IEEE802_11无线局域网标准发展历程及其发展方向

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IEEE 802.11无线局域网标准发展历程
及其发展方向
杨文东
(深圳市中兴通讯股份有限公司,深圳 518057)
摘 要 本文详细介绍了IEEE 802.11标准组成、标准发展历程和发展方向。

关键词 无线局域网(WLAN) IEEE 802.11标准
从1997年IEEE(电气和电子工程师协会)发布第一个无线局域网WLAN标准802.11以来,无线局域网获得了高速发展,在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到了广泛的应用。

WLAN相关标准的发展和制定为其迅猛发展提供了技术和兼容性方面的保证。

IEEE作为WLAN标准的权威制定组织,从1991年开始对WLAN技术进行研究,迄今为止,已经制定了一系列标准,称为802.11系列标准。

下面对其标准的发展历程
和发展方向进行详细地介绍。

802.11是个系列标准,由5个现行有效的标准——802.11、802.11a、802.11b、802.11b-Cor1、802.11d和5个正在发展制定中的标准——802.11e、802.11f、802.11g、802.11h、802.11i组成。

表1汇总了IEEE802.11系列标准的标准号、标准名称和标准状态。

表1 802.11系列标准
序号 标准号 标准名称 标准状态1 IEEE 802.11-1997 无线LAN MAC和物理层规范 被802.11, 1999 Edition替代2 IEEE Std 802.11, 1999 IEEE信息技术标准——系统间的通信和信息 现行,替代IEEE Edition (ISO/IEC 交换——局域网和城域网——特殊要求 802.11-1997 8802-11: 1999) 第11部分:无线LAN MAC和物理层规范
3 IEEE 802.11a-1999 IEEE信息技术标准的补充——系统间的通信 现行 (ISO/IEC 8802- 和信息交换——局域网和城域网——特殊要求 11:1999/Amd 第11部分:无线LAN MAC和物理层规范 1:2000(E)) 5GHz带宽的高速物理层
4 IEEE 802.11b-1999 IEEE信息技术标准的补充——系统间的通信 现行 和信息交换——局域网和城域网——特殊要求 第11部分:无线LAN MAC和物理层规范 2.4GHz带宽的高速物理层扩展
5 IEEE 802.11b- IEEE信息技术标准——系统间的通信和信息交 现行 1999/Cor1-2001 换——局域网和城域网——特殊要求 第11部分
: 无线LAN MAC和物理层规范 更正2:2.4GHz 带宽的高速物理层扩展——勘误表1
6 IEEE 802.11d-2001 IEEE信息技术标准——系统间的通信和信息交 现行 换——局域网和城域网——特殊要求 第11部分: 无线LAN MAC和物理层规范 更正3:附加 常规域操作的规范
7 IEEE 802.11e(对IEEE 对系统间的通信和信息交换-LAN/MAN特殊要 正在制定,正式标 Std 802.11, 1999 求——第11部分:无线 MAC和物理层规范的补 准尚未出台 Edition 的补充) 充:对于QoS 的MAC增强
8 IEEE 802.11f(对IEEE 采用IAPP穿过IEEE 802.11分布系统的多厂商 正在制定,正式标 Std 802.11, 1999 接入点互操作性的推荐建议 准尚未出台 Edition的补充)
9 IEEE 802.11g(对IEEE 对信息技术——系统间的通信和信息交换——局域 正在制定,正式标 Std 802.11, 1999 网和城域网——特殊要求——第11部分: 准尚未出台 Edition的补充) 无线LAN MAC和物理层规范的补充:2.4GHz 更高速率的物理层扩展
10 IEEE 802.11h(对IEEE 对信息技术——系统间的通信和信息交换——局域 正在制定,正式标 Std 802.11, 1999 网和城域网——特殊要求——第11部分:无线 准尚未出台 Edition的补充) LAN MAC和物理层规范的补充:欧洲5GHz 带宽的频谱和传输功率管理扩展
11 IEEE 802.11i(对IEEE 对系统间的通信和信息交换——LAN/MAN特殊 正在制定,正式标 Std 802.11, 1999 要求——第11部分:无线MAC和物理层规范的 准尚未出台 Edition的补充) 补充: 增强安全性规范
(1) 1991~1997
1991年3月,IEEE批准了由Vic Hayes领导的小组提出的项目授权申请PAR(Project AuthorizationRequest),成立了802.11工作组。

