802.11系列的分类

1、无线局域网技术与标准发展趋势1.无线局域网概述无线局域网（WLAN ）是指采用无线通信技术进行数据连接的局域网技术，以承载高 速数据业务为主，中短距离覆盖范围，支持固定、游牧和低速移动接入。当前国际主流的WLAN技术是 Wi-Fi（ Wireless Fidelity ）联盟推广的 Wi-Fi技术，核心技术采用了美国电子 电气工程师协会（IEEE）制定的802.11系列标准。经过十余年的持续快速发展，WLAN已成为当今全球最普及的宽带无线接入技术，拥有巨大的用户群和市场规模。WLAN功能被广泛嵌入至笔记本电脑、手机、平板电脑等各种电子通信产品中，为人们提供便捷的宽带无线数据服务。电信运营商也将

2、WLAN视为电信网的重要补充，大规模建设WLAN热点，并将二者相结合提供公众服务。为了满足高速增长的市场需求，WLAN技术与标准也在不断发展与完善，深度与广度不断加强。IEEE已发布（或正在制定）的 802.11标准达到20余项，涉及物理层增强、服 务质量（QoS）、业务支撑、安全机制、组网方式、网管、频谱使用、网络融合等多方面 技术内容，初步构建了一套WLAN技术标准体系。2.无线局域网技术与标准发展趋势随着新的市场需求和创新技术不断涌现，WLAN技术与标准不断快速发展，并呈现如下主要发展趋势。2.1传输速率迅速提高随着802.11b，802.11a，802.11g和802.11n物理层标准

3、的陆续发布实施，WLAN数据传输能力快速提升，已从早期802.11b的11Mbit/s提升至当前 802.11n的600Mbit/s 。当前，IEEE正在制定新一代 WLAN物理层标准802.11ac和802.11ad，最高传输速率将超 过 1Gbit/s （见图 1 ）。图1 IEEE 802.11物理层标准演进路线2.1.1 WLAN 传输速率已提升至 600Mbit/s（ 1）802.11b 和 802.11a1999 年， IEEE 同时发布了 802.11b 和 802.11a 两项物理层标准。其中， 802.11b 工 作在2.4GHz的工业、科学和医疗（ISM ）频段，采用直接序

4、列扩频（ DSSS）技术作为主 要传输技术，传输速率可达 11 Mbit/s 。 802 .11a 采用 OFDM 作为主要传输技术，最高传输 速率达到54Mbit/s 。 802.11a工作在5GHz频段，该频段可用频率资源非常丰富，一定程 度上可以缓解频率资源紧张的问题，但 5GHz 频段无线信号传播特性较差，使得 802.11a 覆盖范围明显小于 802.11b 。（2）802.11g为了提高2.4GHz频段的频谱使用效率，IEEE于2003年发布了 2.4GHz频段物理层增 强标准802.11g。该标准采用 OFDM和DSSS技术两种传输技术，能够支持高达54Mbit/s传输速率，并能

5、够与 802.11b 标准后向兼容。 802.11g 较好地解决了 802.11b 的传输速率 问题，同时又保证了较大的覆盖范围，并且在技术上与802.11b 保持兼容，迅速取代了802.11b 。3) 802.11n上世纪末至本世纪初，多入多出（ MIMO ）技术的研究取得重大突破，逐步从理论走 向实际。 2002 年， IEEE 启动了基于 MIMO 技术的物理层增强技术标准 802.11n 的研制工 作。经过长达 7 年的反复讨论， IEEE 于 2009 正式发布了 802.11n 标准。该标准采用了MIMO-OFDM 作为主要传输技术，最大支持 4 发 4 收的天线配置，支持 20M

6、Hz 和 40MHz 信道带宽，支持低密度奇偶校验（LDPC ）码，最高传输速率可达600Mbit/s，并且802.11n 推出后迅速得到消费者WLAN 传输能力难以满足未来WLAN 物理层标准 802.11ac 和802.11 n支持2.4GHz和5GHz双频段，频谱适应性更强。青睐，已成为当前市场的主流。2.1.2 新一代 WLAN 传输速率将超 1Gbit/s随着无线高清视频传输等高带宽业务的快速增长，现有发展需求。为此， IEEE 启动了具有更高吞吐量的新一代802.11ad ，传输速率将超过 1Gbit/s。（1）802.11ac802.11ac 标准项目于 2008 年 11 月启

