无线协议,IEEE 802.11(转贴)

[ 2012-11-11 11:22:54 | 作者: Admin ]
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IEEE 802.11是现今无线局域网通用的标准,它是由国际电机电子工程学会(IEEE)所定义的无线网络通信的标准。

虽然有人将Wi-Fi与802.11混为一谈,但两者并不一样。(见IEEE 802.11b)
目录

1 历史
2 IEEE 802.11 标准列表
3 IEEE 802.11a
4 IEEE 802.11b
5 IEEE 802.11g
6 IEEE 802.11i
7 IEEE 802.11n
8 IEEE 802.11k
9 IEEE 802.11ac
10 各国适用频道
10.1 总结
11 标准及延伸标准
12 参考
13 参看
14 外部链接

历史

自第二次世界大战,无线通讯因在军事上应用的成果而受到重视,无线通讯一直发展,但缺乏广泛的通讯标准。于是,IEEE在1997年为无线局域网制定了第一个版本标准──IEEE 802.11。其中定义了媒体访问控制层(MAC层)和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种展频作调频方式和一种红外传输的方式[1],总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以设备到设备(ad hoc)的方式进行,也可以在基站(Base Station, BS)或者访问点(Access Point,AP)的协调下进行。为了在不同的通讯环境下取得良好的通讯质量,采用CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)硬件沟通方式。

1999年加上了两个补充版本:802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层,802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。 2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用,因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟,致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。 802.11标准和补充。
IEEE 802.11 标准列表

IEEE 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,播在2.4GHz)。
IEEE 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,播在5GHz)。
IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s播在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。
IEEE 802.11e,对服务等级(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。
IEEE 802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,播在2.4GHz)。
IEEE 802.11h,2004年,无线覆盖半径的调整,室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段)。
IEEE 802.11i,2004年,无线网络的安全方面的补充。.
IEEE 802.11j,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,更高传输速率的改善,基础速率提升到72.2Mbit/s,可以使用双倍带宽40MHz,此时速率提升到150Mbit/s。支持多输入多输出技术(Multi-Input Multi-Output,MIMO)。
IEEE 802.11k,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 802.11p,这个通信协定主要用在车用电子的无线通信上。它设置上是从IEEE 802.11来扩充延伸,来符合智能型运输系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的相关应用。
IEEE 802.11ac,802.11n的潜在继承者,更高传输速率的改善,当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps,将单信道速率提高到至少500Mbps。使用更高的无线带宽(80MHz-160MHz)(802.11n只有40MHz),更多的MIMO流(最多8条流),更好的调制方式(QAM256)。目前是草案标准(draft),预计正式标准于2012年晚些时间推出。Quantenna公司在2011年11月15日推出了世界上第一只采用802.11ac的无线路由器。Broadcom公司于2012年1月5日也发布了它的第一支支持802.11ac的芯片。
IEEE 802.11ae-2012

除了上面的IEEE标准,另外有一个被称为IEEE 802.11b+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,产权属于德州仪器。
IEEE 802.11a

IEEE 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。如果需要的话,数据率可降为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IEEE 802.11b进行互操作,除非使用了对两种标准都采用的设备。

由于2.4GHz频带已经被到处使用,采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。然而,高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用,这导致必须使用更多的接入点;同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远,因为它更容易被吸收。

尽管2003年的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,但是在其它地区,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。

在52个OFDM副载波中,48个用于传输数据,4个是引示副载波(pilot carrier),每一个带宽为0.3125MHz(20MHz/64),可以是二相移相键控(BPSK),四相移相键控(QPSK),16-QAM或者64-QAM。总带宽为20MHz,占用带宽为16.6MHz。符号时间为4毫秒,保护间隔0.8毫秒。实际产生和解码正交分量的过程都是在基带中由DSP完成,然后由发射器将频率提升到5GHz。每一个副载波都需要用复数来表示。时域信号通过逆向快速傅里叶变换产生。接收器将信号降频至20MHz,重新采样并通过快速傅里叶变换来重新获得原始系数。使用OFDM的好处包括减少接收时的多路效应,增加了频谱效率。

