IEEE 802.11 является частью набора технических стандартов IEEE 802 для локальных сетей (LAN) и определяет набор протоколов управления доступом к среде (MAC) и физического уровня (PHY) для реализации компьютерной связи в беспроводной локальной сети (WLAN). Стандарт и поправки составляют основу для продуктов беспроводной сети, использующих бренд Wi-Fi, и являются наиболее широко используемыми в мире стандартами беспроводных компьютерных сетей. IEEE 802.11 используется в большинстве домашних и офисных сетей для ноутбуков, принтеров, смартфонов. , и другие устройства для связи друг с другом и выхода в Интернет без подключения проводов.
Стандарты созданы и поддерживаются Комитетом по стандартам LAN / MAN Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) ( IEEE 802 ). Базовая версия стандарта была выпущена в 1997 году и в нее были внесены последующие поправки. В то время как каждая поправка официально отменяется, когда она включается в последнюю версию стандарта, корпоративный мир имеет тенденцию предлагать изменения, потому что они кратко обозначают возможности своих продуктов. В результате на рынке каждая редакция имеет тенденцию становиться отдельным стандартом.
IEEE 802.11 использует различные частоты, включая, помимо прочего, полосы частот 2,4 ГГц, 5 ГГц, 6 ГГц и 60 ГГц. Хотя в спецификациях IEEE 802.11 перечислены каналы, которые могут быть использованы, доступность радиочастотного спектра значительно варьируется в зависимости от нормативной области.
Протоколы обычно используются в сочетании с IEEE 802.2 и предназначены для беспрепятственного взаимодействия с Ethernet и очень часто используются для передачи трафика Интернет-протокола.
802,11 семейство состоит из серии полудуплексных более-воздушной модуляции методов, которые используют один и тот же базовый протокол. Семейство протоколов 802.11 использует множественный доступ с контролем несущей с предотвращением коллизий, при котором оборудование прослушивает канал для других пользователей (включая пользователей, не являющихся пользователями 802.11) перед передачей каждого кадра (некоторые используют термин «пакет», который может быть неоднозначным: «кадр» - это технически правильнее).
802.11-1997 был первым стандартом беспроводной сети в семействе, но 802.11b был первым широко распространенным стандартом, за которым следуют 802.11a, 802.11g, 802.11n и 802.11ac. Другие стандарты в семействе (c – f, h, j) представляют собой служебные поправки, которые используются для расширения текущей области применения существующего стандарта, и эти поправки могут также включать исправления к предыдущей спецификации.
802.11b и 802.11g используют 2.4- ГГц ISM диапазона, работающий в Соединенных Штатах под частью 15 в США Федеральной комиссии по связи правил и положений. 802.11n также может использовать этот диапазон 2,4 ГГц. Из-за такого выбора диапазона частот оборудование 802.11b / g / n может иногда испытывать помехи в диапазоне 2,4 ГГц от микроволновых печей, беспроводных телефонов и устройств Bluetooth. 802.11b и 802.11g управляют своими помехами и восприимчивостью к помехам, используя методы передачи сигналов с расширенным спектром прямой последовательности (DSSS) и мультиплексированием с ортогональным частотным разделением (OFDM) соответственно.
802.11a использует полосу U-NII 5 ГГц, которая для большей части мира предлагает не менее 23 неперекрывающихся каналов шириной 20 МГц, а не полосу частот ISM 2,4 ГГц, которая предлагает только три неперекрывающихся канала шириной 20 МГц, при этом другие соседние каналы перекрываются (см. список каналов WLAN ). В зависимости от окружающей среды могут быть реализованы лучшие или худшие характеристики с более высокими или более низкими частотами (каналами). 802.11n может использовать диапазон 2,4 ГГц или 5 ГГц; 802.11ac использует только диапазон 5 ГГц.
Сегмент радиочастотного спектра, используемый 802.11, варьируется в зависимости от страны. В США устройства 802.11a и 802.11g могут работать без лицензии, как это разрешено в Части 15 Правил и положений FCC. Частоты, используемые каналами с первого по шестой стандартов 802.11b и 802.11g, попадают в любительский диапазон 2,4 ГГц. Лицензированные радиолюбители могут использовать устройства 802.11b / g в соответствии с Частью 97 Правил и положений FCC, что позволяет увеличить выходную мощность, но не коммерческий контент или шифрование.
В 2018 году Wi-Fi Alliance начал использовать удобную для потребителя схему нумерации поколений для общедоступных протоколов 802.11. 1–6 поколения Wi-Fi относятся к протоколам 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.11ax в указанном порядке.
Технология 802.11 берет свое начало в 1985 году, когда Федеральная комиссия по связи США выпустила полосу частот ISM для нелицензионного использования.
В 1991 году NCR Corporation / ATamp;T (ныне Nokia Labs и LSI Corporation ) изобрели предшественник 802.11 в Ньювегейне, Нидерланды. Изобретатели изначально планировали использовать эту технологию для кассовых систем. Первые беспроводные продукты были выведены на рынок под названием WaveLAN со скоростью передачи исходных данных 1 Мбит / с и 2 Мбит / с.
Вик Хейс, который в течение 10 лет возглавлял IEEE 802.11 и был назван «отцом Wi-Fi», участвовал в разработке первоначальных стандартов 802.11b и 802.11a в рамках IEEE. Вместе с инженером Bell Labs Брюсом Тачем он обратился в IEEE с просьбой создать стандарт.
