Wi-Fi网络权威指南——802.11ac pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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如今，Wi-Fi已经成为移动互联网和物联网等领域不可或缺的网络通信技术，据Wi-Fi联盟统计，目前全球已经有近30000种设备通过其互通性认证，预计到2016年底Wi-Fi设备的出货量将超过150亿台，到2020年将有500 亿台设备互相连接。自IEEE在1999年定义了最初的802.11协议开始，Wi-Fi技术的发展历经最高速率54Mbps的802.11a/b/g，600Mbps的802.11n以及目前1.3Gbps的802.11ac多个重要阶段。

目前802.11ac已经成为绝大部分Wi-Fi设备的主流通信协议，802.11ac基于原有的5G频段，通过扩展空间流和信道宽度进一步提升了网络速率，而其最大的特点就是利用Beamforming和MU-MIMO技术从根本上增加了网络容量，进一步为Wi-Fi技术在各个领域的深入应用提供了巨大的想象空间。

本书从Wi-Fi的起源开始，以802.11协议为基础详述了802.11ac物理层和MAC层的变化和改进，并着重探讨802.11ac的核心技术——Beamforming(波束成形)和MU-MIMO(多用户-多输入多输出)，最后为相关从业者对802.11ac无线网络的规划设计提供了具体的指导建议。

本书的英文原著(《802.11ac: A Survival Guide》)为Wi-Fi业界的经典著作之一，重点探讨了基于802.11ac协议的技术原理和实际应用。若需要完整和深入地了解802.11协议和上一代802.11n协议，可以结合《802.11 Wireless Networks：The Definitive Guide》和《802.11n：A Survival Guide》这两本书一起阅读。本书适合设计企业和商业场景无线网络的网络架构师，部署和维护无线网络的系统管理员或网络管理员以及Wi-Fi行业的从业者和爱好者阅读。

作者简介

Matthew S. Gast

在Aerohive担任软件产品总监。他一直活跃在Wi-Fi技术社区，并在行业组织中拥有多个领导角色。Matthew曾在2012年担任主席，负责802.11协议的修订工作。在Wi-Fi联盟，他领导安全工作组研究新的安全技术，并曾领导Wi-Fi联盟的网络管理工作组，对新节能技术的认证需求进行调研。他同时也是一个狂热的飞行员，当他不在Wi-Fi领域工作时，一般可以在机场（或更有可能在机场上空）找到他。

译者简介

李靖

Aerohive公司创始工程师团队之一，与Matthew在公司共事，曾主要负责初创的自学习分布式通信架构，经历公司从车库创办至纽交所上市的完整过程，在可扩展SAAS架构、行业场景应用和自学习分布式Wi-Fi产品的规划和设计上有独到见解和成功经验，在全球市场运营着数百万设备和数千万用户。目前，持续致力于基于IoT的移动互联网产品的规划设计和咨询。

魏毅

曾在美国高通(Qualcomm)公司担任高级工程师，博通(Broadcom)公司担任主管工程师，无线通信领域的资深专家，亲身实践GSM、3G、4G、Wi-Fi等无线通信技术发展于更替，曾在高通致力于Wi-Fi技术的标准化制定和验证。曾与李靖共事于Aerohive公司，专攻新一代无线智能AP的研发设计、标准化制定和验证工作，为公司从创始至上市的过程中作出了重要贡献。

刘长明先生推荐序

“你们有Wi-Fi吗？”这是我女儿一到巴黎旅游就迫不及待地问出租车司机的第一个问题。

“当然有了”，出租车司机一边回答一边掏出他的智能手机，开始Wi-Fi和4G之间的转换。这使我女儿兴奋不已，长途旅行的烦闷和疲惫一扫而光。她又可以和她的朋友无拘无束的使用Snapchat联系了，感谢 Wi-Fi！

