Standard IEEE 802.11 Semestrální práce z předmětu Mobilní komunikace Jméno: Alena Křivská Datum: 15.5.2005 Standard IEEE 802.11 a jeho revize V roce 1997 publikoval mezinárodní standardizační institut IEEE specifikaci standardu bezdrátové sítě pracující v pásmu 2,4 GHz (ISM - Industrial Scientfic Medical) pod číslem 802.11. Tato bezdrátová síť nabízela rychlost až 2 Mb/s. Během následujících let tuto specifikaci rozšířily další.
IEEE 802.11a Pracuje v bezlicenčním pásmu 5 GHz a s výrazně vyšší teoretickou rychlostí: 54 Mb/s (skutečná přenosová rychlost se pohybuje do 30-36 Mb/s). Pro její dosažení se poprvé v paketových komunikacích používá ortogonální multiplex s kmitočtovým dělením OFDM. Výhoda 802.11a oproti 802.11b není ale jen ve vyšších rychlostech, ale také v použitém kmitočtu: kmitočet 5 GHz je méně vytížen a dovoluje využití více kanálů bez vzájemného rušení. Rozdílně využívané kmitočty u obou typů WLAN znemožňují jejich vzájemnou spolupráci. Kmitočet 5 GHz nutný pro IEEE 802.11a je ale v Evropě věnován konkurenční WLAN, HIPERLAN/2. IEEE 802.11b Označením WiFi se zpravidla myslí bezdrátová technologii pracující podle standardu 802.11 v pásmu 2,4 GHz s rychlostí až 11 Mb/s. Nezajišťuje kvalitu služeb (QoS) a dostatečnou bezpečnost komunikace. IEEE 802.11c Tato revize řeší práci komunikačních mostů v rámci podvrstvy MAC 802.11. Je určena pro přístupové body. Byla schválena v roce 1998. IEEE 802.11d Tato norma upravuje 802.11b pro jiné kmitočty s cílem umožnit nasazení WLAN v místech, kde pásmo 2,4 GHz není dostupné. Většina zemí ale tento kmitočet na základě doporučení ITU-T uvolnila. Norma byla schválena v roce 2001. IEEE 802.11e IEEE 802.11e rozšiřuje Medium Access Control (MAC) pro kvalitu služeb QoS. Tato zkratka označuje službu zajišťující vyrovnanou kvalitu služby důležitou například pro multimédia. Když někdo v bezdrátové síti telefonuje nebo pořádá videokonferenci měl by mít jeho trvalý tok dat přednost před lidmi, kteří například jen stahují poštu a chvilkový výpadek vůbec nepoznají. V hlasu nebo ve videu by už byl poznat. Norma měla být hotova v roce 2002, ale stále se na ní pracuje. IEEE 802.11f Vylepšuje mechanismus předávání stanic tzv. roaming při přechodu mezi dvěma rádiovými kanály nebo z jedné sítě do sousední s připojením k jinému přístupovému bodu. Protokol IAPP má umožnit spolupráci přístupových bodů od různých výrobců ve WLAN s distribučním systémem na základě specifikace informací, které si musí při předávání stanic vyměňovat. Původní standard 802.11 se nezabýval podrobnostmi implementace přístupových bodů a distribučního systému, které navíc zahrnují i záležitosti vyšších vrstev (nejen nejnižších dvou, které definuje WLAN). Volnost v návrhu jednotlivých systémů zákonitě vede k neschopnosti spolupráce mezi zařízeními různých výrobců. Norma byla schválena v roce 2003.