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(现在的802.11a技术已经与802.11b在很多特性上都很相近了),并开发了可以使用不止一种802.11标准的技术。现在已经有了可以同时支持802.11a和b,或者a、b、g都支持的三频,以及a、b、g、n都支持的四频的无线网卡,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。
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
IEEE 802.11b

IEEE 802.11b是无线局域网的一个标准。其载波的频率为2.4GHz,可提供1、2、5.5及11Mbit/s的多重传送速度。[2]它有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi是Wi-Fi联盟的一个商标,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。[来源请求]在2.4-GHz的ISM频段共有11个频宽为22MHz的频道可供使用,它是11个相互重叠的频段。IEEE 802.11b的后继标准是IEEE 802.11g,其传送速度为54Mbit/s。
IEEE 802.11g

IEEE 802.11g在2003年7月被通过。其载波的频率为2.4GHz(跟802.11b相同),共14个频段,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的设备向下与802.11b兼容。

其后有些无线路由器厂商因应市场需要而在IEEE 802.11g的标准上另行开发新标准,并将理论传输速度提升至108Mbit/s或125Mbit/s。
IEEE 802.11i

IEEE 802.11i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)。

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,这个协定包含了向前兼容RC4的加密协议TKIP(Temporal Key Integrity Protocol),它沿用了WEP所使用的硬件并修正了一些缺失,但可惜仍然不是毫无安全弱点的;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。
IEEE 802.11n

IEEE 802.11n,是2004年1月时IEEE宣布组成一个新的单位来发展的新的802.11标准,于2009年9月正式批准。传输速度理论值为300Mbit/s,因此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快上50倍,而比802.11g快上10倍左右。802.11n也将会比目前的无线网络传送到更远的距离。

802.11n增加了对于MIMO的标准,使用多个发射和接收天线来允许更高的数据传输率,并使用了Alamouti coding coding schemes来增加传输范围。 802.11n支持在标准带宽(20MHz)上的速率包括有 (单位Mbit/s):7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2 (短保护间隔,单数据流)。使用4*MIMO时速度最高为300Mbit/s。 802.11n也支持双倍带宽(40MHz),当使用40MHz带宽和4*MIMO时,速度最高可达600Mbit/s。
IEEE 802.11k

IEEE 802.11k阐述了无线局域网中频谱测量所能提供的服务,并以协议方式规定了测量的类型及接收发送的格式。此协议制定了几种有测量价值的频谱资源信息,并创建了一种请求/报告机制,使测量的需求和结果在不同终端之间进行通信。协议制定小组的工作目标是要使终端设备能够通过对测量信息的量读做出相应的传输调整,为此,协议制定小组定义了测量类型[3]。

这些测量报告使在IEEE 802.11规范下的无线网络终端可以收集临近AP的信息(信标报告)和临近终端链路性质信息(帧报告,隐藏终端报告和终端统计报告)。测量终端还可以提供信道干扰水平(噪声柱状报告)和信道使用情况(信道负荷报告和媒介感知柱状图)。
IEEE 802.11ac
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  建议将IEEE 802.11ac并入本条目或章节。(讨论)

IEEE 802.11ac是一个正在发展中的802.11无线计算机网络通信标准,它通过6GHz频带(也就是一般所说的5GHz频带)进行无线局域网(WLAN)通信。理论上,它能够提供最少每秒1 Gigabit带宽进行多站式无线局域网(WLAN)通信,或是最少每秒500 megabits(500 Mbit/s)的单一连接传输带宽。

它采用并扩展了源自802.11n的空中接口(air interface)概念,包括:更宽的RF带宽(提升至 160 MHz),更多的MIMO空间流(spatial streams)(增加到 8),多用户的 MIMO,以及高密度的解调变(modulation,最高可达到256 QAM)。它是IEEE 802.11n的潜在的继任者。
各国适用频道