Wi-Fi在不知不觉中已经变成人们日常生活中的一种必需品，而不像以前那样可有可无。对于像我女儿这一代人而言，Wi-Fi甚至比食物和水更重要。有了Wi-Fi，不管走到哪里，他们都可以通过社交媒体联系在一起，他们可以通过Youtube或者Netflix一起欣赏他们喜欢的电影，通过Internet一起玩游戏或者使用Spotify 享受音乐带来的乐趣。更加令人惊奇的是，他们也需要Wi-Fi来完成他们学校的作业，老师通常会把每门功课的资料和作业发布到网上。

在现实生活中，Wi-Fi不仅开启了许许多多不同的应用，而且无处不在。人们不光在家里，学校和办公室使用Wi-Fi，在一般的公众场合，像机场，出租车，旅馆，餐馆，咖啡馆，零售店，博物馆和赛场都有Wi-Fi覆盖。当人们使用智能手机的时候，总是希望有Wi-Fi的连接从而使用自己喜欢的应用软件。

除了给人们提供互联网以外，作为IoT最基本的一项无线互联技术，Wi-Fi还把“智能的设备”联系在一起从而开启了IoT的时代。你家里的温度调节器通过Wi-Fi连接到Internet，这样你可以在回家之前把家里的温度调到你所想要的温度。你家里的监控摄像头通过Wi-Fi接入Internet，这样你可以对家里所发生的一切进行实时监控。除了实现智能家居，Wi-Fi开启了工业智能自动化，办公室智能自动化，智慧城市，智慧医疗等等。预计到2020年将有500 亿个设备互相连接，比目前全球73亿总人口多出许多倍。

Wi-Fi给这个世界带来的成就都要归功于整个Wi-Fi产业界，包括一些政府部门像FCC批准免费使用一些无线频段。还有像IEEE和WFA这样的标准机构，完成一些标准的制定和出台相应的互通性测试。还有许多Wi-Fi芯片公司，像Broadcom、Qualcomm这类专门提供Wi-Fi芯片的公司，还有像Aerohive提供Wi-Fi系统产品的公司，以及许多像Apple和Nest生产iPhone，iPad和温度调节器的WiFi终端设备提供商。所有这些产品都严格遵循相应的标准，并且通过互通性测试实现各种Wi-Fi产品之间的互通性。基于各方面的努力，Wi-Fi技术在过去的十年中得以飞速发展，从802.11a/b/g的54Mbps速率到802.11n 的600Mbps，再到今天的802.11ac大于1Gbps的速率！有了这样的数据传输速率，传统的以太网有线传输完全可以被替换。更加激动人心的10Gbps已经初见端倪，我们期待着看到802.11ax的产品在接下来的两年里进入市场。

任何技术本身都不是凭空想象出来的，它都是由人创造出来的。Matthew是Wi-Fi业界的一位资深专家。在IEEE，他积极参与了Wi-Fi标准的制定工作，并且是几个工作组的负责人。他不但协助制定标准，而且在像Aerohive这样的Wi-Fi产品公司里工作，致力于将标准产品化。不仅如此，他还是一位Wi-Fi知识的传播者和倡导者。他已经撰写了三本关于Wi-Fi技术的书，并在各种Wi-Fi行业的会议中演讲。他的第一本书，也就是由O’Reilly出版社出版的802.11 Wireless Networks The Definitive Guide，在我十年前创办Aerohive的时候就已经拜读过三遍！他是一位很了不起的作家。我极力把这本书推荐给加入到Aerohive的每一位工程师，作为他们自学入门的教科书。

在Aerohive之前，我和他已经相识很多年了。我们在NetScreen一起共事过， NetScreen是互联网界在2000年左右非常著名的一家网络安全公司。之后他为了追求他在Wi-Fi方面的兴趣而加入了一家Wi-Fi设备提供商Trapeze。随后在洛杉矶举行的一次IEEE的会议上我们有幸再次碰面。更加走运的是通过几次交谈，他终于同意加入Aerohive。

