
излучающая одинаково во всех
направлениях. Существует только
в теории, на практике невозможно
создать из-за конструктивных
особенностей антенны.

6. SOM - System Operating Margin - бюджет радиолинии. Определяет
разницу между принимаемым сигналом и минимальным пороговым
значением. Разные скорости работы используют различные технологии
модуляции и методы кодирования, что определяет уровни пороговой
чувствительности приёмника. Чем выше скорость работы - выше кратность
модуляции - тем ниже порог чувствительности.
5.5 M 6 M 9 M 11M 12M 18M 24M 36M 48M 54M
-92
dBm
-86
dBm
-86
dBm
-90
dBm
-86
dBm
-86
dBm
-84
dBm
-80
dBm
-75
dBm
-71
dBm

7. Бюджет радиолинии

8. Поляризация антенн
определяется плоскостью электрического поля
совпадает с физической ориентацией антенны

9. Зона Френеля
Зона Френеля - имеет форму эллипса, центром которого является
воображаемой линией прямой видимости между двух антенн. Теоретически
существует бесконечное количество зон. На практике интересна только первая.
Для устойчивого соединения
не более 20 % первой зоны Френеля может быть закрыта.

10. Затухание сигнала в различных
средах
Таблица для сигнала 2.4 ГГц
Препятствие Ослабление (dB) Эффективная
дальность
Открытое пространство 0 100 %
Стекло 3 70 %
Стекло (металлические
жалюзи, краска)
5-8 50 %
Тонкая стена 5-8 50 %
Средняя стена (древесина) 10 30 %
Толстая стена (кирпич 15-20 см) 15-20 15 %
Толстая стена (кирпич 30 см) 20 -25 10 %
Пол/потолок 15-20 15 %
Толстый пол/потолок 20-25 10 %

11. RF-Математика
Правило 3-х: при добавлении 3 dB, уровень сигнала
увеличивается в двое, и наоборот:
dBm + 3 = mW * 2; dBm – 3 = mW ÷ 2
Правило 10-ти: при добавлении 10 dB, уровень сигнала
увеличивается в десять раз, и наоборот
dBm + 10 = mW * 10; dBm – 10 = mW ÷ 10
При увеличении уровня сигнала на 6 dB, расстояние
увеличивается вдвое, и наоборот:
dBm +6 = L * 2; dBm – 6 = L ÷ 2

12. Основы Wi-Fi

13. Стандарты Wi-Fi
IEEE 802.11 - самый первый стандарт WLAN, 1997 г, 1 Mbps и 2 Mbps, 2.4 GHz RF.
В настоящее время часть 802.11b
IEEE 802.11a - стандарт 1999 г, 54 Mbps, 5 GHz RF
IEEE 802.11b - расширение 802.11, 5.5 and 11 Mbps (1999), 2.4 GHz
IEEE 802.11e - расширение для использования средств мультимедиа (2005)
IEEE 802.11g - стандарт 2003 г, 54 Mbit/s, 2.4 GHz (обратно совместим с b)
IEEE 802.11i - расширение для использования шифрования WPA2 (2004)
IEEE 802.11n - стандарт сентябрь 2009 г, увеличение скорости передачи до 600
Mbps, 2.4 & 5 Ghz RF
IEEE 802.11s - расширение для использования технологии Mesh Networking
IEEE802.11 ac – стандарт финальная версия – январь 2014г, скорость передачи до
3 GHz, 5 GHz RF, 8x8 MU-MIMO, полоса до 160 MHz.

14. Технология распределённого
спектра
Метод частотных скачков (FHSS):
– Используется в 802.11
– Ограниченная пропускная способность (<2 Мбит/с)
– Одна информационная несущая
– Устойчивость к многолучевой интерференции
– В наст. время используется в Bluetooth (802.15)

15. Технология распределённого
спектра
Метод прямой последовательности (DSSS):
– Высокая пропускная способность
– Простота реализации
– Более высокая скорость кодирующей последовательности
обеспечивает устойчивость к интерференции
– Реализуются различные методы модуляции несущих
– В настоящее время используется в 802.11 WLAN
2.4 GHz Band

16. Технология распределённого
спектра
DSSS использует 11 битное избыточное кодирование Кодом Баркера.
Каждый бит информации кодируется 11-ю битами кода. DSSS
используется в 802.11, получаемые скорости 1 и 2 Мбит/с.
HR-DSSS (высокоскоростная DSSS технология) использует 8-ми битное
избыточное кодирование CCK (Complementary Code Keying). CCK
используется в 802.11b. CCK позволяет кодировать 4 бита данных 8-
ми битным кодом – 5.5 Мбит/с, 6 бит данных 8-ми битным кодом – 11
Мбит/с.