7、动，预计将在 2013 年底完成标准制定。 802.11ac 立项时的基本要求是工作频段为 5GHz 频段，与工作在相同频段的 802.11a/n 后 向兼容，MAC层吞吐量可达到1Gbit/s以上。目前，802.11ac已形成标准草案 2.0版本。根据当前的标准进展， 802.11ac 将采用 MIMO-OFDM 作为主要传输技术，支持最大 8发 8 收的 MIMO 天线配置，支持空间复用、 STBC 、下行 MU-MIMO 和发射波束赋形；采用 增强调制编码方案，最高支持256QAM ；在原有 20MHz 和 40MHz 信道基础上，支持80MHz 和 160MHz 信道带宽；采用兼容 8

8、02.11a/n/ac 的混合格式前导码，与工作在 5GHz 频段的 802.11a/n 后向兼容。 802.11ac 理论传输速率可达 6.93Gbit/s ，大大高于立项要 求。2)802.11ad全球主要国家在 60GHz 附近均有数 GHz 免许可频段，中国频段为 5964GHz ，欧洲 为 5766GHz ，北美和韩国为 57 64GHz ，日本为 59 66GHz。 IEEE 于 2009 年初启动802.11ad 标准化工作，开始制定 60GHz 频段的新一代 WLAN 标准，主要面向极高速短距 离应用。目前， 802.11ad 已形成标准草案 5.0 版本，预计将于 2012

9、年底完成标准制定工 作。根据当前的标准进展， 802.11ad 将采用单载波、 OFDM 和波束赋形作为主要传输技 术，支持高达 2.16GHz 的信道带宽，采用旋转调制、差分调制、扩展 QPSK 等增强调制技 术和高性能 LDPC 码，引入新的组网方式 个人基本服务集（ BIT/SS ），采用增强的安 全协议和功率管理技术，支持在2.4GHz , 5GHz和60GHz频带之间的快速会话转移，以及与其他 60GHz 系统的共存。 802.11ad 理论传输速率可达 6.76 Gbit/s ，可靠通信距离可达 10m 以上。2.2 服务质量不断改善为了改善无线局域网的服务质量， IEEE 制定了

10、 802.11e， 802.11r， 802.11ae ，用以 改进 QoS 保证机制、支持语音等实时业务切换、实现管理帧优先级控制。此外，IEEE 还正在制定 802.11ai ，以提高 WLAN 初始链路建立的速度。（1）802.11e2005年，IEEE发布了 QoS增强标准802.11e，该标准定义了 802.11的服务质量增强 特性，并且定义了新的混合协调功能（HCF）接入机制，HCF提供了增强分布式协调接入（EDCA）和混合控制信道接入（HCCA），分别扩展了 DCF和PCF的功能，使得 802.11 系统能够更好地 QoS 保证和优先级控制。（2）802.11r传统的 WLAN

11、终端从一个 AP 迁移到另一个 AP 通常需要 100ms 左右的时间重新建立 关联，而且还需要花几秒钟的时间重新建立身份验证，无法支持语音等实时业务的切换。2008年，IEEE发布快速基本服务集切换标准802.11r，该标准能够保证 WLAN终端在两个接入点之间的切换时间少于 50ms ，提高了无线局域网对语音等实时业务的支持能力。3)802.11ae2012 年 4 月， IEEE 正式发布了 WLAN 管理帧优先级控制 802.11ae 。 802.11ae 通过对802.11 管理帧进行分类和优先级控制，进一步完善 WLAN 的 QoS 保障机制，改善无线局 域网整体性能。（ 4）80

