IEEE 802.11

náhled|Zařízení Linksys WRT54G se skládá z routeru s vysílačem/přijímačem pracujícím na standardu IEEE 802.11b/g (běžně používáno v prvním desetiletí 21. století) se dvěma anténami a se switchem se čtyřmi porty. IEEE 802.11 je sada standardů pro bezdrátovou komunikaci v lokálních sítích používající obchodní název Wi-Fi (označováno též WLAN, Wireless LAN). Standardy jsou vyvíjeny 11. pracovní skupinou IEEE LAN/MAN standardizační komise (IEEE 802). Označení 802.11x (kde x jsou doplňující písmena) je používáno pro novější doplňky k původnímu standardu IEEE 802.11. Pro komunikaci jsou využívány volné rádiové frekvence v ISM pásmu.

Charakteristika +Přehled standardů IEEE 802.11 StandardOznačení Rok vydání Pásmo[GHz] Maximálnírychlost[Mbit/s] Fyzickávrstva IEEE 802.11 Wi-Fi 1997 2,4 2 DSSS a FHSS IEEE 802.11b Wi-Fi 1 1999 2,4 11 DSSS IEEE 802.11a Wi-Fi 2 1999 5 54 OFDM IEEE 802.11g Wi-Fi 3 2003 2,4 54 OFDM IEEE 802.11n Wi-Fi 4 2009 2,4/5 600 MIMO OFDM IEEE 802.11y - 2008 3,7 54 IEEE 802.11acWi-Fi 5 2013 5 6928 MU-MIMO OFDMIEEE 802.11ad - 2012 60 6757 DMG IEEE 802.11axWi-Fi 6 2019 2,4/5 600–9608 MU-MIMO OFDMAWi-Fi 6E20202,4/5/6dtto pro 6GHzIEEE 802.11beWi-Fi 7(2025)1376–46120IEEE 802.11bnWi-Fi 8(2028)2,4/5/6100 000

Standard 802.11 zahrnuje několik druhů modulací pro posílání radiového signálu, přičemž všechny používají stejný protokol. Nejpoužívanější modulace jsou definované v dodatcích k původnímu standardu s písmeny a, b, g. Standard 802.11n přináší další techniku modulace. Původní zabezpečení bylo vylepšeno dodatkem i. Další dodatky (c–f, h, j) pouze opravují nebo rozšiřují předchozí specifikaci.

Standard 802.11a používá frekvenci 5 GHz (v ČR celkem 19 nepřekrývajících kanálů, celkem je jich až 200). Standardy 802.11b, 802.11g a 802.11n používají 2,4 GHz pásmo (v ČR celkem 13 kanálů, ale nepřekrývající jsou pouze tři, v některých zemích čtyři). Obě frekvence jsou ve většině zemí k dispozici jako bezlicenční ISM pásmo (k volnému použití bez nutnosti platit státu licenční poplatky), protože tyto frekvence jsou dobře pohlcovány vodou a proto není možné je pronajímat. Frekvenci 2,4 GHz proto používají mikrovlnné trouby pro ohřev vody nebo různé lékařské a průmyslové přístroje.

Bezlicenční pásmo 2,4 GHz používají kromě Bluetooth/Wi-Fi také různá zařízení, jako jsou domácí bezdrátové kamery, bezdrátové telefony, bezdrátové myši, klávesnice a další zařízení, protože poměrně dobře překonává překážky (zdi a podlahy). Kanály 1 až 6 využívají také radioamatéři. Výsledkem je, že je pásmo 2,4 GHz hlavně ve větších městech velmi zarušené a komunikace je obtížná, pomalá nebo úplně nemožná.

Bezlicenční pásmo 5 GHz je používáno kratší dobu, protože hůře překonává překážky (zdi, podlahy) než frekvence 2,4 GHz (čím vyšší frekvence, tím se více chová jako světlo). Je využíváno původním standardem 802.11a a povinně až novějším 802.11ac, je méně přetížené a zarušené než pásmo 2,4 GHz.

Nepoužívaný standard IEEE 802.11y využívá frekvenci 3,7 GHz, kde se nachází jedno z volných míst mezi TV kanály (na základě studií, které doporučily taková bílá místa využívat). Nikdy však nedošlo k zařazení této frekvence do bezlicenčního ISM pásma, takže případné používání by podléhalo povolení k licencovanému provozu od telekomunikačního dozoru příslušného státu. Původní určení počítalo s povolením vysokého vyzařovacího výkonu (až 20 W) a provozem na velké vzdálenosti (5 km).

Standard 802.11ad přidává pásmo 60 GHz (první zařízení byla na trhu v roce 2016), které však kvůli vysoké frekvenci už vyžaduje přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem.

