80211系列的分類

1、無線局域網(wǎng)技術(shù)與標準發(fā)展趨勢1.無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)（WLAN ）是指采用無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)連接的局域網(wǎng)技術(shù)，以承載高 速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，中短距離覆蓋范圍，支持固定、游牧和低速移動接入。當前國際主流的 WLAN技術(shù)是Wi-Fi（Wireless Fidelity）聯(lián)盟推廣的Wi-Fi技術(shù)，核心技術(shù)采用了美國電子 電氣工程師協(xié)會（IEEE）制定的802.11系列標準。經(jīng)過十余年的持續(xù)快速發(fā)展，WLAN已成為當今全球最普及的寬帶無線接入技術(shù)，擁 有巨大的用戶群和市場規(guī)模。WLAN功能被廣泛嵌入至筆記本電腦、手機、平板電腦等各 種電子通信產(chǎn)品中，為人們提供便捷的寬帶無線數(shù)據(jù)服務(wù)。電信運營商也將W

2、LAN視為電 信網(wǎng)的重要補充，大規(guī)模建設(shè)WLAN熱點，并將二者相結(jié)合提供公眾服務(wù)。為了滿足高速增長的市場需求，WLAN技術(shù)與標準也在不斷發(fā)展與完善，深度與廣度 不斷加強。IEEE已發(fā)布（或正在制定）的802.11標準達到20余項，涉及物理層增強、服 務(wù)質(zhì)量（QoS）、業(yè)務(wù)支撐、安全機制、組網(wǎng)方式、網(wǎng)管、頻譜使用、網(wǎng)絡(luò)融合等多方面 技術(shù)內(nèi)容，初步構(gòu)建了一套WLAN技術(shù)標準體系。2.無線局域網(wǎng)技術(shù)與標準發(fā)展趨勢隨著新的市場需求和創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，WLAN技術(shù)與標準不斷快速發(fā)展，并呈現(xiàn)如 下主要發(fā)展趨勢。2.1傳輸速率迅速提高隨著802.11b，802.11a，802.11g和802.11n物理層標

3、準的陸續(xù)發(fā)布實施，WLAN數(shù) 據(jù)傳輸能力快速提升，已從早期802.11b的11Mbit/s提升至當前802.11n的600Mbit/s。 當前，IEEE正在制定新一代WLAN物理層標準802.11ac和802.11ad，最高傳輸速率將超 過 1Gbit/s （見圖 1）。圖1 IEEE 802.11物理層標準演進路線2.1.1 WLAN傳輸速率已提升至600Mbit/s802.11b 和 802.11a1999年，IEEE同時發(fā)布了 802.11b和802.11a兩項物理層標準。其中，802.11b工 作在2.4GHz的工業(yè)、科學和醫(yī)療(ISM)頻段，采用直接序列擴頻(DSSS)技術(shù)作為主 要

4、傳輸技術(shù)，傳輸速率可達11 Mbit/So 802.11a采用OFDM作為主要傳輸技術(shù)，最高傳輸 速率達到54Mbit/So 802.11a工作在5GHz頻段，該頻段可用頻率資源非常豐富，一定程 度上可以緩解頻率資源緊張的問題，但5GHz頻段無線信號傳播特性較差，使得802.11a 覆蓋范圍明顯小于802.11bo802.11g為了提高2.4GHz頻段的頻譜使用效率，IEEE于2003年發(fā)布了 2.4GHz頻段物理層增 強標準802.11g。該標準采用OFDM和DSSS技術(shù)兩種傳輸技術(shù)，能夠支持高達54Mbit/s 傳輸速率，并能夠與802.11b標準后向兼容。802.11g較好地解決了 80

5、2.11b的傳輸速率 問題，同時又保證了較大的覆蓋范圍，并且在技術(shù)上與802.11b保持兼容，迅速取代了 802.11bo802.11n上世紀末至本世紀初，多入多出(MIMO)技術(shù)的研究取得重大突破，逐步從理論走 向?qū)嶋H。2002年，IEEE啟動了基于MIMO技術(shù)的物理層增強技術(shù)標準802.11n的研制工 作。經(jīng)過長達7年的反復討論，IEEE于2009正式發(fā)布了 802.11n標準。該標準采用了 MIMO-OFDM作為主要傳輸技術(shù)，最大支持4發(fā)4收的天線配置，支持20MHz和40MHz 信道帶寬，支持低密度奇偶校驗(LDPC )碼，最高傳輸速率可達 600Mbit/s，并且 802.11n支持

