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IEEE 802.11系列标准

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802.11为IEEE(美国电气和电子工程师协会,The Institute of Electrical and Electronics Engineers)于1997年公告的无线区域网路标准,适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结。
下列为802.11的规格说明:
IEEE 802.11 ,1997年,原始标准(2Mbit/s,工作在2.4GHz)。
IEEE 802.11a,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。
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,工作在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,草案,更高传输速率的改善,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。


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,产权属于美国德州仪器公司。
802.11 -- 初期的规格采直接序列展频技术(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)或跳频展频技术(Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS),制定了在RF射频频段2.4GHz上的运用,并且提供了1Mbps、2Mbps和许多基础讯号传输方式与服务的传输速率规 格。
802.11a -- 802.11的衍生版,于5.8GHz频段提供了最高54 Mbps的速率规格,并运用orthogonal frequency division multiplexing encoding scheme以取代802.11的FHSS 或 DSSS。
802.11b (即所谓的高速无线网路或Wi-Fi标准),1999年再度发表IEEE802.11b高速无线网路标准,在2.4GHz频段上运用DSSS技术,且由于 这个衍生标准的产生,将原来无线网路的传输速度提升至11 Mbps并可与乙太网路(Ethernet)相媲。
802.11g -- 在2.4GHz频段上提供高于20 Mbps的速率规格。    IEEE 802.11p(又称WAVE;Wireless Access in the Vehicular Environment)是一个由IEEE 802.11标准扩充的通讯协定。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 1609标准则是以IEEE 802.11p通讯协定为基础的高层标准。
802.11p将被用在车载通讯(或称专用短距离通讯,Dedicated Short Range Communications,DSRC)系统中,这是一个美国交通部(U.S. Department of Transportation)基于欧洲针对车辆的通讯网络,特别是电子道路收费系统、车辆安全服务与车上的商业交易系统等等的应用而设计中长距继续传播空气接口(Continuous Air interfaces - Long and Medium Range,CALM)系统的计划。该计划最终的愿景是建立一个允许车辆与路边无线接取器或是其他车辆间的通讯的全国性网络。这项工作是建立在其前导的 ASTM E2213-03计划的基础上。

802.11b和802.11a是1999年出台得标准,它们分别工作在2.4GHz和5 GHz频段,前者采用直接序列扩频(DSSS)技术,传送速率可达11Mbit/s,后者则采用正交频分复用(OFDM)技术,传送速率可达54Mbit /s.此后,在媒体接入控制/链路连接控制(MAC/LLC)层面上进行扩展,形成了 802.11c以及802.11d标准。当前,IEEE正进行802.11e,f,g,h,i等标准得制订,它们各有测重,下面将分别介绍这几种标准的最新进展情况。

一、802.11b和802.11a
802.11b(即Wi-Fi)由IEEE在1998-1999年制订完成,到2002年底,已在超过3000万的无线基站中应用。Wi-Fi使用单承载调制(即码分键控(cck)),提供3个非重叠道,支持1,2,5.5Mbit/s 以及11Mbit/s等速率得数据流。

在制订Wi-Fi的同时,IEEE还在制订另一种支持更高速率的保准——802.11a,它使用多承载调制(即OFDM),具有较好得多径性能,可提供8个信道,支持6,9,12,18,24,36,48, 54Mbit/s等更高速率流,只是有效距离小于Wi-Fi.802.11a产品最早出现在2001年第4季度,当前Wi-Fi联盟(原无线以太网兼容性联盟(WECA))正在考虑有关802.11a产品互操作性的试验工作。802.11a产品在技术上需经过一些改进才能达到想像目前802.11b产品被接受的水平。 Gartner公司建议使用者等到2003年底再去采购802.11a产品,此前企业可以在特殊的应用中采纳 802.11a标准。因为,Gartnet预计要到2003年下半年802.11a产品的采购量才开始超过802.11b 产品,而此前采购802.11b产品则比采购802.11a产品更便宜,使用时遇到的问题也会少一些。

二、802.11g
802.11g工作在2.4GHz频段,使用CCK技术以与Wi-Fi后向兼容,同时为支持更高得速率(54Mbit/s),802.11g又采用了OFDM技术,可以说802.11g融合了2.4GHz及5GHz两个频段。目前,这种混合式的标准正由 IEEE制订,预计整个标准要等到2003年第1季度才能最后通过。

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后向兼容,2002 年802.11b在整个WLAN市场中占据95%以上的份额,预计到2003年年底将有6000-7000万个无线基站使用802.11b;

*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;

*802.11g通过采用OFDM技术可支持高达54Mbit/s的数据流,所提供的带宽是802.11a的1.5 倍,与802.11b后向兼容。

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。据市场研究机构Cahners的分析,未来几年这4种标准在WLAN智能卡芯片市场中的份额将呈现增长的势头。

三、802.11e
802.11e是IEEE为满足服务质量(Qos)方面的要求而制订的WLAN标准。在一些对时间敏感、有严格要求的业务(如话音、视频等)中,Qos 是非常重要的指标。在802.11MAC层,802.11e加入了 Qos功能,其中的混合协调功能(HCF:Hybrid Coordination Function)可以单独使用或综合使用以下两种信道接入机制:一种是基于论点式的(contentionbaased),一种是基于投票式的(polled)。

四、802.11i
802.11i是为解决WLAN安全认证问题而制订的新安全标准。WLAN在保证安全方面很重要的一环就是认证。由于802.11i与MAC层上的功能有关,认证协议在传输层,IEEE不负责管理,而今市场上体供的解决方案则是使用802.1x,同时将精力集中在比较容易实施的服务器/协议上,因此出现了许多认证协议。目前,用来解决WLAN认证问题的方案主要有如下几个:

