无线局域网将无线通信技术与网络技术相结合，通过无线信道来实现网络设备之间的通信，提供有线局域网的功能。通过局域网与互联网的连接，无线局域网使得用户获得随时、随地、随意的宽带网络接入服务。

1.无线局域网架构

无线局域网有两种基本架构，一种是适用于小范围的自治式网络架构（FAT AP），另一种是适用于中大范围的集中式网络架构（AC FIT AP）。

在自治式网络架构中，智能设备直接连接到网络接入点，如图4-15所示。在自治式网络架构中网络接入点功能强大，独立性强，具备自治能力，不仅可以发射射频提供无线信号供无线终端接入，还能独立完成安全加密、用户认证和用户管理等管控功能，因此被称为胖网络接入点（FAT AP）。独立自治是FAT AP的特点，当单个部署时，由于FAT AP具备较好的独立性，不需要另外部署管控设备，因此部署起来很方便，成本也较低廉，在家庭或中小企业WLAN中，使用一个无线路由器就能将各类设备连接到网络中。

图4-15 自治式网络架构

FAT AP产品的管理平面、控制平面、数据平面都集成在同一个系统中，这种架构非常适用于简单小型无线网络部署，如家庭或者小企业无线网应用；缺点是在网络规模较大的情况下，较难集中管理。

集中式网络架构（AC FIT AP）在自治式网络架构上增加了无线控制器（AC）作为中央集中控制管理设备，如图4-16所示。原先在FAT AP自身上承载的用户认证、漫游切换、动态密钥等复杂功能转移到无线控制器上，AP与AC之间通过隧道方式通信，可以跨越L2、L3网络，甚至广域网进行连接，大大提高了整网的工作效率。

图4-16 集中式网络架构

集中式网络架构能够支持不同规模的无线网络部署。FIT AP仅提供数据与控制平面的部分功能，剩下的数据与控制平面功能以及全部管理平面功能由AC完成。AC与FIT AP间通过CAPWAP隧道传递控制与数据报文。集中式网络架构能够提供更为专业和丰富的无线功能，适用于大中型无线网络，如火车站、飞机场等公共场合或大中型企业无线网应用。

集中式网络架构解决了自治式网络架构对于大中型网络难于集中管理的问题。而且这种架构具有三层漫游、基于用户下发权限优势功能；缺点是往往AC和AP需要跨越广域网通信，需要消耗更大的链路带宽，同时也会出现诸如用户认证慢、漫游性能差等问题。

2.无线局域网技术标准802.11

美国电气和电子工程师协会802委员会成立于1980年初，专门从事局域网标准的制定工作。IEEE 802.11系列标准主要确定无线局域网的访问控制方法与物理层规范。802.11标准对网络的物理层（PH）和媒质访问控制层（MAC）进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商的产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层（LLC）是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。IEEE的802.11标准由很多子集构成，它详细定义了WLAN中从物理层到MAC（媒体访问控制）层的通信协议。该系列中的802.11b、802.11a和802.11g都已经得到广泛应用，尤其是802.11b的产品普及率最高。

IEEE 802.11b标准即Wi-Fi使用开放的2.4GHz频段，物理调制方式为补码键控（CCK）编码的直接序列扩频（DSS），最大数据传输速率为11Mbit/s，无须直线传播。其实际的传输速率在5Mbit/s左右，使用动态速率转换。当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mbit/s、2Mbit/s和1Mbit/s，且当工作在2Mbit/s和1Mbit/s速率时可向下兼容IEEE 802.11。IEEE802.11b的使用范围在室外为300m，在办公环境中则最长为100m。IEEE802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。

IEEE 802.11b运作模式基本分为以下两种。

1）点对点模式。点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式。具有无线网卡的智能物体可以与另一台具有无线网卡的智能物体相连接，对于小型的无线网络来说，这是一种方便的连接方式，最多可连接256台设备，即Ad Hoc模式或者独立基本服务集（IBSS）。(www.daowen.com)

2）基本模式。基本模式（BSS）是指仅使用一个网络接入点（AP）的无线网络。使用多个接入点的两个或多个BSS无线网络可以组成扩展服务集（ESS），这是无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，也是802.11b最常用的方式。在这种模式下，具有无线网卡的智能物体需要通过网络接入点与另一台具有无线网卡的智能物体相连接。网络接入点负责频段管理及漫游等指挥工作，一个接入点最多可连接1024台具有无线网卡的智能设备。当无线网络结点扩增时，网络存取速度会随着范围扩大和结点的增加而变慢，此时添加接入点可以有效地控制和管理频宽与频段。

IEEE 802.11a是美国电气和电子工程师协会为了改进其无线标准IEEE 802.11b，提高数据传输速率而推出的无线局域网络协议标准。802.11a具备更高频宽的特性，适用于处理大量资料。IEEE 802.11a工作在5GHz U-NII频带，从而避开了拥挤的2.4GHz频段，所以相对802.11b来说几乎是没有干扰的。物理层速率可达54Mbit/s，传输层速率可达25Mbit/s。采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术，可提供25Mbit/s的无线ATM接口、10Mbit/s以太网无线帧结构接口和TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