1997 年,802.11被IEEE正式批准发布。

主要用于解决办公室局域网和校园网中用户终端的无线接入,业务仅限于数据传输, 最大数据传输速率为2 Mbit/s。

当时定义了三个物理层(PHY) 规范:红外线Infra-RED、2.4GHz跳频扩频(FHSS) 和2.4GHz直接序列扩频 (DSSS)。

规定了介质接入控制层功能、漫游功能、自动速率选择功能、电源消耗管理功能和保密功能等。

由于当时有线以太局域网的速度可以达到10Mbit/s,而无线局域网产品速率最高只能达到2Mbit/s,价格又很高,因此最初的802.11
标准在市场中的反响并不大。

(2) 1997~1999
由于在传输速率和产品价格上都不能满足人们的需要,1999年IEEE对WLAN标准进行了更新和完善,进一步规范了不同频段及更高速率产品的开发和应用,除原IEEE 802.11的内容之外,增加了基于SNMP(简单网络管理协议)的管理信息库(MIB),以取代原OSI协议的管理信息库。

另外还增加了高速网络内容。

1999年IEEE发布了IEEE 802.11的新版本(代替97版本)以及两个增加的标准802.11a 和IEEE 802.11b。

802.11b自发布之日起就得到了广泛的应用,迄今为止仍是应用的热点。

工作在2.4GHz频带,采用高速直接序列扩频技术,最大速率可达11Mbit/s,是原来网络速率的5倍,且可以根据情况的变化,在11Mbit/s、5.5 Mbit/s、2 Mbit/s、1 Mbit/s的不同速率之间自
动切换,且在2 Mbit/s、1 Mbit/s速率时与802.11兼容。

它从根本上改变了 WLAN的设计和应用现状,扩大了WLAN的应用领域,现在,大多数厂商生产的WLAN产品都基于802.11b标准。

WECA(无线以太网兼容协会)对Wi-Fi产品(802.11b标准)互操作性的认证,更进一步地推动了802.11b的广泛应用,保证了不同厂商产品之间的互操作性和兼容性。

802.11a虽然与802.11b同年发布,但市场反应远远不如802.11b。

一方面是因为它采用的正交频分复用(OFDM)扩频技术,实现起来较为复杂,另一方面是因为价格上的因素。

802.11a工作在5GHz U-NII频带,物理层速率最高可达54Mbit/s,有7种速率可以选择:6、9、12、18、24、36、54Mbit/s,传输层速率可达25Mbit/s。

采用正交频分复用扩频技术,可提供25Mbit/s的无线ATM接口和10Mbit/s的以太网无线帧结构接口,以及TDD/TDMA的空中接口,支持语音、数据、图像业务,一个扇区可接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。

(3) 1999~今
随着WLAN的广泛使用和用户数的增加,出现了一系列的问题需要解决,例如:2.4GHz频段的拥挤、网络安全性的提高、具有QoS要求的应用等等。

IEEE开始了下一代WLAN标准的研究和制定,下一代WLAN标准是对现有标准的扩充和增强,是802.11的扩展标准。

IEEE在2000年和2001年陆续批准了5个项目授权申请PAR,通过5个任务组TG开发制定这5个标准。

任务组TGe:负责制定802.11e。

其目的是增强目前的802.11 MAC,支持具有QoS要求的应用。

任务组TGf:负责制定802.11f。

其目的是制定接入点互连协议IAPP的推荐建议,取得穿过IEEE802.11WLAN分布系统的多厂商接入点的互操作性。

任务组TGg:负责制定802.11g。

其目的是制定802.11b物理层扩展部分,提高数据速率,增强802.11b兼容网络的性能和可能的应用。

任务组TGh:负责制定802.11h。

其目的是增强802.11MAC标准和5GHz 带宽802.11a高速PHY补充标准,增加欧洲5GHz免许可证带宽的室内和室外信道选择,增强信道能量测量和报告机制以提高频谱和传输功率管理。

任务组TGi:负责制定802.11i。

其目的是增强目前的802.11 MAC,增强安全性和认证机制。

表2 802.11扩展标准
标准项目 说明 改进方面802.11e 802.11 MAC的扩展标准 QoS802.11f 802.11 MAC的扩展标准 IAPP802.11i 802.11 MAC的扩展标准 增强安全性802.11g 802.11b的扩展标准(PHY) 提高数据速率802.11h 802.11a的扩展标准(PHY) 802.11a在欧洲的 频谱和功率管理
2001 年11 月 15 日,IEEE批准了802.11g 标准草案,预计正式的标准将于 2003 年初获得批准。

