Развитие стандартов 802.11
IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц.
Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющимся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках.
Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей — IEEE 802.11a — определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц.
Вопреки своему названию, принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b не является продолжением стандарта 802.11a, поскольку в них используются различные технологии: DSSS (точнее, его улучшенная версия HR-DSSS) в 802.11b против OFDM в 802.11a. Стандарт предусматривает использование нелицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с.
Продукты стандарта IEEE 802.11b, поставляемые разными изготовителями, тестируются на совместимость и сертифицируются организацией Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), которая в настоящее время больше известна под названием Wi-Fi Alliance. Совместимые беспроводные продукты, прошедшие испытания по программе «Альянса Wi-Fi», могут быть маркированы знаком Wi-Fi.
Долгое время IEEE 802.11b был распространённым стандартом, на базе которого было построено большинство беспроводных локальных сетей. Сейчас его место занял стандарт G, постепенно вытесняемый более совершенным N.
Проект стандарта IEEE 802.11g был утверждён в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость передачи 11 Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b. Обратная совместимость стандарта IEEE 802.11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда скорость передачи будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость составляет 54 Мбит/с. Таким образом, данный стандарт является наиболее приемлемым при построении беспроводных сетей.
Список стандартов
При описании стандарта, в скобках указан год его принятия.
802.11 — Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997)
802.11a — 54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001)
802.11ac — Новый, разрабатываемый IEEE стандарт. Скорости передачи данных до 1.3 Гбит/c, энергопотребление по сравнению с 802.11n снижено до 6 раз. Обратная совместимость с 802.11a/b/g/n. Финальная версия стандарта ожидается к концу 2012 года, а устройства, реализующие новый стандарт уже представлены.
802.11ad — Модификация стандарта 802.11ac, работающая в 60Ghz.
802.11b — Улучшения к 802.11 для поддержки 5,5 и 11 Мбит/с (1999)
802.11c — Процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802.1D (2001)
802.11d — Интернациональные роуминговые расширения (2001)
802.11e — Улучшения: QoS, включение packet bursting (2005)
802.11F — Inter-Access Point Protocol (2003)
802.11g — 54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003)
802.11h — Распределенный по спектру 802.11a (5 GHz) для совместимости в Европе (2004)
802.11i — Улучшенная безопасность (2004)
802.11j — Расширения для Японии (2004)
802.11k — Улучшения измерения радио ресурсов
802.11l — Зарезервирован
802.11m — Поддержание эталона; обрезки
802.11n — Увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/c). 2,4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g . Особенно распространён на рынке в США в устройствах D-Link, Cisco и Apple. (сентябрь 2009)
802.11o — Зарезервирован
802.11p — WAVE — Wireless Access for the Vehicular Environment (Беспроводной Доступ для Транспортной Среды, такой как машины скорой помощи или пассажирский транспорт)
802.11q — Зарезервирован, иногда его путают с 802.1Q
802.11r — Быстрый роуминг
802.11s — ESS Mesh Networking (англ.) (Extended Service Set — Расширенный Набор Служб; Mesh Network — Ячеистая Сеть)
802.11T — Wireless Performance Prediction (WPP, Предсказание Производительности Беспроводного Оборудования) — методы тестов и измерений
802.11u — Взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовые сети)
802.11v — Управление беспроводными сетями
802.11x — Зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802.1X
802.11y — Дополнительный стандарт связи, работающий на частотах 3,65-3,70 ГГц. Обеспечивает скорость до 54 Мb/с на расстоянии до 5000 м на открытом пространстве.
802.11w — Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы)
Примечания:
802.11F и 802.11T являются рекомендациями, а не стандартами, поэтому используются заглавные буквы.
Названия стандартов укорочены.
В стандарте 802.11а диапазон разбивается с частотным разносом каналов 20 МГц (рис. 4). При этом в каждом из канале имеется 52 поднесущих частоты. Из них 48 используются для передачи данных, а остальных четыре - для кодов коррекции ошибок. Разнос поднесущих частот составляет 312,5 кГц. Ширина сигнальной полосы - 16,66 МГц. Скорости сверточного кодирования: 1/2, 9/16, 2/3, 3/4. В протоколе IEEE 802.11a максимальная скорость сверточного кодирования составляет 3/4, когда к каждым трем входным битам добавляется еще один.
