专家详解WLAN主要技术标准与进展

　　概述

　　WLAN技术所具有的移动性、便捷性、较高的带宽等特点，以及大规模的产业化和低成本等诸多优势，使WLAN市场短短数年内得到了大规模发展。今天从家庭娱乐终端、移动便携、手机终端到企业各种应用，WLAN应用的身影无处不在。据统计，2008年全球销售了3亿8千多万颗WLAN芯片，较2007年增长了26%。巨大的增长让业界在期待着WLAN芯片销售能够在不远的将来达到惊人的每年10亿颗!

　　WLAN产业蓬勃发展和WLAN技术标准不断完善形成了良好的互动。WLAN技术标准主要由IEEE 802.11工作组负责制定。第一个802.11协议标准诞生于1997年并于1999年完成修订。随着WLAN早期协议暴露的安全缺陷，由于用户应用不断地呼唤着更高的吞吐，以及企业等应用对可管理性的要求，IEEE 802.11工作组陆续推出了802.11a、802.11b、802.11g、802.11i、802.11e、802.11n、802.11k等大量标准。此外，IETF的CAPWAP工作组还制定了无线AP的相关管理标准。

　　我们可以从无线安全、吞吐提高、可管理等方面对WLAN相关标准的发展进行如下分类：

　　无线吞吐提高

　　从传统的11a/b/g发展到最新的11n标准，物理层最高吞吐从54Mbps提高到了600Mbps。

　　实现无线安全

　　为了解决802.11标准中WEP等安全机制的缺陷，IEEE 802.11i工作组提出了802.11i标准。此外，中国制定了WAPI标准，目前正在申请成为国际标准。无论802.11i还是WAPI，都是为了保障用户无线数据的安全。802.11协议报文(管理报文)也是安全的重要环节，IEEE 802.11w工作组负责制定管理报文安全。

　　提高无线可管理性

　　WLAN大规模部署、Voice over WLAN等需求对无线资源和无线终端管理提出了更高要求，为此IEEE 成立了802.11k和802.11v工作组。此外，为了简化大量AP设备部署时的操作成本，IETF成立了CAPWAP工作组以制定相关标准。

　　其它标准

　　为了满足Voice over WLAN等业务对QoS、快速漫游的要求,IEEE成立了802.11e、802.11r工作组。为了标准化基于WLAN的mesh网络技术，IEEE成立了802.11s工作组。

　　谈到IEEE　802.11工作组的相关标准，就必然谈到Wi-Fi联盟。IEEE　802.11主要关注的是技术标准和协议接口，并没有限制协议的具体实现，所以即使各厂家基于相同协议标准开发，仍然存在互通风险。802.11标准的产品化、产业化需要一个组织来推动，产品互通性需要一个组织来认证，这些需求促进了Wi-Fi联盟的诞生。Wi-Fi联盟参考IEEE　802.11标准制定了大量认证标准。比如，参考802.11i协议，Wi-Fi联盟制定了WPA/WPA2认证标准;参考802.11e协议，制定了WMM认证标准。Wi-Fi联盟的存在极大地推动了WLAN产业化。

　　标准组简介

　　本文将重点介绍IETF CAPWAP工作组、802.11n、802.11i、WAPI等协议标准。

　　1. IETF CAPWAP工作组

　　在企业中大量部署AP时，对这些AP升级软件、设置发射功率等管理工作将给用户带来很高的操作成本。2002年左右，WLAN在企业等应用发展出现了新的趋势：瘦AP(FIT AP)架构。即通过无线控制器(AC)来管理多个AP，AP和AC间采用某种隧道协议进行通讯，无线接入报文的处理在AP和AC间分担实现。而传统的AP由于在一个AP上实现了所有无线接入等功能，所以被称为胖AP(FAT AP)。