我也熟知李靖和魏毅好多年了。作为Aerohive最早期的工程师，他们承担了Wi-Fi相关产品的工程技术工作，对产品质量在业界获得良好声誉起到至关重要的作用。他们为公司从创始至上市的过程中作出了重要贡献，是非常出色的Wi-Fi工程师和从业者。我也非常高兴他们能够把该书翻译成中文，希望国内的读者都能够从中受益！

刘长明

Aerohive创办人兼CTO

译者序

我们作为高科技行业的从业者，日常工作事务繁重，为何还要花很多时间来翻译这本书呢？简言之，有三方面的原因。第一是Wi-Fi作为互联网入口的网络接入技术很重要，我们怀着极大的兴趣不谋而合，非常愿意为Wi-Fi领域做此贡献；第二是我曾经有幸与原作者Matthew一起共事过同一家公司，每次与他交流谈论Wi-Fi技术、产品和行业总是获益匪浅，回味无穷，我们认为这是一本非常好的基于802.11ac的Wi-Fi权威著作；第三是Wi-Fi技术属于经典的前沿技术，如果翻译不专业，容易误导读者，我们作为多年Wi-Fi技术的研究者和实践者，愿尽绵薄之力。

本书原作者Matthew作为Wi-Fi界公认的专家，一直活跃在Wi-Fi技术社区，并在行业组织中拥有多个领导角色。Matthew曾在2006年至2010年担任IEEE 802.11工作组主席，负责802.11-2012协议的修订工作。在Wi-Fi联盟，他领导安全工作组研究新的安全技术，并曾领导Wi-Fi联盟的网络管理工作组，对新节能技术的认证需求进行调研。他在Wi-Fi领域作出了诸多贡献，并在2013年8月写成此书。

Julius Genachowski为原著所写的推荐序值得一读。正如Julius Genachowski先生所说：“创新者们持续围绕现有的非授权频谱迈大步前进。尤其是Wi-Fi领域，Wi-Fi正在更高效地利用频谱，并在速度、容量和可靠性上具有令人难以置信的提升。这本书对Wi-Fi和移动互联网的未来的作出了重要贡献，并且恰逢其时。”

本书中文版邀请了刘长明先生作推荐序，长明于2006年创办Aerohive公司，期间作为创始人兼CTO在技术和产品的战略方向上身先士卒，并始终如一，与工程师们肩并肩持续打造极具匠心精神的产品，公司于2014年成功在纽交所上市，而我也有幸经历了公司从创建之初到上市的全过程。长明在本书中推荐语的观点会使读者深受启发。在此对长明表示诚挚的感谢！

由于本书涉及的技术内容重点专注于802.11ac，限于篇幅不可能对涉及到802.11基础协议和上一代802.11n的相关技术都详细介绍，但每章均有相应的脚注，其中也提供了一些延伸阅读的参考文献或网站。对于高阶的读者，如果感到内容还不足以开胃，建议进一步阅读脚注中提到的那些参考资料，同时结合一脉相承的专注802.11协议基础的802.11 Wireless Networks The Definitive Guide和专注上一代802.11n协议的802.11n A Survival Guide两本书一起阅读。这样将会从整体上对Wi-Fi技术有更充分和深入的理解，从而获得超出预期的满足感。

本书翻译工作的情况如下：李靖负责翻译了原英文版的推荐序、作者序、致谢、第1章、第3章、名词解释和封底初稿。魏毅负责翻译了第2章初稿。李鑫负责翻译了第4章初稿。王赛负责翻译了第5章初稿。完成翻译初稿后，为保证技术上的准确性和翻译的质量，团队间相互对各自章节的审校不下十遍。本书的成功出版离不开整个团队夜以继日的努力，真心感谢团队以及背后默默支持团队完成此项工作的家人们！