IEEE 802.11a标准的传输优点是传输速度快，速率可达54Mbit/s，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要；缺点是无法与802.11b兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用。另外，IEEE 802.11a因为空中接力不好、点对点连接很不经济，所以不适合小型设备。由于技术成本过高，缺乏价格竞争力，加上5GHz并非免费频段，在部分地区面临频谱管制的问题，因此IEEE 802.11a的市场推广率一直不高。

IEEE 802.11g是IEEE为了解决802.11a与802.11b的互通而出台的一个标准，它是802.11b的延续，两者同样使用2.4GHz通用频段，互通性高。IEEE 802.11g的数据传输速率可以达到54Mbit/s，但由于2.4GHz频段干扰过多，因此其传输速率低于802.11a。

802.11g与802.11a和802.11b同时兼容。它同时支持802.11b的CCK和802.11a的OFDM，802.11g还支持分组二进制卷积编码（PBCC）技术。802.11g中规定的调制方式包括CCK-OFDM和PBCC-22两种，其中PBCC-22作为对IEEE 802.11b的兼容方式，其最高传输速率达到了22Mbit/s，而CCK-OFDM则作为802.11g的强制54Mbit/s模式。同时支持两种模式的802.11g产品便可以在与802.11b网络兼容的情况下，最高提供与802.11a标准相同的54Mbit/s连接速率。

802.11g的兼容性和高数据速率弥补了802.11a和802.11b各自的缺陷，一方面使得802.11b产品可以平稳地向高数据速率升级，满足日益增加的带宽需求，另一方面使得802.11a实现了与802.11b的互通，克服了802.11a一直难以进入市场主流的尴尬，因此802.11g一出现就获得众多厂商的支持。

IEEE 802.11n是802.11g的后续标准。802.11n应用多入多出（MIMO）和正交频分复用（OFDM）技术，结合40MHz绑定、MIMO-OFDM等多项技术。为了充分发挥物理层的能力，802.11n对MAC层采用的帧聚合和Block ACK等多项技术进行优化。IEEE 802.11n的传输速率得到极大提升，理论速率最高可达600Mbit/s。802.11n可工作在2.4GHz和5GHz两个频段。

802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其他信号的干扰，因此其覆盖范围可以扩大到几平方千米，使WLAN移动性大大提高。

802.11n与802.11a/b/g兼容。鉴于802.11n设备发送的信号可能无法被802.11a/b/g的设备解析到，造成802.11a/b/g设备无法探测到802.11n设备，从而往空中直接发送信号，导致信道使用上的冲突。为解决这个问题，当802.11n运行在混合模式（即同时有802.11a/b/g设备在网络中）时，会在发送的报文头前添加能够被802.11a或802.11b/g设备正确解析的前导码，从而保证802.11a/b/g设备能够侦听到802.11n信号，并启用冲突避免机制，进而实现802.11n的设备与802.11a/b/g设备的互通。

IEEE 802.11ac是IEEE 802.11n的继承者，与802.11n工作在2.4GHz和5GHz频段不同，802.11ac仅在5GHz频段工作。802.11ac更宽的信道带宽需求是其限制在5GHz频段的主要驱动因素。由于带宽的增加，信道规划成为新挑战，尤其是在拥堵且零散的2.4GHz频段，这是802.11ac选择5GHz频段的另一个因素。即便在相对广阔的5GHz频段，制造商仍须为设备提供自动跳频功能，以便合理利用现有资源并节省频谱。它通过5GHz频带进行通信。

802.11ac使用更多的多流空间传输技术，采用8×8 MIMO多输入输出。它使用256QAM的调制，连续80MHz的数据传输信道带宽，甚至还可以使用信道聚合技术，将数据信道总带宽提升至160MHz。802.11ac理论最高速率能达到6.93Gbit/s，而真正可以使用的数据速率约为1.56Gbit/s。

802.11ac支持802.11a和802.11n的技术，设备互通，兼容802.11全系列现有和即将发布的所有标准和规范。它遵循802.11i安全标准的所有内容，使得无线连接能够在安全性方面达到企业级用户的需求。802.11ac将可以帮助企业或家庭实现无缝漫游，并且在漫游过程中能支持无线产品相应的安全、管理以及诊断等应用。802.11ac还大大提高了能源效率，使得集成了802.11ac的智能物体的能耗大大降低。

在工业互联网时代，绝大多数的智能物体将通过无线传输方式接入互联网。其主要原因在于有些智能物体本身在不断改变位置，如智能手机、汽车、火车等；有些智能物体必须在野外工作，不方便通过有线连接，如布置在树林或农田里的传感器和设备；更多智能物体通过无线连接成本更低。根据智能物体的功能与应用，它们将以不同的速率接入互联网，而不同的接入速率将使用不同的无线传输技术。

1）低速率业务：绝大多数的传感器和智能物体都属于这一类。此类设备使用的频次很低，传送的数据少，但总数非常大。对于这类应用，窄带物联网（NB-IoT）技术由于其功耗低，可连接设备数高，覆盖范围广，将成为这类业务的首选。

2）高速率业务：如移动手机、车载设备和移动监控摄像头，其业务特点要求进行实时数据传输。这类应用将主要使用4G、5G或WLAN技术。

3）中等速率业务：这类应用使用频率高但传送的数据量不大，如各类家用电器、许多传送频率比较高的传感器等。这类应用将主要使用GPRS和WLAN技术。