802.11 standarder

IEEE definierar specifikt 802.11-tekniker på det fysiska skiktet (PHY) och i datalänk skiktet (MAC). Det för att 802.11 standarden adresserar inte de övre skikten i OSI-modellen, även om det finns samarbete mellan 802.11 MAC-skiktet och övre skikts protokoll som till exempel servicekvalitet (QoS). Den ursprungliga 802.11-standarden var resultat av två arbetsgrupp: PHY-arbetsgrupp och MAC-arbetsgrupp. Standarden publicerades juni 1997 som IEEE Std 802.11-1997, den kallas ofta 802.11 Prime eftersom den var den första WLAN-standarden.

PHY-arbetsgruppen definierade tre ursprungliga fysiska lagerspecifikationer:

  • Infraröd – IR-teknik som använder ett ljusbaserat medium. Denna teknik definierades i den ursprungliga 802.11-standarden därmed är föråldrat idag. Mer information om moderna implementeringar av infraröd teknik finns på Infrared Data Association hemsida, www.irda.org
  • Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) – Radiofrekvenssignaler kan definieras som smalbandssignaler eller som spridningsspektrumsignaler. En RF-signal anses vara spridningsspektrum när bandbredden är bredare än vad som krävs för att bära data. FHSS är en spridningsspektrum teknik som patenterades under andra världskriget. FHSS 802.11-enheter kallas också Clause 14 enheter på grund av klausulen som hänvisar till dem.
  • Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) är en annan spridningsspektrum teknik som använder fasta kanaler. DSSS 802.11-enheter är kända som Clause 16 enheter.

FHSS och DSSS radiovågor verkar i det licensfria 2,4 GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) -bandet. DSSS 802.11 radiovågor kan överföras i kanaler indelade från hela 2,4 GHz till 2,4835 GHz ISM-bandet. IEEE är mer restriktiv för FHSS radiovågor, som tillåts sända på 1 MH bärare i 2,440 GHz-området i 2,4 GHz ISM-bandet.

Standarden reviderades 1999, bekräftades 2003, och publicerades som IEEE Std 802.11-1999 (R2003).

Den 8 mars 2007 godkändes en annan uppsamling av standarden, IEEE Std 802.11-2007 . I IEEE Std 802.11-2007 ingår:

  • IEEE Std 802.11-1999 (R2003)
  • IEEE Std 802.11a-1999
  • IEEE Std 802.11b-1999
  • IEEE Std 802.11d-2001
  • IEEE Std 802.11g-2003
  • IEEE Std 802.11h-2003
  • IEEE Std 802.11i-2004
  • IEEE Std 802.11j-2004
  • IEEE Std 802.11e-2005

Äldre 802.11-utrustning har fasats ut av ny utrustningar i enlighet med alla ändringar i den originella 802.11 standarden. WLAN-leverantörer hade valet att tillverka antingen klausul 14 FHSS-enheter eller klausul 16 DSSS-enheter. Eftersom dessa teknologier skiljer sig kan de inte kommunicera med varandra och har ofta svårt att samexistera.

Standarder för WLAN 802.11-2012

Den 29 mars 2012 godkändes den senaste uppsamling av standarden, IEEE Std 802.11-2012.

  • IEEE Std 802.11-2007
  • IEEE Std 802.11r-2008
  • IEEE Std 802.11k-2008
  • IEEE Std 802.11y-2008
  • IEEE Std 802.11w-2009
  • IEEE Std 802.11n-2009
  • IEEE Std 802.11p-2010
  • IEEE Std 802.11z-2010
  • IEEE Std 802.11u-2011
  • IEEE Std 802.11v-2011
  • IEEE Std 802.11s-2011

Sammanfattningstabell för IEEE 802.11 standarder

Här nedan har samlats några standarder som en överskikt. Information i tabellen är relevant till certifieringar för en WLAN-tekniker.

 Standard   År   Frekvens (GHz) Band Kanalbredd Modulering Datahastighet Mbps Bakåt
 802.11  1997  2.4 – 2.4835   ISM  20 MHz  FHSS eller DSSS  1, 2  
802.11a  1999 5.150 – 5.250
5.250 – 5.350
5.725 – 5.825
 U-NII  20 MHz  OFDM
 DSSS
 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 och 54  Nej
802.11b  1999  2.4 – 2.4835  ISM  20 MHz  DSSS DSSS: 1, 2
HR-DSS: 5, 11
802.11 DSSS
802.11g  2003 2.4 – 2.4835  ISM  20 MHz  OFDM
 DSSS
ERP-DSSS/CCK: 1, 2, 5 och 11
ERP-OFDM: 6, 12, 24 samt 9, 18, 36, 48 och 54
ERP-PBCC: 22 och 33 Mbps
802.11b HR-DSSS
802.11 DSSS
802.11n  2009  2.4 och 5  ISM  U-NII  20 MHz   40 MHz  HT U-MIMO-OFDM 600 Mbps via 40 MHz kanaler 802.11a/b/g
802.11ac  2013  5  U-NII    VHT MU-MIMO 1 Gbps via 80 MHz och 160 MHz kanaler