　　图1 瘦AP架构

　　为了解决隧道协议不兼容造成的A厂家的AP和B厂家的AC无法进行互通的问题，IETF在2005年成立了CAPWAP工作组以标准化AP和AC间的隧道协议。该协议主要功能包括了：AP自动发现AC，AC对AP进行安全认证，AP从AC获取软件映像，AP从AC获得初始和动态配置等。此外，系统可以支持本地数据转发和集中数据转发。瘦AP架构让AC具有了对整个WLAN网络的完整视图，为无线漫游、无线资源管理等业务功能的实现提供了基础。

　　作为隧道协议的一个重要设计目标，它希望能够承载多种无线接入技术，如802.11和802.16。所以工作组协议包括了两部分：CAPWAP协议和无线binding协议。CAPWAP协议(RFC5415，2009年4月发布)作为通用隧道协议，完成了AP发现AC等基本协议功能，和具体的无线接入技术无关。目前工作组只提供了802.11的binding协议(RFC5416，2009年4月发布)，以支持802.11网络的配置管理功能。

　　目前，包括H3C在内的多个厂家已经将支持CAPWAP相关协议列入产品下一步开发计划。H3C的技术专家作为第一作者起草了CAPWAP协议的MIB草案和802.11 binding协议的MIB草案。创新地提出了虚拟无线口的概念，实现了在瘦AP架构下完全可以重用IEEE 802.11工作组(包括802.16等)已有的面向胖AP架构的MIB标准，很好地促进了IEEE标准在瘦AP架构的演进。目前两篇工作组草案处于WGLC(Working Group Last Call)阶段，预计年内作为RFC发布。

　　2. IEEE 802.11n工作组

　　随着YouTube、无线家庭媒体网关、企业Voice over WLAN等应用的不断涌现，对WLAN技术提出了越来越高的带宽要求，802.11a/b/g这些传统技术已经无法支撑新的业务需求，IEEE 802.11工作组意识到支持高吞吐将是WLAN技术发展历程的关键点。基于IEEE HTSG(High Throughput Study Group)前期的技术工作，于2003年成立了Task Group n(TGn)。N表示Next Generation，核心内容就是通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。由于802.11n涉及了大量的复杂技术，标准过程中又涉及了大量的设备厂家，所以整个标准制定过程历时漫长，预计2009年末才可能成为标准。相关设备厂家早已无法耐心等待这么漫长的标准化周期，纷纷提前发布了各自的11n产品。为了确保这些产品的互通性，Wi-Fi联盟基于IEEE 2007年发布的802.11n草案的2.0版本制定了11n产品认证规范，以帮助11n技术能够快速产业化。

　　802.11n首要的任务是提高吞吐，通过结合物理层的多项技术，包括提供多条空间流(SDM)的MIMO技术来实现多条数据流并发、通过绑定两个20MHz带宽(即40MHz)来提高物理频宽、采用了MIMO-OFDM并提供了更多的子载频等，从而将物理层吞吐提高到300Mbps。如果仅仅提高物理层的速率，而没有对空口访问等MAC协议层的优化，802.11n的物理层优化将无从发挥，所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧聚合等技术，大大提高了MAC层的效率。

　　802.11n对用户应用的另一个重要收益是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术，无线信号(对应同一条空间流)将通过多条路径从发送端到接收端，从而提供了分集效应。在接收端采用一定方法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的SNR，即使接受端较远时，也能获得较好的信号质量，从而间接提高了信号的覆盖范围。典型的技术包括MRC等。

　　除了吞吐和覆盖的改善，11n技术还有一个重要的功能就是兼容传统的802.11a/b/g，以保护用户已有的投资。

　　目前，Cisco、H3C和Aruba公司已经在全球率先发布了面向企业级和运营级市场的802.11n产品。

　　标准组简介

　　本文将重点介绍IETF CAPWAP工作组、802.11n、802.11i、WAPI等协议标准。

　　1. IETF CAPWAP工作组

　　在企业中大量部署AP时，对这些AP升级软件、设置发射功率等管理工作将给用户带来很高的操作成本。2002年左右，WLAN在企业等应用发展出现了新的趋势：瘦AP(FIT AP)架构。即通过无线控制器(AC)来管理多个AP，AP和AC间采用某种隧道协议进行通讯，无线接入报文的处理在AP和AC间分担实现。而传统的AP由于在一个AP上实现了所有无线接入等功能，所以被称为胖AP(FAT AP)。

