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802.11

802.11协议簇是国际电工电子工程学会(IEEE)为无线局域网络制定的标准。虽然WI-FI使用了802.11的媒体访问数据链路层(DLL)和物理层(PHY),但是两者并不完全一致。在以下标准中,使用最多的应该是802.11n标准,工作在2.4GHz或5GHz频段,可达600Mbps(理论值)。

802.11a是802.11原始标准的一个修订标准,于1999年获得批准。802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,使用52个正交频分多路复用(OFDM)副载波,最大原始数据传输率为54Mb/s,这达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。

目前正在开发中的版本是802.11ae2012。

802.11采用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。

其中2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家采用。5GHz ISM 频段在一些国家和地区的使用情况比较复杂,加上高载波频率所带来了负面效果,使得802.11a的普及受到了限制,虽然它是协议组的第一个版本。

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

* IEEE802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,工作在5GHz)。

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

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

* IEEE 802.11d,根据各国无线电规定做的调整。

* IEEE802.11e,对服务质量(Quality of Service,QoS)的支持。

* IEEE 802.11f,基站的互连性(IAPP,Inter-Access Point Protocol),2006年2月被IEEE批准撤销。

* IEEE802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。

* IEEE802.11h,2004年,无线覆盖半径的调整,室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段)。

* IEEE802.11i,2004年,无线网络的安全方面的补充。

* IEEE802.11j,2004年,根据日本规定做的升级。

* IEEE 802.11l,预留及准备不使用。

* IEEE 802.11m,维护标准;互斥及极限。

* IEEE 802.11n,2009年9月通过正式标准,WLAN的传输速率由802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps,提高到350Mbps甚至到475Mbps。

* IEEE 802.11p,2010年,这个通讯协定主要用在车用电子的无线通讯上。它设定上是从IEEE 802.11来扩充延伸,来符合智慧型运输系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的相关应用。应用的层面包括高速率的车辆之间以及车辆与5.9千兆赫(5.85-5.925千兆赫)波段的标准ITS路边基础设施之间的资料数据交换。

* IEEE 802.11k,2008年,该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。

* IEEE 802.11r,2008年,快速基础服务转移,主要是用来解决客户端在不同无线网络AP间切换时的延迟问题。

* IEEE802.11s,2007年9月.拓扑发现、路径选择与转发、信道定位、安全、流量管理和网络管理。网状网络带来一些新的术语。

* IEEE 802.11w,2009年,针对802.11管理帧的保护。

* IEEE 802.11x,包括802.11a/b/g等三个标准。

* IEEE 802.11y,2008年,针对美国36503700 MHz 的规定。

* IEEE 802.11ac,802.11n之后的版本。工作在5G频段,理论上可以提供高达每秒1Gbit的数据传输能力。

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IEEE 802.11b(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公司。

IEEE最初制定的一个无线局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据存取,速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要,因此,IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。

802.11a标准工作在5GHzU-NII频带,物理层速率最高可达54Mbps,传输层速率最高可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口,以及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。

根据需要,数据率还可降为48,36,24,18,12,9或者6Mb/s。802.11a拥有12条不相互重叠的频道,8条用于室内,4条用于点对点传输。它不能与802.11b进行互操作,除非使用了对两种标准都采用的设备。

数据率(Mbit/s)

调制方式

编码率

Ndbps

1472字节传输时间(µs)

