В общем случае беспроводная локальная сеть (WLAN) относится к беспроводной компьютерной сети. Как правило, WLAN приравнивается к реализации, определенной группой стандартов IEEE ® 802.11™, и маркируется как Wi-Fi ® альянсом Wi-Fi. Альянс Wi-Fi сертифицирует совместимость устройств IEEE 802.11 разных производителей. С помощью Toolbox™ WLAN можно моделировать стандартизированные реализации IEEE 802.11 физического уровня (PHY) и уровня управления доступом к среде (MAC) WLAN. Можно также изучить варианты реализации для будущего развития стандарта.
IEEE 802.11 определяет сетевые архитектуры. В IEEE 802.11 группа станций (STA) в пределах определенной зоны обслуживания и с соответствующей связью друг с другом формирует базовый набор услуг (BSS). BSS является базовым компоновочным блоком для сетевой архитектуры 802.11. Базовая область обслуживания (BSA) определяет область, содержащую STA в BSS. STA могут быть связаны в перекрывающихся BSS. С точки зрения мобильности STA являются фиксированными, портативными или мобильными. Любой совместимый STA может служить точкой доступа (AP).
На этом рисунке показаны компоненты WLAN и сетевые архитектуры, созданные на основе BSS.
Независимая BSS (IBSS) описывает STA, обменивающиеся данными непосредственно друг с другом в режиме ad-hoc. IBSS не имеет подключения к проводной сети.
Инфраструктура BSS описывает STA, связанные с центральным STA, который управляет BSS. Центральный STA называется точкой доступа (AP). Это развертывание обычно используется в домашних, офисных и горячих точках. Вообще говоря, точка доступа подключается по беспроводной связи к соответствующим STA и подключается к Интернету. Это соединение позволяет ассоциированным STA взаимодействовать за пределами локальной BSS. Точки доступа также обеспечивают беспроводное обслуживание STA в BSA, обеспечивая подключение к Интернету для этих STA.
Распределенные системы (DS) соединяют BSS инфраструктуры через свои точки доступа. Как правило, магистральная сеть DS представляет собой локальную сеть 802.3 Ethernet.
Расширенный набор услуг (ESS) описывает набор инфраструктурных BSS, соединенных между собой DS. В ESS точки доступа взаимодействуют между собой для передачи трафика от одной BSS к другой и для облегчения перемещения мобильной станции от одной BSS к другой.
Ссылочная модель взаимодействия, показанная здесь, включает в себя подмножество сетевых компонентов, связанных с уровнем канала передачи данных (DLL) и физическим уровнем (PHY). В разделе 4.9.2 [2] описана эталонная модель взаимодействия для 802.11. Управление доступом к среде (MAC) является подуровнем DLL.
Стандарты 802.11 ориентированы на MAC и PHY в целом. Функциональные возможности инструментария WLAN сосредоточены на подуровнях PHY, подуровне MAC и их интерфейсах, зависящих от физических сред (PMD) и процедур сходимости физического уровня (PLCP).
Обмен данными и управляющими информационными сообщениями осуществляется между уровнями стека протоколов в пределах отдельного STA и между равноправными уровнями при передаче STA.
Обмен данными и управляющей информацией между одноранговыми уровнями STA является передачей информации протокола. См. (A-) MPDU и PPDU на рисунке.
Обмен данными и управляющей информацией между уровнями в пределах STA является передачей служебной информации. См. MSDU и PSDU на рисунке.
Функциональность инструментария WLAN сосредоточена на реализациях MAC и PHY. В частности, инструментарий моделирует обмен PPDU между одноранговыми узлами PHY и обмен MPDU или A-MPDU между одноранговыми узлами MAC. Здесь кратко описаны сообщения, которыми обмениваются уровни стека протоколов. Для получения дополнительной информации об этих сообщениях см. [2].
| Сообщение | Описание |
|---|---|
| MSDU - блок данных службы MAC | Сообщения, передающие информацию между уровнем управления логическим каналом (LLC) и уровнем MAC в пределах STA |
| MPDU или A-MPDU - блок данных протокола MAC или блок данных агрегированного протокола MAC | Сообщения, передающие информацию между одноранговыми узлами уровня MAC при передаче STA |
| PSDU - блок служебной информации ЦНПК | Сообщения, передающие информацию между уровнями MAC и PHY в пределах STA |
| PPDU - блок данных протокола PLCP | Сообщения, передающие информацию между одноранговыми узлами уровня PHY при передаче STA |
На этом рисунке показано различие между этими блоками данных сообщений WLAN для неагрегированного кадра MAC.
Примечание
Что касается PSDU, термины PLCP SDU и PHY SDU появляются в стандарте 802.11. PLCP является подуровнем процедуры сходимости физического уровня PHY. При использовании терминов между слоями различия не проводится.
Стандартизированная реализация WLAN IEEE 802.11 развивалась с момента ее первого выпуска в 1997 году. Сегодня он развернут по всему миру в нелицензионных регионах радиочастотного спектра. Начиная с первой версии стандарт 802.11 включает несколько реализаций физического уровня и обеспечивает обратную совместимость с устаревшими версиями. С течением времени максимальная достижимая скорость передачи данных выросла с 1 мегабит в секунду (Мбит/с) до почти 7 гигабит в секунду (Гбит/с).
WLAN Toolbox обеспечивает встроенную поддержку различных стандартных версий 802.11, перечисленных здесь. Инструментарий фокусируется на уровнях PHY и MAC и позволяет адаптировать основанные на стандартах функциональные возможности для изучения пользовательских реализаций.