Förkortningar och deras beskrivning

  • ISM band – Industrial, Scientific and Medical band som använder frekvenser runt 0,9; 1,8; 2,4, och 5,8 GHz. I Sverige är den licensfria användningen av ISM-bandet 2,4 GHz begränsad till maximalt 100 mW rundstrålande utsänd effekt.
    • Frekvensintervaller av ISM band:
      • 902 – 928 MHz ( 26 MHz bredd)
      • 2.4 – 2.5 GHz (100 MHz bredd)
      • 5.725 – 5.875 GHz (150 MHz bredd)
  • FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum är en metod för radiovågors utbredning genom att växla flera frekvenser mellan
  • DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum är en moduleringsteknik som fungerar så att hela kanalens bandbredd används av en bärvåg på vilken signalen moduleras. Dataflödet delas upp i små delar som var och en allokeras inom respektive frekvens (20 MHz). Med andra ord delas frekvensområde i flera transmissionskanaler, 14 st, därav kanaler 1, 6 och 11 övertrampar inte varandra.

  • U-NII – Unlicensed National Information Infrastructure
    • U-NII-1 (lower) 5.150 – 5.250 GHz, 802.11a, antal kanaler 4
    • U-NII-2 (middle) 5.250 – 5.350 GHz, 802.11a, antal kanaler 4
    • U-NII-2 Extended 5.47 – 5.725 GHz, 802.11h, antal kanaler 11
    • U-NII-3 (upper) 5.725 – 5.825 GHz, 802.11a, antal kanaler 4
  • OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing, en moduleringsmetod som delar upp frekvensområdet i ett flertal smalbandiga parallella bärvågskanaler. Varje kanal har ett 50 tal bärvågor.

  • ERP – Extended Rate Physical. För att ge maximal kapacitet samtidigt som bakåtkompatibilitet upprätthålls används fyra olika fysiska skikt – varav tre definieras som Extended Rate Physicals. Dessa fysiska skikt kan koexistera under ramutbyte (frame exchange) så att avsändaren kan använda någon av de fyra, förutsatt att de stöds vid varje ände av länken. De fyra skikt som definieras i 802.11g standarden är:
    • ERP-DSS-CCK används i 802.11b, (mandatory) 1, 2, 5, 11 Mbps
    • ERP-OFDM används i 802.11g, (mandatory) 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps
    • ERP-DSSS/PBCC används i 802.11b/g (optional) 1, 2, 5, 11, 22, 33 Mbps
    • DSSS-OFDM används i 802.11g (optional) 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps

802.11n-2009

802.11n är en stor uppgradering jämfört med tidigare nämnda standarder. Den är bakåtkompatibel med 802.11b och 802.11g och inkluderar alltid stöd för 2.4 GHz bandet. Men 802.11n innehåller också ett valfritt tilläggsstöd för 5 GHz bandet och är i sådana fall också bakåtkompatibel med 802.11a standarden.

Om en WiFi produkt kan kommunicera både på 2.4 GHz och 5 GHz banden så kallas det att den har Dual-Band eftersom den kan arbeta på två olika radioband.

802.11n kan använda sig av SU-MIMO med Spatial Streams (dataström) för att kombinera flera dataströmmar till en högre total dataström för klienten. Varje dataström kan tillhandahålla upp till ungefär 75 Mbps därmed totalt 150 Mbps maximal teoretisk throughput, vilket är en aningen förenklad siffra.

Beroende på hur många antenner och vilka kanalbredder som enheten stöder så kan enheten därför klara av upp till 150Mbps, 300Mbps eller 450Mbps throughput på antingen 2.4 GHz, 5 GHz eller både och med hjälp av SU-MIMO (Single User).

Mer om Dual-Band

Det finns två typer av Dual Band när det gäller 802.11n.

  • Selective Dual Band – Lågbudgetvariant som fungerar på antingen 2.4 GHz eller 5 GHz, men inte på båda samtidigt. Man måste alltså välja i routerkonfigurationen vilket radioband som ska användas. Det är mindre bra eftersom många Wi-Fi klienter som finns i dag faktiskt bara har stöd för just 2.4 GHz bandet. Därför blir man i praktiken tvungen att ställa in en sådan router på att bara använda 2.4 GHz bandet, och då går man miste om alla fördelar som 5 GHz bandet kan erbjuda.
  • True Dual Band – Produkten kan kommunicera på både 2.4 GHz och 5 GHz banden samtidigt. De två nätverken kommer arbeta samtidigt sida vid sida helt utan att störa varandra. I praktiken gör det att routern faktiskt kör två trådlösa nätverk samtidigt, ett på varje frekvensband. Fördelen med det är att man då kan välja att ansluta enheter som inte har stöd för 5 GHz bandet samt enheter som kanske inte har så höga krav på throughput till 2.4 GHz bandet.