6

BPSK

1/2

24

2012

9

BPSK

3/4

36

1344

12

4-QAM

1/2

48

1008

18

4-QAM

3/4

72

672

24

16-QAM

1/2

96

504

36

16-QAM

3/4

144

336

48

64-QAM

2/3

192

252

54

64-QAM

3/4

216

224

尽管2003世界无线电通信会议让802.11a在全球的应用变得更容易,不同的国家还是有不同的规定支持。美国和日本已经出现了相关规定对802.11a进行了认可,但是在其他地区,如欧盟,管理机构却考虑使用欧洲的HIPERLAN标准,而且在2002年中期禁止在欧洲使用802.11a。在美国,2003年中期联邦通信委员会的决定可能会为802.11a提供更多的频谱。但是802.11a产品于2001年开始销售,比802.11b的产品还要晚,这是因为产品中5GHz的组件研制成功太慢。由于802.11b已经被广泛采用了,802.11a没有被广泛的采用。再加上802.11a的一些弱点,和一些地方的规定限制,使得它的使用范围更窄了。802.11a设备厂商为了应对这样的市场匮乏,对技术进行了改进(802.11a技术与802.11b在很多特性上都很相近),并开发了可以使用不止一种802.11标准的技术。已经有了可以同时支持802.11a和b,或者a,b,g都支持的双频,双模式或者三模式的的无线网卡,它们可以自动根据情况选择标准。同样,也出现了移动适配器和接入设备能同时支持所有的这些标准。

IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。其载波的频率为2.4GHz,传送速度为11Mbit/s。IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名,也是普及最广的标准。它有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi是无线局域网联盟(WLANA)的一个商标,该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作,与标准本身实际上没有关系。在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g,其传送速度为54Mbit/s。

802.11c在媒体接入控制/链路连接控制(MAC/LLC)层面上进行扩展,旨在制订无线桥接运作标准,但后来将标准追加到既有的802.1中,成为802.1d。

他和802.11c一样在媒体接入控制/链路连接控制(MAC/LLC)层面上进行扩展,对应802.11b标准,解决不能使用2.4GHz频段国家的使用问题。

802.11e是IEEE为满足服务质量(Qos)方面的要求而制订的WLAN标准。在一些语音、视频等的传输中,Qos是非常重要的指标。在802.11MAC层,802.11e加入了Qos功能,它的分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量,而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略,让影音传输能及时、定量、保证多媒体的顺畅应用,WIFI联盟将此称为WMM(wi-fimultimedia)。

802.11f追加了IAPP(inter-access point protocol)协定,确保用户端在不同接入点间的漫游,让用户端能平顺、无形地切换存取区域。802.11f标准确定了在同一网络内接入点的登陆,以及用户从一个接入点切换到另一个接入点时的信息交换。

IEEE 802.11g2003年7月,通过了第三种调变标准。其载波的频率为2.4GHz(跟802.11b相同),原始传送速度为54Mbit/s,净传输速度约为24.7Mbit/s(跟802.11a相同)。802.11g的设备与802.11b兼容。802.11g是为了提高更高的传输速率而制定的标准,它采用2.4GHz频段,使用CCK技术与802.11b后向兼容,同时它又通过采用OFDM技术支持高达54Mbit/s的数据流,所提供的带宽是802.11a的1.5倍。从802.11b到802.11g,可发现WLAN标准不断发展的轨迹:802.11b是所有WLAN标准演进的基石,未来许多的系统大都需要与802.11b向后向兼容,802.11a是一个非全球性的标准,与802.11b后向不兼容,但采用OFDM技术,支持的数据流高达54Mbit/s,提供几倍于802.11b/g的高速信道,如802.11b/g提供3个非重叠信道可达8-12个;可以看出,在802.11g和802.11a之间存在与Wi-Fi兼容性上的差距,为此出现了一种桥接此差距的双频技术双模(dual band)802.11a+g(=b),它较好地融合了802.11a/g技术,工作在2.4GHz和5GHz两个频段,服从802.11b/g/a等标准,与802.11b后向兼容,使用户简单连接到现有或未来的802.11网络成为可能。

是为了与欧洲的HiperLAN2相协调的修订标准,美国和欧洲在5GHz频段上的规划、应用上存在差异,这一标准的制订目的,是为了减少对同处于5GHz频段的雷达的干扰。类似的还有802.16(WIMAX),其中802.16B即是为了与Wireless HUMAN协调所制订。802.11h涉及两种技术,一种是动态频率选择(DFS),即接入点不停地扫描信道上的雷达,接入点和相关的基站随时改变频率,最大限度地减少干扰,均匀分配WLAN流量;另一种技术是传输功率控制(TPC),总的传输功率或干扰将减少3dB。

