استاندارد 802.11

802.11 در واقع خانواده ای از مشخصات استاندارد برای شبکه های محلی بی سیم (WLAN) هستند که توسط موسسه مهندسان الکتریک و الکترونیک (IEEE) توسعه پیدا کرده اند.

استاندارد 802.11 چیست؟

IEEE 802.11 بخشی از مجموعه استانداردهای فنی IEEE 802 در شبکه اینترنت محلی (LAN) است که مجموعه ای از پروتکل های کنترل دسترسی رسانه ای (MAC) و لایه فیزیکی (PHY) را، برای برقراری ارتباطات کامپیوتری در شبکه اینترنت محلی بی سیم (WLAN) مشخص می‌کند. استاندارد IEEE 802.11 و اصلاحیه های آن، اساس شبکه های بی سیم Wi-Fi را تشکیل می‌دهند و پرکاربردترین استانداردهای شبکه های اینترنت بی سیم در جهان به شمار می‌روند.

IEEE 802.11 در اکثر شبکه‌های خانگی و اداری استفاده می‌شود تا به لپ‌تاپ‌ها، چاپگرها، گوشی‌های هوشمند و سایر دستگاه‌ها اجازه دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و بدون نیاز به سیم بتوانند به اینترنت دسترسی داشته باشند (ارتباط دیحیتال از طریق امواج وای فای).

نسخه پایه استاندارد ارتباطی 802.11 در سال 1997 معرفی شد و از آن موقع تا کنون نسخه های اصلاحی اصلی و فرعی زیادی را تجربه کرده است. گرچه با معرفی هر اصلاحیه جدید نسخه های قدیمی تر عملاً از رده خارج می‌شوند و استاندارد ارتقاء پیدا می‌کند، اما شرکت ها به دلیل استفاده از این نسخه های اصلاحی برای نشان دادن ظرفیت های محصولات خود، همچنان در بازار از آنها استفاده می‌نمایند.

به همین خاطر هم هر کدام از نسخه های اصلاحی استاندارد 802.11 عملاً به یک استاندارد مجزا تبدیل شده اند. IEEE 802.11 از فرکانس های مختلفی نیز بهره می‌برد که شامل باندهای 2.4 GHz، 5 GHz، 6 GHz و باند فرکانسی 60 GHz می‌شود، اما تنها به اینها محدود نیست.

گرچه استاندارد IEEE 802.11 کانال هایی که ممکن است مورد استفاده قرار بگیرند را فهرست می‌کند، اما در دسترس بودن طیف فرکانس های رادیویی مجاز، به طور قابل توجهی به عملکرد حوزه های نظارت و تنظیم بستگی دارد. همچنین معمولاً در کنار مشخصات استاندارد IEEE 802.11 از پروتکل هایی هم استفاده می‌شود که برای ارتباط متقابل و مداوم با Ethernet (شبکه محلی کابلی) طراحی شده اند، و در اغلب موارد برای انتقال ترافیک اینترنتی هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تاریخچه استاندارد 802.11

ریشه تکنولوژی 802.11 به سال 1985 برمی‌گردد که تحت قوانین کمسیون ارتباطات فدرال آمریکا اجرا می‌شد. کمسیونی که باند ISM را برای استفاده های بدون مجوز عرضه کرده بود.

در سال 1991 کمپانی NCR (که امروزه با نام آزمایشگاه های نوکیا و شرکت LSI شناخته می‌شود)، تکنولوژی پیشرفته تری از استاندارد 802.11 را در کشور هلند اختراع کرد. مخترعان ابتدا قصد داشتند تا از این تکنولوژی برای سیستم های صندوق داری استفاده کنند.

اولین محصولات بی سیم آن هم تحت عنوانWaveLAN که رتبه انتقال داده آن به 1 مگابیت برثانیه و 2 مگابیت بر ثانیه می‌رسید، وارد بازار شدند. آقای ویک هایس که به مدت 10 سال رئیس IEEE 802.11 بود (مردی که به پدر وای فای معروف است)، در توسعه 802.11b و 802.11a شرکت داشت. او در کنار مهندس آزمایشگاه بل (بروس تُخ) موسسه IEEE 802.11 را به عنوان یک استاندارد ارتباط بی سیم جهانی ثبت کردند.