Стандарт | Год выпуска | Модуляция | Базовая частота (ГГц) | Полоса пропускания (МГц) | Максимальная пропускная способность (Мбит/с) | Антенная схема | Формат PPDU |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
802.11 | 1997 | DSSS | 2.4 | 11 | 2 | SISO | не-HT |
802.11b™ | 1999 | HR/DSSS/CCK | 2.4 | 11 | 11 | SISO | не-HT |
802.11a™ | 1999 | OFDM | 5 | 5, 10, 20 | 54 | SISO | не-HT |
802.11g™ | 2003 | 802.11b и 802.11a @ 2,4 ГГц | |||||
802.11j™ | 2004 | OFDM | 4.9 и 5 | 10, 20 | 27 | SISO | не-HT |
802.11n™ (Wi-Fi 4) | 2009 | OFDM | 2.4 и 5 | 20, 40 | < 600 | MIMO, до четырех потоков | HT |
802.11p™ | 2010 | OFDM | 5 | 5, 10 | 27 | SISO | не-HT |
802.11ad™ | 2012 | SC/OFDM | 60 ГГц | 1760 (SC), 2640 (OFDM) | < 7000 | Один поток MIMO с формированием луча | DMG |
802.11ac™ (Wi-Fi 5) | 2013 | OFDM | 5 | 20, 40, 80, 160, 80+80 | < 7000 | DL MU-MIMO до восьми потоков | VHT |
802.11ah™ | 2016 | OFDM | < 1 | 1, 2, 4, 8, 16 | 346 | DL MU-MIMO до четырех потоков | S1G |
| 802.11ax™ (Wi-Fi 6) | 2020 (ожидается) | OFDMA | 2.4 и 5 | 20, 40, 80, 160, 80+80 | < 10,000 | UL и DL MU-MIMO до восьми потоков | ОН |
Развертывание и коммерческое использование росли с увеличением скорости передачи данных, обеспечиваемой широкополосным спектром прямой последовательности 802.11b (DSSS) с дополнительными кодовыми клавишами (CCK). В то время компании начали предлагать продукты и системы 802.11b для WLAN.
Поправка 802 11a увеличивает скорости передачи данных путем введения физического уровня мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Однако OFDM была развернута только на частоте 5 ГГц, поэтому поглощение было медленным. Вскоре Федеральная комиссия по связи (FCC) разрешила использовать OFDM на частоте 2,4 ГГц.
Принятие поправки 802.11g дало возможность использовать PHY, определенный 802.11a на частоте 2,4 ГГц, с обратной совместимостью с 802.11b PHY.
При использовании стандарта 802.11n увеличение скорости передачи данных произошло за счет расширения полосы пропускания канала и выделения до четырех потоков ввода-вывода.
Для 802.11ac более широкие каналы и до восьми потоков ввода/вывода обеспечивают более высокую максимальную пропускную способность. Эта увеличенная пропускная способность позволяет пользователям передавать видео на мобильные устройства дома или в общедоступных мобильных горячих точках.
Поправка 802 .11ad определяет работу в полосе 60-GHz.
Поправка 802.11ah использует sub-1-GHz частоты (нелицензионные диапазоны 900-MHz) для обеспечения расширенного диапазона и имеет низкое энергопотребление для поддержки концепций, связанных с Интернетом вещей (IoT).
Поправка 802 11ax вводит множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) для улучшения общей спектральной эффективности и поддержку более высокой 1024-точечной квадратурной амплитудной модуляции (1024-QAM) для увеличения пропускной способности. Спрос на пропускную способность продолжает расти, и рабочие группы IEEE 802.11 продолжают продвигать стандарты для повышения потолка пропускной способности .
Информацию об истории IEEE 802.11 и о деятельности рабочих групп можно найти на веб-сайте IEEE.
[1] P802.11ax/D4.1 IEEE. "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). Поправка 1: Усовершенствования для высокоэффективной WLAN. " Проект стандарта на информационные технологии - телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и столичные сети - особые требования.
[2] IEEE Std 802.11-2016 (версия IEEE Std 802.11-2012). «Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY)». Стандарт IEEE для информационных технологий - телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и столичные сети - особые требования.
[3] IEEE Std 802.11ah-2016 (Поправка к IEEE Std 802.11-2016 с поправками, внесенными IEEE Std 802.11ai™-2016). "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). Поправка 2: Действие, освобожденное от действия лицензии на тактовую частоту Sub 1 ГГц. " Стандарт IEEE для информационных технологий - телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и столичные сети - особые требования.
[4] IEEE STD 802.11ac-2013 (Поправка к IEEE Std 802.11-2012 с поправками, внесенными IEEE Std 802.11ae™-2012, IEEE Std 802.11a™-2012 и IEEE Std 802.11ad-2012). "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). Поправка 4: Усовершенствования для работы с очень высокой пропускной способностью в диапазонах ниже 6 ГГц. " Стандарт IEEE для информационных технологий - телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и столичные сети - особые требования.
[5] IEEE STD 802.11ad-2012 (Поправка к IEEE Std 802.11-2012 с поправками, внесенными IEEE Std 802.11ae™-2012 и IEEE Std 802.11a™-2012). "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). Поправка 4: Усовершенствования для работы с очень высокой пропускной способностью в диапазонах ниже 6 ГГц. " Стандарт IEEE для информационных технологий - телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и столичные сети - особые требования.
[6] Перахия, Э. и Р. Стейси. Беспроводные локальные сети следующего поколения: 802.11n и 802.11ac. 2-е издание. Великобритания: Cambridge University Press, 2013.