Wi-Fi 802.11n dual-band hastigheter

En router med rating N900 kommer alltså inte att ge någon enskild klient 900Mbps överföringshastighet. Utan det handlar om en teoretisk maximal överföringshastighet på 450 Mbps för klienter som är uppkopplade på 2.4 GHz bandet, samtidigt som andra klienter som är uppkopplade på 5 GHz bandet också får upp till 450 Mbps teoretisk maximal överföringshastighet.

802.11ac-2012

Den senaste Wi-Fi standarden heter 802.11ac. Alla 802.11ac enheter är bakåtkompatibla med 802.11n och därmed också ännu längre tillbaka hela vägen till 802.11a och 802.11b.

802.11ac liknar till stora delar 802.11n, men många funktioner till. Även 802.11ac kan använda MIMO för att skicka flera dataströmmar som kombineras för att öka bandbredden. Men där 802.11n bara behövde ha stöd för 2.4 GHz bandet så måste alla 802.11ac enheter stödja även 5 GHz kommunikation och Simultaneous Dual Band. De nya ökade överföringshastigheterna som 802.11ac inkluderar används bara på 5 GHz bandet, medan kommunikation som sker på 2.4 GHz bandet i princip fungerar likadant som det gjorde i 802.11n standarden.

Varje Dataström eller Spatial Stream kan i 802.11ac överföra upp till 433 Mbps eller till och med upp till 866 Mbps i framtida versioner av 802.11ac standarden. Det är orsaken till varför man kan få så mycket högre hastigheter med 802.11ac. Om en dataström används kan du nå 433 Mbps. Två dataströmmar ger 867 Mbps, medan tre dataströmmar blir totalt 1300 Mbps. För att nå dessa hastigheter så används både MIMO och bredare kanaler, hela vägen upp till en kanalbredd om 160 MHz.

Gällande MIMO så måste alla 802.11ac enheter vara kompatibla med SU-MIMO, vilket kräver flera antenner. Nyare 802.11ac generationer kan också stödja MU-MIMO vilket låter accesspunkter agera mer som switchar. Om du ska köpa ny utrustning i dagsläget och vill köpa det allra bästa som finns att erbjuda så kan det vara läge att titta efter MU-MIMO stöd i accesspunkten.

En 802.11ac accesspunkt kan som sagt falla tillbaka på 802.11n standarden vid behov. Det gäller även 5 GHz bandet, och kan kombineras på följande två sätt:

  • 802.11ac på 5 GHz bandet + 802.11n på 2,4 GHz bandet
  • 802.11n på 5 GHz bandet + 802.11n på 2,4 GHz bandet

802.11ac har existerat ett tag nu, och det finns väldigt mycket bra utrustning där ute som följer 802.11ac standarden. Standarden kommer också fortsätta utvecklas de närmaste åren genom ny utrustning, nya generationer och högre överföringshastigheter.

WiFi Alliance

Wi-Fi Alliance, som ursprungligen heter Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), grundades i augusti 1999. Namnet ändrades till Wi-Fi Alliance i oktober 2002.

Wi-Fi Alliance är en global, icke-professionell branschorganisation för mer än 550 medlemsföretag som ägnar sig åt att främja tillväxten av WLAN. En av Wi-Fi Allians främsta uppgifter är att marknadsföra Wi-Fi-varumärket och öka konsumentens medvetenhet om nya 802.11-tekniker när de blir tillgängliga.

Wi-Fi Alliansens huvuduppgift är att säkerställa driftskompatibiliteten hos WLAN-produkter genom att tillhandahålla certifieringstestning. Produkter som passerar WiFi-certifieringsprocessen får ett WiFi-interoperability certifikat.

Det är dock viktigt att förstå att IEEE och WiFi Alliance är två separata organisationer. IEEE 802.11-arbetsgruppen definierar WLAN-standarderna och Wi-Fi Alliance definierar kompatibilitetscertifieringsprogram. Ofta uppfattas som Wi-Fi Alliance utarbetar 802.11 standarder och det nästa accepteras av allmänheten namnet WiFi standarder. WiFi verifierar WiFi produkter för driftskompatibilitet och hittills har denna organisation certifierat mer än 15 000 Wi- Fi-produkter sedan april 2000.

Frågor

  1. Vilken standardiseringsorganisation utvecklar standarder för trådlös nätverk?
  2. Vilken standard används i trådlösa nätverk eller WLAN?
  3. Vilka frekvensband omfattas i standarden för WLAN?
  4. Vilken moduleringsteknik stödjer dataöverföringshastigheter på 1; 2; 5,5; och 11 Mbps?
  5. Vilken av de två moduleringsteknik, DSSS eller OFDM, stödjer högre dataöverföringshastighet?
  6. Vilken standardiseringsorganisation certifierar produkter som är kompatibla med andra liknande trådlösa produkter?
  7. Vilka standarder fungerar med 5 GHz band?
  8. Vilka standarder använder OFDM moduleringsteknik?
  9. Vilken 802.11 standard stödjer dataöverföringshastighet upp till 600 Mbps?
  10. Vilken 802.11 stadard har den minsta räckvidden?