در سال 1999 موسسه اتحادیه وای فای تشکیل شد تا بتواند مانند یک موسسه تجاری، حقوق مادی و معنوی علامت تجاری Wi-Fi، که بسیاری از دستگاه ها تحت عنوان آن به فروش می‌رسیدند، را حفظ کند. بزرگترین اتفاق تبلیغاتی در این زمینه، شروع استفاده از تکنولوژی وای فای توسط شرکت اپل برای لپتاپ های سری iBook در سال 1999 بود.

اپل اولین تولید کننده انبوهی بود که ارتباط بی سیم وای فای را در اختیار مشتریان خود قرار می‌داد و کمی بعد هم توانست آن را تحت نام تجاری خود، و با برند اپل ایرپورت در بازار عرضه کند. یک سال بعد شرکت IBM هم دستگاه های محبوب ThinkPad 1300 سری 2000 را به وای فای مجهز کرد.

انواع استانداردهای 802.11

همانطور که در بالا اشاره کردیم استاندارد اصلی 802.11 در سال 1997 ایجاد شد اما تا کنون نسخه های متعدد و اصلاحیه های زیادی روی آن انجام پذیرفته است. برخی از این نسخه ها و اصلاحیه ها اصلی، و برخی دیگر زیر شاخه های فرعی این استاندارد هستند. انواع مختلف استاندارد 802.11 عبارتند از:

802.11 – 1997 (میراث)

نسخه اورجینال و اولیه استاندارد IEEE 802.11 در سال 1997 ارائه شد اما در سال 1999 بود که عملاً قابل استفاده شد. این نسخه اولیه به دو بیت ریت 1 و 2 مگابیت بر ثانیه مجهز بود، و علاوه بر آن کد تصحیح خطای رو به جلو هم داشت. 802.11 اصلی از سه تکنولوژی در زمینه لایه فیزیکی ارتباط بهره می‌برد:

مادون قرمز افشان با سرعت 1 مگابیت بر ثانیه
طیف گسترده پرش فرکانسی با سرعت 1 یا 2 مگابیت بر ثانیه
طیف گسترده توالی مستقیم با سرعت 1 یا 2 مگابیت بر ثانیه

دو تکنولوژی رادیویی بعدی از انتقال ریزموجی (microwave) در باند فرکانس 2.4 گیگاهرتز استفاده می‌کنند. برخی از تکنولوژی های WLAN قدیمی تر از فرکانس های پایین تری مانند باند 900 مگاهرتز آمریکا استفاده می‌کردند.

802.11a (موج OFDM)

استاندارد 802.11a که در سال 1999 عرضه شد از پروتکل لینک داده شده، و فرمت فریم مشابه استاندارد اصلی استفاده می‌کرد، اما یک رابط هوایی (لایه فیزیکی) مبتنی OFDM به آن اضافه شده بود. 802.11a روی باند فراکنسی 5 گیگاهرتز کار می‌کند و حداکثر نرخ انتقال داده در آن به 54 مگابیت بر ثانیه می‌رسد.

علاوه بر آن به کد تصحیح خطای رو به جلو هم مجهز است که باعث می‌شود در عمل سرعت واقعی اینترنت در این استاندارد به حدود 20 مگابیت بر ثانیه برسد. 802.11a به صورت گسترده و در مقیاس جهانی مورد استفاده قرار گرفت، و به خصوص شرکت ها در محیط کاری خود زیاد از آن استفاده کردند.

از آنجایی که باند 2.4 گیگاهرتز آنقدر مورد استفاده قرار گرفته بود که عملاً به باند شلوغی تبدیل شده بود، بهره گیری از باند استفاده نشده و خلوت 5 گیگاهرتز به 802.11a یک مزیت قابل توجه داد. هرچند این فرکانس بالا همچنین معایب خودش را هم داشت. از جمله اینکه گستره موثر 802.11a کمتر از 802.11b/g است.

از نظر تئوری سیگنال های 802.11a به واسطه طول موج های کوچکتری که دارند، راحت تر توسط دیوارها و دیگر اشیاء جامد جذب می‌شوند. در نتیجه نمی‌توانند مانند امواج نسخه 802.11b در فضاهای مختلف نفوذ زیادی داشته باشند. در عمل 802.11b برد دسترسی بالاتری دارد اما سرعتش پایین تر است. استاندارد 802.11a همچنین از اختلال سیگنال هم رنج می‌برد اما در زمان استفاده از آن به صورت محلی (LAN)، اختلال سیگنال کمتر خواهد شد و سرعت بالاتر خواهد رفت.