На разных уровнях используются различные схемы модуляции. На самом нижнем уровне применяется бинарная фазовая модуляция (Binary Phase Shift Keying - BPSK). Она обеспечивает пропускную способность подканала 125 кбит/с. Поэтому для основного канала пропускная способность составляет 6 Мбит/с (48 умножить на 125). На следующем уровне используется квадратурная фазовая модуляция (QPSK), позволяющая удвоить пропускную способность до 12 Мбит/с.
В случае, когда на физическом уровне задействована 16-уровневая квадратурная амплитудная модуляция (16QAM), кодирующая 4 бит на один герц несущей частоты, пропускная способность канала составит 24 Мбит/с. При использовании 64 -уровневой квадратурной амплитудной модуляции (64QAM), кодирующей 8 или 10 бит на один герц несущей частоты, обеспечивается максимальная скорость для этого стандарта - 54 Мбит/с.
Таким образом в стандарте 802.11а поддерживаются скорости передачи данных: 6, 12, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с. Однако сам стандарт допускает также реализацию и более высоких скоростей передачи данных. Так, например, фирма Atheros выпускает оборудование 802.11а, с одновременным использованием двух несущих частот, за счет чего максимальная пропускная способность может достигать значения 108 Мбит/с.
Необходимо обратить внимание, что диапазон 5 ГГц примыкает к частотам, которые частично используются наземными станциями слежения за спутниками связи. Для того, чтобы нелицензируемое WiFi оборудование не мешало работе других ведомственных систем, Международным институтом ETSI были разработаны два дополнительных протокола. С помощью этих дополнительных протоколов DFS (Dynamic Frequency Selection) и TPC (Transmit Power Control) беспроводные устройства WiFi могут автоматически менять частотные каналы или снижать излучаемую мощность в случаях возникновения коллизий на несущих частотах.
Следующим шагом на пути развития устройств WiFi был стандарт 802.11g, который был принят в 2003 году.
Практически, 802.11g - это усовершенствованный вариант 802.11b.
Стандарт 802.11g предназначен для устройств, работающих на частотах 2,4 ГГц с максимальной скоростью 54 Мбит/с. Этот стандарт задумывался, как универсальный. Поэтому в нем допускаются методы расширения спектра, использующиеся в предыдущих версиях, а именно DSSS, OFDM, PBCC Выделенная для 802.11g полоса частот в РФ составляет 2400 – 2483,5 МГц.
Стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b. Основное отличие от стандарта 802.11b заключается в допустимых методах доступа к среде и способах модуляции. В стандарте 802.11g используются рассмотренные выше технологии DSSS, PBCC, которые взяты из 802.11b. Метод OFDM принят из стандарта 802.11a. Методы модуляции DBPSK, DBPSK, CCK, CCK, PBCC. Также взяты из 802.11a, b.
Не вдаваясь особенно в подробности, можно сказать, что стандарт 802.11g аналогичен стандарту 802.11b по частоте – 2,4 ГГц, и похож на стандарт 802.11a по максимальной скорости передачи - 5 4 Мбит/с [10].
Следующим шагом в совершенствовании технологии WiFi стал стандарт 802.11n, в котором разработчики предприняли попытку объединить все лучшее, что было реализовано в предыдущих версиях.
Стандарт 802.11n разработан для оборудования, функционирующего на центральных частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц с максимально возможной скоростью вплоть до 600 Мбит/с [11]. Этот стандарт был утверждён IEEE в сентябре 2009, а в России одобрен и разрешен к использованию во всех диапазонах только в конце 2010 года [5].
Стандарт основан на технологии OFDM-MIMO. В стандарте IEEE 802.11n максимальная скорость передачи данных в несколько раз больше, по сравнению с предыдущими стандартами. Это достигается благодаря удвоению ширины канала с 20 до 40 МГц, а также за счет реализации технологии MIMO с множеством антенн.
