WIFI及无线路由器基础知识

WIFI及无线路由技术基础知识介绍

无线路由器指可以连接LAN和WAN，带有路由功能和无线接入(AP)功能的网络设备。

可以把无线路由器理解为具备宽带接入端口、具有路由功能，采用无线方式连接客户端的普

通路由器。无线路由器的技术已经从早先的802.11b发展到如今的802.11g，以后还会向采

用MIMO技术的802.11n发展.

IEEE 802.11b无线网络规范是IEEE 802.11网络规范的变种，最高带宽为11 Mbps，在

信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，带宽的自动调整，

有效地保障了网络的稳定性和可靠性。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，

通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太

网络整合，组网的成本更低。

WiFi (Wireless Fidelity)，无线保真Wi-Fi第一个版本发表于1997年，其中定义了介

质访问接入控制层（MAC层）和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种

无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通

信可以自由直接(ad hoc)的方式进行，也可以在基站(Ba Station, BS)或者访问点（Access

Point，AP）的协调下进行。技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离

无线技术。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。该

技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。

802.11 ，1997年，原始标准(2Mbit/s 工作在2.4GHz)。

802.11a，1999年，物理层补充(54Mbit/s工作在5GHz) 。

802.11b，1999年，物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层(MAC) 桥接(MAC Layer Bridging) 。

802.11d，根据各国无线电规定做的调整。

802.11e ，对服务等级(Quality of Service, QS) 的支持。

802.11f，基站的互连性(Interoperability) 。

802.11g，物理层补充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。

802.11h，无线覆盖半径的调整，室内(indoor) 和室外(outdoor) 信道(5GHz频段) 。

802.11i，安全和鉴权(Authentification)方面的补充。

802.11n，导入多重输入输出 (MIMO) 技术，基本上是802.11a的延伸版。

除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE802.11b+的技术，通过PBCC技术

(Packet Binary Convolutional Code) 在IEEE802.11b(2.4GHz频段) 基础上提供22Mbit/s

的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术(产权

属于美国德州仪器，Texas Instruments)。也有一些被称为802.11g+的技术,在IEEE802.11g

的基础上提供108Mbit/s的传输速率,跟802.11b+一样,同样是非标准技术,由无线网络芯片

生产商Atheros所提倡的则为SuperG。

WiFi技术突出的优势在于：

其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有

50英尺左右约合15米，而WiFi的半径则可达300英尺左右约合100米，办公室自不

用说，就是在整栋大楼中也可使用。

其二，虽然由WiFi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，

传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11mbps(802.11b)，符合个人和社会信

息化的需求。

其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人

员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”