目前这5个标准正在进行各个草案阶段的投票。

802.11a工作在5GHz频段,采用高频段可降低系统的干扰性,提高数据的传输速率,802.11a的最大传输速率为54Mbit/s,是802.11b网络的5倍。

802.11a和802.11b运行在不同的频率范围之上,因此802.11a技术与802.11b Wi-Fi网络不兼容,但是二者可以共存。

802.11g的提出则是为了兼容传统的802.11b标准,在2.4GHz频率下能够提供更高的传输速率。

传输速率可以提高到20Mbit/s之上。

802.11g既可以实现802.11a网络54Mbit/s高数据速率的目标, 又可与原有802.11b设备相兼容。

它集成了802.11a和802.11b的优点,成为802.11a和802.11b之间强大的技术统一,其优势必将推动 WLAN 市场蓬勃发展。

到底采用哪种标准建立自己的WLAN和开发相应的产品,不同的企业有不同的观点和选择。

有些公司认为,2.4GHz是无线电话、微波炉以及“蓝牙”设备的共享频段,干扰较为严重,802.11a避开了该频段,工作在干扰较小的5GHz频段,将使传输效率大大提高。

而更多的公司则认为,802.11g兼容原有802.11b网络的特性是推动技术和市场发展的重要基础。

在保证现有投资者利益的基础上,获得更优的性能,将更容易被市场接受,因而也是今后主要的发展方向。

IEEE 802.11系列标准是由IEEE 802.11工作组制定的,它由许多任务组组成,各个任务组的分工、工作范围及标准项目的进展情况请见表4。

表3 802.11、802.11b、802.11a、802.11g之间的比较
802.11 802.11b 802.11a 802.11g
标准制定时间 1997 1999 1999 预计2003
频率 2.4~2.4835GHz 2.4~2.4835GHz 5.15~5.25GHz 2.4~2.4835GHz
5.25~5.35GHz
5.725~5.825GHz
速率 1、2Mbit/s 11、5.5Mbit/s 54、48、 36、 24、 ≥20 Mbit/s
18、 12、 9、6Mbit/s
距离 100m 100~300m 100~1000m 150m
业务 数据 数据、图像 语音、数据、图像 语音、数据、图像
物理层 红外线、直接序列 高速直接 正交频分复用 直接序列扩频
扩频、跳频扩频 序列扩频 (OFDM)扩频技术
优点 当前成本低, 数据传输快, 数据传输较快,可保证 已得以普及 频段干扰少 与已流行的802.11b兼容缺点 数据传输较慢,受 当前成本较高,不兼 受微波炉或蓝牙等
微波炉或蓝牙等同 容已流行的802.11b 同频段设备的干扰
频段设备的干扰
使用情况 少 使用最广泛、 产品刚具雏形, 标准尚未正式批准,
技术最成熟 尚未大规模普及 但发展潜力巨大
产品互操作性 WECA WECA
认证组织 (Wi-Fi) (Wi-Fi5)
表4 IEEE 802.11工作组组成
组 简称 描述
IEEE 802.11 WG 工作组(WG)由任务组(TG)组成
工作组
任务组 TG 工作组给委员分派任务,作为标准的作者
MAC任务组 MAC 项目范围 制定无线局域网的公共MAC
状态 工作已经完成,标准已发布——IEEE Std. 802.11-1997
更新状态 工作已经完成,相关标准为ISO/IEC
8802-11: 1999(IEEE Std. 802.11, 1999 Edition)
PHY任务组 PHY 项目范围 制定无线局域网的物理层:红外线、2.4 GHz
跳频扩频和2.4 GHz直接序列扩频
状态 工作已经完成,标准已发布——IEEE Std. 802.11-1997
更新状态 工作已经完成,相关标准为ISO/IEC 8802-11: 1999
(IEEE Std. 802.11, 1999 Edition)
任务组a TGa 项目范围 制定U-NII(5GHz)频段物理层标准
状态 工作已经完成,标准已发布——IEEE Std. 802.11a-1999
更新状态 工作已经完成,相关标准为ISO/IEC 8802-11: 1999
(E)/Amd 1: 2000 (IEEE Std. 802.11 a- 1999 Edition)
任务组b TGb 项目范围 制定2.4GHz频段高速物理层标准
状态 工作已经完成,标准已发布——IEEE Std. 802.11b-1999
任务组 TGb- 项目范围 改正802.11b中MIB的不足
b-cor1 cor1 项目目的 MIB在802.11b中作了定义,它不能编译共
同操作的MIB。

本项目将改正MIB的不足
状态 工作已经完成,标准已发布——IEEE 802.11b-1999/Cor1-2001
任务组c TGc 项目范围 通过包含IEEE 802.11 MACs桥接操作的特殊MAC程序,在2.5下面增加 子条款,支持国际子层业务。

