IEEE 802.11

IEEE 802.11 on IEEE:n standardi langattomille WLAN-lähiverkoille. Koska tekniikka on läheistä sukua Ethernetille (802.3), varsinkin alkuaikoina käytettiin usein nimitystä langaton Ethernet. Nykyään on yleistynyt markkinointinimi Wi-Fi.

Tällä hetkellä^milloin? käytetyimmät WLAN-standardit ovat 802.11g (54 Mbps) ja 802.11n (54-600 Mbps). 802.11ac standardin mukaiset laitteet ovat yleistymässä markkinoilla.

802.11-työryhmät

802.11-standardin kehitys on jaettu eri työryhmiin. Jokainen työryhmä keskittyy eri piirteisiin standardeissa. Järjestys ei aina ole täysin looginen: esimerkiksi standardi 802.11a voidaan nähdä standardin 802.11b:n seuraajana.

802.11- protokolla	Julkaisu- päivä	Taajuus	Kaista	Maksimisiirtonopeus	Sallitut MIMO streamit	Modulaatio	Arvioitu kantavuus
							sisätiloissa	ulkona
		(GHz)	(MHz)	(Mbit/s)			(m)	(m)
802.11-1997	Kesäkuu 1997	2.4	22	1, 2	n/a	DSSS, FHSS	20	100
a Wi-Fi 2	Syyskuu 1999	5	20	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	—	OFDM	35	120
		3.7					—	5000
b Wi-Fi 1	Syyskuu 1999	2.4	22	1, 2, 5.5, 11	—	DSSS	35	140
g Wi-Fi 3	Kesäkuu 2003	2.4	20	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	n/a	OFDM	38	140
n Wi-Fi 4	Lokakuu 2009	2.4/5	20	400 ns GI : 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2 800 ns GI : 6.5, 13, 19.5, 26, 39, 52, 58.5, 65	4	MIMO-OFDM	70	250
			40	400 ns GI : 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150 800 ns GI : 13.5, 27, 40.5, 54, 81, 108, 121.5, 135			70	250
ac Wi-Fi 5	Joulukuu 2013	5	20	400 ns GI : 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2, 86.7, 96.3 800 ns GI : 6.5, 13, 19.5, 26, 39, 52, 58.5, 65, 78, 86.7	8		35
			40	400 ns GI : 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150, 180, 200 800 ns GI : 13.5, 27, 40.5, 54, 81, 108, 121.5, 135, 162, 180			35
			80	400 ns GI : 32.5, 65, 97.5, 130, 195, 260, 292.5, 325, 390, 433.3 800 ns GI : 29.2, 58.5, 87.8, 117, 175.5, 234, 263.2, 292.5, 351, 390			35
			160	400 ns GI : 65, 130, 195, 260, 390, 520, 585, 650, 780, 866.7 800 ns GI : 58.5, 117, 175.5, 234, 351, 468, 702, 780			35
ad	Joulukuu 2012	60	2 160	Jopa 6 912 (6.75 Gbit/s)	n/a	OFDM, single carrier, low-power single carrier	60	100
ah	n. 2016	0.9
aj	n. 2016	45/60
ax Wi-Fi 6	n. 2019	2.4/5				MIMO-OFDM
ay	2017	60	8000	Jopa 100 000 (100 Gbit/s)	4	OFDM, single carrier,	60	1000
be Wi-Fi 7	TBD	2.4/5/6Ghz	--	--	--	[4K QAM,	--	--

Tärkeimmät standardit nopeusjärjestyksessä

802.11

Ensimmäinen WLAN-tekniikka, jonka nimellinen nopeus oli 1 tai 2 megabittiä sekunnissa. 802.11 toimi vapaalla 2,4 gigahertsin taajuudella.

IEEE julkaisi 26. heinäkuuta 1997 ensimmäisen WLAN-standardinsa, joka käytti nimeä 802.11. IEEE esitteli vuonna 1990 ensimmäisen versionsa standardista, josta kehittyi kuuden eri version kautta 1997 julkaistu 802.11-standardi. 802.11 määrittää pääasiassa OSI-mallin fyysisen kerroksen ja siirtokerroksen alemman osan, joka tunnetaan nimellä medium access control (MAC). Standardin määrittelemät verkkoyhteyksien nopeudet ovat 1 Mbps ja 2 Mbps. 802.11 toimii 2,4–2,4835 GHz:n vapaalla ISM-taajuusalueella ja se määrittelee välitystekniikoiksi infrapunan ja radiotien. Radiotaajuustekniikoista ovat käytössä suorasekvenssihajaspektri- (DSSS) ja taajuushyppelyhajaspektritekniikat (FHSS). DSSS-tekniikan tiedonsiirto tapahtuu lähettämällä tieto11-bittisiä sarjoja (Barkerin sarja) verkkokojeiden välillä. Verkkotopologioiksi standardi määrittelee AdHoc-verkon, jossa mobiiliasemat (ms) ovat suoraan yhteydessä toisiinsa sekä infrastruktuurin, jossa mobiiliasemat liikennöivät tukiasemien (Access point, AP) kautta.