主条目:WLAN信道列表

802.11b和802.11g将2.4 GHz的频段区分为14个重复,标记的频道;每个频道的中心频率相差5兆赫兹(MHz).一般常常被误认的是频道1,6和11(还有有些地区的频道14)是互不重迭所以利用这些不重迭的频道,多组无线网络的互相涵盖,互不影响,这种看法太过简单。802.11b和802.11g并没有规范每个频道的频宽,规范的是中心频率和频谱屏蔽(spectral mask)。802.11b的频谱屏蔽需求为:在中心频率±11 MHz处,至少衰减30 dB,±22 MHz处要衰减50 dB.

由于频谱屏蔽只规定到±22 MHz处的能量限制,所以通常认定使用频宽不会超过这个范围。实际上,当发射端距离接收端非常近时,接收端接受到的有性能量频谱,有可能会超过22 MHz的区域。所以,一般认定频道1,6和11互不重迭的说法。应该要修正为:频道1,6和11,三个频段互相之间的影响比使用其它频段来得小。然而,要注意的是,一个使用频道1的高功率发射端,可以轻易的干扰到一个使用频道6的,功率较低的发射站。在实验室的测试中发现,当使用频道11来传递档案时,一个使用频道1的发射台也在通讯时,会影响到频道11的档案传输,让传输速率稍稍降低。所以,即使是频段相差最远的频道1和11,也是会互相干扰的。

虽然频道1,6和11互不重迭的说法是不正确的,但是这个说法至少可以用来说明:频道距离在1,6和11之间虽然会对彼此造成干扰,而却不会大大地影响到通讯的传输速率。

高功率AP为了因应较高的振幅,将中心频率±11 MHz处的频谱屏蔽提高到-40dB,所以才会由ch1干扰到ch6,ch6干扰到ch11。至于ch1干扰到ch11是因为AP功率放大到非线性饱和区,某些厂商制造的AP确实全盖台(Ch1-Ch11)。而正好那些产品又是卖最多的,也就是号称功率最高的。只要符合FCC规范压在±11 MHz -30dB、±22 MHz -50dB就不会出现互相干扰问题。某些芯片制造商在量产或技术上接近ACPR(Adjacent Channel Power Ratio 邻近通道功率比例)不合格边缘,透过放大器放大会导致上述情形出现。[原创研究?]
2.4 GHz频段802.11g规范中第1-14频道的频谱遮罩
总结
协议   发布年份/日期   Op.标准频宽   实际速度 (标准)   实际速度(最大)   范围(室内)   范围(室外)
Legacy   1997   2.4-2.5 GHz   1 Mbit/s   2 Mbit/s    ?    ?
802.11a   1999   5.15-5.35/5.47-5.725/5.725-5.875 GHz   25 Mbit/s   54 Mbit/s   约30米   约45米[4]
802.11b   1999   2.4-2.5 GHz   6.5 Mbit/s   11 Mbit/s   约30米   约100米
802.11g   2003   2.4-2.5 GHz   25 Mbit/s   54 Mbit/s   约30米   约100米
802.11n   2009   2.4 GHz or 5 GHz bands   300 Mbit/s (20MHz*4 MIMO)   600 Mbit/s (40MHz*4 MIMO)   约70米   约250米
802.11p   2009   5.86-5.925 GHz   3 Mbit/s   27 Mbit/s   约300米   约1000米
802.11ac   2011.11(草案)   5 GHz   433Mbit/s, 867Mbit/s (80MHz), (160MHz为可选)   867Mbit/s, 1.73 Gbit/s, 3.47 Gbit/s, 6.93 Gbit/s (8 MIMO, 160MHz)   约30米

http://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11
[最后修改由 Admin, 于 2012-11-11 11:41:09]
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