В 1999 г. был образован Wi-Fi Alliance как торговая ассоциация, владеющая торговой маркой Wi-Fi, под которой продается большинство продуктов.
Главный коммерческий прорыв произошел с тем, что Apple в 1999 году использовала Wi-Fi для своей серии ноутбуков iBook. Это был первый массовый потребительский продукт, предлагавший возможность подключения к сети Wi-Fi, который затем был назван Apple AirPort. Годом позже IBM в 2000 году представила серию ThinkPad 1300.
| ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Частотный диапазон или тип | PHY | Протокол | Дата выхода | Частота | Пропускная способность | Скорость потоковой передачи данных | Допустимые потоки MIMO | Модуляция | Приблизительный диапазон | |||
В помещении | Открытый | |||||||||||
(ГГц) | (МГц) | (Мбит / с) | ||||||||||
1–6 ГГц | DSSS / FHSS | 802.11-1997 | Июнь 1997 г. | 2,4 | 22 | 1, 2 | N / A | DSSS, FHSS | 20 м (66 футов) | 100 м (330 футов) | ||
HR-DSSS | 802.11b | Сентябрь 1999 | 2,4 | 22 | 1, 2, 5.5, 11 | N / A | DSSS | 35 м (115 футов) | 140 м (460 футов) | |||
OFDM | 802.11a | Сентябрь 1999 | 5 | 10.05.20 | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 (для полосы пропускания 20 МГц разделите на 2 и 4 для 10 и 5 МГц) | N / A | OFDM | 35 м (115 футов) | 120 м (390 футов) | |||
802.11j | Ноя 2004 | 4,9 / 5,0 | ? | ? | ||||||||
802.11p | Июль 2010 г. | 5.9 | ? | 1000 м (3300 футов) | ||||||||
802.11y | Ноя 2008 | 3,7 | ? | 5000 м (16000 футов) | ||||||||
ERP-OFDM | 802,11 г | Июнь 2003 г. | 2,4 | 38 м (125 футов) | 140 м (460 футов) | |||||||
HT-OFDM | 802.11n (Wi-Fi 4) | Октябрь 2009 г. | 2,4 / 5 | 20 | До 288,8 | 4 | MIMO-OFDM | 70 м (230 футов) | 250 м (820 футов) | |||
40 | До 600 | |||||||||||
VHT-OFDM | 802.11ac (Wi-Fi 5) | Декабрь 2013 | 5 | 20 | До 346,8 | 8 | MIMO-OFDM | 35 м (115 футов) | ? | |||
40 | До 800 | |||||||||||
80 | До 1733,2 | |||||||||||
160 | До 3466,8 | |||||||||||
ОН-ОФДМА | 802.11ax (Wi-Fi 6) | Февраль 2021 г. | 2,4 / 5/6 | 20 | До 1147 г. | 8 | MIMO-OFDM | 30 м (98 футов) | 120 м (390 футов) | |||
40 | До 2294 | |||||||||||
80 | До 4804 | |||||||||||
80 + 80 | До 9608 | |||||||||||
ммволна | DMG | 802.11ad | Декабрь 2012 г. | 60 | 2160 | До 6,757 (6,7 Гбит / с) | N / A | OFDM, одного несущие малая мощность одного несущих | 3,3 м (11 футов) | ? | ||
802.11aj | Апр 2018 | 45/60 | 540/1080 | До 15000 (15 Гбит / с) | 4 | OFDM, одиночная несущая | ? | ? | ||||
EDMG | 802.11ay | Стандартное восточное время. Март 2021 г. | 60 | 8000 | До 20 000 (20 Гбит / с) | 4 | OFDM, одиночная несущая | 10 м (33 футов) | 100 м (328 футов) | |||
IoT в диапазоне частот ниже 1 ГГц | TVHT | 802.11af | Февраль 2014 г. | 0,054–0,79 | 6–8 | До 568,9 | 4 | MIMO-OFDM | ? | ? | ||
S1G | 802.11ah | Декабрь 2016 | 0,7 / 0,8 / 0,9 | 1–16 | До 8,67 (@ 2 МГц) | 4 | ? | ? | ||||
2,4 ГГц, 5 ГГц | WUR | 802.11ba | Стандартное восточное время. Март 2021 г. | 2,4 / 5 | 4.06 | 0,0625, 0,25 (62,5 кбит / с, 250 кбит / с) | N / A | OOK (Многоканальный OOK) | ? | ? | ||
Свет ( Li-Fi ) | ИК | 802.11-1997 | Июнь 1997 г. | ? | ? | 1, 2 | N / A | PPM | ? | ? | ||
? | 802.11bb | Стандартное восточное время. Июль 2022 г. | 60000-790000 | ? | ? | N / A | ? | ? | ? | |||
Стандартные свертки 802.11 | ||||||||||||
802.11-2007 | Март 2007 г. | 2,4, 5 | До 54 | DSSS, OFDM | ||||||||
802.11-2012 | Март 2012 г. | 2,4, 5 | До 150 | DSSS, OFDM | ||||||||
802.11-2016 | Декабрь 2016 | 2,4, 5, 60 | До 866,7 или 6 757 | DSSS, OFDM | ||||||||
802.11-2020 | Декабрь 2020 | 2,4, 5, 60 | До 866,7 или 6 757 | DSSS, OFDM | ||||||||
|
Первоначальная версия стандарта IEEE 802.11 была выпущена в 1997 году и уточнена в 1999 году, но сейчас она устарела. В нем указаны две чистые скорости передачи данных 1 или 2 мегабита в секунду (Мбит / с) плюс код прямого исправления ошибок. В нем определены три альтернативные технологии физического уровня : диффузное инфракрасное излучение, работающее на скорости 1 Мбит / с; расширенный спектр со скачкообразной перестройкой частоты, работающий на скорости 1 Мбит / с или 2 Мбит / с; и расширенный спектр прямой последовательности, работающий на скорости 1 Мбит / с или 2 Мбит / с. В двух последних радиотехнологиях использовалась микроволновая передача в диапазоне частот 2,4 ГГц в промышленной научной медицине. В некоторых более ранних технологиях WLAN использовались более низкие частоты, например в диапазоне ISM 900 МГц в США.
