Что такое WLAN?

В целом беспроводная локальная сеть (WLAN) относится к беспроводной компьютерной сети. Чаще WLAN приравнивается к реализации, заданной IEEE® 802.11™ группа стандартов под названием Wi-Fi® Альянсом Wi-Fi. Wi-Fi Alliance сертифицирует совместимость между устройствами IEEE 802.11 разных производителей. С помощью WLAN Toolbox™ можно смоделировать стандартизированные реализации IEEE 802.11 слоев физического (PHY) и среднего управления доступом (MAC) WLAN. Можно также исследовать изменения реализаций для будущей эволюции стандарта.

Сетевая архитектура

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 образует основной набор услуг (BSS). BSS является базовым базовым 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 либо фиксированными, либо портативными, либо мобильными. Любой совместимый STA может служить точкой доступа (AP).

Этот рисунок показывает компоненты WLAN и сетевые архитектуры, созданную из BSS.

  • Независимая BSS (IBSS) описывает STA, непосредственно взаимодействующие друг с другом, специальным образом. IBSS не имеет подключения к проводной сети.

  • Инфраструктура BSS описывает STA, сопоставленные с центральной STA, которая управляет BSS. Центральный STA упоминается как точка доступа (AP). Это развертывание обычно используется в установках домашней, офисной сети и сети точек доступа. Вообще говоря, AP соединяется по беспроводной связи со связанными STA и подключена к Интернету. Это соединение позволяет связанным STA обмениваться данными за пределами локальной BSS. AP также беспроводно обслуживают STA в BSA, обеспечивая подключение к Интернету для этих STA.

  • Распределенные системы (DS) соединяют инфраструктурные BSS через их AP. Обычно магистральная сеть DS является локальной сетью Ethernet 802.3.

  • Расширенный набор услуг (ESS) описывает набор инфраструктурных BSS, соединенных между собой DS. В ESS AP передают между собой для передачи трафика от одной BSS к другой и для облегчения перемещения мобильной станции от одной BSS к другой.

Стек протокола WLAN

Показанная здесь образец модели взаимодействия включает в себя подмножество сетевых компонентов, сопоставленных с слоем ссылки передачи данных (DLL) и физическим слоем (PHY). Раздел 4.9.2 [2] описывает образец модели взаимодействия для 802.11. Управление доступом к среде (MAC) является подслоем DLL.

Стандарты 802.11 ориентированы на MAC и PHY в целом. Функциональность WLAN Toolbox фокусируется на подслоях процедуры сходимости физического-среднего (PMD) и физического слоя (PLCP) PHY, MAC-подуровня и их интерфейсов.

Обмен сообщениями WLAN

Информационные сообщения данных и управляющей информации обмениваются между слоями протокольного стека в пределах отдельного STA и между одноранговыми слоями при передаче STA.

  • Данные и управляющая информация, обменивающиеся между одноранговыми слоями STA, protocol information transfers. См. (A-) MPDU и PPDU на рисунке.

  • Данные и управляющая информация, обменивающиеся между слоями в STA, являются service information transfers. См. MSDU и PSDU на рисунке.

Функциональность WLAN Toolbox фокусируется на реализации MAC и PHY. В частности, тулбокс моделирует обмен PPDU между одноранговыми узлами PHY и обмен MPDU или A-MPDU между одноранговыми узлами MAC. Здесь кратко описаны сообщения, обменивающиеся между слоями стека протоколов. Для получения дополнительной информации об этих сообщениях см. раздел [2].

СообщениеОписание
MSDU - модуль служебных данных MACСообщения, которые передают информацию между слоем управления логической ссылкой (LLC) и слоем MAC в STA
MPDU или A-MPDU - данные протокола MAC модули или агрегированные данные протокола MAC модуляСообщения, которые передают информацию между MAC слоя одноранговыми узлами в обмене STA
PSDU - модуль служебных данных ЦНПКСообщения, которые передают информацию между слоями MAC и PHY в STA
PPDU - модуль данных протокола PLCPСообщения, которые передают информацию между одноранговыми узлами слоя PHY в обмене STA

Этот рисунок показывает различие между этими данными сообщений WLAN, модулей для неагрегированного MAC- системы координат.

Примечание

В ссылку к PSDU термины PLCP SDU и PHY SDU указаны в стандарте 802.11. PLCP является подслоем процедуры сходимости физического слоя PHY. Не проводится различий, когда термины используются между слоями.