感谢西安电子科技大学出版社引进本书，这对国内广大Wi-Fi从业者和爱好者来说是一大福音。特别感谢阔永红主编对本书的出版予以高度重视，以及刘小莉老师真诚高效的工作，提高了本译著的质量。对于本书出版付印过程中参与服务的诸多台前幕后的工作人员。对此予以特别感谢！

本书尽力真诚，并以“信、达、雅”为标准力求还原作者之本意，但仍难免有疏漏之处，若读者发现任何不理想之处，尽可反馈至译者邮箱allforwifi@163.com，望不吝赐教。

李 靖

2016年6月20日 夜

序

如今，人们很容易认为Wi-Fi和它神奇的好处是理所当然的。Wi-Fi是我们互联网生态系统中的一个基本组成部分，很难想象一个没有它世界会是什么样子。事实上，没有Wi-Fi的世界，就不是我们现在所拥有的世界，而我们也会错过互联网的潜力所带来的巨大机会。

但是，Wi-Fi的发明并不是必然的。美国政府在频谱政策上采取的一项重大创新，给Wi-Fi技术的创新提供了必要条件。

Wi-Fi是使用在非授权（unlicensed）基础上的频谱，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，简称FCC。在过去超过75年，由美国政府创建的机构，负责管理通信包括电磁频谱的使用。）直到1985年，一直没有允许以这种方式使用频谱。频谱的频率只以独家授权的方式进行分配。这些独有的许可证授予发射电台、电视、卫星和回程传输，帮助创造了巨大的经济和社会价值，所以说FCC之前一直未授权使用非授权频段，也并不让人惊讶。

但后来，有人对于一些处于空闲状态的频谱，包括900MHz，2.4GHz和5.8GHz，提出了一个想法。没有人能弄清楚它们可以被许可用来做什么。这些频段被其他商业用途所使用的频段包围，而且以较高甚至普通的功率或距离进行传输，都会对其他频段造成干扰。这些后来被称为“垃圾”或“垃圾带”，它们也一直空闲在那里。

也就是说，直到一个名叫Michael Marcus的杰出的政策创新者，一位FCC的主管工程师，提议频谱可以在没有授权和共享的基础上提供使用，只要以低功率水平进行传输，它们便不会干扰邻近的授权频段。

而赌注是，创新者会弄清楚如何从频谱中提取价值。虽然当时并非按这样的框架设想，但是想法很简单，即前瞻性，而现在回想起来，与美国发明的大圆弧显然是一致的：为创新提供一个平台，创新者自会前来。

因此，在1985年5月9日，FCC通过了并不引人瞩目的法案，“扩频技术”，它开启了“垃圾”频带。从而使创新者可以一展身手。

没过多久，有人使用非授权频谱，发明了车库门开启装置；然后是无线麦克风无绳电话，蓝牙，和最终的Wi-Fi。

Wi-Fi已经取得令人瞩目的成就：从开始到现在，它已经被全球大约2亿个家庭所使用。在全球范围内有超过75万个Wi-Fi热点，每年销售支持Wi-Fi功能的设备超过8亿台。所有这些指标依然在增长。

建立在非授权频谱的设备和服务是美国经济的重要组成部分：据研究估计，非授权频谱每年为美国经济的贡献高达370亿美金。在美国的Wi-Fi热点每年为授权的宽带服务贡献大约250亿美金。

而好处也延伸到其他关键部门：例如，根据一份报告，80％的无线医疗创新，现在都是基于非授权频段。非授权频段正在改变着我们的家庭，目前已经具有在市场上令人惊叹的产品，它们提供了全新和令人兴奋的方式，来享受音乐和视频，同时提升了能源的使用效率。Wi-Fi是机器与机器通信（machine-to-machine communications），或物联网（Internet of Things）（一个迅速新起的市场，它具有巨大的潜力来改变物品的连接方式）的关键基础；在过去的五年中，使用非授权频谱的M2M连接的设备已经增加了300％，而这仅仅是个开始。

