Přehled doplňků normy IEEE 802.11 Úvod Před nástupem normy pro bezdrátové sítě IEEE 802.11 bylo nutné používat pro tvorbu bezdrátových sítí vždy zařízení od stejného výrobce. Proprietárních normy jednotlivých výrobců bránily většímu rozšíření bezdrátových sítí a proto v roce 1990 začala organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) pracovat na normě, která by umožnila vzájemnou spolupráci zařízení od různých výrobců. Z této snahy vznikla v červenci 1997 norma IEEE 802.11, která využívala bezlicenční pásmo od 2,4 do 2,4835 GHz a definoval pro tři různé fyzické vrstvy jednu MAC (Media Access Control) podvrstvu (součást spojové vrstvy) podle referenčního modelu OSI (Open system Interconnection). Maximální přenosová rychlost 2Mbit/s, ale byla nedostačující, a proto došlo ke vzniku dvou pracovních skupin, které pracovali na navýšení této rychlosti. Jedna skupina se zabývala možností využití jiného frekvenčního pásma (5 GHz) a druhá skupina se snažila nalézt způsob, jak lépe využít stávající pásmo. Z návrhů těchto pracovních skupin vznikli doplňky IEEE 802.11a (alias Wi-Fi5) s maximální přenosovou rychlostí 54 Mbit/s a doplněk IEEE 802.11b (alias Wi-Fi) s maximální přenosovou rychlostí 11 Mbit/s. Během několika dalších let došlo a stále dochází ke vzniku dalších doplňků původní normy, které se zabývají např. dalším nárůstem přenosových rychlostí, podporou kvality služeb (QoS), lepší zabezpečení ap. Označení Wi-Fi (Wireless Fidelity, bezdrátová věrnost ) vzniklo jako označení pro zařízení, která splňují požadavky normy IEEE 802.11 a jejích doplňků. Testování a udělování certifikátů provádí organizace WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) v roce 2002 přejmenovaná na Wi-Fi Alliance. IEEE 802.11a Doplněk IEEE 802.11a byl schválen v roce 1999 a na rozdíl od IEEE 802.11 pracuje v pásmu 5 GHz s výrazně vyšší přenosovou rychlostí, 54 Mbit/s. Pro její dosažení se poprvé v paketových komunikacích používá ortogonální multiplex s kmitočtovým dělením (Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM), který se dosud používal pouze v systémech jako DAB (Digital Audio Broadcasting) nebo DVB (Digital Video Broadcasting) určených pro distribuci digitálního zvuku a videa. Výhoda IEEE 802.11a není pouze ve vyšší rychlosti, ale také v použitém kmitočtu, protože kmitočtové pásmo 5 GHz dovoluje využití více kanálů bez vzájemného rušení (IEEE 802.11a nabízí až osm vzájemně nezávislých a nepřekrývajících se kanálů). Rozdílné používané kmitočty znemožňují vzájemnou spolupráci sítí podle IEEE 802.11 a IEEE 802.11a. IEEE 802.11b Doplněk IEEE 802.11b vznikl v roce 1999 a poskytuje vyšší přenosové rychlosti v pásmu 2,4 GHz, a to až 11 Mbit/s. Pro jejich dosažení používá nový způsob kódování, tzv. doplňkové kódové klíčování (Complementary Code Keying, CCK) s použitím DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) na fyzické vrstvě. Doplněk specifikuje, že podle momentální rušivosti prostředí se dynamicky mění rychlost na nižší nebo naopak na vyšší: 11 Mbit/s, 5,5 Mbit/s, 2 Mbit/s až 1 Mbit/s. IEEE 802.11c Tento doplněk řeší práci komunikačních mostů (Bridge) v rámci podvrstvy MAC a doplňuje mezinárodní normu IS 10038 (IEEE 802.1d) o transparentních mostech. Doplněk byl schválen v roce 1998.