802.11d
Этот стандарт предназначен для адаптации различных WiFi - устройств к специфическим условиям страны. Как уже упоминалось выше, конкретные диапазоны частот для каждой отдельно взятой страны определяются внутри самой страны и могут различаться, в зависимости от географического положения. Стандарт IEEE 802.11d позволяет регулировать полосы частот в устройствах разных производителей помощью специальных опций, введенных в протоколы управления доступом к среде передачи.
802.11e
Этот стандарт описывает классы качества QoS для приложений, обеспечивающих передачу файлов аудио и видео форматов. Изменения, введенные на уровне МАС протоколов 802.11e, регламентируют качество одновременной передачи звука и изображения для беспроводных аудио и видео систем.
802.11f
Данный стандарт унифицирует параметры WiFi точек доступа различных производителей. Целью стандарта 802.11f является обеспечение совместимости работы точек доступа, изготовленных различными производителями. Стандарт позволяет пользователю работать с разными сетями при его перемещении между зонами действия отдельных сетей.
802.11h
Как отмечалось выше, в большинстве европейских стран наземные станции слежения за метеорологическими спутниками и спутниками связи, а также радары военного назначения работают в диапазонах близких к 5 МГц. Для предотвращения конфликтных ситуаций стандарт 802.11h вводит обязательный для использования в Европе механизм автоматического сброса мощности на частотах 5ГГц для бытовых устройств WiFi при их попадании в зону действия изделий 802.11 специального и военного назначения. Этот стандарт является необходимым требованием ETSI, предъявляемым к оборудованию, допущенному для эксплуатации на тероитории стран Европейского Союза. Так, например, все WiFi – оборудование, выпускаемое французской фирмой Acksys, проходит обязательную европейскую сертификацию на соответствие стандарту 802.11h.
802.11i
В первых вариантах стандартов 802.11 для обеспечения безопасности сетей Wi-Fi использовался алгоритм Wired Equivalent Privacy (WEP). Предполагалось, что этот метод может обеспечить конфиденциальность и защиту передаваемых данных авторизированных пользователей беспроводной сети от прослушивания. Однако, как выяснилось, эту защиту можно взломать всего за несколько минут. Поэтому в стандарте 802.11i были разработаны новые методы защиты сетей Wi-Fi, реализованные, как на физическом, так и на программном уровнях. В настоящее время для организации системы безопасности в сетях 802.11 рекомендуется использовать алгоритмы Wi-Fi Protected Access (WPA). Эти алгоритмы также обеспечивают совместимость между беспроводными устройствами различных стандартов и различных модификаций.
Протоколы WPA используют усовершенствованную схему шифрования RC4 и метод обязательной аутентификация с использованием EAP.
Устойчивость и безопасность современных сетей Wi-Fi, определяется протоколами проверки конфиденциальности и шифрования данных (RSNA, TKIP, CCMP, AES)
802.11k
Этот стандарт был разработан для того, чтобы улучшить распределение трафика между абонентами внутри сети. В беспроводной локальной сети абонентское устройство обычно соединяется с той точкой доступа, которая обеспечивает наиболее сильный сигнал. Это может привести к перегрузке сети из-за того, что к одной точке доступа будут стремиться подключиться сразу много абонентов. Для контроля подобных ситуаций в стандарте 802.11k предложен механизм, который ограничивает количество абонентов, подключаемых к одной точке доступа, и подсоединяет новых абонентов к другой точке доступа, не смотря на более слабый от нее сигнал. В этом случае, полная пропускная способность сети увеличивается благодаря более эффективному использованию ресурсов.
802.11m
В рамках IEEE 802.11 существует рабочая группа TASK GROUP, которая занимается исправлением ошибок и ответами на запросы и замечания, которые любой человек может отправить в IEEE. Эти поправки и исправления суммируется в отдельном документе с общим названием 802.11m. Первый выпуск 802.11ma был в 2007 году. Следующий выпуск исправлений, дополнений и поправок к о всем редакциям 802.11 планируется на 2011 год.
802.11p
Стандарт 802.11p регулирует взаимодействие WiFi, оборудования, движущегося со скоростью до 200 км/с мимо неподвижных точек доступа, удаленных на расстояние до 1 км. В этом стандарте добавлены изменения, как на физическом уровне, так и на уровне управления доступом к среде передачи данных. Данный стандарт является одной из составных частей стандарта Wireless Access in Vehicular Environ (WAVE). Стандарт 802.11p является в своем роде интерфейсом для связи со тандартами IEEE 1609.