换句话说，非授权频谱是美国经济的福音，一直到今天，它持续为创始公司和创新者们提供了，历经数百万次测试的频谱试验环境，帮助他们以快速的方式将新技术带给消费者。

在过去的三十年，Wi-Fi并不是唯一的在频谱政策上的创新。

在20世纪90年代，由于效率低下，FCC取代了之前通过抽奖逐个授权，以及对比听证的管理方式，并在世界范围内率先进行频谱拍卖，迄今已组织了超过80次拍卖会，授予超过3万个许可证。这些拍卖给美国财政部营收超过500亿美金，更重要的是，经济学专家称其给美国经济所产生的价值超过5000亿美金。

因此，FCC必然开始灵活使用频谱牌照的授予权，而不是严格限制使用于特定的目的。灵活的频谱授权有助于确保频谱应用在，最受市场和消费者的重视的领域，而FCC在过去几年中一直在努力，最大限度地提高灵活性，并废除过时的使用规则和限制。

总之，授权和非授权频谱已经给我们创造了神奇的移动互联网生态系统，包括今天我们所享有的智能手机、平板电脑、新的“APP经济”等等。移动革命正在推动经济增长，创造就业机会，以及提升美国的竞争力。自2009年以来，美国有近2500亿美金民营资本投资于有线和无线宽带网络；美国的民营投资ICT比任何其他一个领域都要多，包括主要的石油和天然气，或汽车公司。美国是率先在全国范围内部署4G LTE网络的国家，并在2012年后期，我们在世界范围内拥有了足够多的LTE用户，使我们成为下一代4G应用和服务的全球试验平台。

新的移动应用的经济，一个U.S.A制造的现象，已经在美国创造了超过50万个就业机会，在2012年，全球销售超过90％的智能手机，其操作系统是由美国公司开发的，而在三年前只有25%。2009年至2012年间，美国在无线网络上的年投资额增长40％以上，而在欧洲，无线网络的投资相对平平，在亚洲，包括中国，仅微涨4％。

但我们知道，我们移动生态事业的发展面临巨大的挑战。没有任何挑战会比频谱资源的紧缩更大。

频谱是有限的资源。然而智能手机和平板电脑的增长速度比历史上任何通讯或计算机设备都要快；美国移动数据流量去年增长了近300%，而到2016年预计将额外增加16倍。Wi-Fi和其他非授权的创新是弥补这种供需缺口的关键。Wi-Fi已经比蜂窝网络承载了更多的流量，商业移动运营商正在将互联网总流量的33%转载至Wi-Fi，到2017年，预计其流量将增长到46%。

因此，随着美国移动生态系统的蓬勃发展和对频谱需求的暴涨，政策制定者需要释放大量新的频谱资源以供使用，包括授权和非授权的。

幸运的是，FCC一直专注于这项任务。在奥巴马政府早期，FCC发布了全国首个国家宽带计划（National Broadband Plan），其中包括，到2015年实现释放300 MHz频谱（包括授权和非授权的），以及到2020年的500 MHz的目标，未来十年用于宽带服务的无线电波的资源基本上翻倍。我们将实现2015年的目标，并在持续关注和领导下，我们也将实现2020年的目标。

2010年，FCC通过在电视频道之间提供高品质的可用“白空间”频谱，释放了大量的低频带频谱，这些资源25年来未被授权。而在2013年初，FCC通过了一项计划，为Wi-Fi增加大约35％的非授权频谱，其中在5 GHz频段释放195 MHz频谱资源。

但是，我们需要更多－更多的频谱资源和更多的政策创新。

激励拍卖是下一代频谱政策的一个重大创新。作为2010年提出的国家宽带计划的一部分，激励拍卖具有双面性，运用市场的力量来重新规划，由电视广播（在600 MHz频段）使用的授权和未授权无线宽带频谱资源。2012年，美国国会通过并由总统奥巴马签署了具有里程碑意义的立法授权拍卖；FCC在2014年跟进以举行了世界上第一个激励拍卖。