17. Технология OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (ортогональное
частотное мультиплексирование) – технология, используемая в
802.11а стандарте, позволяет передавать данные до 54 Мбит/с.
OFDM не является технологией расширенного спектра, но
обладает похожими свойствами: низкая мощность передачи,
использование более широкой полосы, чем требуется для
передачи данных. OFDM использует 52 субчастоты, 48
используется для передачи данных, 4 – служебные.
ERP-OFDM – Extended Rate Physical OFDM – расширение OFDM
для диапазона 2.4 ГГц. Используется в 802.11g стандарте, также
позволяет передавать данные до 54 Мбит/с.
В стандарте 802.11n используется 52 субчастоты для передачи
данных, за счёт чего получают скорость 65 Мбит/с.

18. Технология OFDM

19. Частотные каналы 2.4 ГГц
Число каналов, разрешённые различными организациями:
FCC 11 каналов
ETSI 13 каналов
Japan 14 каналов
По стандарту между несущими должен быть разнос не менее 25 МГц,
т.о. в 802.11 b/g может быть 3 непересекающихся канала – обычно 1, 6, 11.

20. Частотные каналы 2.4 ГГц
№ ch 1 2 3 4 5 6 7 8 9
F,GHz 2,412 2,417 2,422 2,427 2,432 2,437 2,442 2,447 2,452
№ ch 10 11 12 13 14
F,GHz 2,457 2,462 2,467 2,472 2,484

21. Частотные каналы 5 ГГц

22. MIMO
MIMO – Множественный ввод, множественный вывод
Spatial Multiplexing – N информационных потоков
Diversity coding – 1 информационный поток

23. Beamforming
Использует фазированную антенную решётку
Формирует ДНА в сторону клиента
Преимущество - увеличение главного лепестка (К-т усиления антенны)
Преимущество – уменьшение боковых лепестков (Увеличение SNR)

24. Modulation Coding Scheme
MCS
index
Spatial
streams
Modulation
type
Coding
rate
Data rate (Mbit/s)
20 MHz channel 40 MHz channel
800 ns GI 400 ns GI 800 ns GI 400 ns GI
0 1 BPSK 1/2 6.50 7.20 13.50 15.00
1 1 QPSK 1/2 13.00 14.40 27.00 30.00
2 1 QPSK 3/4 19.50 21.70 40.50 45.00
3 1 16-QAM 1/2 26.00 28.90 54.00 60.00
4 1 16-QAM 3/4 39.00 43.30 81.00 90.00
5 1 64-QAM 2/3 52.00 57.80 108.00 120.00
6 1 64-QAM 3/4 58.50 65.00 121.50 135.00
7 1 64-QAM 5/6 65.00 72.20 135.00 150.00
8 2 BPSK 1/2 13.00 14.40 27.00 30.00
9 2 QPSK 1/2 26.00 28.90 54.00 60.00
10 2 QPSK 3/4 39.00 43.30 81.00 90.00
11 2 16-QAM 1/2 52.00 57.80 108.00 120.00
12 2 16-QAM 3/4 78.00 86.70 162.00 180.00
13 2 64-QAM 2/3 104.00 115.60 216.00 240.00
14 2 64-QAM 3/4 117.00 130.00 243.00 270.00
15 2 64-QAM 5/6 130.00 144.40 270.00 300.00

25. 16 3 BPSK 1/2 19.50 21.70 40.50 45.00
17 3 QPSK 1/2 39.00 43.30 81.00 90.00
18 3 QPSK 3/4 58.50 65.00 121.50 135.00
19 3 16-QAM 1/2 78.00 86.70 162.00 180.00
20 3 16-QAM 3/4 117.00 130.00 243.00 270.00
21 3 64-QAM 2/3 156.00 173.30 324.00 360.00
22 3 64-QAM 3/4 175.50 195.00 364.50 405.00
23 3 64-QAM 5/6 195.00 216.70 405.00 450.00
24 4 BPSK 1/2 26.00 28.80 54.00 60.00
25 4 QPSK 1/2 52.00 57.60 108.00 120.00
26 4 QPSK 3/4 78.00 86.80 162.00 180.00
27 4 16-QAM 1/2 104.00 115.60 216.00 240.00
28 4 16-QAM 3/4 156.00 173.20 324.00 360.00
29 4 64-QAM 2/3 208.00 231.20 432.00 480.00
30 4 64-QAM 3/4 234.00 260.00 486.00 540.00
31 4 64-QAM 5/6 260.00 288.80 540.00 600.00
Modulation Coding Scheme

26. Терминология WLAN
BSS – Basic Service Set (комплект
базовой службы) – точка доступа и
клиент/клиенты. Базовый означает
только одна ТД/”одна сота”
BSS относится к “инфраструктурному
режиму” --режим, который требует ТД.
Весь беспроводной трафик проходит
через точку доступа. Прямой обмен
клиент-клиент не допускается.
BSS имеет уникальный SSID

27. Терминология WLAN
ESS – комплект
расширенной службы –
определяет два или более
BSS соединенных через
распределительную сеть.
Все пакеты в ESS должны
проходить через одну из ТД.

