IEEE802协议标准

IEEE802.11协议主讲：王海飞制作：李越许文静王海飞目录IEEE802.11协议标准IEEE802.11系列协议标准的发展IEEE802.11的工作方式IEEE802.11的物理层IEEE802.11的MAC层IEEE802.11ac协议（真正的5GWiFi)概述802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。用途：用户与用户终端的无线介入业务（主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps）发展802.11定义微波和红外线的物理层和MAC子层（2.4GHz，2Mbit/s）802.11a定义了微波物理层及MAC子层（5GHz，54Mbit/s，1999）802.11b物理层补充DSSS（2.4GHz，11Mbit/s，1997）802.11c关于802.11网络和普通以太网之间的互通协议（2000）802.11d关于国际间漫游的规范（2000）802.11e对服务等级QoS的支持（2004）802.11f基站的互联性（2003）802.11h扩展物理层和MAC子层标准（5GHz，欧洲，2003）802.11j扩展物理成和MAC子层标准（5GHz，日本，2004）802.11k基于无线局域网的微波测量规范（2005）802.11m基于无线局域网的设备维护规范（2006）802.11ac第五代Wi-Fi传输技术（2008）IEEE802.11协议性能参数协议发布日期频带最大传输速度802.1119972.4-2.5GHz2Mbps802.119995.15-5.35/5.47-5.725/5.754MbpsIEEE802.11的工作方式802.11定义了两种类型的设备1.一种是无线站，通常是通过一台PC机器加上一块无线网络接口卡构成。2.另一个称为无线接入点（AccessPoint，AP），一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接口（802.3接口）构成。IEEE802.11的物理层3种物理层传输介质方式其中2种物理层传输介质工作方式在微波频段。采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列扩频传输技术（FHSS）和直接序列扩频传输技术（DSSS）。1a25-5.825GHz802.11b19992.4-2.5GHz11Mbps802.11g20032.4-2.5GHz54Mbps802.11n20092.4GHz或者5GHz600Mbps(40MHz*4MIMO)802.11ac(草案)2011.112.4GHz或者5GHz876Mbps,1.73Gbps3.47Gbps6.93Gbps(8MIMO,160MHz)802.11ad(草案)2012.1260GHzUpto7000Mbps另一种方式以光波段作为其物理层，也就是利用红外线光波传输数据流。扩频传输技术跳频扩频（FHSS，FrequencyHoppingSpreadSpectrum）使用了传统的窄带数据传输技术，但传输频率将发生周期性的切换。跳频现象可以使FHSS系统避免受到信道内窄带噪音的干扰。直接序列扩频（DSSS，DirectSequenceSpreadSpectrum）系统则将要传输的数据流通过扩展码调制而人为地扩展带宽，即使在传输波段中存在部分噪声信号，接收机也可以无错误地接受数据。优势：抗干扰强安全性好可靠性高IEEE802.11的MAC层无线局域网虽然也是多个站点共享无线信道，却不能简单的搬用以太网的CSMA/CD协议，这里主要有两个原因：CSMA/CD协议要求一个站点在发送本站数据的同时必须不简短地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种全双工花费就会过大。即使我们能够在发送的同时实现冲突检测的功能，并且当我们在发送数据检测到信道是空闲的，在接受端仍然有可能发生冲突。IEEE802.11的MAC层802.11标准设计独特的MAC层。它通过协调功能来确定在基本服务集BSS中的移动站在什么时间能发送数据或接受数据。1.802.11的MAC层使用DCF或PCF1）分布协调功能DCF——争用服务DCF在每一个结点使用CSMA机制的分布式接入算法，让各个站通过争用信道来获取发送权。因此DCF向上提供争用服务。2）点协调功能PCF——无争用服务PCF基于轮询机制，使用AP集中控制的接入算法将发送数据权轮流交给各个站从而避免了冲突的产生。2.帧优先级的设置所有的站在完成发送后，必须在等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧，这段时间的通称为帧间间隔IFS。帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间较短。