Унаследованный стандарт 802.11 с расширенным спектром прямой последовательности был быстро вытеснен и популяризирован стандартом 802.11b.
Стандарт 802.11a, опубликованный в 1999 году, использует тот же протокол уровня звена данных и формат кадра, что и исходный стандарт, но был добавлен радиоинтерфейс на основе OFDM (физический уровень). Это было позже переименован Wi-Fi 1, по Wi-Fi Alliance, по отношению к Wi-Fi 2 (802.11b).
Он работает в диапазоне 5 ГГц с максимальной чистой скоростью передачи данных 54 Мбит / с, плюс код коррекции ошибок, что дает реалистичную достижимую чистую пропускную способность в среднем 20 Мбит / с. Он получил широкое распространение во всем мире, особенно в корпоративном рабочем пространстве.
Поскольку диапазон 2,4 ГГц интенсивно используется до такой степени, что он переполнен, использование относительно неиспользуемого диапазона 5 ГГц дает 802.11aa значительное преимущество. Однако такая высокая несущая частота также имеет недостаток: эффективный общий диапазон 802.11a меньше, чем у 802.11b / g. Теоретически сигналы 802.11a легче поглощаются стенами и другими твердыми объектами на своем пути из-за их меньшей длины волны и, как следствие, не могут проникать так далеко, как сигналы 802.11b. На практике 802.11b обычно имеет более высокий диапазон на низких скоростях (802.11b снижает скорость до 5,5 Мбит / с или даже до 1 Мбит / с при низкой мощности сигнала). 802.11a также страдает от помех, но локально может быть меньше сигналов для создания помех, что приводит к меньшим помехам и лучшей пропускной способности.
Стандарт 802.11b имеет максимальную скорость необработанных данных 11 Мбит / с (мегабит в секунду) и использует тот же метод доступа к среде передачи, который определен в исходном стандарте. Продукты 802.11b появились на рынке в начале 2000 года, поскольку 802.11b является прямым расширением метода модуляции, определенного в исходном стандарте. Резкое увеличение пропускной способности 802.11b (по сравнению с исходным стандартом) наряду с одновременным существенным снижением цен привело к быстрому принятию 802.11b в качестве окончательной технологии беспроводной локальной сети.
Устройства, использующие 802.11b, испытывают помехи от других продуктов, работающих в диапазоне 2,4 ГГц. К устройствам, работающим в диапазоне 2,4 ГГц, относятся микроволновые печи, устройства Bluetooth, радионяни, беспроводные телефоны и некоторое любительское радиооборудование. Как нелицензированные преднамеренные излучатели в этом диапазоне ISM, они не должны создавать помехи и должны допускать помехи от первичных или вторичных распределений (пользователей) этого диапазона, таких как любительская радиосвязь.
В июне 2003 года был ратифицирован третий стандарт модуляции: 802.11g. Это работает в диапазоне 2,4 ГГц (например, 802.11b), но использует ту же схему передачи на основе OFDM, что и 802.11a. Он работает с максимальной скоростью передачи данных физического уровня 54 Мбит / с, исключая коды прямого исправления ошибок, или средней пропускной способностью около 22 Мбит / с. Аппаратное обеспечение 802.11g полностью обратно совместимо с оборудованием 802.11b и, следовательно, связано с устаревшими проблемами, которые снижают пропускную способность примерно на 21% по сравнению со стандартом 802.11a.
Предложенный тогда стандарт 802.11g был быстро принят на рынке, начиная с января 2003 года, задолго до ратификации, из-за стремления к более высоким скоростям передачи данных, а также к снижению производственных затрат. К лету 2003 года большинство двухдиапазонных продуктов 802.11a / b стали двухдиапазонными / трехрежимными, поддерживая a и b / g в одной карте мобильного адаптера или точке доступа. Детали того, как заставить b и g хорошо работать вместе, занимали большую часть затяжного технического процесса; в сети 802.11g, однако, активность участника 802.11b снижает скорость передачи данных всей сети 802.11g.
Как и 802.11b, устройства 802.11g также страдают от помех от других продуктов, работающих в диапазоне 2,4 ГГц, например от беспроводных клавиатур.
В 2003 году рабочая группа TGma получила право «свернуть» многие поправки к версии 1999 года стандарта 802.11. REVma или 802.11ma, как его называли, создал единый документ, который объединил 8 поправок ( 802.11a, b, d, e, g, h, i, j ) с базовым стандартом. После утверждения 8 марта 2007 г. стандарт 802.11REVma был переименован в действующий на тот момент базовый стандарт IEEE 802.11-2007.
802.11n - это поправка, улучшающая предыдущие стандарты 802.11; его первый проект сертификации был опубликован в 2006 году стандарт 802.11n был задним числом помечен как Wi-Fi 4 по Wi-Fi Alliance. В стандарт добавлена поддержка антенн с несколькими входами и выходами (MIMO). 802.11n работает как в диапазоне 2,4 ГГц, так и в диапазоне 5 ГГц. Поддержка диапазонов 5 ГГц не является обязательной. Его чистая скорость передачи данных составляет от 54 Мбит / с до 600 Мбит / с. IEEE одобрил поправку, и она была опубликована в октябре 2009 года. До окончательной ратификации предприятия уже переходили на сети 802.11n на основе сертификации продуктов Wi-Fi Alliance, соответствующих проекту 802.11n 2007 года. предложение.
В мае 2007 года рабочая группа TGmb получила полномочия «свернуть» многие поправки к версии 2007 года стандарта 802.11. REVmb или 802.11mb, как его называли, создал единый документ, который объединил десять поправок ( 802.11k, r, y, n, w, p, z, v, u, s ) с базовым стандартом 2007 года. Кроме того, была проведена большая очистка, включая изменение порядка многих пунктов. После публикации 29 марта 2012 года новый стандарт именовался IEEE 802.11-2012.
IEEE 802.11ac-2013 - это поправка к IEEE 802.11, опубликованная в декабре 2013 года и основанная на 802.11n. Стандарт 802.11ac был задним числом обозначен как Wi-Fi 5 от Wi-Fi Alliance. Изменения по сравнению с 802.11n включают более широкие каналы (80 или 160 МГц против 40 МГц) в диапазоне 5 ГГц, больше пространственных потоков (до восьми против четырех), модуляцию более высокого порядка (до 256- QAM по сравнению с 64-QAM) и добавление многопользовательской MIMO (MU-MIMO). Wi-Fi Alliance разделил внедрение беспроводных продуктов переменного тока на две фазы («волны»), названные «Волна 1» и «Волна 2». С середины 2013 года альянс начал сертификацию продуктов Wave 1 802.11ac, поставляемых производителями, на основе IEEE 802.11ac Draft 3.0 (стандарт IEEE был окончательно доработан только в том же году). В 2016 году Wi-Fi Alliance представила сертификацию Wave 2, чтобы обеспечить более высокую пропускную способность и емкость по сравнению с продуктами Wave 1. Продукты Wave 2 включают дополнительные функции, такие как MU-MIMO, поддержку ширины канала 160 МГц, поддержку большего количества каналов 5 ГГц и четыре пространственных потока (с четырьмя антеннами; по сравнению с тремя в Wave 1 и 802.11n и восемью в спецификации IEEE 802.11ax.).
IEEE 802.11ad - это поправка, которая определяет новый физический уровень для сетей 802.11 для работы в диапазоне миллиметровых волн 60 ГГц. Характеристики распространения в этой полосе частот существенно отличаются от полос частот 2,4 и 5 ГГц, в которых работают сети Wi-Fi. Продукты, реализующие стандарт 802.11ad, выводятся на рынок под торговой маркой WiGig. Программа сертификации в настоящее время разрабатывается Wi-Fi Alliance вместо ныне несуществующего Wireless Gigabit Alliance. Пиковая скорость передачи 802.11ad составляет 7 Гбит / с.
IEEE 802.11ad - это протокол, используемый для очень высоких скоростей передачи данных (около 8 Гбит / с) и для связи на короткие расстояния (около 1–10 метров).
TP-Link анонсировала первый в мире маршрутизатор 802.11ad в январе 2016 года.
Стандарт WiGig не слишком известен, хотя он был объявлен в 2009 году и добавлен к семейству IEEE 802.11 в декабре 2012 года.
IEEE 802.11af, также называемый «White-Fi» и «Super Wi-Fi», представляет собой поправку, утвержденную в феврале 2014 года, которая позволяет работать WLAN в спектре белого пространства ТВ в диапазонах VHF и UHF между 54 и 790 МГц.. Он использует технологию когнитивного радио для передачи на неиспользуемых телеканалах, при этом стандарт принимает меры по ограничению помех для основных пользователей, таких как аналоговое телевидение, цифровое телевидение и беспроводные микрофоны. Точки доступа и станции определяют свое местоположение с помощью спутниковой системы позиционирования, такой как GPS, и используют Интернет для запроса базы данных геолокации (GDB), предоставленной региональным регулирующим органом, чтобы узнать, какие частотные каналы доступны для использования в данное время и в определенном месте. Физический уровень использует OFDM и основан на 802.11ac. Потери на трассе распространения, а также затухание такими материалами, как кирпич и бетон, ниже в диапазонах УВЧ и ОВЧ, чем в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, что увеличивает возможный диапазон. Частотные каналы имеют ширину от 6 до 8 МГц, в зависимости от нормативной области. Можно объединить до четырех каналов в один или два смежных блока. Возможна работа MIMO с использованием до четырех потоков, используемых либо для работы с пространственно-временным блочным кодом (STBC), либо для многопользовательской (MU) операции. Достижимая скорость передачи данных на пространственный поток составляет 26,7 Мбит / с для каналов 6 и 7 МГц и 35,6 Мбит / с для каналов 8 МГц. С четырьмя пространственными потоками и четырьмя связанными каналами максимальная скорость передачи данных составляет 426,7 Мбит / с для каналов 6 и 7 МГц и 568,9 Мбит / с для каналов 8 МГц.
