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WLAN标准协议简单解析

更新时间:2021年02月22日   作者:spoto   标签(Tag):

wlan标准协议简介

无线局域网WLAN的发展历程中,一度涌现了很多技术和协议,如IrDA、Blue Tooth和HyperLAN2等。但发展至今,在WLAN领域被大规模推广和商用的是IEEE 802.11系列标准协议,WLAN也被定义成基于IEEE 802.11标准协议的无线局域网。我们对802.11已不陌生,在购买支持WLAN功能的产品时都能看到802.11的影子。本期我们讲下802.11主要的具有里程碑意义的标准协议:802.11a、802.11b、802.11g、802.11n和802.11ac。

WLAN标准协议

802.11

WLAN和有线局域网最大的区别就是“无线”,通过上期的学习我们知道WLAN通信媒介是射频,射频和有线局域网的媒介(电缆或光纤)相比具有完全不一样的物理特性,这就导致WLAN的物理层(PHY)和媒介访问控制层(MAC)不同于有线局域网。所以,802.11协议主要定义的就是WLAN的物理层和MAC层。

在20世纪90年代初为了满足人们对WLAN日益增长的需求,IEEE成立了专门的802.11工作组,专门研究和定制WLAN的标准协议,并在1997年6月推出了第一代WLAN协议——IEEE 802.11-1997,协议定义了物理层工作在ISM的2.4G频段,数据传输速率设计为2Mbps。该协议由于在速率和传输距离上的设计不能满足人们的需求,并未被大规模使用。

随后,IEEE在1999年推出了802.11a和802.11b。802.11a工作在5GHz的ISM频段上,并且选择了正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术,能有效降低多路径衰减的影响和提高频谱的利用率,使802.11a的物理层速率可达54Mbps。802.11b则依然工作在2.4GHz的ISM频段,但在802.11的基础上进行了技术改进,使802.11b的通信速率达到11Mbps。

OFMD是一种多载波调制技术,主要是将指定信道分成若干子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波是并行传输,可以有效提高信道的频谱利用率。

虽然802.11b提供的接入速率比802.11a低,但当时5GHz芯片研制过慢,待芯片推出时802.11b已被广泛应用。由于802.11a不能兼容802.11b,再加上5GHz芯片价格较高和地方规定的限制等原因,使得802.11a没有被广泛采用。

在2000年初,IEEE 802.11g工作组开始开发一项既能提供54Mbps速率,又能向下兼容802.11b的协议标准。并在2001年11月提出了第一个IEEE 802.11g草案,该草案在2003年正式成为标准。802.11g兼容了802.11b,继续使用2.4GHz频段。为了达到54Mbps的速率,802.11g借用了802.11a的成果,在2.4GHz频段采用了正交频分复用(OFDM)技术。IEEE 802.11g的推出,满足了当时人们对带宽的需求,对WLAN的发展起到了极大的推动作用。

大家可能会有疑问:为什么不在1999年制定802.11b标准时就直接采用和802.11a相同的OFDM技术,这样就可以更早的在2.4GHz频段上取得54Mbps的速率了,而不必等到2001年底的802.11g的出现。事实上在1999年讨论802.11b的时候,OFDM技术确实被提出应用到802.11b标准中,但当时美国联邦通信协会(FCC)禁止在2.4GHz频段使用OFDM,这条禁令直到2001年5月才被撤销,6个月后,采用OFDM技术的802.11g草案才得以顺利出台。

在急速发展的网络世界54Mbps的速率不会永远满用户需求。在2002年一个新的IEEE工作组——IEEE 802.11任务组N即TGn(Task Group n)成立,开始研究一种更快的WLAN技术,目标是达到100Mbps的速率。该目标的实现一波三折,由于小组内两个阵营对协议标准的争论不休,新的协议直到2009年9月才被敲定并批准,这个协议就是802.11n。在长达7年的制定过程中,802.11n的速率也从最初设计的100Mbps,完善到了最高可达600Mbps,802.11n采用了双频工作模式,支持2.4GHz和5GHz,且兼容802.11a/b/g。

802.11n标准刚刚尘埃落定后, IEEE就开始了下一代的WLAN标准协议——802.11ac的制定工作。并在2013年正式推出了802.11ac标准协议,802.11ac工作在5GHz频段,向后兼容802.11n和802.11a,80.211ac沿用了802.11n的诸多技术并做了技术改进,使速率达到1.3Gbps。
通过下表有助于我们了解802.11各协议的主要参数。

802.11各协议的主要参数

Wi-Fi

除了802.11标准协议外,在WLAN领域还有一个更常见更常用的名词——Wi-Fi。我们技术贴连载已经进行到第3期,一直没有提及什么是Wi-Fi。在了解了802.11各协议后,正好也是解释什么是Wi-Fi的时机了。

WiFi是无线保真(Wireless Fidelity)的英文缩写。在802.11b时代,虽然所有的802.11b产品都使用相同的802.11b标准,但为了保证不同厂商的产品能够具有良好的兼容性,1999年一些WLAN设备生产厂商一起成立了一个工业联盟——无线以太网兼容性联盟WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance),后更名为Wi-Fi联盟。Wi-Fi联盟建立了一套验证802.11b产品兼容性的测试程序,称为Wi-Fi认证,通过该程序认证的产品可以使用Wi-Fi认证标签。后来,Wi-Fi认证的范围逐步扩展到802.11a,802.11g和802.11n。另外,由于忍受不了802.11n漫长的标准化进程和市场需求的推动,Wi-Fi联盟以802.11n 2.0版草案作为产品认证的依据,在802.11n标准推出之前已经认证批准了数百个802.11n产品。这也是为什么当时802.11n标准还未正式发布,而我们在市场上早已可以购买到各类兼容性良好的802.11n产品的原因。

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