什么是IEEE 802.11——无线局域网标准？

什么是IEEE 802.11——无线局域网标准？

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_45789531/article/details/144632524

IEEE 802.11——无线局域网标准

1. IEEE 802.11标准概述

IEEE 802.11是由IEEE（电气电子工程师协会）制定的无线局域网（WLAN）标准家族，定义了无线通信的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）。其目标是实现设备之间的无线数据通信，满足数据传输速率、覆盖范围和可靠性的需求。

2. IEEE 802.11历史

• 1997年：IEEE推出了第一个802.11标准，标志着无线网络技术的诞生。
• 随后，为了提高传输速率、扩展频段和增强安全性，推出了多个版本（如802.11a/b/g/n/ac/ax）。

3. IEEE 802.11的主要版本

下表总结了IEEE 802.11标准各版本的发布年份、最大传输速率、频段、Wi-Fi代数及特点：

4. IEEE 802.11的频率与信道

• 频率范围：

• 2.4 GHz频段：覆盖范围广、穿透力强，但容易受到干扰（如微波炉、蓝牙设备）。

• 5 GHz频段：速率高、干扰少，但穿透力较差、覆盖范围相对较小。

• 6 GHz频段：最新频段，干扰最少，适合高密度设备和低时延需求。

• 信道分布：

• 2.4 GHz频段有13个信道，每个信道宽度为20 MHz，但实际可用信道仅有3个（1、6、11），以避免信道重叠。

• 5 GHz频段有更多非重叠信道（20+），支持更高的带宽（如40 MHz、80 MHz、160 MHz）。

• 6 GHz频段引入了160 MHz超宽信道，显著提升带宽。

5. Wi-Fi的工作原理

1. 设备与AP（Access Point，接入点）连接：

• 设备搜索周围的Wi-Fi网络，并通过SSID（Service Set Identifier，服务集标识符）选择连接的无线网络。

2. 数据传输与加密：

• 数据通过无线信道发送，MAC层负责帧的格式化与重发，PHY层负责无线信号的调制与解调。
• 加密协议（如WPA3）保护传输数据的安全性。

3. 无线信号调制技术：

• 采用OFDM（正交频分复用）或QAM（正交幅度调制）技术，提升传输效率。

4. 多用户优化：

• 新版本（如802.11ac/ax）引入MU-MIMO和OFDMA，支持多个用户同时通信，优化网络资源利用。

IEEE 802.11版本的差异

每个IEEE 802.11版本的推出都是为了应对当时无线网络技术面临的不同问题，并提供更好的解决方案。

1. 802.11a (1999年)

• 问题：随着无线局域网的需求增加，现有的802.11（标准版）仅支持最大2 Mbps的速率，无法满足高速数据传输的需求。
• 解决方案：802.11a引入了更高的传输速率和5 GHz频段。
• 特点：
• 最大传输速率：54 Mbps
• 频段：5 GHz
• 技术：采用OFDM（正交频分复用）调制方式，增强了抗干扰能力。
• 覆盖范围：由于5 GHz频段穿透力较差，覆盖范围比2.4 GHz频段小。
• 优势：相比于2.4 GHz频段，5 GHz频段的干扰较少，能够提供更高的速率。

2. 802.11b (1999年)

• 问题：虽然802.11标准提供了无线局域网的基本框架，但其传输速率较低（2 Mbps），且只能在2.4 GHz频段工作，造成拥塞。
• 解决方案：802.11b在2.4 GHz频段上提供了更高的传输速率。
• 特点：
• 最大传输速率：11 Mbps
• 频段：2.4 GHz
• 技术：采用直接序列扩频（DSSS）技术。
• 优势：提供了较为实惠的无线网络解决方案，适合家庭和小型办公室使用。
• 缺点：受到2.4 GHz频段的干扰，尤其是来自微波炉和蓝牙设备。

3. 802.11g (2003年)