IEEE802.11i是IEEE为了弥补802.11脆弱的安全加密功能(WEP,Wired Equivalent Privacy)而制定的修正案,于2004年7月完成。其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP(CTR with CBC-MAC Protocol),以及向前兼容RC4的加密协议TKIP(Temporal Key Integrity Protocol)。

无线网络中的安全问题从暴露到最终解决经历了相当的时间,而各大厂通信芯片商显然无法接受在这期间什么都不出售,所以迫不及待的Wi-Fi厂商采用802.11i的草案3为蓝图设计了一系列通信设备,随后称之为支持WPA(Wi-Fi Protected Access)的;之后称将支持802.11i最终版协议的通信设备称为支持WPA2(Wi-Fi Protected Access 2)的。

它是为适应日本在5GHz以上应用不同而定制的标准,日本从4.9GHz开始运用,同时,他们的功率也各不相同,例如同为5.15-5.25GHz的频段,欧洲允许200MW功率,日本仅允许160MW。

802.11k为无线局域网应该如何进行信道选择、漫游服务和传输功率控制提供了标准。他提供无线资源管理,让频段(BAND)、通道(CHANNEL)、载波(CARRIER)等更灵活动态地调整、调度,使有限的频段在整体运用效益上获得提升。在一个无线局域网内,每个设备通常连接到提供最强信号的接入点。这种管理有时可能导致对一个接入点过度需求并且会使其他接入点利用率降低,从而导致整个网络的性能降低,这主要是由接入用户的数目及地理位置决定的。在一个遵守802.11k规范的网络中,如果具有最强信号的接入点以其最大容量加载,而一个无线设备连接到一个利用率较低的接入点,在这种情况下,即使其信号可能比较弱,但是总体吞吐量还是比较大的,这是因为这时网络资源得到了更加有效的利用。

由于(11L)字样与安全规范的(11i)容易混淆,并且很像(111),因此被放弃编列使用。

802.11m主要是对802.11家族规范进行维护、修正、改进,以及为其提供解释文件。802.11m中的m 表示Maintenance。

IEEE802.11n,2004年1月IEEE宣布组成一个新的单位来发展新的802.11标准。资料传输速度估计将达475Mbps(需要在物理层产生更高速度的传输率),此项新标准应该要比802.11b快45倍,而比802.11g快8倍左右。802.11n也将会比之前的无线网络传送到更远的距离。

在802.11n有两个提议在互相竞争中:

WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) 以Broadcom为首的一些厂商支持。

TGn Sync 由Intel与Philips所支持。

802.11n增加了对于MIMO (multiple-input multiple-output)的标准. MIMO 使用多个发射和接收天线来允许更高的资料传输率。MIMO并使用了Alamouti coding coding schemes 来增加传输范围。

针对VOWLAN(Voice over WLAN)而制订,更快速的无限跨区切换,以及读取语音(voice)比数据(Data)有更高的传输优先权。

80211p是针对汽车通信的特殊环境而出炉的标准。最初的设订是在300M距离内能有6Mbps的传输速度。它工作于5.9GHz的频段,并拥有1000英尺的传输距离和6Mbps的数据速率。802.11p将能用于收费站交费、汽车安全业务、通过汽车的电子商务等很多方面。从技术上来看,802.11p对802.11进行了多项针对汽车这样的特殊环境的改进,如热点间切换更先进、更支持移动环境、增强了安全性、加强了身份认证等等。

制订支援VLAN(virtual LAN,虚拟区域网路)的机制。

802.11r标准,着眼于减少漫游时认证所需的时间,这将有助于支持语音等实时应用。使用无线电话技术的移动用户必须能够从一个接入点迅速断开连接,并重新连接到另一个接入点。这个切换过程中的延迟时间不应该超过50毫秒,因为这是人耳能够感觉到的时间间隔。但是802.11网络在漫游时的平均延迟是几百毫秒,这直接导致传输过程中的断续,造成连接丢失和语音质量下降。所以对广泛使用的基于802.11的无线语音通讯来说,更快的切换是非常关键的。802.11r改善了移动的客户端设备在接入点之间运动时的切换过程。协议允许一个无线客户机在实现切换之前,就建立起与新接入点之间安全且具备QoS的状态,这会将连接损失和通话中断减到最小。

制订与实现目前最先进的MESH网路,提供自主性组态(self-configuring),自主性修复(self-healing)等能力。无线网状网可以把多个无线局域网连在一起从而能覆盖一个大学校园或整个城市。当一个新接入点加入进来时,它可以自动完成安全和服务质量方面的设置。整个网状网的数据包会自动避开繁忙的接入点,找到最好的路由线。关于该标准共有15个提案。IEEE可能在2008年正式认可该标准。

提供提高无线电广播链路特征评估和衡量标准的一致性方法标准,衡量无线网络性能。

与其他网络的交互性。以后更多的产品将兼具Wi-Fi与其他无线协议,例如GXXXXXX、Edge、EV-DO等。该工作组正在开发在不同网络之间传送信息的方法,以简化网络的交换与漫游。

无线网络管理。V工作组是最新成立的小组,其任务将基于802.11k所取得的成果。802.11v主要面对的是运营商,致力于增强由Wi-Fi网络提供的服务。

主流厂商(Qualcomm,Broadcom,Intel等)正在开发的协议版本,它使用5GHz频段(也可以说是6GHz频段),采用:更宽的基带(最高扩展到160Mhz)、更多的MIMO、高密度的调制解调(256 QAM)。理论上,11ac可以为多个站点服务提供1Gbit的带宽,或是为单一连接提供500Mbit的传输带宽。

世界上第一只采用802.11ac无线技术的路由器,于2011年11月15日, 由美国初创公司Quantenna推出了。2012年1月5日,业界巨头Broadcom发布了它的第一款支持802.11ac的芯片。

802.11ad工作在57-66 GHz频段,从802.15.3c演变而来,标准尚在指定讨论中。802.11ad草案显示其将支持近7Gbit的带宽。

由于载波特性的限制,这一标准将主要满足个域网(PAN)对于超高带宽的需求。最有可能出现的应用将是无线高清音视频信号的近距离传输。

802.11ax是一个802.11无线局域网(WLAN)通信标准,它通过5G频段进行传输,是802.11ac的后续升级版。

802.11ax标准的首要目标之一是将独立网络客户端的无线速度提升4倍。国内厂商华为已经透露(IEEE 802.11ax标准工作组就有他们的工程师),802.11ax标准在5GHz频段上可以带来高达10.53Gbps的Wi-Fi连接速度。

将能够提升多用户环境下(比如公共场所热点)的Wi-Fi性能,而这主要是通过提升频谱效率、更好地管理串扰、增强底层协议(比如介质访问控制数据通讯)来实现的。新的标准应该会让公共Wi-Fi热点变得更加快速和稳定。

还会使用正交频分多址接入(OFDMA)来提升路由器可以发射出的数据量。就像正交频分复用技术(OFDM)技术,OFDMA会在多个副载波上对数据进行编码也就是在相同空间区域内装入更多的数据。OFDMA的“多址接入”描述的是一种将这些副载波频的子集分配到单独用户的方式。

协议

发布日期

频带

最大传输速度

802.11

1997

2.4-2.5 GHz

2 Mbps

802.11a

1999

5.15-5.35/5.47-5.725/5.725-5.875 GHz

54 Mbps

802.11b

1999

2.4-2.5 GHz

11 Mbps

802.11g

2003

2.4-2.5 GHz

54 Mbps

802.11n

2009

2.4GHz或者5GHz

600 Mbps (40MHz*4 MIMO)

802.11ac

2011.2

5GHz

433Mbps,867Mbps, 1.73 Gbps, 3.47 Gbps, 6.93 Gbps (8 MIMO, 160MHz)

802.11ad

2012.12(草案)

60GHz

up to 7Gbps


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