除了释放大量频谱资源给授权使用，激励拍卖具有释放下一代非授权频谱的潜力。因此，作为拍卖的一部分，FCC提议留出大量的广播频谱作为非授权使用。令我惊讶的是，这项提议遇到了一些反对意见。有人说100％的回收频谱应该为独家授权使用进行拍卖。这将会是一个错误，因为它会关闭一个力求创新的潜在的新机会。就如Matthew Gast和其他人已经证明的，如果我们为创新建立新的平台，创新者自会到来。

同时，创新者们持续围绕现有的非授权频谱迈大步前进。尤其是Wi-Fi领域，Wi-Fi正在更高效地利用频谱，并在速度、容量和可靠性上具有令人难以置信的提升。我相信千兆Wi-Fi，新的802.11ac标准和Matthew Gast的重要指南，将论证一个新的非授权平台的强大价值。

多年来，Matthew Gast一直不遗余力地发挥着Wi-Fi的潜力。这本书对Wi-Fi和移动互联网的未来的作出了重要贡献，并且恰逢其时。

—Julius Genachowski

Julius Genachowski在2009年6月至2013年5月期间，担任美国联邦通信委员会主席。

序 1
前言 5
第一章802.11ac导论 12
1.1历史 12
1.2 802.11ac核心技术 15
1.2.1波束成形(Beamforming)和多用户MIMO(MU-MIMO) 17
1.2.2 802.11ac工作频段 19
1.3 802.11ac产品开发计划 21
第二章 物理层（The PHY） 22
2.1扩展MIMO操作 22
2.2 802.11ac无线信道 23
2.2.1无线信道布局 23
2.2.2可用信道频谱资源 27
2.3传输：调制、编码和保护间隔 29
2.3.1调制和编码策略（MCS） 29
2.3.2保护间隔（Guard Interval） 32
2.3.3纠错码（Error-Correcting Codes） 33
2.4物理层帧 33
2.4.1 VHT信号字段 35
2.4.2数据字段 40
2.5发送和接收过程 42
2.6 802.11ac数据速率 45
2.6.1 802.11ac数据速率矩阵 46
2.6.2 802.11ac与其他802.11物理层数据速率的比较 49
2.7 强制性物理层功能 50
第三章 介质访问控制（MAC） 51
3.1 帧构成 51
3.1.1帧大小和聚合 52
3.1.2管理帧 54
3.2介质访问过程 59
3.2.1空闲信道评估（CCA） 59
3.2.2 802.11ac与传统802.11设备的保护和共存 63
3.2.3动态带宽操作（RTS / CTS） 65
3.3安全 69
3.4强制性MAC功能 71
第四章 波束成形 73
4.1 波束成形基础 73
4.1.1 802.11ac空数据包（NDP）波束成形 78
4.2单用户（SU）波束成形 83
4.2.1单用户波束成形的信道校准 84
4.3多用户（MU）波束成形 88
4.3.1多用户波束成形的信道校准 88
4.3.2多用户MIMO传输 91
4.3.3 MU-MIMO的实现 95
第五章 802.11ac无线网络规划 100
5.1 802.11ac的准备工作 101
5.1.1紧跟802.11ac技术浪潮 102
5.1.2客户端设备混合 104
5.2.3应用规划 106
5.1.4物理网络连接 108
5.1.5安全 111
5.1.6更多的规划考虑 113
5.2 802.11ac无线规划 114
5.2.1可用无线信道 114
5.2.2覆盖和容量评估 114
5.2.3设备选型 119
5.2.4 802.11ac网络架构 121
5.2.5硬件考虑 127
5.3构建802.11ac网络 130
5.3.1信道选择 130
5.3.2网络优化 132
5.4检查清单 136
名词解释 138
· · · · · · (收起)