6、2.4GHz和5GHz雙頻段，頻譜適應(yīng)性更強。802.11n推出后迅速得到消費者 青睞，已成為當前市場的主流。2.1.2新一代WLAN傳輸速率將超1Gbit/s隨著無線高清視頻傳輸?shù)雀邘挊I(yè)務(wù)的快速增長，現(xiàn)有WLAN傳輸能力難以滿足未來 發(fā)展需求。為此，IEEE啟動了具有更高吞吐量的新一代WLAN物理層標準802.11ac和 802.11ad，傳輸速率將超過1Gbit/s。802.11ac802.11ac標準項目于2008年11月啟動，預計將在2013年底完成標準制定。 802.11ac立項時的基本要求是工作頻段為5GHz頻段，與工作在相同頻段的802.11a/n后 向兼容，MAC層吞吐量可達

7、到1 Gbit/s以上。目前，802.11ac已形成標準草案2.0版本。根據(jù)當前的標準進展，802.11ac將采用MIMO-OFDM作為主要傳輸技術(shù)，支持最大8 發(fā)8收的MIMO天線配置，支持空間復用、STBC、下行MU-MIMO和發(fā)射波束賦形；采用 增強調(diào)制編碼方案，最高支持256QAM ；在原有20MHz和40MHz信道基礎(chǔ)上，支持 80MHz和160MHz信道帶寬；采用兼容802.11a/n/ac的混合格式前導碼，與工作在5GHz 頻段的802.11a/n后向兼容。802.11ac理論傳輸速率可達6.93Gbit/s，大大高于立項要 求。（2）802.11ad全球主要國家在60GHz附近

8、均有數(shù)GHz免許可頻段，中國頻段為5964GHz，歐洲 為5766GHz，北美和韓國為5764GHz，日本為5966GHz。IEEE于2009年初啟動 802.11ad標準化工作，開始制定60GHz頻段的新一代WLAN標準，主要面向極高速短距 離應(yīng)用。目前，802.11ad已形成標準草案5.0版本，預計將于2012年底完成標準制定工 作。根據(jù)當前的標準進展，802.11ad將采用單載波、OFDM和波束賦形作為主要傳輸技 術(shù)，支持高達2.16GHz的信道帶寬，采用旋轉(zhuǎn)調(diào)制、差分調(diào)制、擴展QPSK等增強調(diào)制技 術(shù)和高性能LDPC碼，引入新的組網(wǎng)方式一一個人基本服務(wù)集（BIT/SS），采用增強的安

9、全協(xié)議和功率管理技術(shù)，支持在2.4GHz，5GHz和60GHz頻帶之間的快速會話轉(zhuǎn)移，以及 與其他60GHz系統(tǒng)的共存。802.11ad理論傳輸速率可達6.76 Gbit/s，可靠通信距離可達 10m以上。2.2服務(wù)質(zhì)量不斷改善為了改善無線局域網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，IEEE制定了 802.11e，802.11r，802.11ae，用以 改進QoS保證機制、支持語音等實時業(yè)務(wù)切換、實現(xiàn)管理幀優(yōu)先級控制。此外，IEEE還 正在制定802.11ai，以提高WLAN初始鏈路建立的速度。（1）802.11e2005年，IEEE發(fā)布了 QoS增強標準802.11e，該標準定義了 802.11的服務(wù)質(zhì)量增強 特性，

10、并且定義了新的混合協(xié)調(diào)功能（HCF）接入機制，HCF提供了增強分布式協(xié)調(diào)接入 （EDCA）和混合控制信道接入（HCCA），分別擴展了 DCF和PCF的功能，使得802.11 系統(tǒng)能夠更好地QoS保證和優(yōu)先級控制。（2）802.11r傳統(tǒng)的WLAN終端從一個AP遷移到另一個AP通常需要100ms左右的時間重新建立 關(guān)聯(lián)，而且還需要花幾秒鐘的時間重新建立身份驗證，無法支持語音等實時業(yè)務(wù)的切換。 2008年，IEEE發(fā)布快速基本服務(wù)集切換標準802.11r，該標準能夠保證WLAN終端在兩個 接入點之間的切換時間少于50ms，提高了無線局域網(wǎng)對語音等實時業(yè)務(wù)的支持能力。802.11ae2012年4月，

11、IEEE正式發(fā)布了 WLAN管理幀優(yōu)先級控制802.11ae。802.11ae通過對 802.11管理幀進行分類和優(yōu)先級控制，進一步完善WLAN的QoS保障機制，改善無線局 域網(wǎng)整體性能。（4）802.11ai802.11ai標準項目于2010年底啟動，主要目的是在不降低安全性的前提下減少 802.11系統(tǒng)初始鏈路建立時間，并支持大量用戶同時接入擴展服務(wù)集（ESS）。目前， 802.11ai已進入到技術(shù)方案征集階段，增強技術(shù)將主要集中在 AP或網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、安全認 證、高層配置等方面。2.3業(yè)務(wù)支撐能力快速提升隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，IEEE也不斷提升業(yè)務(wù)支撐能力，制定相關(guān) 標準更好