IEEE 802.11d Doplněk IEEE 802.11d upravuje IEEE 802.11b pro jiné kmitočty s cílem umožnit nasazení těchto sítí v místech, kde pásmo 2,4 GHz není dostupné. IEEE 802.11e Doplňuje podporu pro kvalitu služeb (Quality of Service, QoS) pro zajištění přenosu hlasu, obrazu a jiných služeb citlivých na zpoždění či ztráty dat. IEEE 802.11e doplňuje sítě definované IEEE 802.11a/b/g a nahrazuje stávající metody pro přístup k médiu: DCF (Distributed Coordination Function) a PCF (Point Coordination Function). Nově použité přístupové metody jsou: EDCF (Enhanced DCF) a HCF (Hybrid Coordination Function), které umožňují uplatnění podpory pro QoS. Doplněk navíc zajišťuje zpětnou kompatibilitu se zařízeními, které nejsou podporou pro QoS vybaveny. IEEE 802.11F Doplněk IEEE 802.11F vylepšuje mechanismus předávání stanic (Roaming) při přechodu mezi dvěma rádiovými kanály nebo z jedné sítě do sousední s připojením k jinému přístupovému bodu. Protokol IAPP (Inter-Access Point Protocol) umožňuje spolupráci přístupových bodů od různých výrobců s distribučním systémem na základě informací, které si při předávání stanice vyměňují. IEEE 802.11g Doplněk IEEE 802.11g je obdobou IEEE 802.11a s tím rozdílem, že pracuje v pásmu 2,4GHz, stejně jako IEEE 802.11b. Pro dosažení vyšší rychlosti, až do 54 Mbit/s, se používá na fyzické vrstvě OFDM, a navíc se používá DSSS pro zpětnou kompatibilitu s IEEE 802.11b. K modulaci se používá podle kvality přenosového média QPSK, BPSK, 16-QAM či 64-QAM. Podporované rychlosti v závislosti na modulaci jsou následující: 54 Mbit/s (64-QAM), 48, 36 a 24 Mbit/s (16-QAM), 18 a 12 Mbit/s (QPSK), 9 a 6 Mbit/s (BPSK). Další rychlosti jsou stejné jako u 802.11b: 11 Mbit/s (CCK), 5,5Mbit/s (CCK), 2Mbit/s (DQPSK) a 1Mbit/s (DBPSK). IEEE 802.11h Doplněk IEEE 802.11h vylepšuje řízení využití kmitočtového spektra jako je výběr kanálu a řízení vysílacího výkonu. Evropští regulátoři vyžadují pro schválení produktů podle doplňku IEEE 802.11a použití dynamického výběru kanálu (Dynamic Channel Selection) pro venkovní i vnitřní komunikaci a řízení vysílacího výkonu (Transmit Power Control) u zařízení pracujících v pásmu 5 GHz. IEEE 802.11i Doplňuje lepší zabezpečení IEEE 802.11 sítí. Místo šifrovacího mechanismu WEP (Wired Equivalent Privacy) se používá nový způsob šifrování AES (Advanced Encryption Standard) s použitím dynamicky generovaného klíče. K autentizaci uživatelů se používá řízení přístupu podle 802.1x nebo s pomocí přednastaveného klíče PSK(PreShared Key).
IEEE 802.11j Doplněk schválený v roce 2004 umožňuje použití pásma 4,9 5 GHz pro nasazení WLAN v Japonsku. IEEE 802.11k Doplněk pro zefektivnění využití přenosového média na základě měření kvality jednotlivých kanálů: šumu, zahlcení a vzájemného rušení. Na základě těchto informací dojde k optimalizaci nastavení klientů a ke konfiguraci sítě tak, aby se dospělo k co nejlepším parametrům spoje. IEEE 802.11m Pracovní skupina, která se stará o opravu technických parametrů v normě IEEE 802.11 a v jejích dalších doplňcích. Dokumenty vydané ostatními skupinami jsou touto skupinou kontrolovány a jsou upravovány případné nesrovnalosti nebo chyby v původních specifikacích. IEEE 802.11n Skupina IEEE 802.11n studuje různé možnosti nastavení parametrů fyzické vrstvy a MAC podvrstvy pro zvýšení datové propustnosti. Mezi tyto možnosti patří použití více antén MIMO(Multiple-Input Multiple-Output), tzv. chytrých antén, změny kódovacích schémat a změny MAC protokolů. Aktuální cíl skupiny je přenosová rychlost minimálně 100 Mbit/s měřených mezi MAC podvrstvou a vyššími vrstvami. Motivací pro měření nad MAC vrstvou je skutečnost, že uživatelská data můžou dosahovat rychlostí významně nižších než rychlost na fyzické vrstvě, protože tento přenos obsahuje mimo vlastních dat hlavičky paketů, potvrzování, čekání na uvolnění média a různé mezivrstvové přenosy. Výsledkem potom je, že množství dat, které přichází z MAC podvrstvy, může klesnout až na polovinu množství dat přenesených na fyzické vrstvě. Navíc ke zvětšení propustnosti má IEEE 802.11n zajistit vyšší dosah se zachováním co největší rychlosti a zvětšit odolnost proti rušení. IEEE 802.11p První podpora mobility pro připojení rádiových stanic v automobilech k pevným bezdrátovým přístupovým bodům. IEEE 802.11r Doplněk MAC pro rychlejší předávání uživatelů (Roaming) mezi přístupovými body v rámci ESS (Extended Service Set) pro aplikace v reálném čase (např. pro hlasové služby). IEEE 802.11s Zavádí podporu topologie mesh v lokálních bezdrátových sítích pro zvýšení dosahu a snížení nákladů na instalaci s použitím automatické konfigurace. IEEE 802.11.2 Návrh pro vytvoření souboru metrik, metodik pro měření a podmínek pro testování zařízení WLAN.