Standardy 802.11ax nebo připravovaný 802.11be používají kromě běžných frekvencí 2,4 a 5 GHz ještě pásmo 6 GHz, které je schopné podobně jako u frekvence 5 GHz překonávat menší překážky (například zeď), není však uvolněné ve všech zemích světa.

V říjnu roku 2018 zavedla Wi-Fi Alliance pro lepší orientaci nová označení pro jednotlivé verze standardů IEEE 802.11 ve stylu Wi-Fi x (kde x označuje číslem konkrétní verzi standardu). Oficiální číslování začíná až číslem 4 (tj. Wi-Fi 4), předchozí čísla jsou používána neoficiálně, a proto jsou v tabulce uvedena šedivou barvou. Kompatibilita Vzájemnou kompatibilitu Wi-Fi zařízení zaručuje certifikační proces deklarovaný logem Wi-Fi Alliance. Typicky je zajištěna zpětná kompatibilita nových zařízení se staršími.

802.11g Hardware podporující 802.11g (2,4 GHz, až 54 Mbps, od roku 2003) je plně zpětně kompatibilní se starším hardware 802.11b (od roku 1999). Avšak přítomnost 802.11b zařízení v síti 802.11g ji může velmi výrazně zpomalit, a proto některé 802.11g routery podporují speciální režim 54g LRS (Limited Rate Support). Standard 802.11g používá novější modulační schéma OFDM, které přebírá od standardu 802.11a s rychlostmi 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 a 54 Mbit/s a pro rychlosti 5,5 a 11 Mbps se vrací ke staršímu modulačnímu schématu CCK (podle 802.11b) a tím i DBPSK/DQPSK+DSSS pro 1 a 2 Mbps. Díky novému ODFM dosahuje 802.11g na stejných frekvencích vyšších přenosových rychlostí.

Protože zařízení podporující 802.11g nastoupily masivně na trh ještě před vydáním konečné verze tohoto standardu a kvůli stáří a krátkému prodeji zároveň již prakticky neexistují zařízení podporující pouze standard 802.11b, je výhodné na přístupových bodech zakázat standard 802.11b (tj. vypnout podporu rychlostí 1, 2, 5,5 a 11 Mbps). Tím je zamezeno, aby 802.11g zařízení přepnula na nižší rychlosti (což se děje automaticky při zhoršení síly/kvality signálu) a přístupový bod musel vynutit pro všechna ostatní připojená zařízení pomalejší modulaci DSSS.

Vedlejším efektem vypnutí 802.11b je, že nejnižší mandatorní rychlost bude vyšší, a protože na nejnižší rychlosti vysílají majákové rámce (beacon, tj. oznamování existence SSID), nedojde tak k vyčerpání přenosové kapacity ve větších Wi-Fi sítích (pouhým oznamováním existence SSID), kde více přístupových bodů vysílá na stejné nebo překrývající se frekvenci 2,4 GHz.

802.11n Standard 802.11n je zpětně kompatibilní se standardem 802.11g. Zavádí podporu MIMO, které usnadňuje překonávání překážek a zavádí navíc nepovinně podporu pásma 5 GHz. Rychlost bude: až 600 Mbps při 4×4 MIMO (4 streamy), až 450 Mbps při 3×3 MIMO (příklad implementace: Intel® WiFi Link 5300 Series), až 300 Mbps při 2×2 MIMO (např.: Intel® WiFi Link 5100 Series).

Skutečná rychlost by při 600 Mbps na fyzické vrstvě (L1) mohla být až 400 Mbps na MAC (L2) vrstvě. Reálně je s Intel® WiFi Link 5100 v noteboocích dosahováno reálné rychlosti nad 100 Mbps.

Jednotlivé standardy

802.11b (neoficiálně Wi-Fi 1) Tento standard je jedním z doplňků norem IEEE 802.11 zabývajících se definicí bezdrátového komunikačního standardu známým pod komerčním názvem Wi-Fi. Byl schválen v roce 1999 a oproti původnímu standardu navyšuje přenosovou rychlost na 11 Mbit/s v přenosovém pásmu 2,4 GHz a používá modulaci DSSS. Dosah až 12 km ve volném prostředí. Tento standard je velmi starý a prakticky již neexistují zařízení, které by neuměly novější standard 802.11g. Podpora velmi starého standardu 802.11b je často na přístupových bodech vypínána, aby využití nízkých rychlostí (1, 2, 5,5 a 11 Mbps) a režimu zpětné kompatibility negativně neovlivňovala všechna ostatní zařízení připojená k této bezdrátové síti (snížení přenosových rychlostí až o 80 %).

802.11a (neoficiálně Wi-Fi 2) Tento standard využívá WiFi v pásmu 5 GHz. Používá modulaci OFDM. Oproti standardu IEEE 802.11b/IEEE 802.11g je tento stabilnější a vyspělejší. Má větší povolený vyzařovací výkon oproti 802.11b/g, tím ho lze používat na delší vzdálenosti.