12、地支持智能電網(wǎng)、智能交通、無線音視頻傳輸?shù)刃聵I(yè)務(wù)。（1）802.11p針對智能交通系統(tǒng)（ITS）中的無線通信需求，IEEE與2010年發(fā)布了車聯(lián)網(wǎng)標準 802.11p。該標準主要針對MAC層協(xié)議進行修改，定義了 V2V （車輛之間）和V2I （車輛 與基礎(chǔ)設(shè)施之間）兩種通信方式，在延時和移動性等方面進行了增強，以滿足ITS的特殊 需求。IEEE 802.11p與IEEE 1609系列標準（高層協(xié)議）共同構(gòu)成IEEE WAVE （車載環(huán)境 無線接入）系列標準。（2）802.11aa針對日益增長的無線音頻和視頻業(yè)務(wù)需求，IEEE于2008年啟動802.11aa標準項目， 該標準的制定工作已基本完成

13、，將于近期正式發(fā)布。802.11aa在現(xiàn)有802.11標準基礎(chǔ)之 上對MAC層協(xié)議進行改進，使WLAN系統(tǒng)能夠支持更穩(wěn)定的無線音視頻流傳輸，并能夠 支持相應(yīng)的802.1AVB標準。（3）802.11ah世界主要國家在1GHz以下都有一定數(shù)量的免許可頻段，這些頻段有良好的傳播特 性，特別適合開展物聯(lián)網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)分流等應(yīng)用。2010年下半年，IEEE啟動802.11ah標準 項目，旨在利用1GHz以下免許可頻段支持物聯(lián)網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)分流等應(yīng)用。該標準預計將于 2014年完成。802.11ah目前處于關(guān)鍵技術(shù)征集階段。根據(jù)當前的標準工作進展，802.11ah基本應(yīng)用場景將包括傳感器與智能抄表、數(shù)據(jù)回 傳、

14、Wi-Fi覆蓋擴展（含蜂窩網(wǎng)分流）等，將采用MIMO-OFDM作為主要傳輸技術(shù)，在不 低于100kbit/s傳輸速率時達到1km覆蓋范圍，最大傳輸速率可達20Mbit/s,最多可支持 6000個用戶，支持終端長時間電池供電工作，保持802.11用戶體驗，并能夠與802.15.4和 802.15.4g 共存。2.4安全機制不斷改進802.11最早采用的WEP加密協(xié)議存在較大安全隱患。為此，IEEE制定了安全增強標 準802.11i，Wi-Fi聯(lián)盟基于802.11i先后定義了 WPA和 WPA2兩個版本的安全協(xié)議， WLAN安全性逐步增強。此后，IEEE又制定了 802.11W，加強對管理幀的安全

15、保護。（1）WEPWEP是Wired Equivalent Privacy （有線等效保密）協(xié)議的簡稱，是802.11標準的一 部分，用于防止非法竊聽或侵入無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與有線局域網(wǎng)類似的安全保障。WEP只能 進行AP對STA的單向共享密鑰鑒別，而且使用簡單的64位RC4靜態(tài)加密算法，很容易 被黑客攻破，不能保證使用者的信息安全。目前，WEP已被基于802.11i標準的WPA和 WPA2所取代，但由于大多數(shù)WLAN設(shè)備仍支持WEP，實際中仍有許多用戶還在使用WEP 協(xié)議。（2）802.11i802.11i主要定義了 TKIP和CCMP增強加密機制，并采用了 IEEE 802.1x和EAP （擴

16、 展認證協(xié)議）的認證機制。TKIP是WEP的直接升級，將固定密鑰改為動態(tài)密鑰，并采用 128位RC4加密算法。CCMP采用了更先進的AES加密算法和CCM操作模式，大大提高了 安全性。在802.11i發(fā)布之前，Wi-Fi聯(lián)盟基于802.1x和TKIP提出了一套過渡性的安全協(xié) 議WPA，該協(xié)議只需對原有WEP設(shè)備進行軟件升級，但安全性提升有限。后來，Wi-Fi聯(lián) 盟又基于完整的802.11i標準推出了 WPA2安全協(xié)議，使Wi-Fi安全性有了較大提升，但 WPA2對硬件有較高要求。（3）802.11W早期的802.11系統(tǒng)未對管理幀進行有效保護，存在一定的安全隱患。2009年，IEEE 發(fā)布了