所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN

的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金

来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。

根据无线网卡使用的标准不同，WiFi的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高为

11Mbps（部分厂商在设备配套的情况下可以达到22Mbps），IEEE802.11a为54Mbps、

IEEE802.11g也是54Mbps。

WiFi是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接

入点，它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网

卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源,其工作原理相当于一个内置

无线发射器的HUB或者是路由， 而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端

设备。而wireless b/g表示网卡的型号,按照其速度与技术的新旧可分为802.11a、802.11b、

802.11g 等。

讲起无线网，大家都有一种似是而非的感觉，无线是否简单地两台计算机互联？No！

这已经是上个世纪的无线概念，新一代的无线网络，将以无须布线和使用相对自由，建立起

人们对无线局域网的全新感受。需求决定了市场的发展，很少见到哪种IT技术或是产品能

够象它样有如此迅猛的增长势头，不受任何约束随时随地访问互联网不再是梦想，其中，

WiFi发挥了至关重要的作用。WiFi代表了"无线保真"，指具有完全兼容性的802.11标准

IEEE802.11b子集，它使用开放的2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为

11Mbps(802.11b)，也可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽。无

需直线传播传输范围为室外最大300米，室内有障碍的情况下最大100米，是现在使用的最

多的传输协议。它与有线网络相较之下，有许多优点：

无须布线

WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办

公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等

特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。

健康安全

IEEE802.11规定的发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60~70毫瓦，这是一

个什么样的概念呢？手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间，手持式对讲机高达5瓦，而且无

线网络使用方式并非像手机直接接触人体，应该是绝对安全的。

简单的组建方法

一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合

既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程序远远低于传统的有线网络。如果只是

几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为Access Point简称，

一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工

作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快

速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，WiFi更显优势，有线宽带网络（ADSL、

小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家

庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式

上网。

长距离工作

别看无线WiFi的工作距离不大，在网络建设完备的情况下，802.11b的真实工作距离

可以达到100米以上，而且解决了高速移动时数据的纠错问题、误码问题，WiFi设备与设

备、设备与基站之间的切换和安全认证都得到了很好的解决。

WiFi的发展和未来

这两年内，无线AP的数量呈迅猛的增长，无线网络的方便与高效使其能够得到迅速

的普及。除了在目前的一些公共地方有AP之外，国外已经有先例以无线标准来建设城域网，

因此，WiFi的无线地位将会日益牢固。

WiFi是目前无线接入的主流标准，但是，WiFi会走多远呢？在Intel的强力支持下，

WiFi已经有了接班人。它就是全面兼容现有WiFi的WiMAX，对比于WiFi的802.11X标准，

WiMAX就是802.16x。与前者相比，WiMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更

高的接入速度等等，预计会在未来几年间成为无线网络的一个主流标准，Intel计划将来采

用该标准来建设无线广域网络。这相比于现时的无线局域网或城域网，是质的变革，而且现

有设备仍能得到支持，保护人们的每一分钱投资。

最近，业界纷纷传出WiFi已出现生存危机的消息。据国外媒体报道，日前很多企业仍

然在WiFi这方面投入巨资，但从中赢利的企业几乎没有。据悉很多企业因WiFi而破产，前

不久R Wireless公司也放弃了该项业务。那么WiFi的盈利情况是否真的出现危机了？

不可否认，WiFi技术的商用目前碰到了许多困难。一方面是受制于WiFi技术自身的

限制，比如其漫游性、安全性和如何计费等都还没有得到妥善的解决。另一方面，由于WiFi

的赢利模式不明确，如果将WiFi作为单一网络来经营，商业用户的不足会使网络建设的投

资收益比较低，因此也影响了电信运营商的积极性。但从WiFi技术定位看，我认为，对于

电信运营商而言，WiFi技术的定位主要是作为高速有线接入技术的补充，将来逐渐也会成

为蜂窝移动通信的补充。

WiFi是高速有线接入技术的补充

目前，有线接入技术主要包括以太网、xDSL等。WiFi技术作为高速有线接入技术的