802.11b

Nimellinen nopeus on 11 megabittiä sekunnissa. 802.11 toimii vapaalla 2,4 gigahertsin taajuudella.

Jatkuvasti kehittyvien verkkosovellusten ja langattomien verkkojen laajentuneen käytön takia 802.11-standardin määrittämät nopeudet kävivät auttamatta liian hitaiksi ja tarvittiin uusi standardi, joka vastaisi paremmin käyttäjien ja sovellusten vaatimuksiin.

Vastauksena näihin haasteisiin IEEE julkaisi uuden 802.11b-standardin vuonna 1999. Standardi, joka käyttää myös nimeä 802.11hr (high rate), määrittelee verkkoyhteyden nopeudeksi 5,5 Mbps ja 11 Mbps, mikä tekee 802.11b:stä huomattavasti edeltäjäänsä nopeamman. Yhteys toimii edelleen samalla 2,4 GHz:n taajuudella, mutta käyttää tiedonsiirrossa CCK-tekniikkaa (complement code keying). Tämä tarkoittaa, että tieto lähetetään 64:n 8-bittisen koodisanan sarjoina. Sarjamuodossa kullakin koodisanalla on oma matemaattinen merkityksensä. Vaihtoehtoisena siirtotekniikkana 802.11b tarjoaa PBCC-tekniikan (packet binary convolutional coding) ja tukee edeltäjänsä siirtotekniikkaa (Barkerin sarja).

802.11a

Taajuusalueella 5,150–5,350 ja 5,475–5,725 GHz (tarkat taajuusrajat eri maissa erilaiset) toimiva verkkotekniikka, jonka nimellisnopeus on 54 megabittiä sekunnissa. Hyvin samankaltainen tekniikka kuin 802.11g, mutta ylemmällä taajuusalueella, jossa on enemmän kuin kolme toisiaan häiritsemätöntä kanavaa

IEEE julkaisi syksyllä 1999 myös toisen standardin. 802.11a-standardi koki edeltäjiinsä verrattuna suurempia muutoksia. Määritetty toimintataajuus on 5 GHz aiemman 2,4 GHz:n sijaan. Taajuutta nostettiin, koska tarvittiin lisää kaistaa verkkoyhteyksien nopeuksien kasvattamiseksi. Myös siirtotekniikka koki muutoksen. Uusi standardi määritteli tiedonsiirtoa varten OFDM-tekniikan (orthogonal frequency division multiplexing), joka perustuu signaalin jakamiseen pienempiin alasignaaleihin. Jaetut signaalit siirretään yhtäjaksoisesti eri taajuuksilla. Muutoksien myötä saatiin verkkoyhteyksien nopeus kasvatettua 54 Mbps:ään.

802.11a-standardi ei eduistaan huolimatta ole kokenut 802.11b:n kaltaista suosiota. Tähän ovat syinä hinnoiltaan kalliimmat verkkolaitteet ja korkeamman taajuuden aiheuttama kantaman pienentyminen verrattuna samoissa oloissa käytettyyn 802.11b-standardin tekniikkaan.

802.11g

802.11g-standardi on käytännössä syrjäyttänyt vanhemman b-standardin yleisessä käytössä. Tämän standardin mukaiset laitteet toimivat a-version tapaan 54 Mbps:n nopeudella, mutta 2,4 GHz:n taajuudella. Lisäksi se on täysin yhteensopiva aikaisemman 802.11b-standardin kanssa. a-versio ei ollut yhteensopiva b-standardin kanssa. 802.11g-laitteet sopivat paikkoihin, joissa vaaditaan suurta kaistaa, esimerkiksi messuhalleihin tai auditorioihin.

Vuonna 2000 IEEE-työryhmä perusti erillisen tutkimusryhmän kehittämään 802.11b-standardin laajennusta. Vuonna 2003 IEEE ratifioi tutkimustyön tuloksena 802.11g-standardinsa. 802.11g-standardi on risteytys 802.11a- ja 802.11b-standardeista, koska se käyttää tiedonsiirtoon CCK-OFDM-tekniikkaa ja tarjoaa vaihtoehtoiseksi siirtotavaksi PBCC-tekniikan. Standardi määrittää radiotaajuustekniikoista DSSS-, HR-DSSS- ja OFDM-tekniikat. Se kykenee liikennöimään nopeuksilla 54 Mbps ja 11 Mbps, käyttää 2,4 GHz:n taajuutta, ja on siksi täysin yhteensopiva vanhemman 802.11b-standardin kanssa.