17、802.11W，該標準提供了有效的MAC層機制，加強對802.11管理幀的保護，從而 進一步增強了 802.11系統(tǒng)的安全性。2.5組網(wǎng)能力快速提升基本服務(wù)集（BSS）是WLAN基本組網(wǎng)方式，只適合組建小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。為了解決 WLAN大規(guī)模組網(wǎng)問題，IEEE提出了擴展服務(wù)集（ESS）和802.11s （無線網(wǎng)狀物， Mesh）的增強方案。此外，為了支持終端之間的直接連接，Wi-Fi聯(lián)盟和IEEE分別制定了 Wi-Fi Direct 和 802.11z 兩項標準。(1) ESS802.11擴展服務(wù)集（ESS）使用若干個接入點（AP）來擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。AP之間 通過分布式系統(tǒng)連接在一起，每個AP

18、和終端構(gòu)成BSS，通過分布式系統(tǒng)連接在一起的若 干個BSS共同構(gòu)成具有更大覆蓋范圍的ESS。分布式系統(tǒng)一般使用有線網(wǎng)絡(luò)，也可采用無 線進行連接。（2）802.11s為了實現(xiàn)更靈活的大規(guī)模組網(wǎng)，IEEE制定了無線網(wǎng)狀物（Mesh）標準802.11s。 802.11s根據(jù)Mesh網(wǎng)的特點，對802.11的接入機制、QoS保證和安全特性進行了增強， 并提供了 Mesh拓撲發(fā)現(xiàn)和形成、路徑選擇、擁塞控制等新功能，實現(xiàn)了 WLAN的多跳互 聯(lián)。（3）Wi-Fi DirectWi-Fi Direct利用軟AP技術(shù)在多個終端中實現(xiàn)“AP-終端組網(wǎng)方式，其中1臺終端作為 AP為其他終端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而實現(xiàn)終

19、端之間的直接連接。Wi-Fi Direct不需要修改硬 件，并與已有Wi-Fi設(shè)備兼容，目前已在新上市的智能手機和平板電腦中大量采用。（4）802.11Z802.11Z主要目的是通過終端直連技術(shù)改善WLAN用戶體驗。當終端通過AP進行通信 時，終端之間可以通過協(xié)商，自動將AP旁路、建立直接連接，從而提高吞吐量，降低時 延，避免干擾和節(jié)省功率。終端直連的工作頻率可與AP的工作頻率不同。802.11Z只是針 對終端的改進，不涉及AP。2.6網(wǎng)管能力逐步增強為了改善WLAN的整體工作效率，IEEE制定了 802.11k和802.11V，以改善WLAN的 無線資源管理和無線網(wǎng)絡(luò)管理。（1）802.11

20、k早期的802.11標準無法讓WLAN系統(tǒng)訪問終端的無線資源，這一缺陷限制了 WLAN 的無線資源管理能力。為此，IEEE于2008年發(fā)布了 802.11k標準，該標準提供豐富無線 資源管理功能（如漫游決策、RF信道信息、信道負載、隱藏節(jié)點、客戶端統(tǒng)計、信標、直 方圖和傳輸功率控制等），改進了對AP和終端的操作和環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測，提高了 WLAN 系統(tǒng)對無線資源的管理和利用。(2)802.11V802.11V標準在802.11k定義的測量方法基礎(chǔ)上，采用類似于蜂窩網(wǎng)的管理機制，為 802.11物理層和MAC層的提供無線網(wǎng)絡(luò)管理增強，更好地管理工作在中心式或分布式無 線網(wǎng)絡(luò)中的802.11設(shè)備，改

21、善WLAN的無線網(wǎng)絡(luò)管理，提高吞吐量、可靠性和服務(wù)質(zhì) 量，并降低WLAN設(shè)備的耗電量。802.11V能夠讓WLAN更好地滿足運營商的需求。2.7積極拓展新可用頻段除了 2.4GHz和5GHz等已有頻段以外，IEEE也在積極探索其他新頻段，并制定相應(yīng) 的技術(shù)標準。2003年，IEEE針對歐洲5GHz頻譜管理要求而制定了標準802.11h，解決 802.11與衛(wèi)星和雷達系統(tǒng)的干擾共存問題。2008年，IEEE針對美國3.653.7GHz頻段需 求制定了相應(yīng)技術(shù)標準802.11y，支持Wi-Fi設(shè)備采用高功率發(fā)射，覆蓋范圍可達5km。 針對60GHz免許可頻段，IEEE啟動了 802.11ad的制定，針