• 问题：802.11b虽然提供了11 Mbps的速率，但在性能上已经无法满足日益增长的数据传输需求。
• 解决方案：802.11g结合了802.11a的速率和802.11b的覆盖优势，同时解决了频段的拥塞问题。
• 特点：
• 最大传输速率：54 Mbps
• 频段：2.4 GHz
• 技术：结合了DSSS和OFDM，兼容802.11b。
• 优势：兼容性好，能够与802.11b设备共存，同时提供更高的速率。

4. 802.11n (2009年)

• 问题：随着无线应用需求的增加（如高清视频流、在线游戏等），802.11a/b/g的速率和性能已经无法满足要求。
• 解决方案：802.11n引入了MIMO（多输入多输出）技术，增加了信号的传输路径，并提升了数据速率。
• 特点：
• 最大传输速率：600 Mbps
• 频段：2.4 GHz 和 5 GHz
• 技术：MIMO（多输入多输出）技术，支持40 MHz信道宽度。
• 优势：大幅提升了无线网络的传输速率和稳定性，提供更广泛的覆盖范围。
• 兼容性：向下兼容802.11a/b/g。

5. 802.11ac (2014年)

• 问题：随着4K视频流和高带宽应用的普及，802.11n的速度和带宽依然不能满足需求，尤其是在高密度环境中。
• 解决方案：802.11ac进一步提升了传输速率，采用了更多的MIMO流，并支持160 MHz宽带信道。
• 特点：
• 最大传输速率：6.9 Gbps
• 频段：5 GHz
• 技术：MU-MIMO（多用户MIMO）技术，支持更多设备同时通信，采用更高效的256-QAM调制。
• 优势：显著提高了无线网络的吞吐量，特别是在高密度环境中性能提升显著。
• 向下兼容：兼容802.11a/b/g/n。

6. 802.11ax (Wi-Fi 6, 2019年)

• 问题：在高密度设备环境下（如机场、会议室等），802.11ac面临带宽不足和网络拥塞问题。Wi-Fi 5无法高效处理大量同时连接的设备。
• 解决方案：802.11ax（Wi-Fi 6）引入OFDMA（正交频分多址）和BSS着色等技术，优化高密度环境下的性能，同时提升整体网络效率。
• 特点：
• 最大传输速率：9.6 Gbps
• 频段：2.4 GHz、5 GHz和6 GHz（Wi-Fi 6E）
• 技术：OFDMA（支持多个设备共享同一信道），MU-MIMO（支持上下行多用户），BSS着色（优化同一频道的干扰问题），1024-QAM调制技术。
• 优势：显著提高了网络容量、减少了延迟，优化了高密度环境的性能，如拥挤的办公楼、体育场等。
• 向下兼容：兼容Wi-Fi 5、Wi-Fi 4等旧版本。

7. 802.11be（预计2024年，Wi-Fi 7）

• 改进目标：满足超高速、超低时延、高带宽需求（如8K视频、虚拟现实、工业物联网）。
• 特点：
• 最大传输速率：40 Gbps
• 工作频段：6 GHz
• 特点/优势：
• 支持4096-QAM，提高数据传输效率。
• 支持更宽的信道（最高320 MHz）。
• 引入多链路操作（MLO），实现多链路的负载平衡。
• 进一步优化高密度和高带宽需求的场景。

IEEE 802.11每个版本的推出都针对特定问题进行优化和改进，主要包括：

• 提高传输速率（从2 Mbps到40 Gbps）。
• 优化频段利用（从2.4 GHz扩展到5 GHz和6 GHz）。
• 增强多用户支持能力（如MU-MIMO和OFDMA）。
• 改善密集设备环境中的网络效率（如Wi-Fi 6和Wi-Fi 7）。

每个版本的推出都解决了当时的技术瓶颈：

• 802.11a/b/g：解决了低速率和频段拥塞的问题，提高了速率和兼容性。
• 802.11n：通过引入MIMO技术，大幅提升了无线网络的速度和覆盖范围。
• 802.11ac：提高了数据速率，特别是在高密度环境中的表现，通过更宽的信道和MU-MIMO技术提升了效率。
• 802.11ax (Wi-Fi 6)：解决了高密度环境下的网络拥塞问题，优化了带宽和时延，并引入了更多的现代化技术，进一步提升了效率。