IEEE 802.11g Tato norma zvyšuje rychlost v pásmu 2,4 GHz na 54 Mb/s a zpětně komatibilní s normou 802.11b. Řešení fyzické vrstvy je zde založeno na OFDM podobně jako 802.11a. Byla schválena v roce 2003 IEEE 802.11h Vylepšuje řízení využití kmitočtového spektra pomocí dynamické volby kanálu a řízení vysílacího výkonu. Tyto technologie požadují evropští regulátoři u zařízení pracujících na kmitočtu 5 GHz. IEEE 802.11h má právě tyto možnosti doplnit do normy 802.11a. Norma se tedy týká pouze pásma 5 GHz, nikoli 2,4 GHz. Byla schválena v roce 2003. IEEE 802.11i Doplňuje bezpečnost do podvrstvy MAC na podporu všech fyzických vrstev používaných v IEEE 802.11 sítích. Místo standardu pro zabezpečení WEP používá nový způsob šifrování AES. IEEE 802.11j IEEE 802.11j představuje nejnovější záměr IEEE pro řešení koexistence 802.11a a HIPERLAN/2 na stejných vlnách. HIPERLAN/2 je evropská norma (ETSI) využívající pásmo 5 GHz a podporující rychlosti (na fyzické vrstvě) do 54 Mb/s. Mezi výhody HIPERLAN/2 patří, že používá OFDM a má zabudovanou podporu pro QoS. IEEE 802.11k Tato revize má definovat měření a správu radiových zdrojů tak, aby vyhovovaly novým vysokofrekvenčním radiovým sítím. Jedná se o pokračován práce 802.11j. Standard 802.11 definuje jako vlastní pouze dvě nejnižší vrstvi v obecném modelu počítače komunikujícího v síti, známém pod názvem OSI. Jde tedy o fyzickou a spojovou vrstvu. Všechny ostatní vrstvy nechává nedotčené. Fyzická vrstva Je fyzickým rozhraním mezi zařízeními v síti, v podstatě řešení vlastního propojení. V prvním vydání standardu 802.11 v roce 1997 byly standardizovány tři fyzické vrstvy: Frequency-hopping spread-spectrum radio Jedná se o techniku frekvenčních proskoků. Vysílač skáče v pseudonáhodném pořadí po jednotlivých frekvenčních pásech a na každém vysílá krátký datový proud. Direct Sequence spread-spectrum radio Systémy používající přímé sekvence rozprostřou po 22 MHz širokém frekvenčním pásu vysílanou informaci za použití matematického kódování. Infračervené světlo
V roce 1999 byly doplněny o další dvě vrstvy: Orthogonal Frequency Division Mutliplex Systémy s ortogonálním frekvenčním multiplexem rozdělí přenosové pásmo na velké množství úzkých kanálů. Data se v každém kanálu přenášejí relativně pomalu a signál je tak mnohem robustnější. Ve výsledku je ale rychlost přenosu dat součtem všech kanálů až 54 Mb/s. High-Rate Direct Sequence Fyzická vrstva je rozdělena do dvou podvrstev: PMD (Physical Medium Depend) Závislá od fyzického média PLCP PLCP (Physical Layer Konvergence Protocol) Protokol konvergence fyzické vrstvy Podvrstva PMD Stará se o kódování bezdrátového přenosu. Zajišťuje přenos jednotlivých bitů z PLCP podvrstvy do éteru pomocí antény. Podvrstva PLCP Představuje spojení mezi přenášenými rámci podvrstvy ovládání přístupu k mediu (MAC) a přenosovým médiem. Připojuje k přenášeným rámcům vlastní záhlaví v závislosti na tom, jaká bude použita metoda modulace. Přenášený rámec je tedy nezávislý na metodě použité modulace. Poskytuje také funkci Clear Channel Assessment (CCA), což je odezva pro podvrstvu MAC, že přenosové médium je k dispozici. Díky CCA je možné pro standard 802.11 používat různá přenosová média. V dnešní době se používá rádiové spektrum. Spojová vrstva Spojová vrstva se zabývá kódováním a přenosem informací. Její spodní podvrstva je označována MAC (neboli Ovládání přístupu k médiu) představuje soubor pravidel určujících jak přistupovat k prostředkům pro přenos dat. Odděluje fyzickou vrstvu od horní spojové podvrstvy LLC. Samotné detaily o přenosu dat jsou ovšem ponechány na fyzické vrstvě. Základní účel je přenášení MSDU (MAC Service Data Unit) mezi objekty MAC podvrstvy. důležité dvě hlavní vlastnosti: CRC (Cycle Redundancy Check) cyklický kontrolní součet Fragmentace paketů
CRC Každý přenášený paket je opatřen připojeným kontrolním součtem CRC. Díky tomu je možné zjistit, zda paket nebyl během přenosu poškozen nebo změněn. Fragmentace paketů Tato funkce rozděluje pakety na menší části a přenáší je postupně. Použité zdroje: Doporučení IEEE 802.11-1999 Pužmanová, R.: Bezdrátové lokální síťe WLAN podle IEEE II [online]. URL: <http://www.lupa.cz> [cit. 2002-4-16] Pužmanová, R.: Moderní komunikační sítě od A do Z. Computer Press, 1998 Zandl, P.: Bezdrátové sítě WiFi Praktický průvodce. Computer Press, 2003