第十五章 WLAN概述

一、WLAN的定义

1、定义

**WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）**是现代通信网络的重要组成部分，广泛应用于家庭、企业、校园和公共场所。是指利用射频（RF）技术在局部范围内实现设备互联的计算机网络，无需物理线缆即可完成数据传输与资源共享。

标准依据：IEEE 802.11 系列协议
常见名称：Wi-Fi（Wi-Fi 联盟认证的品牌名）

2、特点

• 使用无线电波作为传输介质（2.4GHz、5GHz、6GHz）
• 支持移动终端接入
• 覆盖范围通常为几十米到数百米
• 易于部署和扩展

二、WLAN的工作原理

WLAN 的核心在于将传统有线局域网的数据链路层功能通过无线方式实现，其基本通信流程如下：

1、工作模式

（1）、基础架构模式（Infrastructure Mode）

• 所有设备通过 AP（Access Point）连接
• AP 负责管理 STA（Station）的接入、认证、加密、调度等
• 支持接入互联网

（2）、自组织模式（Ad-hoc / IBSS）

• 设备间直接通信，无需 AP
• 不支持接入外网
• 多用于临时文件共享或应急通信

（3）、Mesh 模式

• 多个节点自动组网，动态路由转发
• 实现广域无缝覆盖
• 适用于大户型、园区、智慧城市

2、工作机制

机制	功能说明
CSMA/CA	载波侦听多路访问/冲突避免（Collision Avoidance），因无法检测碰撞，采用 RTS/CTS 握手机制减少冲突
DCF（分布式协调功能）	基于 CSMA/CA 的基础接入机制
PCF（点协调功能）	可选机制，由 AP 主动轮询设备发送数据，适合实时业务
帧聚合（A-MPDU/A-MSDU）	提高吞吐效率，减少开销
MIMO（多入多出）	利用多天线同时收发，提升速率与稳定性
OFDMA（正交频分多址）	Wi-Fi 6 引入，允许多用户共享子载波资源

3、数据传输流程

1. 终端开启 Wi-Fi → 扫描信道 → 接收到 Beacon 帧（广播 SSID）

2. 发起 Probe Request → AP 回应 Probe Response

3. 发起认证（Authentication）→ AP 验证身份

4. 发起关联（Association）→ 建立逻辑连接

5. 获取 IP 地址（DHCP）

6. 开始数据通信（加密传输）

   🔐 加密过程：WPA2/WPA3 使用四次握手协议（4-Way Handshake），生成 PTK（Pairwise Transient Key）用于加密单播流量

三、WLAN的组网架构

根据应用场景不同，WLAN 的组网架构可分为以下几种典型结构：

1、独立 AP 架构（Fat AP）

• 每个 AP 独立运行，自带路由、安全、用户管理功能
• 配置简单，适合小规模部署（如家庭、小型办公室）

    +---------+| Router  |+----+----+|+-----+-----+|   AP (Fat)  |+-----+-------+|+-------+--------+|  STA (手机/电脑) |+----------------+

❌ 缺点：难以集中管理，漫游体验差

2、集中式 AC+Fit AP 架构（瘦 AP 架构）

• AP 仅负责无线信号收发（“瘦”AP）
• AC（Access Controller）统一管理所有 AP，负责配置下发、用户认证、负载均衡、漫游控制等
• 支持大规模部署（企业、校园、商场）

           Internet|+----+----+|   AC    | ← 统一控制器+----+----+|+---------+-----------+|         |           |+---+---+ +---+---+   +---+---+| FitAP | | FitAP |...| FitAP |+-------+ +-------+   +-------+|         |           |STAs      STAs        STAs

✅ 优点：

• 集中配置与监控
• 快速漫游（802.11r/k/v）
• 负载均衡
• 射频优化（自动调优信道与功率）

3、云管理 WLAN 架构（Cloud-managed WLAN）

• 所有设备通过云端平台（如 Cisco Meraki、H3C Cloud、TP-Link Omada Cloud）进行远程管理
• 控制器部署在云端，AP 本地零配置上线
• 支持跨地域统一运维

        +-------------+|  Cloud AC   | ← Web 页面或 App 管理+------+------+|| HTTPS/TLS|+-------v--------+| Internet/4G/5G ||+-------+--------+|+-----+-----+|   AP      | ← 自动注册上云+-----+-----+|+-----+-----+|   STA     |+-----------+

✅ 优势：

• 零接触部署（Zero-Touch Provisioning）
• 实时监控与告警
• 支持多租户、多站点管理

4、Mesh 组网架构

• 多个节点组成自愈网络，任意节点断开不影响整体连通性
• 支持有线回传（Backhaul）和无线回传
• 典型产品：华为 AI Cube、小米 Mesh 路由器、Netgear Orbi

 [主路由] ←→ [子节点1] ←→ [子节点2]|             |STA          STA

✅ 应用场景：别墅、复式楼、无预埋网线环境

四、新一代WLAN解决方案

随着物联网、高清视频、AR/VR 等应用的发展，对无线网络提出了更高要求。以下是近年来主流的新一代 WLAN 技术与解决方案：

1、Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax）

技术	说明
OFDMA	将信道划分为多个子载波，允许多用户同时传输，提高并发能力
MU-MIMO	下行+上行双向多用户 MIMO，提升高密度场景性能
TWT（目标唤醒时间）	允许设备协商唤醒时间，显著降低功耗（适合 IoT）
BSS Coloring	区分同频干扰源，提升抗干扰能力
1024-QAM	更高调制阶数，提升单流速率约 25%

🚀 理论峰值速率：9.6 Gbps（8x8 MIMO, 160MHz）

2、Wi-Fi 6E（Wi-Fi 6 Extended）

• 在 Wi-Fi 6 基础上扩展至 6 GHz 频段
• 新增 1200 MHz 连续带宽（共 59 个 20MHz 信道）
• 彻底避开 2.4GHz 和 5GHz 的拥塞问题
• 支持更低延迟、更高吞吐的应用（如 VR/8K 视频）

⚠️ 要求设备支持 6GHz 频段（需硬件升级）

3、Wi-Fi 7（IEEE 802.11be）——下一代标准（已发布草案）

技术	描述
320MHz 超宽信道	提供更大带宽，理论速率翻倍
4096-QAM	比 1024-QAM 提升 20% 数据密度
Multi-Link Operation (MLO)	多链路操作：允许设备在同一时间使用多个频段（如 5GHz + 6GHz）并行传输，实现负载均衡与冗余备份
Puncturing（打孔机制）	动态跳过被占用的子信道，灵活利用碎片化频谱
低延迟调度	支持确定性服务（Deterministic Scheduling），满足工业自动化需求

🚀 理论峰值速率可达 46 Gbps

5、新一代组网方案融合趋势

方向	说明
智能化射频管理	AI 驱动的信道选择、功率调整、干扰识别
深度融合 SDN/NFV	软件定义网络，实现策略驱动的动态调度
WLAN + 5G 融合	在企业网中实现双栈接入，互补覆盖
零信任安全模型集成	结合 NAC（网络准入控制）、RADIUS、证书认证实现端到端安全
干扰识别
深度融合 SDN/NFV	软件定义网络，实现策略驱动的动态调度
WLAN + 5G 融合	在企业网中实现双栈接入，互补覆盖
零信任安全模型集成	结合 NAC（网络准入控制）、RADIUS、证书认证实现端到端安全
IoT 友好设计	支持大量低功耗设备接入（蓝牙/Wi-Fi HaLow 协同）