IEEE 802.11-2016, известный как IEEE 802.11 REVmc, представляет собой пересмотр, основанный на IEEE 802.11-2012, включающий 5 поправок ( 11ae, 11aa, 11ad, 11ac, 11af ). Кроме того, существующие функции MAC и PHY были улучшены, а устаревшие функции были удалены или помечены для удаления. Нумерация некоторых статей и приложений была изменена.
IEEE 802.11ah, опубликованный в 2017 году, определяет систему WLAN, работающую в не требующих лицензирования диапазонах частот ниже 1 ГГц. Благодаря благоприятным характеристикам распространения низкочастотных спектров, 802.11ah может обеспечить улучшенный диапазон передачи по сравнению с обычными беспроводными локальными сетями 802.11, работающими в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц. 802.11ah можно использовать для различных целей, включая крупномасштабные сенсорные сети, точки доступа с расширенным диапазоном и открытый Wi-Fi для разгрузки сотового трафика, тогда как доступная полоса пропускания относительно узка. Протокол предполагает, что потребление будет конкурентоспособным с низким энергопотреблением Bluetooth в гораздо более широком диапазоне.
IEEE 802.11ai - это поправка к стандарту 802.11, которая добавила новые механизмы для более быстрого первоначального установления связи.
IEEE 802.11aj является производным от 802.11ad для использования в нелицензируемом спектре 45 ГГц, доступном в некоторых регионах мира (в частности, в Китае); он также предоставляет дополнительные возможности для использования в диапазоне 60 ГГц.
Также известен как Китай миллиметрового диапазона (CMMW).
IEEE 802.11aq - это поправка к стандарту 802.11, которая позволит обнаруживать услуги до ассоциации. Это расширяет некоторые механизмы 802.11u, которые позволяют обнаруживать устройства для дальнейшего обнаружения служб, работающих на устройстве или предоставляемых сетью.
IEEE 802.11-2020, известный как IEEE 802.11 REVmd, представляет собой пересмотр, основанный на IEEE 802.11-2016, включающий 5 поправок ( 11ai, 11ah, 11aj, 11ak, 11aq ). Кроме того, существующие функции MAC и PHY были улучшены, а устаревшие функции были удалены или помечены для удаления. Добавлены некоторые пункты и приложения.
IEEE 802.11ax является преемником 802.11ac. Он продается как Wi-Fi 6 (2,4 ГГц и 5 ГГц) и Wi-Fi 6E (6 ГГц) от Wi-Fi Alliance. Он также известен как High Efficiency Wi-Fi для общего улучшения клиентов Wi-Fi 6 в плотных средах. Для отдельного клиента максимальное улучшение скорости передачи данных ( PHY ) по сравнению с предшественником (802.11ac) составляет всего 39% (для сравнения, это улучшение составляло почти 500% для предшественников). Тем не менее, даже при этом сравнительно малом 39% рисунке, цель состояла в том, чтобы обеспечить в 4 раза по пропускной способности -в-зоне 802.11ac (отсюда высокая эффективность). Мотивом, стоящим за этой целью, было развертывание WLAN в плотных средах, таких как корпоративные офисы, торговые центры и плотные жилые дома. Это достигается с помощью метода, называемого OFDMA, который в основном представляет собой мультиплексирование в частотной области (в отличие от пространственного мультиплексирования, как в 802.11ac). Это эквивалентно сотовой технологии, применяемой в Wi-Fi.
Стандарт IEEE 802.11ax ‑ 2021 был утвержден 9 февраля 2021 года.
IEEE 802.11ay - это разрабатываемый стандарт. Это поправка, определяющая новый физический уровень сетей 802.11 для работы в диапазоне миллиметровых волн 60 ГГц. Это будет расширение существующей 11ad, направленное на расширение пропускной способности, диапазона и вариантов использования. Основные варианты использования включают: работу в помещении, обратную связь за пределами дома и связь на небольшом расстоянии. Пиковая скорость передачи 802.11ay составляет 20 Гбит / с. Основные расширения включают: связывание каналов (2, 3 и 4), MIMO (до 4 потоков) и более высокие схемы модуляции.
IEEE 802.11ba Wake-up Radio (WUR) Operation - это поправка к стандарту IEEE 802.11, которая обеспечивает энергоэффективную работу для приема данных без увеличения задержки. Целевое потребление активной мощности для приема пакета WUR составляет менее 1 милливатта и поддерживает скорости передачи данных 62,5 кбит / с и 250 кбит / с. WUR PHY использует MC-OOK ( с множеством несущих ООК ), чтобы достичь очень низкого энергопотребления.
IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT) - это потенциальная следующая поправка к стандарту 802.11 IEEE, которая, вероятно, будет обозначена как Wi-Fi 7. Он будет основан на стандарте 802.11ax с упором на работу WLAN внутри и вне помещений со стационарной и пешеходной скоростью в диапазонах частот 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц.
Во всех вариантах 802.11 максимально достижимая пропускная способность определяется либо на основе измерений в идеальных условиях, либо на скоростях передачи данных уровня 2. Однако это не относится к типичным развертываниям, в которых данные передаются между двумя конечными точками, из которых по крайней мере одна обычно подключена к проводной инфраструктуре, а другая конечная точка подключена к инфраструктуре через беспроводное соединение.
Графическое представление диапазона производительности приложения Wi-Fi ( UDP ) Диапазон 2,4 ГГц, с 802.11n с частотой 40 МГцЭто означает, что обычно кадры данных проходят среду 802.11 (WLAN) и преобразуются в 802.3 ( Ethernet ) или наоборот. Из-за разницы в длине кадра (заголовка) этих двух носителей размер пакета приложения определяет скорость передачи данных. Это означает, что приложения, использующие небольшие пакеты (например, VoIP), создают потоки данных с трафиком с высокими накладными расходами (т. Е. С низкой полезной пропускной способностью ). Другими факторами, влияющими на общую скорость передачи данных приложения, являются скорость, с которой приложение передает пакеты (т. Е. Скорость передачи данных), и, конечно же, энергия, с которой принимается беспроводной сигнал. Последнее определяется расстоянием и настроенной выходной мощностью устройств связи.
Те же ссылки относятся к приложенным графикам, которые показывают измерения пропускной способности UDP. Каждый из них представляет собой среднюю пропускную способность (UDP) (обратите внимание, что полосы ошибок есть, но едва заметны из-за небольшого отклонения) 25 измерений. Каждый из них имеет определенный размер пакета (маленький или большой) и определенную скорость передачи данных (10 кбит / с - 100 Мбит / с). Также включены маркеры для профилей трафика общих приложений. Эти цифры предполагают отсутствие ошибок пакетов, которые в случае их возникновения еще больше снизят скорость передачи.
802.11b, 802.11g и 802.11n-2.4 используют спектр 2,400–2,500 ГГц, один из диапазонов ISM. 802.11a, 802.11n и 802.11ac используют более строго регулируемый диапазон 4,915–5,825 ГГц. В большей части коммерческой литературы они обычно упоминаются как «диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц». Каждый спектр подразделяется на каналы с центральной частотой и полосой пропускания, аналогично тому, как подразделяются диапазоны радио- и телевещания.
Полоса частот 2,4 ГГц разделена на 14 каналов, расположенных на расстоянии 5 МГц друг от друга, начиная с канала 1, который расположен на частоте 2,412 ГГц. Последние каналы имеют дополнительные ограничения или недоступны для использования в некоторых нормативных областях.
Графическое представление каналов Wi-Fi в диапазоне 2,4 ГГцНумерация каналов в диапазоне 5,725–5,875 ГГц менее интуитивно понятна из-за различий в правилах между странами. Они обсуждаются более подробно в списке каналов WLAN.
Помимо определения центральной частоты канала, 802.11 также определяет (в разделе 17) спектральную маску, определяющую допустимое распределение мощности по каждому каналу. Маска требует, чтобы сигнал был ослаблен минимум на 20 дБ от его пиковой амплитуды на ± 11 МГц от центральной частоты, точки, в которой канал имеет эффективную ширину 22 МГц. Одним из следствий этого является то, что станции могут использовать только каждый четвертый или пятый канал без перекрытия.
Доступность каналов регулируется страной, частично ограничиваясь тем, как каждая страна распределяет радиочастотный спектр различным службам. С одной стороны, Япония разрешает использование всех 14 каналов для 802.11b и 1–13 для 802.11g / n-2.4. В других странах, таких как Испания, изначально были разрешены только каналы 10 и 11, а во Франции - только 10, 11, 12 и 13; однако в Европе теперь разрешены каналы с 1 по 13. В Северной Америке и некоторых странах Центральной и Южной Америки разрешены только каналы с 1 по 11.
Спектральные маски для каналов 1–14 802.11g в диапазоне 2,4 ГГцПоскольку спектральная маска определяет только ограничения выходной мощности до ± 11 МГц от центральной частоты, которая должна быть ослаблена на –50 дБо, часто предполагается, что энергия канала не выходит за эти пределы. Правильнее будет сказать, что перекрывающийся сигнал на любом канале должен быть достаточно ослаблен, чтобы минимально создавать помехи передатчику на любом другом канале, учитывая разделение между каналами. Из -за проблемы ближнего и дальнего радиуса действия передатчик может воздействовать (снизить чувствительность) приемника на «неперекрывающемся» канале, но только если он находится близко к приемнику-жертве (в пределах метра) или работает с превышением допустимого уровня мощности. И наоборот, достаточно удаленный передатчик на перекрывающемся канале не может иметь значительного влияния.