补充，具有可移动性、价格低廉的优点，WiFi技术广泛应用于有线接入需无线延伸的领域，

如临时会场等。由于数据速率、覆盖范围和可靠性的差异，WiFi技术在宽带应用上将作为

高速有线接入技术的补充。 而关键技术无疑决定着WiFi的补充力度。现在OFDM、MIMO

（多入多出）、智能天线和软件无线电等，都开始应用到无线局域网中以提升WiFi性能，比

如说802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使数据速率成倍提高。另外，天线及传输

技术的改进使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里。

WiFi是蜂窝移动通信的补充

WiFi技术的次要定位——蜂窝移动通信的补充。蜂窝移动通信可以提供广覆盖、高移

动性和中低等数据传输速率，它可以利用WiFi高速数据传输的特点弥补自己数据传输速率

受限的不足。而WiFi不仅可利用蜂窝移动通信网络完善的鉴权与计费机制，而且可结合蜂

窝移动通信网络广覆盖的特点进行多接入切换功能。这样就可实现WiFi与蜂窝移动通信的

融合，使蜂窝移动通信的运营锦上添花，进一步扩大其业务量。

WiFi是现有通信系统的补充，可看作是3G的一种补充

无线接入技术主要包括IEEE的802.11、802.15、802.16和802.20标准，分别指WLAN、

无线个域网WPAN：蓝牙与UWB、无线城域网WMAN：WIMAX和宽带移动接入

WBMA等。一般地说WPAN提供超近距离的无线高速率连接；WMAN提供城域覆盖和

高数据传输速率；WBMA提供广覆盖、高移动性和高数据传输速率；WiFi则可以提供热点

覆盖、低移动性和高数据传输速率。

对于电信运营商来说，WiFi技术的定位主要是作为高速有线接入技术的补充，逐渐也

会成为蜂窝移动通信的补充。当然WiFi与蜂窝移动通信也存在少量竞争。一方面，用于

WiFi的IP话音终端已经进入市场，这对蜂窝移动通信有一部分替代作用。另一方面，随着

蜂窝移动通信技术的发展，热点地区的WiFi公共应用也可能被蜂窝移动通信系统部分取代。

但是总的来说，他们是共存的关系，比如一些特殊场合的高速数据传输必须借助于WiFi，

象波音公司提出的飞机内部无线局域网；而在另外一些场合使用WiFi可以较为经济，象实

现高速列车内部的无线局域网时。

目前主流的无线路由器芯片方案大都是将无线路由处理器和交换芯片分开，但也有芯片

公司推出了集成路由处理器和百兆交换的方案，如Realtek。中国无线路由器厂商主要采用

Atheros、Broadcom、Marvell公司的芯片方案，而且大都采用百兆交换芯片，千兆交换功能

由于千兆交换芯片的功耗和成本问题，还未在家用的无线路由器中大规模采用。在短期内家

用的无线路由器还是会以百兆为主。在企业和网吧中，由于速度的考虑，千兆无线路由器有

较多的应用,今后无线路由器会加强安全功能，原来的WEP加密技术会向802.1x发展。

虽然802.11n的标准还未最终制定完成，但是国外一些网络设备厂商已经推出了采用

802.11n核心技术MIMO技术的无线路由器产品，而中国的厂商现在正在研发之中，不久以

后也会推出采用MIMO技术的无线路由器产品。采用MIMO技术的新一代无线路由器使得

无线局域网的速度真正跨越了100Mbps的界限，从而真正达到并超越了早已成为主流的百

兆快速以太网的速度。随着大容量数据和高清晰视频流的即将流行，这种高速无线局域网技

术将会越来越受到消费者的欢迎。

MIMO无线路由器芯片方案概览

MIMO就是指无线网络信号通过多重天线进行同步收发，MIMO系统在发射端和接收

端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，这样可以提高传输率。

采用MIMO技术的产品，可以完全兼容当前的IEEE802.11a/b/g标准，并且能有效提高

产品的信号范围，使其具有更高的数据传输率；同时能够确保在传输范围内信号的稳固无线

连接，以及保持对网络上其他设备的兼容性，并对周围的网络没有任何影响。

目前支持MIMO技术的无线路由器芯片除了Realtek(瑞昱半导体)的RTL8651B之外，

大都是由一块无线路由处理器和一块交换芯片搭配而成。并且为了支持速度更高的MIMO

技术，都带有MiniPCI接口以外接无线模块。现在MIMO技术的主要厂商Airgo已经推出

了第三代“True MIMO"芯片组，最高能实现240Mbps的速度。

如今一些领先的MIMO无线路由器主要采用了下面几种芯片解决方案：

1. BCM4704+BCM5325

无线网络处理器为BCM4704。BCM4704是Broadcom公司成熟的第四代无线网络处理

器，其提供了先进的无线和桥接功能，并已经优化达到802.11n草案规范所要求的无线路由

器/网关芯片组的性能要求。交换芯片BCM5325为百兆交换芯片，为无线路由器提供了

10M/100M的交换功能。现在贝尔金(Belkin)的Wireless pre-N和Linksys的WRT54GX就是

采用这种方案。

2. Realtek RTL8651B

RTL8651B为高度集成的路由器/网关控制器，将路由处理器和百兆交换芯片集成到了一

个芯片中。芯片内集成了一个时钟频率达到200MHz的32位RISC处理器，提供了6口百

兆交换能力，并支持PCI2.2接口。美国网件(Netgear)的WPNT834就采用了RTL8651B搭配

Airgo的第三代“True MIMO”芯片组。值得一提的是，这款无线路由器产品具有很高的性

能，不过目前价格还较高，达到了137美元。

3．Atheros AR2313+ Marvell 88E6060/88E6060-I

Atheros AR2313为一个无线SoC,包含了一个32位MIPS R4000的处理器和多协议MAC/

基带处理引擎。10M/100M交换功能由Marvell 88E6060/88E6060-I六口快速以太网交换芯片

完成。美国网件的WPN824就是采用这个方案。

4． Ubicom IP3023+Realtek 8305SC

Ubicom的IP3023基于一种全新的架构－软件I/O多线程架构(MASI)。其硬件多线程技

术提供了持续的高速数据吞吐能力，并能够非常高效地对多个任务同时操作。软件I/O能力

能以软件方式执行所有的I/O操作和协议，因此可以实现非常灵活的系统设计，并消除了大

多数I/O硬件。RTL8305SC为一款百兆交换芯片。如果无线路由器需要千兆的交换能力，

可以把百兆交换芯片换成Broadcom的BCM5385千兆交换芯片。D-link的DI-634M和

DGL-4300就采用了这种方案。