28. Терминология WLAN
SSID – чувствительное к регистру уникальное имя WLAN
(от 2 до 32 символов)
SSID устанавливаются администратором на ТД (м.б.
несколько SSID на ТД)
SSID включается во все пакеты на WLAN (в т.ч. в кадры
beacon, probe request, probe response)
Только устройства с равными SSID могут обмениваться
информацией
На клиентской станции необходимо указать с каким SSID (с
какой WLAN) она будет работать

29. Терминология WLAN
IBSS – независимый комплект
базовой службы – не имеет ТД.
Покрывает одну ячейку и имеет один
SSID.
IBSS известна как ad-hoc сеть (равный
с равным).
Для передачи данных вне IBSS один
из клиентов должен действовать как
шлюз или маршрутизатор.

30. Пассивное сканирование
ТД шлют beacons со след. информацией:
– SSID, канал, синхронизация, поддерживаемые скорости и др.
Клиенты пассивно сканируют радиоканалы для приема beacons.
Клиенты выбирают ТД с “правильным” SSID и пробуют
ассоциироваться с ней.
Если несколько ТД
используют один SSID, то
выбирается соединение с
наилучшими параметрами (сила
сигнала, минимальные ошибки и
т.п.).
Клиенты остаются в режиме
сканирования (для обеспечения
роуминга/ хэндовера к другой ТД).

31. Активное сканирование
Станции шлют probe запрос со след. информацией:
– SSID, канал, поддерживаемые скорости и др;
– SSID м.б. Broadcast SSID.
Если указан конкретный SSID,
то отвечает ТД с этим SSID, если
указан broadcast SSID, то отвечать
будут все станции в зоне
досягаемости станции.
После определения ТД, через
которую станция подключится к
сети, начинается процесс
аутентификации и ассоциации.

32. Методы аутентификации
802.1x & EAP
– 802.1x – реализует схему взаимной аутентификации клиента и
ТД. Схема использует сервер аутентификации и протокол
аутентификации;
– EAP представляет и обрабатывает пользовательские мандаты (
цифровой сертификат, имя-пароль, ID и т.п.). EAP-MD-5, LEAP, EAP-
TLS, EAP-TTLS, EAP-SRP, EAP-SIM – различные реализации EAP.
WPA (Wi-Fi Protected
Access)/WPA2 (802.11i) –
метод защиты и целостности
данных использующий управление
ключами и новейшие
математические методы
шифрования
WPA(WPA2) -PSK – SOHO
аутентификация

33. Dynamic Rate Shifting (DRS)
Dynamic Rate Shifting (DRS)
или Adaptive Rate Selection (ARS)
– метод динамического уменьшения
скорости передачи на WLAN
станции.
Изменение скорости происходит
при ухудшении уровня
принимаемого сигнала.
Скорость устанавливается к
заданным дискретным значениям.

34. Эволюция Wi-Fi систем
Enterprise wireless
gateways
• Central AP mgmt for
1st gen. WLAN
• VPN+Stateful Firewall
• 802.1x/EAP/LDAP/AD
• Role Based Policies
• Guest Access
• Basic QoS
Traditional AP
• Stand Alone
• Poor security
• Manual RF
survey
• Retains config
info
• Individual mgmt
Secure Centralized
WLAN
Additional:
• RF-Intrusion
Prevention
• Role Based Policies
• Stateful Firewall
• NAC/Endpoint
integrity
support
• Basic Guest Access
Centralized WLAN
• Thin AP architecture
• AP retains no info
• Dynamic RF
• Zero config AP
• Central configuration
• No complex surveys
• QoS for voice, etc.
I поколение II поколение III поколение IV поколение

35. Эволюция Wi-Fi систем
V поколение – облачный Wi-Fi
Маршрутизируемая
сеть
Контроллер
vWLAN
Role X Role Y
Control
Untagged
User
Tagged, Vlan X
User
Tagged, Vlan Y
Hypervisor

36. Основные технические
характеристики и условия
использования устройств
малого радиуса действия в
сетях беспроводной передачи
данных
Требования ГРЧЦ для
оборудования Wi-Fi

37. Москва, аэропорт Домодедово
Результаты тестов публичного Wi-Fi
Амстердам, аэропорт Shiphol
Москва, форум
Русская неделя Интернета

38. Спасибо за внимание!
? ? ? ? ?
Вадим Еремеев
vy@nstel.ru
yvv2003@rambler.ru