IEEE 802.11u IEEE 802.11u specifikuje spolupráci s externími sítěmi. IEEE 802.11v IEEE 802.11v vytváří jednotné rozhraní pro management zařízení v bezdrátové síti. Stanice budou moci provádět funkce managementu zahrnující monitoring a konfiguraci buď centralizovaně, nebo distribuovaně prostřednictvím mechanismu na druhé vrstvě. Přispívá také k rekonfiguraci stávající MIB (Management Information Base), která obsahuje informace o měření kvality média. IEEE 802.11w Rozšíření stávající MAC podvrstvy o mechanismy na podporu integrity dat, autenticity zdroje dat, utajení dat a ochrany před útoky typu replay pro vybrané rámce určené pro management. Cílem je zvýšení zabezpečení rámců pro management včetně rámců pro deautentizaci a deasociaci. IEEE 802.11y Doplněk, který by měl umožnit využití pásma 3650 3700 MHz v USA. Stručný přehled doplňků V následující tabulce je uveden přehled doplňků normy IEEE 802.11 s rokem jejich schválení a s krátkým popisem. Závorka u roku schválení znamená, že doplněk nebyl doposud schválen a označuje tedy předpokládaný rok schválení. Doplněk Rok schválení Popis 802.11a 1999 Rychlost až 54 Mbit/s v pásmu 5 GHz. 802.11b 1999 Rychlost až 11 Mbit/s v pásmu 2,4 GHz. 802.11d 2001 Pro země, kde pásmo 2,4 GHz není přístupné. 802.11c 2003 Mosty (Bridge) mezi přístupovými body. 802.11F 2003 Spolupráce přístupových bodů od různých výrobců. 802.11g 2003 Rychlost až 54 Mbit/s v pásmu 2,4 GHz. 802.11h 2003 Dynamický výběr kanálu a regulace výkonu. 802.11i 2004 Zabezpečovací a autentizační mechanismy na MAC vrstvě. 802.11j 2004 Využití pásma 4,9 a 5 GHz v Japonsku. 802.11e 2005 Podpora pro QoS. 802.11m 2006? Revize stávající normy. 802.11k 2007? Měření rádiových prostředků. 802.11n 2007? Vysoká propustnost. 802.11p 2007? Bezdrátový přístup pro mobilní zařízení. 802.11r 2007? Rychlý roaming. 802.11u 2007? Spolupráce s externími sítěmi. 802.11.2 2008? Měření a testování WLAN zařízení. 802.11v 2008? Management bezdrátových zařízení. 802.11s 2008? Mesh sítě v rámci ESS. 802.11w 2008? Podpora integrity, autenticity, utajení a ochrany dat. 802.11y? Využití pásma 3650 až 3700 MHz v USA.
Literatura [1] IEEE 802.11 Standard for Wireless LAN: Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, New York, 1997. [2] Stallings, W.: IEEE 802.11: Wireless LANs from a to n, www.computer.org, 2004. [3] Pužmanová, R.: Kvalita služeb ve WLAN: 802.11e, www.lupa.cz, 2004. [4] Pužmanová, R.: Bezdrátové lokální sítě WLAN podle IEEE, www.lupa.cz, 2002. [5] IEEE 802.11a Standard for Wireless LAN: Higher-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band, New York, 1999. [6] IEEE 802.11b Standard for Wireless LAN: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band, New York, 1999. [7] IEEE 802.11d Standard for Wireless LAN: Specification for Operation in additional regulatory domains, New York, 2001. [8] IEEE 802.11g Standard for Wireless LAN: Further Higher Data Rate Extension in the 2.4 GHz Band, New York, 2003. [9] IEEE 802.11h Standard for Wireless LAN: Spectrum and Transmit Power Management Extensions in the 5 GHz Band in Europe, New York, 2003. [10] IEEE 802.11i Standard for Wireless LAN: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements, New York, 2004. [11] http://grouper.ieee.org/groups/802/11/