因此可优先获得发送权，但有线级帧就必须等待较长的时间。若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，点协调功能PCF分布协调功能DCFPHY层无争用服务（选用）争用服务（必须实现）M则媒体变为忙态，因而低优先级帧就只能在推迟发送了3.帧间间隔IFSIEEE802.11中有四种帧间隔,其长度由小到大依次分别是SIFSPIFSDIFSEIFSSIFS：短帧间间隔PIFS：点协调功能帧间间隔（比SIFS长）DIFS：分布协调功能帧间间隔（比PIFS长）EIFS：延长幀间间隔（最长的IFS）时隙长度：在一个基本服务集BBS中，当某个站在一个时隙开始接入到信道时，那么在下一个时隙开始时，其他站就能检测出信道已转变到忙态，就选定该长度作为时隙长度。虚拟载波监听技术难题：由于天线半双工的工作方式和信号空间传播的复杂性，无线网络相对于有线网络更易发生冲突，这个问题在物理层难以解决。解决方案：IEEE802.11在MAC层通过使用虚拟载波监听技术解决了这个问题。每个工作站维护一个网络分配矢量NAV(NetworkAllocationVector),用NAV来指示网络的忙闲状态,每个发送站在发送帧时估计网络忙的时间,即NAV,并把这一时间信息装入帧头,其他站接收到此帧后如发现本地NAV小于此时间则利用此时间更新本地NAV。源站将它还要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需时间）在其MAC帧首部字段“持续时间”中填入指示给所有其他站，其他所有站会在这段时间都停止发送数据,这样大大减少了冲突的机会。“虚拟”是指其他站并没有真正监听信道，而是检测到源站发送幀中的“持续时间”才不发送数据，这种效果好像是其他站都监听了信道。当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧首部的“持续时间”字段时，就调整自己的网络分配向量NAV(NetworkAllocationVector)，NAV指出了信道处于忙状态的持续时间IEEE802.11ac（真正5GWiFi）第五代Wi-Fi传输技术，运行在5Ghz无线电波频段。更高的无线传输速度是5GWi-Fi的最大特征。业界认为，5GWi-Fi的入门级速度是433Mbps，这至少是现在Wi-Fi速率的三倍，一些高性能的5GWi-Fi还能达到1Gbps以上。IEEE802.11ac的关键特性1.5GHz频带802.11ac更宽的信道带宽需求是其限制在5GHz频段的主要驱动因素。由于带宽的增加，信道规划成为新挑战，尤其是在拥堵且零散的2.4GHz频段。2.使用更高的宽信道带宽802.11ac规范中，可以很清楚地看到信道带宽与数据子载波数量之间的关系。3.向下兼容向下兼容性将可缓和与市场的调适过程，确保802.11ac装置可用于现有WLAN网络。4.新的调制和编码方案(MCS)802.11ac引入256－QAM调制机制的首个商用的无线标准，以满足不断增长的数据吞吐量要求。可以实现更高的数据速率。5.波束成形和多用户多输入输出(MIMO)根据802.11n的经验，WiFi装置的制造商使用传送波束成形。802.11ac在此基础上，并提升诸如单一声测(singlesounding)与反馈格式。更重要的在于，802.11ac工作组已建立在802.11n新机制的波束成型上，允许存取点(AccessPoint;AP)利用相同信道、多个天线、与空间多任务。IEEE802.11ac的优点1.解决网络拥堵：Wi-Fi这个高速公路正变得拥挤不堪。目前全球最快的Wi-Fi传输速度仅为300Mbps(少数可以达到600Mbps)，相当于每秒只能传输约36MB的内容2.提升播放质量：视频流量的爆发性成长以及与日俱增的无线装置，加重了Wi-Fi网络负担，导致用户消费者在观看影片时很容易遇到播放不顺畅、影片下载时间冗长等问题。5GWi-Fi每秒传输速度可达125MB，让每秒下载速度约为30~45MB的高清电影传输不成问题。3.让手机更省电:5GWi-Fi另一大优点是节能——由于同一时间传送的内容更多，设备也能更快地进入低功率的省电模式。比如博通的5GWi-Fi技术可让行动装置降低83%的耗电率，因此可延长装置的使用时间。4.信号品质更好:目前2.4GHz频段Wi-Fi网络上“奔跑”的不仅仅有手机、平板、笔记本电脑、掌上游戏机，还有各种各样的移动设备。大量设备堆积在一个狭小的频段中很容易彼此干扰。国内5G频段使用较少，无线电干扰大为降低，信号品质有极大提升。IEEE802.11ac的缺点1.802.11ac增加了传输设备和接收设备之间的设置和选择数量。故设置用户对于每一台设备的功能的预期是很困难的。2.在5GHz频段的频率分配方面还有很大的地理差别，为主要频率和通道绑定分配的频率是完全不同的，导致了高带宽频道的可用性和数量的区别。IEEE802.11ac的应用基于Wi-Fi无线网卡、无线路由以及ARM单片机系统的无线智能门铃系统。谢谢!