Lisäominaisuuksien standardit

802.11e ja 802.11F

e-laajennus (2005) sisältää toimintoja verkon palvelunlaadun (QoS) kehittämiseksi. Normaalisti tukiasemat lähettävät vuorotellen, ja jos päällekkäistä liikennettä tapahtuu, tukiasema odottaa hetken ennen uudelleenlähetystä. e-standardin mukaisessa verkossa osa tukiasemista voidaan merkitä lähettämään korkeamman kiireellisyysasteen liikennettä, jolloin käytännössä odotusaika ennen uudelleenlähetystä on pienempi, mikä vähentää verkkoviivettä näiden tukiasemien kautta. e-standardi on suunnattu enimmäkseen multimedialiikennettä kuten VoIP varten jossa verkon viiveet pyritään minimoimaan.

F-laajennus (2003–2006) oli suositus eri valmistajien laitteiden yhteensopivuuden parantamiseksi erityisesti tilanteissa, jossa samassa verkossa on monen eri valmistajan tukiasemia ja langaton laite liikkuu alueella tukiasemalta toiselle. Tämä "suositeltu käytäntö" on vedetty pois standardista, ja sitä ollaan korvaamassa k- ja r-laajennuksilla.

802.11d ja 802.11h

d-laajennus (2001) sisältää uusia kenttiä tukiasemien levitysviesteihin, joilla kerrotaan laitteen sijaintimaa. Ajatuksena on, että langaton laite osaa itse valita tämän tiedon mukaan taajuuskaistan, jota kyseisen tukiaseman alueella on luvallista käyttää. Merkittävä etu tästä on paljon matkustaville ihmisille, joiden langattomat laitteet pystyvät automaattisesti valitsemaan kunkin maan standardin automaattisesti, esimerkiksi 802.11a Pohjois-Amerikassa ja 802.11b Euroopassa.

h-laajennus (2004) sisältää muutoksia 5 GHz:n taajuusalueella toimiville langattomille laitteille Euroopassa, jossa aikaisemmin kyseinen taajuus oli varattu muun muassa satelliittiliikennettä varten. Lisäksi h-laajennuksessa on tuki älykkäämmälle taajuusalueen vaihdolle, mikäli käytetty kanava on häiriöinen, sekä langattomien laitteiden virransäästöominaisuuksille.

802.11i

i-laajennus parantaa aikaisemmin osittain valmistajakohtaisia tietoturvaominaisuuksia ja määrittelee ne standardin osaksi. WPA2-salaus langattomien tukiasemien ja laitteiden välillä toteuttaa 802.11-standardin ja sisältää WPA1:een verrattuna muun muassa turvallisen AES-salaukseen liikenteelle, luotettavan käyttäjän autentikoinnin ja erillisen salaisen avaimen kirjautumiselle ja datalle. Se tukee salausmenetelmän vaihtoa myöhemmin turvallisempaan, mikäli käytetystä löytyisi joku vakava haavoittuvuus.

802.11s

s-laajennus sisältää tuen ns. Wireless mesh -verkkojen rakennukseen tukiasemien välillä. Standardi ei ole vielä valmis, mutta IEEE arvioi julkaisevansa sen heinäkuussa 2010. Tästä huolimatta esimerkiksi Kannettava tietokone jokaiselle lapselle -projektin laitteet sisältävät jo 802.11s-tuen alustavan toteutuksen, jolla saadaan tietokoneet verkkoon ilman tukiasemia tai muuta normaalia verkkoinfrastruktuuria.

802.11n

n-laajennuksen tarkoituksena on parantaa WLANin suorituskykyä aiempiin standardeihin, kuten 802.11a:han ja 802.11g:hen, verrattuna. Laajennus on taajuusyhteensopiva joko jommankumman tai molempien aiempien standardien kanssa, mutta yhteensopivuustilassa nopeus on vanhan standardin nopeus.

802.11n määrittää suurimmaksi bruttonopeudeksi 600 Mbit/s, joskin todellisuudessa niille luvataan noin 100–200 Mbit/s:n nopeutta, jolloin nopeus olisi samaa luokkaa kuin perinteisellä 100 Mbit/s Ethernet-kaapelilla. Samalla n-määritelmä tukee MIMO-tekniikkaa (multiple-input, multiple-output), jossa käytetään useampaa antennia ja useampaa ilmatien kanavaa yhtä aikaa. Uusi MIMO-tekniikka antaa tasaisemman kantaman ja mahdollistaa useat ilmakanavat. IEEE standardoi 802.11n:n 11. syyskuuta 2009

Katso myös

• HiperLAN

Aiheesta muualla

• IEEE 802.11 - The Working Group for WLAN Standards (englanniksi)
• http://www.wi-fi.org/news/pressrelease-082906-80211n/en/ (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)