12、2.11ai802.11ai 标准项目于 2010 年底启动，主要目的是在不降低安全性的前提下减少802.11系统初始链路建立时间，并支持大量用户同时接入扩展服务集（ESS）。目前，802.11ai 已进入到技术方案征集阶段，增强技术将主要集中在AP 或网络发现、安全认证、高层配置等方面。2.3 业务支撑能力快速提升随着物联网、移动互联网业务的快速发展， IEEE 也不断提升业务支撑能力，制定相关标准更好地支持智能电网、智能交通、无线音视频传输等新业务。（1） 802.11p针对智能交通系统（ ITS ）中的无线通信需求， IEEE 与 2010 年发布了车联网标准 802.11p。该标准主要

13、针对 MAC层协议进行修改，定义了 V2V （车辆之间）和 V2I （车辆 与基础设施之间）两种通信方式，在延时和移动性等方面进行了增强，以满足ITS 的特殊需求。IEEE 802.11p与IEEE 1609系列标准（高层协议）共同构成IEEE WAVE （车载环境无线接入）系列标准。（2） 802.11aa针对日益增长的无线音频和视频业务需求，IEEE于2008年启动802.11aa标准项目，该标准的制定工作已基本完成，将于近期正式发布。802.11aa 在现有 802.11 标准基础之上对 MAC 层协议进行改进，使 WLAN 系统能够支持更稳定的无线音视频流传输，并能够 支持相应的 80

14、2.1AVB 标准。（3）802.11ah世界主要国家在 1GHz 以下都有一定数量的免许可频段，这些频段有良好的传播特 性，特别适合开展物联网、蜂窝网分流等应用。 2010 年下半年， IEEE 启动 802.11ah 标准 项目，旨在利用 1GHz 以下免许可频段支持物联网、蜂窝网分流等应用。该标准预计将于 2014 年完成。 802.11ah 目前处于关键技术征集阶段。根据当前的标准工作进展， 802.11ah 基本应用场景将包括传感器与智能抄表、数据回 传、 Wi-Fi 覆盖扩展（含蜂窝网分流）等，将采用 MIMO-OFDM 作为主要传输技术，在不 低于 100kbit/s 传输速率时

15、达到 1km 覆盖范围，最大传输速率可达 20Mbit/s ，最多可支持 6000 个用户，支持终端长时间电池供电工作，保持 802.11 用户体验，并能够与 802.15.4 和 802.15.4g 共存。2.4 安全机制不断改进802.11 最早采用的 WEP 加密协议存在较大安全隐患。为此， IEEE 制定了安全增强标 准 802.11i ， Wi-Fi 联盟基于 802.11i 先后定义了 WPA 和 WPA2 两个版本的安全协议， WLAN 安全性逐步增强。此后， IEEE 又制定了 802.11w ，加强对管理帧的安全保护。（1）WEPWEP 是 Wired Equivalent

16、Privacy （有线等效保密）协议的简称，是 802.11 标准的一 部分，用于防止非法窃听或侵入无线网络，实现与有线局域网类似的安全保障。 WEP 只能 进行 AP 对 STA 的单向共享密钥鉴别，而且使用简单的 64 位 RC4 静态加密算法，很容易 被黑客攻破，不能保证使用者的信息安全。目前， WEP 已被基于 802.11i 标准的 WPA 和 WPA2所取代，但由于大多数WLAN设备仍支持 WEP,实际中仍有许多用户还在使用WEP协议。（2）802.11i802.11i主要定义了 TKIP和CCMP增强加密机制，并采用了IEEE 802.1x和EAP （扩展认证协议）的认证机制。

17、TKIP 是 WEP 的直接升级，将固定密钥改为动态密钥，并采用 128位RC4加密算法。CCMP采用了更先进的 AES加密算法和CCM操作模式，大大提高了 安全性。在 802.11i 发布之前， Wi-Fi 联盟基于 802.1x 和 TKIP 提出了一套过渡性的安全协 议WPA，该协议只需对原有 WEP设备进行软件升级，但安全性提升有限。后来，Wi-Fi联盟又基于完整的 802.11i 标准推出了 WPA2 安全协议，使 Wi-Fi 安全性有了较大提升，但 WPA2 对硬件有较高要求。（3）802.11w早期的 802.11 系统未对管理帧进行有效保护，存在一定的安全隐患。2009 年，