Стандарты WAVE определяют архитектуру и дополнительный набор служебных функций и интерфейсов, которые обеспечивают безопасный механизм радиосвязи между движущимися транспортными средствами. Эти стандарты разработаны для таких приложений, как например, организация дорожного движения, контроль безопасности движения, автоматизированный сбор платежей, навигация и маршрутизация транспортных средств и другие.
802.11r
Стандартом 802.11r регламентируется быстрый автоматический роуминг WiFi устройств при переходе из зоны действия одно точки доступа к зоне хвата другой.
Этот стандарт ориентирован, в основном, на интернет - телефонию и на мобильные телефоны с поддержкой WiFi. До появления этого стандарта, при движении абонент часто терял связь с одной точкой доступа, был вынужден искать новую и выполнять процедуру подключения. Устройства с поддержкой 802.11r, могут зарегистрироваться заранее с соседними точками доступа и выполнять процесс переподключения в автоматическом режиме. Таким образом значительно уменьшается мертвое время, когда абонент не доступен в сетях WiFi.
802.11s
Этот стандарт разработан для топологии многоузловых или ячеистых сетей (Wireless Mesh Network).
В многоузловой сети любое устройство может использоваться, как в роли маршрутизатора, так и точки доступа.
Если ближайшая точка доступа перегружена, данные перенаправляются к ближайшему незагруженному узлу. При этом пакет данных передается от одного узла к другому, пока не достигнет конечного места назначения.
В данном стандарте введены новые протоколы на уровнях MAC и PHY, которые поддерживают и широковещательную передачу, и многоадресную передачу и одноадресную поставку по самоконфигурирующейся системе точек доступа WiFi. C этой целью в стандарте введен четырехадресный формат кадра.
Проект получил внутреннее название SEE-MESH и в настоящее время находится в стадии разработки. Основные разработки по этому проекту ведутся в Riedel Communications, Wuppertal, Germany.
802.11t
Этот документ представляет собой набор методик, рекомендованных IEEE для тестирования сетей 802.11. Сюда входят методики измерений, методики обработки результатов, требования, предъявляемые к испытательному оборудованию.
802.11u
Данный стандарт предназначен для регулирования взаимодействия сетей WiFi с внешними сетями. Стандарт должен определять протоколы доступа, протоколы приоритета и запрета для работы с внешними сетями. В настоящее время стандарт находится на этапах оценки и утвержения проекта.
802.11v
В стандарте должны быть разработаны поправки, направленные на совершенствование систем управления сетями IEEE 802.11. Модернизация на МАС и PHY уровнях должна позволить централизовать и упорядочить конфигурацию клиентских устройств, соединенных с сетью. Стандарт находится в стадии разработки.
802.11y
Дополнительный стандарт связи, работающий на частотах 3,65-3,70 ГГц. Предназначен для устройств последнего поколения, работающих с внешними антеннами на скоростях до 54 Мбит/с, на расстоянии до 5 км на открытом пространстве. Стандарт полностью не закончен.
802.11w
Этот стандарт разработан с целью улучшения защиты и безопасности уровня управления доступом к среде передачи данных (МАС). Протоколы стандарта структурируют систему контроля целостности данных, подлинности источника данных, запрет несанкционированного воспроизведения и копирования, конфиденциальность данных и другие средства защиты.
В стандарте введена защита фрейма управления. Виеденные в этом стандарте дополнительные меры безопасности позволяют нейтрализовать внешние атаки, такие как например DoS. Кроме того, эти меры обеспечат безопасность для наиболее уязвимой сетевой информации, которая будет передаваться по сетям с поддержкой IEEE 802.11r, k, y. В настоящее время стандарт полностью не завершен.
Содержание:
Оборудование. (Трошкин Д.)
Первичная настройка точки доступа. (Степанов М.)
Физические параметры. (Гаранина С.)
Варианты настройки точки доступа. (Власов А.,
Разночинцев И., Соловьев А.)
Развитие стандартов 802.11. (Рябков Д.)
Удаленное соединение. Принцип организации с физической и программной точки зрения. (Алешин Е.)