استاندارد 802.11b

استاندارد 802.11b به صورت خام از نرخ انتقال داده با سرعت 11 مگابیت بر ثانیه برخورار است و از متدهای دسترسی رسانه ای مشابهی که در استاندارد اصلی وجود داشت، بهره می‌برد. محصولاتی که از وای فای با استاندرد 802.11b استفاده می‌کنند در اوایل سال 2000 بود که وارد بازار شدند.

802.11b یک شاخه مستقیم از تکنیک های تلفیقی است که در نسخه اصلی مورد استفاده بود. افزایش چشمگیر توان عملیاتی 802.11b (در مقایسه با استاندارد اورجینال)، در کنار کاهش قابل توجه قیمت، باعث شد تا 802.11b به سرعت به عنوان تکنولوژی اصلی WLAN شناخته شود و مورد پذیرش اکثر مشتریان قرار بگیرد.

دستگاه هایی که از 802.11b استفاده می‌کنند می‌توانند از طرف دیگر محصولاتی که در باند 2.4 گیگاهرتز کار می‌کنند دچار تداخل سیگنال شوند. از جمله دستگاه هایی که روی فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می‌کنند عبارتند از اجاق های مایکروویو، دستگاه های بلوتوثی، مانیتورهای نوزاد، تلفن های خانگی بدون سیم و برخی از تجهیزات رادیویی ابتدایی.

استاندارد 802.11g

در تاریخ ژوئن سال 2003 سومین استاندارد تلفیقی، یعنی 802.11g عرضه شد. 802.11g روی باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند (مانند 802.11b) اما از طراحی انتقال اطلاعات مبتنی بر OFDM مشابه 802.11a بهره می‌برد. 802.11g در حالت حداکثری با نرخ داده 54 مگابیت بر ثانیه کار می‌کند و به کد های تصحیح خطای رو به جلو اختصاصی مجهز است، یا به عبارت دیگر توان عملیاتی آن به 22 مگابیت بر ثانیه می‌رسد.

سخت افزارهای 802.11g با سخت افزارهای 802.11b سازگاری عقبگرد دارند و به همین خاطر در صورت استفاده از سخت افزارهای قدیمی تر ممکن است به مشکلات آنها دچار شده و سرعتشان افت کند (مانند مشکلات نسخه اصلی که باعث می‌شد سرعتش 21 درصد از 802.11a کمتر باشد). تا ژانویه سال 2003 استاندارد وای فای 802.11g به سرعت در بازار محبوب شد، چراکه حتی قبل از ورودش وعده نرخ انتقال داده بالاتر و کاهش قیمت را داده بود.

تا تابستان سال 2003 هم بیشتر محصولاتی که از استاندارد های 802.11 دو بانده از نوع a و b استفاده می‌کردند، توانستند با اضافه کردن قابلیت دو باندی از هر دو سیگنال های b و g در کارتهای تطبیقی قابل حمل یا نقطه های دسترسی استفاده کنند. درست مانند 802.11b، استاندارد 802.11g نیز توسط سیگنال دیگر دستگاه هایی که در پهنای باند 2.4 گیگاهرتز کار می‌کنند دچار اختلال می‌شود. مانند کیبوردهای بی سیم و غیره.

استاندارد 802.11n

استاندارد 802.11n اصلاحیه ای بود که به نسبت استانداردهای قبلی 802.11 بهینه سازی های زیادی را تجربه کرده بود. این استاندارد مجوز ساخت خود رادر سال 2006 دریافت کرد. 802.11n توسط اتحادیه وای فای با برچسب وای فای 4 شناخته می‌شود.

این استاندارد همچنین از آنتن های چند ورودی و چند خروجی (MIMO) پشتیبانی می‌کرد. 802.11n هم روی باند 2.4 گیگاهرتز کار می‌کند، و هم روی باند 5 گیگاهرتز، البته پشتیبانی از باند فرکانسی 5 GHz آپشنال است. نرخ سرعت انتقال داده 802.11n بین 54 مگابیت بر ثانیه و 600 مگابیت بر ثانیه است. موسسه IEEE این اصلاحیه را تأیید، و در تاریخ اکتبر سال 2009 آن را در بازار عرضه کرد.