18、IEEE发布了 802.11W，该标准提供了有效的MAC层机制，加强对 802.11管理帧的保护，从而进一步增强了 802.11 系统的安全性。2.5 组网能力快速提升基本服务集（BSS）是 WLAN基本组网方式，只适合组建小规模网络。为了解决WLAN大规模组网问题，IEEE提出了扩展服务集（ESS）和802.11s （无线网状物，Mesh）的增强方案。此外，为了支持终端之间的直接连接，Wi-Fi联盟和IEEE分别制定了Wi-Fi Direct 和 802.11z 两项标准。1)ESS802.11扩展服务集（ESS）使用若干个接入点（AP）来扩展网络的覆盖范围。AP之间通过分布式系统连接在一起

19、，每个AP和终端构成 BSS，通过分布式系统连接在一起的若干个BSS共同构成具有更大覆盖范围的ESS。分布式系统一般使用有线网络，也可采用无线进行连接。（2） 802.11s为了实现更灵活的大规模组网，IEEE制定了无线网状物（ Mesh ）标准802.11s 。802.11s 根据 Mesh 网的特点，对 802.11 的接入机制、 QoS 保证和安全特性进行了增强， 并提供了 Mesh 拓扑发现和形成、路径选择、拥塞控制等新功能，实现了WLAN 的多跳互联。（ 3） Wi-Fi DirectWi-Fi Direct禾U用软AP技术在多个终端中实现 “AP终端”组网方式，其中1台终端作为 A

20、P 为其他终端提供网络服务，从而实现终端之间的直接连接。Wi-Fi Direct 不需要修改硬件，并与已有 Wi-Fi 设备兼容，目前已在新上市的智能手机和平板电脑中大量采用。（4）802.11z802.11Z主要目的是通过终端直连技术改善WLAN用户体验。当终端通过 AP进行通信时，终端之间可以通过协商，自动将 AP 旁路、建立直接连接，从而提高吞吐量，降低时 延，避免干扰和节省功率。终端直连的工作频率可与AP的工作频率不同。802.11z只是针对终端的改进，不涉及 AP。2.6 网管能力逐步增强为了改善 WLAN的整体工作效率，IEEE制定了 802.11k和802.11v，以改善 WLA

21、N的 无线资源管理和无线网络管理。（1） 802.11k早期的 802.11 标准无法让 WLAN 系统访问终端的无线资源，这一缺陷限制了 WLAN 的无线资源管理能力。为此， IEEE 于 2008 年发布了 802.11k 标准，该标准提供丰富无线 资源管理功能（如漫游决策、 RF 信道信息、信道负载、隐藏节点、客户端统计、信标、直 方图和传输功率控制等），改进了对 AP 和终端的操作和环境数据的检测，提高了 WLAN 系统对无线资源的管理和禾用。2) 802.11v802.11v 标准在 802.11k 定义的测量方法基础上，采用类似于蜂窝网的管理机制，为802.11 物理层和 MAC

22、层的提供无线网络管理增强，更好地管理工作在中心式或分布式无 线网络中的 802.11 设备，改善 WLAN 的无线网络管理，提高吞吐量、可靠性和服务质 量，并降低 WLAN 设备的耗电量。 802.11v 能够让 WLAN 更好地满足运营商的需求。2.7 积极拓展新可用频段除了 2.4GHz 和 5GHz 等已有频段以外， IEEE 也在积极探索其他新频段，并制定相应 的技术标准。 2003 年， IEEE 针对欧洲 5GHz 频谱管理要求而制定了标准 802.11h ，解决802.11 与卫星和雷达系统的干扰共存问题。 2008 年， IEEE 针对美国 3.65 3.7GHz 频段需 求制定了相应技术标准 802.11y ，支持 Wi-Fi 设备采用高功率发射，覆盖范围可达 5km 。 针对 60GHz 免许可频段， IEEE 启动了 802.11ad 的制定，针对极高速短距离