本项目是ISO/IEC 10038 (IEEE 802.1D)的 补充件,由802.11工作组和802.1工作组协力完成
项目目的 对ISO/IEC 10038 (IEEE 802.1D)标准提供必须的802.11特殊信息
状态 工作已经完成,相关标准为ISO/IEC 10038 (IEEE 802.1D)
任务组d TGd 项目范围 本补充件定义了物理层要求: 信道化、跳跃方式、当前MIB属性的新值和 将802.11操作扩展到新规则域(国家)中的其它要求
项目目的 目前的802.11标准仅在很少的规则域(国家)定义了操作。

本补充件增加了 允许802.11 WLAN设备用在现在标准不支持的市场上的要求和定义
状态 工作已经完成,标准已发布——IEEE 802.11d-2001
任务组e TGe 项目范围 增强802.11 MAC来改进和管理QoS,提供业务分类,增强安全性和认证机制 项目目的 增强目前的802.11 MAC,支持具有QoS要求的应用,使协议在安全性、 容量和有效性方面得到改进。

这些增强与802.11a和802.11b在物理层
容量方面的改进相结合,使全系统的性能增加,并且扩展了802.11的
使用空间。

实际应用包括话音、音频和视频在802.11无线网上的传输,
会议电视,媒体流分配,增强安全性应用和移动接入应用
状态 正在进行-备注:2001年5月,TGe PAR的安全部分被转移到TGi PAR中任务组f TGf 工程范围 制定接入点互连协议IAPP的推荐建议,取得穿过IEEE 802.11 WLAN
分布系统的多厂商接入点的互操作性。

IAPP将适应下面的环境:
1) 由支持IETF IP的IEEE 802 LAN组成的分布系统
2) 其它认为合适的系统
工程目的 IEEE P802.11规定了无线LAN系统的MAC和物理层,包括这些系统的基本 结构、接入点和分布系统的概念。

因为有许多产生无线LAN系统的方式, 另外对高网络层概念,也有许多解释方式。

这导致了在分布系统和接入点功 能设计方面具有极大的灵活性,因为分布系统设计采用不同的方法,所以不 同厂商的物理接入点设备不太可能通过一个分布系统互相操作。

这一点已经 阻碍了WLAN市场的快速增长。

本项目规定了在接入点之间交换必要的信息以支持P802.11 DS功能。

状态 正在进行
任务组g TGg 工程范围 制定802.11b的物理层扩展部分。

本项目的最大物理层数据速率至少是
20Mbit/s。

扩展部分将实现IEEE 802.11b 物理层标准的所有强制部分。

本项目利用了现有标准物理层速率扩展的规定。

802.11 MAC对站点操作
定义了一种机制,支持同一区域中的不同数据速率。

802.11b定义了基本速 率1, 2, 5.5和11 Mbit/s。

本项目的目标是更进一步地提高802.11b网络
的数据速率能力。

工程目的 制定物理层扩展部分,通过增加设备的数据速率,增强802.11b
兼容网络的性能和可能的应用。

状态 正在进行
任务组h TGh 项目范围 增强802.11 MAC标准和802.11a 物理层标准,增加欧洲5GHz免许可证 带宽的室内和室外信道选择,提高信道能量测量和报告机制以提高频谱和 传输功率管理
项目目的 在5GHz免许可证带宽上,增强目前的802.11 MAC和802.11a PHY,将 网络管理和控制扩展到频谱和传输功率,使5GHz产品可接受。

在信道能量 测量和报告、多规则域的信道覆盖方面提供改进,提供动态信道选择和传输 功率控制机制。

状态 正在进行
任务组i TGi 项目范围 增强802.11 MAC,增强安全性和认证机制
项目目的 增强目前的802.11 MAC,提高安全性
状态 正在进行-备注:2001年5月,TGe PAR的安全部分被转移到TGi PAR研究组 SG 调查标准项目的设置
研究组5GSG 5GSG 目前与ETSI-BRAN和MMAC共同调查5GHz带宽的全球化和一致化
特别宣传 PC 收集IEEE 802.11使用和运行的相关数据,更好地“宣扬”标准
特别规则 R-REG 跟踪全世界不同国家的规则团体和行政部门,确信IEEE标准与他们的准则相兼容,对 将来的解释和扩展进行游说
从802.11工作组活动图表(图1)可以清楚的看到
MAC层、PHY层的组成及它们之间的关系。

了解802.11标准的发展历程,及时跟踪标准的制定
过程和技术发展方向,积极参与标准活动,将使高科技
企业在激烈的竞争中获得主动权,引领业界技术潮流,
对企业的发展具有极大的推动作用。

图1 IEEE P 802.11工作组活动表
IEEE 802.11 WLAN Standard Developing Process and Developing Direction
Yang Wendong
(ZTE Co.,Ltd., Shenzhen 518057)
Abstract IEEE 802.11 standards and its developing process and developing direction, are detailed in the
article.
Keywords WLAN IEEE 802.11 standards。

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