一、概述

1、關于IEEE 802.11的由來

我們知道，IEEE是在美國成立的一個標準化協會，全稱為“電氣與電子工程師協會（IEEE）”。在該協會下設有一個稱之為局域網/城域網標準委員會（LMSC，LAN/MAN Standards Committee），負責制定電子工程和計算機領域的標準，致力于研究局域網和城域網的物理層和MAC層規范，其對應ISO的OSI參考模型的最下兩層。LMSC研究制定的標準是以IEEE 802為根編號的，因此，通常LMSC標準委員會也稱為IEEE 802標準化委員會。

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為了使可移動的數據終端（筆記本電腦、智能手機等）也能夠接入局域網（LAN），IEEE早在1987年就開始制定WLAN標準，當時是作為工業環境下有線LAN的擴展、以IEEE 802.4無線局域網小組來進行研究的。在1990年，IEEE 的LMSC標準委員會將802.4無線局域網小組正式更名為IEEE 802.11標準研究小組，專門致力于WLAN空中接口的媒體訪問控制（MAC）層和物理層（PHY）標準的研究制定，其所發布的所有標準編號，是以IEEE 802.11x（x以小寫英文字母來標識）來命名，因此，“IEEE 802.11”也成為了WLAN的空中接口規范的代名詞。

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2、關于IEEE 802.11系列標準的體系結構

IEEE 802.11系列標準體系結構如下圖1-2-1所示，邏輯鏈路控制（LLC）層與其它IEEE 802局域網/城域網標準一樣并共用（由IEEE 802.2所規范），而WLAN的媒體訪問控制（MAC）層為多種物理層標準所共用。

圖 1-2-1：IEEE802.11標準的體系結構

在IEEE 802.11系列標準中，通常把相對復雜的物理層又進一步劃分為物理層匯聚過程（PLCP)）層、物理媒體依賴（PMD）子層和物理層管理子層，其各子層的作用詳見下表1-2的介紹。MAC層也可分為MAC子層和MAC管理子層，其各子層的作用也見下表1-2。此外，IEEE 802.11系列還定義了一個站管理子層，其主要任務是協調物理層和MAC層之間的交互作用。為此，IEEE 802.11系列標準較為完整的協議體系如下圖1-2-2所示。

表 1-2：WLAN空中接口MAC和PHY子層的作用

圖 1-2-2：IEEE 802.11系列標準完整的協議體系

3、關于IEEE 802.11標準的特點

其一，IEEE 802.11x系列標準的第一個主要特點，是與其它IEEE 802.X（X以阿拉伯數字標識）標準族的共同特點，即IEEE在制定802.11標準時，是在不斷的演進的，后續的標準是與先期的標準相關的，也即后續發布的標準是對先期標準的擴展或增強，但先期標準可能仍然有效，并非被后續標準所代替。

其二，IEEE 802.11x系列標準的另一大特點是，IEEE 802.11系列標準可以分為兩大類：第一類是直接對WLAN空中接口的媒體訪問控制（MAC）層和物理層（PHY）進行規范的標準，包括MAC和PHY規程、控制、信令、接口等的技術要求，它是直接涉及到無線射頻信號傳輸的，對這類標準我們稱之為MAC和PHY層直接相關標準。另一類是為WLAN空中接口提供功能性保障的標準，如漫游、QoS、安全、管理、虛擬網、新增支持的業務等功能性的標準。對這類標準我們稱之為MAC和PHY層間接相關標準。

二、MAC和PHY層的直接相關標準

這類標準直接規定了局部區域范圍內用于固定式、便攜式與移動式站（點）無線連通性的媒體訪問控制（MAC）和物理層（PHY）規范。從1997年發布的第一個標準是802.11-1997，之后每隔若干年就會發布新演進的標準。目前（截止于2023年），這類演進的系列標準主要有：802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac、802.11ax和802.11be等。下圖2展示了這些標準的演進時間線及其物理層采用的關鍵技術；下表2-1是對這些標準的簡要描述，以說明其標準的主要特征；下表2-2給出了這些標準的差異情況，包括其工作頻段及信道帶寬配置、物理層技術、調制技術、空間流數及支持的速率等。下表2-3列出了這些標準發布時的名稱。

圖 2：802.11的MAC和PHY層直接相關標準演進時間線

表 2-1：802.11的MAC和PHY層直接相關標準的主要特征

表 2-2：802.11的MAC和PHY層直接相關標準間的技術差異

表 2-3：802.11的MAC和PHY層直接相關標準的名稱

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三、MAC和PHY層的間接相關標準

MAC層和PHY層的間接相關標準是指為WLAN空中接口提供功能性保障的相關標準，如漫游、QoS、安全、管理等功能性標準，及VWLAN、車輛接入等新功能的標準，以高效支撐WLAN空中接口信號傳輸（MAC層和PHY層的直接相關的標準）及WLAN的應用環境。這類標準仍然是以802.11為根編號后置不同的小寫英文字母以區分。下表3匯總了常用的這類標準的簡單介紹。

表3：IEEE 802 MAC和PHY層間接相關標準的簡單介紹

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四、關于802.11整合標準

由上述IEEE  802.11系列標準可知，包括MAC和PHY層的直接相關標準和MAC和PHY層的間接相關標準，其系列標準眾多，現實中為標準的使用帶來不便。為此，IEEE  802.11工作組定期會將前期系列標準進行整合，發布802.11的整合標準，后綴發布年號，以示版本的區別。這些不同版本的整合標準是新版本標準將代替老版本標準的。目前，已由最初的802.11-1997，發布到現行的802.11-2020。下表4匯總了802.11整合標準的各個版本。需要說明的是，對于802.11系列標準的編號是從標準的草案就給以順序編號，因此其編號的排序數量很多，目前已排至802.11bx（x = a~z）。然而，由許多草案最后都沒有成為標準（包括正式規范、修正件、勘誤件）。因此，整合標準整合的是那些已成為標準的系列標準。

表 4：802.11整合標準的各個版本

五、小結

由上相關IEEE的802.11系列標準的介紹，尤其是空中接口MAC和PHY層的直接相關標準（即涉及到無線射頻信號傳輸的標準）的研究制定、發展演進的過程，主要是在為提高WLAN系統接入的數據傳輸速率上下大功夫，由開始的最高2Mbit/s速率（802.11-1997標準），到目前的最高可達23Gbit/s以上的速率（2023年發布的802.11be標準）。速率的提高是因為新的無線傳輸技術的研制與應用，包括復用技術、擴頻方式、射頻帶寬的利用、更高的空間流（MOMI）技術及更高階的調制技術等等。下附件簡要的介紹了相關IEEE的802.11系列標準（尤其是空中接口MAC和PHY層直接相關標準）的基本內容。

附件：相關IEEE的802.11系列標準介紹

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