Часто возникает путаница по поводу необходимого разделения каналов между передающими устройствами. 802.11b был основан на модуляции с расширенным спектром прямой последовательности (DSSS) и использовал полосу пропускания канала 22 МГц, в результате чего были три «неперекрывающихся» канала (1, 6 и 11). 802.11g был основан на модуляции OFDM и использовал полосу пропускания канала 20 МГц. Иногда это приводит к убеждению, что в 802.11g существуют четыре «неперекрывающихся» канала (1, 5, 9 и 13). Однако это не относится к 17.4.6.3 Нумерация каналов рабочих каналов стандарта IEEE Std 802.11 (2012), в котором говорится: «В топологии сети с несколькими сотами перекрывающиеся и / или соседние соты, использующие разные каналы, могут работать одновременно без помехи, если расстояние между центральными частотами составляет не менее 25 МГц ». и раздел 18.3.9.3 и рисунок 18-13.
Это не означает, что техническое перекрытие каналов рекомендует не использовать перекрывающиеся каналы. Количество межканальных помех, наблюдаемых в конфигурации с использованием каналов 1, 5, 9 и 13 (что разрешено в Европе, но не в Северной Америке), почти не отличается от трехканальной конфигурации, но с целым дополнительным каналом..
802.11 неперекрывающиеся каналы для 2,4 ГГц. Крышки 802.11b, g, nОднако перекрытие между каналами с более узким интервалом (например, 1, 4, 7, 11 в Северной Америке) может вызвать неприемлемое ухудшение качества сигнала и пропускной способности, особенно когда пользователи осуществляют передачу вблизи границ ячеек AP.
IEEE использует фразу regdomain для обозначения законодательно регулируемого региона. В разных странах определены разные уровни допустимой мощности передатчика, время, в течение которого канал может быть занят, и разные доступные каналы. Коды доменов указаны для США, Канады, ETSI (Европа), Испании, Франции, Японии и Китая.
Большинство сертифицированных устройств Wi-Fi по умолчанию используют regdomain 0, что означает настройки наименьшего общего знаменателя, т. Е. Устройство не будет передавать мощность, превышающую допустимую в любой стране, и не будет использовать частоты, которые не разрешены в какой-либо стране.
Regdomain установку часто трудно или невозможно изменить таким образом, чтобы конечные пользователи не конфликтуют с местными регулирующими органами, такие как в Соединенных Штатах " Федеральной комиссия по связи.
В дейтаграммы называются кадры. Текущие стандарты 802.11 определяют типы кадров для использования при передаче данных, а также для управления и контроля беспроводных соединений.
Фреймы делятся на очень специфические и стандартизированные разделы. Каждый кадр состоит из заголовка MAC, полезной нагрузки и контрольной последовательности кадра (FCS). Некоторые кадры могут не иметь полезной нагрузки.
Поле | Управление кадром | Продолжительность, id. | Адрес 1 | Адрес 2 | Адрес 3 | Последовательный контроль | Адрес 4 | QoS контроль | Управление HT | Корпус рамы | Последовательность проверки кадра |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Длина (байты) | 2 | 2 | 6 | 6 | 6 | 0 или 2 | 6 | 0 или 2 | 0 или 4 | Переменная | 4 |
Первые два байта заголовка MAC образуют поле управления кадром, определяющее форму и функцию кадра. Это поле управления кадром подразделяется на следующие подполя:
Следующие два байта зарезервированы для поля Duration ID, указывающего, сколько времени займет передача поля, чтобы другие устройства знали, когда канал снова станет доступен. Это поле может принимать одну из трех форм: продолжительность, период без конкуренции (CFP) и идентификатор ассоциации (AID).
Фрейм 802.11 может иметь до четырех адресных полей. Каждое поле может содержать MAC-адрес. Адрес 1 - приемник, адрес 2 - передатчик, адрес 3 используется приемником для целей фильтрации. Адрес 4 присутствует только в кадрах данных, передаваемых между точками доступа в расширенном наборе услуг или между промежуточными узлами в ячеистой сети.
Остальные поля заголовка:
Поле полезной нагрузки или тела кадра имеет переменный размер, от 0 до 2304 байта, плюс любые накладные расходы от инкапсуляции безопасности, и содержит информацию с более высоких уровней.
Последовательность проверки кадра (FCS) - это последние четыре байта в стандартном кадре 802.11. Часто называемый циклической проверкой избыточности (CRC), он позволяет проверять целостность извлеченных кадров. Перед отправкой кадров вычисляется и добавляется FCS. Когда станция получает кадр, она может вычислить FCS кадра и сравнить его с полученным. Если они совпадают, предполагается, что кадр не был искажен во время передачи.
Кадры управления не всегда аутентифицируются и позволяют поддерживать или прекращать обмен данными. Некоторые распространенные подтипы 802.11 включают:
Тело кадра управления состоит из фиксированных полей, зависящих от подтипа кадра, за которыми следует последовательность информационных элементов (IE).
Общая структура IE выглядит следующим образом:
Поле | Тип | Длина | Данные |
---|---|---|---|
Длина | 1 | 1 | 1–252 |
Кадры управления облегчают обмен кадрами данных между станциями. Некоторые общие контрольные кадры 802.11 включают:
Фреймы данных переносят пакеты с веб-страниц, файлов и т. Д. Внутри тела. Тело начинается с заголовка IEEE 802.2, с точкой доступа к службе назначения (DSAP), указывающей протокол, за которым следует заголовок протокола доступа к подсети (SNAP), если DSAP - шестнадцатеричный AA, с организационно уникальным идентификатором (OUI) и идентификатором протокола. (PID) поля, определяющие протокол. Если все OUI - нули, поле идентификатора протокола представляет собой значение EtherType. Почти все кадры данных 802.11 используют заголовки 802.2 и SNAP, и большинство используют OUI 00:00:00 и значение EtherType.