　　图1 瘦AP架构

　　为了解决隧道协议不兼容造成的A厂家的AP和B厂家的AC无法进行互通的问题，IETF在2005年成立了CAPWAP工作组以标准化AP和AC间的隧道协议。该协议主要功能包括了：AP自动发现AC，AC对AP进行安全认证，AP从AC获取软件映像，AP从AC获得初始和动态配置等。此外，系统可以支持本地数据转发和集中数据转发。瘦AP架构让AC具有了对整个WLAN网络的完整视图，为无线漫游、无线资源管理等业务功能的实现提供了基础。

　　作为隧道协议的一个重要设计目标，它希望能够承载多种无线接入技术，如802.11和802.16。所以工作组协议包括了两部分：CAPWAP协议和无线binding协议。CAPWAP协议(RFC5415，2009年4月发布)作为通用隧道协议，完成了AP发现AC等基本协议功能，和具体的无线接入技术无关。目前工作组只提供了802.11的binding协议(RFC5416，2009年4月发布)，以支持802.11网络的配置管理功能。

　　目前，包括H3C在内的多个厂家已经将支持CAPWAP相关协议列入产品下一步开发计划。H3C的技术专家作为第一作者起草了CAPWAP协议的MIB草案和802.11 binding协议的MIB草案。创新地提出了虚拟无线口的概念，实现了在瘦AP架构下完全可以重用IEEE 802.11工作组(包括802.16等)已有的面向胖AP架构的MIB标准，很好地促进了IEEE标准在瘦AP架构的演进。目前两篇工作组草案处于WGLC(Working Group Last Call)阶段，预计年内作为RFC发布。

　　2. IEEE 802.11n工作组

　　随着YouTube、无线家庭媒体网关、企业Voice over WLAN等应用的不断涌现，对WLAN技术提出了越来越高的带宽要求，802.11a/b/g这些传统技术已经无法支撑新的业务需求，IEEE 802.11工作组意识到支持高吞吐将是WLAN技术发展历程的关键点。基于IEEE HTSG(High Throughput Study Group)前期的技术工作，于2003年成立了Task Group n(TGn)。N表示Next Generation，核心内容就是通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。由于802.11n涉及了大量的复杂技术，标准过程中又涉及了大量的设备厂家，所以整个标准制定过程历时漫长，预计2009年末才可能成为标准。相关设备厂家早已无法耐心等待这么漫长的标准化周期，纷纷提前发布了各自的11n产品。为了确保这些产品的互通性，Wi-Fi联盟基于IEEE 2007年发布的802.11n草案的2.0版本制定了11n产品认证规范，以帮助11n技术能够快速产业化。

　　802.11n首要的任务是提高吞吐，通过结合物理层的多项技术，包括提供多条空间流(SDM)的MIMO技术来实现多条数据流并发、通过绑定两个20MHz带宽(即40MHz)来提高物理频宽、采用了MIMO-OFDM并提供了更多的子载频等，从而将物理层吞吐提高到300Mbps。如果仅仅提高物理层的速率，而没有对空口访问等MAC协议层的优化，802.11n的物理层优化将无从发挥，所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧聚合等技术，大大提高了MAC层的效率。

　　802.11n对用户应用的另一个重要收益是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术，无线信号(对应同一条空间流)将通过多条路径从发送端到接收端，从而提供了分集效应。在接收端采用一定方法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的SNR，即使接受端较远时，也能获得较好的信号质量，从而间接提高了信号的覆盖范围。典型的技术包括MRC等。

　　除了吞吐和覆盖的改善，11n技术还有一个重要的功能就是兼容传统的802.11a/b/g，以保护用户已有的投资。

　　目前，Cisco、H3C和Aruba公司已经在全球率先发布了面向企业级和运营级市场的802.11n产品。、