*传输层安全的可扩展认证协议(EAP-TLS)通过证书进行认证,但难以在骨干网络上实施;

*隧道TLS可扩展认证协议(EAP-TTLS)通过用户名和密码进行认证,是一种相对安全的认证方式,在骨干网络上比TLS容易实施;

*受保护的可扩展认证协议(PEAP)是微软公司制订的、与思科公司的LEAP解决方案相对应的安全协议,也是基于用户名和密码进行认证的。

802.11i或增强型安全网络(ESN)是为加强安全性而对现有802.11标准进行优化的方案。为加强认证,它引用了几种重要的管理算法以及动态的会话密匙(session key) ,新的加密算法有高级认证标准(AES)和当时密匙集成协议(TKIP:Temporal Key Integrity Protocol)等。安全咨询分析师认为现行的无线加密协议(WEP)技术过于脆弱,只要检查一个信息包的简单样品就能破解加密资料的密钥;而不久将出台的基于RC4的TKIP是由几家重要的密码团体开发的,安全性较高,市场上的现有设备可以升级到此版本。但从长远来看,采用AES加密的分组密码是更为安去的方案,它将替代WEP和RC4.为优化性能,AES对硬件要求更高,而且许多情况下,基于AES的加密可能无法升级,因此AES将目标锁定在将来的 Wi-Fi设备上。802.1x、TKIP及基于AES的加密构成 802.11i新安全标准的主要部分,目前正由IEEE的802.11工作任务组I制订,该小组曾经负责制订 IEEE802.11b和802.11a标准,预计2003年9月802.11i标准将得到批准。

对于Wi-Fi设备来说,安全是一个非常大的问题,在现行的WEP安全系统之外,一些提供商(如思科公司)卖给企业802.11系统时又配备了其它的安全措施(如动态安全链路(DSL)技术),而如今市场上大多数面向消费者的无线局域网设备只提供了WEP,802.11i的出台将满足部分市场对安全解决方案的需求。为了使提供商把产品做的更安全,Wi-Fi联盟宣布将在其无线保护访问(WPA)规范中将加入为资料加密以及网络访问控制而新制订的802.11i标准:

*WPA将使用当时密钥集成协议进行加密,其运算法则与WEP一样,但创建密钥的方法不同;

*WPA将使用IEEE 802.1x协议进行访问控制,是最近才完成能控制登陆有线和无线局域网的标准;

*采用WPA技术,每个用户都有自己的加密密钥,并且可以定期更改。

Wi-Fi联盟对WPA的初级与互用性试验分别于2002年11月8日和22日进行,而合格试验将于 2003年2月3日进行。Wi-Fi联盟还决定2003年8月要执行新的Wi=Fi规范,即在以Wi-Fi命名的局域网产品中将用TKIP机制取代现行的 WPA的第二个版本,计划在2004年初开始实行。企业用户身份认证将通过认证服务器进行,与WEP想比,可以扩展更多的用户,而家庭网络用户则采用预共享密钥模式,无需身份认证服务器。

五、802.11h
802.11h是欧洲制订的、工作在5GHz频段的无线标准,目的是减少对同处于5GHz频段的雷达的干扰,该标准计划在2003年第2季度完成。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.

六、802.11f
802.11f是为解决漫游问题而制订的接入点之间的协议。为了支持用户从一个点接入到另个接入点,802.11标准不限制接入点之间的通信,为此允许不同分布式系统之间灵活运作(如连接接入点的有线骨干网)。但漫游时不同提供商提供的接入点可能无法互通,802.11f就是专门针对接入点之间的漫游而制订协议,它能为接入点之间支持 802.11分布式系统功能提供必要的交换信息。

通常,WLAN的接入点设备可能来自不同的提供商,在没有802.11f的条件下,为确保用户漫游时的互通性,运营商只能安装同一提供商的产品。虽然某些情况下,来自不同提供商的接入点产品通过Wi-Fi认证可以实现互操作,但若在接入点设计中加入802.11f就能彻底消除产品选择的限制,确保不同提供商产品的互操作性。

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,该标准于2002年年底完成,而支持此标准的相关产品则要等到2003年中期才能推出。

七、多模无线标准
业界分析人士认为,2003年无线联网领域将出现两个重要趋势,一个是802.11b和GPRS组合卡的上市,其次是个人无线局域网(PWLAN)接入点的剧增。在未来无线市场上,将出现一系列互为补充的无线通信功能,包括无线广域网(WWAN)、WLAN、无线个人域网(WPAN),为把这些功能综合起来,需要建立一个综合平台,这就给平台集成商提出了挑战:其一是射频的兼容性;其二是要减少天线的计算量;其三,如何协调工作在同一频段的无线电波;第四,,要减少成本。为此出现了多模无线标准,它将综合以下无线通信技术:如WAN/WLAN具体体现为GPRS/802.11、3G/802.11等技术的融合,用来保证高速的无线连接;此外还有PAN/WLAN,具体体现为802.11与蓝牙、超宽带 (UWB)传输等技术的结合。

802.11与WAN(如GPRS或cdma2000)两种互补技术的融合是基于IP应用来考虑的。GPRS是广域的服务覆盖,数据流量可以达到 115kbit/s,同为广域服务的cdma2000其数据流量平均达 144kbit/s,最高可达到2Mbit/s,而作为局域网服务的802.11n其最高数据流则达300Mbit/s

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