Эволюция физического слоя

Стандартизированная реализация WLAN стандартизированной системы IEEE 802.11 изменилась с момента ее первого релиза в 1997 году. Сегодня он размещен по всему миру в нелицензированных областях радиочастотного спектра. С момента выхода первой версии стандарт 802.11 стал включать несколько реализаций физического слоя и обеспечил обратную совместимость с устаревшими релизами. Со временем максимальная достижимая скорость передачи данных выросла с 1 мегабита в секунду (Мбит/с) до почти 7 гигабит в секунду (Гбит/с).

WLAN Toolbox обеспечивает встроенную поддержку различных стандартных версий 802.11, перечисленных здесь. Тулбокс фокусируется на слоях PHY и MAC и позволяет адаптировать функциональность, основанную на стандартах, чтобы исследовать пользовательские реализации.

Стандарт

Год релиза

Модуляция

Базовая частота (ГГц)

Пропускная способность (МГц)

Максимальная пропускная способность (Мбит/с)

Схема антенны

Формат PDDU

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 (ожидаемый)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 поглощение росли с увеличением скорости передачи данных, предлагаемой спектром расширения прямой последовательности (DSSS) 802.11b с дополнительной манипуляцией кода (CCK). В то время компании начали предлагать продукты и системы 802.11b для WLAN.

Поправка 802 .11a увеличила скорости передачи данных путем введения физического деления ортогонального частотного слоя (OFDM). Однако OFDM был развернут всего на 5 ГГц, поэтому поглощение шло медленно. Короткое время спустя Федеральная комиссия по связи (FCC) разрешила использовать OFDM на 2,4 ГГц.

Принятие поправки 802,11 g дает возможность использовать PHY, определенный 802 .11a на 2,4 ГГц, с обратной совместимостью с 802 .11b PHY.

С 802.11n увеличение скорости передачи данных произошло за счет расширения полосы пропускания канала и разрешения до четырех входных/выходных потоков.

Для 802.11ac более широкие каналы и до восьми входных/выходных потоков обеспечивают более высокую максимальную пропускную способность. Эта повышенная пропускная способность позволяет пользователям транслировать видео на мобильные устройства в домашних или общественных мобильных горячих точках.

Поправка 802 .11ad задает операцию в 60-GHz полоса.

Поправка 802 .11ah использует sub-1-GHz частоты (нелицензированные 900-MHz полосы) для обеспечения расширенной области значений и имеет низкое потребление энергии для поддержки концепций, связанных с Интернетом вещей (IoT).

Поправка 802 .11ax вводит ортогональный частотный множественный доступ (OFDMA) для улучшения общей спектральной эффективности и поддержку квадратурной амплитудной модуляции (1024-QAM) более высокого порядка с 1024 точками для увеличения пропускной способности. Спрос на пропускную способность продолжает расти, и рабочие группы IEEE 802.11 продолжают совершенствовать стандарты для повышения предельной пропускной способности .

Информацию об истории IEEE 802.11 и о контроле за деятельностью рабочих групп можно найти на веб-сайте IEEE.

Ссылки

[1] P802.11ax/D4.1 IEEE. "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического слоя (PHY). Поправка 1: Улучшения 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 (Редакция IEEE Std 802.11-2012). «Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического слоя (PHY)». Стандарт IEEE на информационные технологии - 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 IEEE Std 802.11ai™-2016). "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического слоя (PHY). Поправка 2: Эксплуатация лицензий на 1 ГГц ". Стандарт IEEE на информационные технологии - 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 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 слоя (PHY). Поправка 4: Улучшения для очень высокой пропускной способности в полосах ниже 6 ГГц ". Стандарт IEEE на информационные технологии - 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 IEEE Std 802.11ae™-2012 и IEEE Std 802.11a™-2012). "Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического слоя (PHY). Поправка 4: Улучшения для очень высокой пропускной способности в полосах ниже 6 ГГц ". Стандарт IEEE на информационные технологии - телекоммуникации и обмен информацией между системами. Локальные и столичные сети - Особые требования.

[6] Перахия, Э. и Р. Стейси. Беспроводные LAN следующей генерации: 802.11n и 802.11ac. 2-е издание. Великобритания: Cambridge University Press, 2013.

Похожие темы

Внешние веб-сайты

Документация по WLAN Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте