Der 802.11-Standard für WLANs stellt sich in den verschiedenen Versionen vollkommen unterschiedlich dar, und zwar hinsichtlich der Übertragungsrate, Frequenzbereiche, Modulationsverfahren, Kanalzahl usw., was nicht zuletzt auf die Entwicklungszeit des Standards und die technologischen Fortschritte zurückzuführen ist. Für den Anwender stellen sich die 802.11-Standards unübersichtlich dar, da sie größtenteils inkompatibel zueinander sind.
Der Basisstandard 802.11 wurde in den 90er Jahren erarbeitet und 1997 verabschiedet. Er hat eine Übertragungsrate von 2 Mbit/s, die 1999 im Standard 802.11a auf bis zu 54 Mbit/s erhöht wurde. Zwischenzeitlich wurden verschiedene 802.11-Standards mit Übertragungsraten von mehreren hundert Mbit/s und mit den Standards 802.11a und 802.11ad sogar solche mit mehreren Gbit/s entwickelt.
Übertragungstechniken und -verfahren in WLANs
WLANs nach 802.11 übertragen die Signale mittels Infrarot (IR) oder über Mikrowellen in den Frequenzbändern bei 2,4 GHz, 5 GHz und im 60-GHz-Band. Im 2,4-GHz-Band, dem ISM-Band, in dem auch Bluetooth und HomeRF sendet, arbeitet der Basisstandard 802.11 mit Spreizbandtechnik (DSSS) und nach dem Frequenzsprungverfahren (FHSS). Dieses Frequenzband wird auch von den Standards 802.11b und 802.11g benutzt, das 5-GHz-Band hingegen von 802.11a und Hiperlan. Auch bei der Modulation und Codierung arbeiten die verschiedenen Standards mit unterschiedlichen Verfahren. So benutzt 802.11b den Barker-Code und das Complementary Code Keying (CCK), 802.11g hingegen neben den genannten Verfahren auch noch Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) und letztendlich 802.11a nur das OFDM-Multiplexing. Aus diesen verschiedenen Verfahren resultieren völlig unterschiedliche Übertragungsraten, die zwischen 1 Mbit/s und 54 Mbit/s liegen. Weitere Unterschiede zeigen sich in der Kanalzahl, die zwischen drei 20-MHz-Kanälen (802.11b, 802.11g) und 19 Kanälen bei 802.11a differiert. Höhere Datenraten im Gigabit-Bereich werden mit den Standards 802.11ac und 802.11ad erzielt.
Der IEEE Arbeitskreis 802.11 definiert die Standards für die physikalische Schicht, wie z.B. die Modulation und die Protokolle für den Medienzugang Wireless Media Access Control (WMAC). Die Spezifikation unterstützt drei verschiedene Übertragungstechniken: Das Frequenzsprungverfahren (FHSS), die Spreizbandtechnik (DSSS) und die Infrarot-Übertragung (IR). Wobei die letztgenannte Technik noch nicht in technischen Produkten implementiert wurde.
Beide Funkverfahren arbeiten im Frequenzbereich zwischen 2,412 GHz und 2,484 GHz. Die maximale Sendeleistung (EIRP) beträgt für die europäischen Systeme 100 mW, in den USA sind bis zu 1.000 mW zulässig. Der Standard sieht vor, dass die Sendeleistung gesteuert und die Kanäle automatisch selektiert werden können. Diese Funktionen heißen Transmit Power Control (TPC) und Dynamic Frequency Selection (DFS).
Die Übertragungsraten liegen bei der DSSS-Technik bei 1 Mbit/s bis 2 Mbit/s, bei der FHSS-Technik bei 1 Mbit/s. Bei der am häufigsten verwendeten FHSS-Technik sah der Standard vor, dass die Sendeleistung auf 1 W begrenzt wird, für die Übertragung 75 Frequenzbänder mit einer maximalen Bandbreite von 1 MHz zur Verfügung stehen, die sich nicht gegenseitig überlappen, und die minimale Kanal-Sprungrate 2,5 Sprünge/ Sekunde beträgt. Um die gegenseitige Beeinflussung und die entstehenden diffusen Spektren so weit als möglich zu eliminieren, wurde das FHSS-Verfahren überarbeitet. In einer Revision des Standards wurde die Anzahl der FHSS-Frequenzbänder auf 15 reduziert; wobei jeder Kanal eine Bandbreite von 5 MHz hat.
Zur Verschlüsselung werden in WLANs die Wired Equivalent Privacy (WEP) und proprietäre Lösungen mit dynamischen Schlüsseln eingesetzt. Die Authentifizierung arbeitet mit dem EAP-Protokoll oder mit Varianten von diesem.
Für Infrarot-LANs wird der Spektralbereich von 850 nm bis 950 nm verwendet. Die Übertragungsgeschwindigkeiten liegen bei dieser Technik ebenfalls zwischen 1 Mbit/s und 2 Mbit/s, wobei bei der Übertragungsgeschwindigkeit von 1 Mbit/s mit Zweiphasenumtastung (BPSK) gearbeitet wird, bei der 2-Mbit/s-Übertragung mit Quadratur-Phasenumtastung (QPSK). Als MAC-Protokoll setzt 802.11 auf CSMA/CA ( Collision Avoidance).
Die verschiedenen 802.11-Standards definieren unterschiedliche Datenraten, Dienstgüten, Verschlüsselungen und Mesh-Netze
Dem Standard nach wird ein 802.11-LAN aus mindestens zwei Funkstationen gebildet, die als Basic Service Set (BSS) bezeichnet werden. Die BSS-Stationen sind über den Zugangspunkt mit dem Distribution System (DS) verbunden. 802.11 berücksichtigt in 802.11e und 802.11r Sprachdienste wie VoIP und VoWLAN und hat Mechanismen für das Roaming und den schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Access Points (AP), damit dieser unterbrechungs- und verzögerungsfrei erfolgt. Das Problem liegt dabei in der Authentifizierung, die einige Zeit in Anspruch nehmen kann. Um diese Zeit zu verkürzen wenn der Teilnehmer einen Access Point verlässt, sich an einem anderen anmeldet und wieder zu dem vorherigen zurückkehrt, wurde der PMK-Mechanismus entwickelt, was für Pairwise Master Key steht. In diesem Fall wird die erneute Authentifizierung durch eine Bestätigung der PMKID auf wenige Datenpakete reduziert.
Neben dem Basisstandard 802.11 gibt es weitere bereits verabschiedete und vorgeschlagene Standards:
802.11a: 802.11a beschreibt den High Speed Physical Layer im 5-GHz-Band. Der Standard basiert auf OFDM und der Spreizbandtechnik (DSSS).
802.11b: 802.11b beschäftigt sich mit dem Higher Speed Physical Layer. Erweiterung im 2,4-GHz-Band. Diese Technik sieht Übertragungsraten von 5,5 Mbit/s über 11 Mbit/s bis 20 Mbit/s vor.
802.11c: Supplement to Bridge Standard. 802.11c spezifiziert das MAC-Layer-Bridging nach 802.11d. Standard für die drahtlose Kopplung zweier Netzwerke über ein WLAN. Beim Bridging bauen die Zugangspunkte (AP) der WLANs eine dedizierte Funkverbindung über die MAC-Adresse untereinander auf.
802.11d: Regulatory Domain Updates. Standard für die Anpassung von WLAN-Geräten in Ländern mit unterschiedlichen Frequenznutzungsvorschriften. Dazu gehört u.a. die Wahl der Funkkanäle.
802.11e: 802.11e definiert das MAC Enhancement. Definition von Verfahren mit denen dem Anwender Quality of Service (QoS) zur Verfügung gestellt werden. Dies ist besonders wichtig für VoWLANs und für das Echtzeitverhalten in Feldbussen.
802.11f: Inter Access Point Protocol (IAPP). Ein Protokoll über das Access Points (AP) miteinander kommuzieren können. Über dieses Protokoll können beispielsweise Roaming-Informationen ausgetauscht werden.
802.11g: 802.11g unterstützt Übertragungsraten bis 54 Mbit/s, Übertragung im 2,4-GHz-Band. Modulationsverfahren ist das Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM).
802.11h: Frequenzspektrum-Management von 802.11a. Dieser noch nicht verabschiedete Standard schreibt dynamische Frequenz- und Leistungswahl etwa für den Einsatz in Europa vor.
802.11i: Der Sicherheitsstandard 802.11i soll das WEP-Protokoll ablösen. Teile von 802.11i sind in der WiFi Protected Architecture (WPA) veröffentlicht. Verlängerung des Initialisierungsvektors von 24 Bit auf 128 Bit zur Erhöhung der WLAN-Sicherheit.
802.11j: Die japanische Variante von 802.11a im Frequenzbereich zwischen 4,9 GHz und 5 GHz.
802.11k: 802.11k spezifiziert das Radio Resource Management (RRM) in WLANs. Planung und Messmethoden für WLANs.
802.11m: Dieser Standard definiert die Priorisierung von VoWLAN gegenüber dem Datenverkehr.
802.11n: Die Arbeitsgruppe 802.11n arbeitet an Hochgeschwindigkeitsübertragungen bis zu 600 Mbit/s. Bei dieser Technik kommt Multiple Input Multiple Output (MIMO) und OFDM zum Einsatz. Die Spezifikationen für diesen Standard wurden vom Enhanced Wireless Consortium (EWC) erarbeitet.
802.11p: Die Arbeitsgruppe IEEE 802.11p, Wireless Access for Vehicular Environment (WAVE) beschäftigt sich mit der drahtlosen Car-to-Car-Kommunikation.
802.11q: Unterstützung von virtuellen WLANs.
802.11r: Bei 802.11r geht es um das Fast-Roaming zwischen Access Points. Der Wechsel zwischen Access Points (AP) verursacht bei der Wireless-Telefonie höhrbare Unterbrechungen, die sich bei der Authentifizierung auf Port-Basis noch verlängern.
802.11s: Bei der Arbeitsgruppe IEEE 802.11s geht es um Wireless Mesh Network (WMN). Mit dem Thema Mesh-Netze werden neue Netzstrukturen behandelt, bei denen die Access Points (AP) funktechnisch miteinander verbunden sind. Die typische Hub-Struktur wird sich in Zukunft auflösen und alle Knoten werden miteinander ein großes vermaschtes Funknetz bilden.
802.11t: Wireless Performance Prediction (WPP) legt u.a. Leistungsmetriken, Messmethoden und Testverfahren fest um die Leistungsfähigkeit von WLAN-Komponenten messen und hinischtlich der Anwendung besser vorhersagen zu können.
802.11u: Wireless Interworking with external Networks regelt das Zusammenspiel von 802.11-Netzen mit nicht-802-konformen Netzen wie beispielsweise UMTS.
802.11v: Wireless Network Management definiert Netzwerkmanagement-Funktionen für Funknetze.
802.11w: Bei Protection of Management Frames geht es um den Schutz von Managementverbindungen.
802.11y: Frequenzbereich 3,650 GHz bis 3,700 GHz, der in den USA genutzt werden kann.
802.11z: Direkte Verbindungen zwischen WLAN-Clients ohne den Umweg über die Basisstation.
802.11aa: : Robust Streaming of Audio Video Transport Streams.
802.11ac: Very High Throughput (VHT), mit einem Datendurchsatz im Gigabitbereich. Die Arbeitsgruppe 802.11ac entwickelt den Physical Layer (PHY) mit einem Datendurchsatz von mindestens 1 Gbit/s.
802.11ad: 802.11ad steht für ein Gigabit-WLAN im 60-GHz-Band mit 2 GHz breiten Funkkanälen. In einem solchen 2-GHz-Band sollen mit Quadraturamplitudenmodulation (QAM64) Datenraten von bis zu 6,7 Gbit/s realisiert werden.
802.11ae: QoS-Management.
802.11af: Die Arbeitsgruppe 802.11ay befasst sich mit den White Spaces der Fernsehbänder.
802.11ah: Die Arbeitsgruppe 802.11ah befasst sich mit Low Power WAN im Frequenzbereich unter 1 GHz.
802.11ai: Fast Initial Link Setup
802.11aj: China, Mikrowellen im 45-GHz-Bereich.
802.11ak: General Links
802.11aq: Pre-association Discovery of Services
802.11ax: Die Arbeitsgruppe 802.11ax befasst sich mit High Efficiency WLAN
802.11ay: Die Arbeitsgruppe 802.11ay befasst sich mit Enhancements for Ultra High Throughput im 60-GHz-Band
802.11az: Next Generation Positioning.
802.11ba: Wake-Up Radio With (WUR) Legacy IEEE 802.11 Transmitters
802.11bb: 802.11bb befasst sich mit der Standardisierung von Light Fidelity (LiFi). Es geht auch um die Interoperabilität zwischen LiFi und WiFi.
802.11bg: 802.11bg arbeitet im 2,4-GHz-Bereich mit Single Input Single Output (SISO) und einer Bandbreite von 20 MHz.