Подобно контролю перегрузки TCP в Интернете, потеря кадров встроена в работу 802.11. Чтобы выбрать правильную скорость передачи или схему модуляции и кодирования, алгоритм управления скоростью может тестировать разные скорости. Фактическая скорость потери пакетов в точках доступа сильно различается в зависимости от условий соединения. Уровень потерь в рабочих точках доступа варьируется от 10% до 80%, при этом 30% является обычным средним значением. Важно знать, что канальный уровень должен восстанавливать эти потерянные кадры. Если отправитель не получает кадр подтверждения (ACK), он будет отправлен повторно.
В рамках рабочей группы IEEE 802.11 существуют следующие стандарты и поправки ассоциации стандартов IEEE :
802.11F и 802.11T - это рекомендуемые методы, а не стандарты, и они пишутся с большой буквы.
802.11m используется для стандартного обслуживания. 802.11ma был завершен для 802.11-2007, 802.11mb для 802.11-2012, 802.11mc для 802.11-2016 и 802.11md для 802.11-2020.
И термины «стандарт», и «поправка» используются при обозначении различных вариантов стандартов IEEE.
Что касается ассоциации стандартов IEEE, в настоящее время существует только один стандарт; он обозначается IEEE 802.11, за которым следует дата публикации. IEEE 802.11-2020 - единственная опубликованная версия, которая заменяет предыдущие. В стандарт вносятся поправки. Поправки создаются целевыми группами (ТГ). И группа задач, и их готовый документ обозначаются словом 802.11, за которым следует непрописная буква, например IEEE 802.11a и IEEE 802.11b. За обновление 802.11 отвечает группа задач m. Чтобы создать новую версию, TGm объединяет предыдущую версию стандарта и все опубликованные поправки. TGm также предоставляет отрасли разъяснения и интерпретации опубликованных документов. Новые версии IEEE 802.11 были опубликованы в 1999, 2007, 2012, 2016 и 2020 годах.
Различные термины в 802.11 используются для определения аспектов работы беспроводной локальной сети и могут быть незнакомы некоторым читателям.
Например, Time Unit (обычно сокращенно TU) используется для обозначения единицы времени, равной 1024 микросекундам. Многочисленные постоянные времени определены в единицах времени (а не в приблизительно равных миллисекундах).
Кроме того, термин «портал» используется для описания объекта, аналогичного мосту 802.1H. Портал обеспечивает доступ к WLAN с помощью STA LAN, отличных от 802.11.
В 2001 году группа из Калифорнийского университета в Беркли представила документ, описывающий слабые места в механизме безопасности 802.11 Wired Equivalent Privacy (WEP), определенном в исходном стандарте; за ними последовала статья Флюрера, Мантина и Шамира под названием «Слабые стороны алгоритма составления расписания ключей RC4 ». Вскоре после этого Адам Стаблфилд и ATamp;T публично объявили о первой проверке атаки. В ходе атаки они смогли перехватить передачи и получить несанкционированный доступ к беспроводным сетям.
IEEE создал специальную рабочую группу для создания альтернативного решения безопасности, 802.11i (ранее эта работа выполнялась как часть более широких усилий 802.11e по улучшению уровня MAC ). Wi-Fi Alliance объявил промежуточные спецификации под названием Wi-Fi Protected Access ( WPA ), основанный на подмножестве тогда текущего проект IEEE 802.11i. Они начали появляться в продуктах в середине 2003 года. Сам IEEE 802.11i (также известный как WPA2 ) был ратифицирован в июне 2004 года и использует расширенный стандарт шифрования (AES) вместо RC4, который использовался в WEP. Современным рекомендуемым шифрованием для домашнего / потребительского пространства является WPA2 (предварительный общий ключ AES), а для корпоративного пространства - WPA2 вместе с сервером аутентификации RADIUS (или другим типом сервера аутентификации) и сильным методом аутентификации, таким как EAP- TLS.
В январе 2005 г. IEEE создал еще одну группу задач «w» для защиты кадров управления и широковещательной передачи, которые ранее передавались незащищенными. Его стандарт был опубликован в 2009 году.
В декабре 2011 года была обнаружена уязвимость безопасности, которая затрагивает некоторые беспроводные маршрутизаторы со специальной реализацией дополнительной функции Wi-Fi Protected Setup (WPS). Хотя WPS не является частью 802.11, этот недостаток позволяет злоумышленнику в зоне действия беспроводного маршрутизатора восстановить PIN-код WPS, а вместе с ним и пароль 802.11i маршрутизатора за несколько часов.
В конце 2014 года Apple объявила, что ее мобильная операционная система iOS 8 будет шифровать MAC-адреса на этапе предварительной ассоциации, чтобы помешать отслеживанию посетителей розничной торговли, которое стало возможным благодаря регулярной передаче однозначно идентифицируемых зондирующих запросов.
Пользователи Wi-Fi могут подвергаться атаке с деаутентификацией Wi-Fi с целью подслушивания, взлома паролей или принудительного использования другой, обычно более дорогой точки доступа.