802.11c IEEE 802.11c je WiFi standard věnující se přemosťování v bezdrátových zařízeních. Jde o hotový standard doplňující standard IEEE 802.1D, který přidává požadavky na přemosťování Media Access Control (MAC), což je podvrstva linkové vrstvy. Standard IEEE 802.1D upravuje základní LAN standard pro 802.11 rámce. Zejména dodává do klauzule 2.5 Support of the Internal Sublayer Service podklauzuli, která pokrývá přemosťovací operace v rámci 802.11 MAC podvrstvy.

802.11d IEEE 802.11d je WiFi standard často nazývaný také jako globální harmonizační standard. Je používaný v zemích, kde nejsou povoleny systémy používající jiné dodatky ke standardu IEEE 802.11.

Definuje požadavky na fyzickou vrstvu k uspokojení regulačních domén nepokrytých existujícími standardy. Liší se v povolených frekvencích, vyzařovacích výkonech a propustnosti signálu. Specifikace eliminuje nutnost vývoje a výroby specifických produktů pro různé země.

Chování protokolu Zapnutím podpory pro IEEE 802.11d v přístupovém bodě způsobí, že zařízení začne vysílat do celé sítě (broadcastovat) ISO kód země ve které se nachází jako součást svých beacon paketů a požadavků na odpověď. Pokud je zapnut, klient přizpůsobí své frekvence, vyzařovací výkon a propustnost. Standard je tak vhodný pro systémy, které chtějí poskytovat globální roaming.

802.11e

IEEE 802.11e je WiFi doplněk standardu IEEE 802.11 vylepšující takzvanou Media Access Control (MAC) podvrstvu linkové vrstvy rozšířením podpory kvalitu služeb (Quality of Service, QoS). Standard je důležitý pro aplikace citlivé na zpoždění jako jsou Voice over Wireless IP a proudová multimédia.

802.11g (neoficiálně Wi-Fi 3) Je WiFi standard rozšiřující IEEE 802.11b. Je zpětně kompatibilní, vysílá ve stejném frekvenčním pásmu 2400 – 2485 MHz, ale maximální nominální rychlost je 54 Mbit/s, což odpovídá přenosům přibližně o rychlosti 25 Mbit/s.

Použité modulační schéma je OFDM pro rychlosti 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 a 54 Mbit/s, přičemž pro rychlosti 1, 2, 5.5 a 11 Mbit/s je použito stejné schéma jako ve standardu IEEE 802.11b.

802.11h IEEE 802.11h je WiFi standard doplňující IEEE 802.11a, který je navržen s ohledem na evropské podmínky, aby bylo možné sítě využívat mimo budovy. Řeší například problémy s rušením od ostatních zařízení, pracujících na 5 GHz frekvenci. Na tomto pásmu pracují například radary nebo některé satelitní systémy. V podstatě mají bezdrátová zařízení v případě, že detekovaly rušení omezit vysílací výkon nebo uvolnit kanál, na kterém toto rušení rozpoznaly.

Tento standard upravuje fyzickou vrstvu a podčást linkové vrstvy, takzvanou Media Access Control (MAC) podvrstvu. Dynamickým výběrem kanálu přináší také lepší pokrytí jednotlivých kanálů.

802.11n (Wi-Fi 4) IEEE 802.11n je Wi-Fi standard, který si klade za cíl upravit fyzickou vrstvu a podčást linkové vrstvy, takzvanou Media Access Control (MAC) podvrstvu tak, aby se docílilo reálných rychlostí přes 100 Mbit/s. Maximální fyzická (L1) rychlost může být až 600 Mbit/s při MAC (L2) rychlosti až 400 Mbit, to v konfiguraci 4×4 MIMO. V roce 2008 se masověji prodávají zařízení 802.11n Draft 2.0, typicky s konfigurací 2×2 nebo max. 3×3 MIMO. Reálná přenosová rychlost (L4) zatím do 200 Mbit/s…

Zvýšení rychlosti se dosahuje použitím MIMO (multiple input multiple output) technologie, která využívá vícero vysílacích a přijímacích antén.

802.11ax (Wi-Fi 6 a 6E) Standard 802.11ax je definován pro sítě na kmitočtech 2,4 i 5 GHz a je označován též jako Wi-Fi 6, případně Wi-Fi 6E při využití budoucího pásma RLAN 6 GHz. Zavádí techniku modulace OFDMA známou z celulárních sítí (LTE, 5G, WiMAX). Hlavním cílem je zvýšit propustnost v zahuštěných sítích v omezeném prostoru, například v kancelářských nebo průmyslových objektech.

802.11ay