حتی پیش از تصویب های نهایی، یعنی از سال 2007 و با اعلام برنامه توسعه این اصلاحیه، شرکت ها داشتند به شبکه های 802.11n کوچ می‌کردند و تلاش می‌کردند تا مجوز اتحادیه وای فای را برای محصولات خود بگیرند.

استاندارد 802.11ac

استاندارد IEEE 802.11ac که در ماه دسامبر سال 2013 معرفی شد، در واقع اصلاحیه ای بر استانداردIEEE 802.11 اولیه بود که بر پایه نسخه 802.11n طراحی شد. استاندارد 802.11ac توسط اتحادیه وای فای با برچسب وای فای 5 شناخته می‌شود.

تغییرات آن در قیاس با 802.11n شامل بهره مندی از کانال های پهن تر (80 یا 160 مگاهرتز در برابر 40 مگاهرتز) در پهنای باند 5 گیگاهرتز، پخش فضایی بیشتر (تا 8 در برابر 4)، مودلاسیون بالاتر (تا 256-QAM در برابر 64-QAM) و اضافه کردن MU-MIMO (میمو چندکاربره) می‌شد.

اتحادیه وای فای برنامه معرفی محصولات بی سیم 802.11ac را به دو فاز تقسیم کرد و نام هر یک از آنها را “موج” گذاشت (موج اول و موج دوم). از میانه سال 2013، اتحادیه شروع به صدور مجوز برای استفاده از 802.11ac در موج اول کرد. در سال 2016 اتحادیه وای فای عرضه موج دوم 802.11ac را آغاز نمود که پهنای باند بیشتری داشتند و ظرفیتشان از محصولات موج اول بالاتر بود.

محصولات موج دوم حاوی ویژگی های اضافه ای بودند، همچون MU-MIMO، پشتیبانی از پهنای کانال 160 مگاهرتز، پشتیبانی از کانال های بیشتر در باند 5 GHz و چهار پخش کننده فضایی (با چهار آنتن، به نسبت سه آنتنی که در موج اول وجود داشت).

استاندارد 802.11ax

استاندارد IEEE 802.11ax در حقیقت جانشین 802.11ac است که تحت عنوان وای فای 6 (باند فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز)، و وای فای 6E توسط اتحادیه وای فای معرفی می‌شود. 802.11ax همچنین با نام وای فای زیاد اثر می‌گویند، چراکه بهینه سازی زیادی را برای استفاده از محیط های پر تراکم ایجاد نموده است.

برای یک مشتری منحصر به فرد، حداکثر نرخ انتقال داده (سرعت PHY) به نسبت نسخه قبلی (802.11ac) تنها 39 درصد افزایش داشته است (به عنوان مثال این قیاس پیش از این بین نسخه های قبلی به 500 درصد هم می‌رسید). گرچه افزایش سرعت به شکل ناامیدانه ای تنها 39 درصد بوده، اما توان عملیاتی 802.11ax به نسبت 802.11ac چهار برابر شده و به همین خاطر هم از آن به عنوان “زیاد اثر” یاد می‌کنند.

انگیزه پشت این هدف توسعه یک شبکه WLAN در محیط های بسیار متراکم مانند دفاتر شرکت ها، مجتمع های تجاری بزرگ و آپارتمان های شلوغ بوده است. این قابلیت 802.11ax به واسطه تکنولوژی به نام OFDMA به دست آمده است که اساساً به معنی سهم بندی دامنه فرکانس است (بر خلاف سهم بندی فضایی در 802.11ac). استاندارد IEEE 802.11ax تازه درفوریه سال 2021 مجوز توسعه گرفته و هنوز عرضه نشده است.

سرعت انواع استاندارد 802.11

هرچقدر استانداردهای 802.11 جدیدتر باشند، سرعت آنها نیز بالاتر است و ظرفیت بیشتری هم دارند. به عنوان مثال استاندارد جدید 802.11ac می‌تواند بالاخره با دسترسی به شبکه WLAN چند ایستگاهه، توان عملیاتی خود را به 1 گیگابیت بر ثانیه برساند. در جدول زیر تلاش کرده ایم تا تفاوت های مشخصات کلیدی، از جمله سرعت، بین استانداردهای مختلف 802.11، تا نسخه ac را بررسی کنیم.

استاندارد 802.11	باند فرکانسی مورد استفاده	پهنای باند	نرخ انتقال داده (حداکثر سرعت)
802.11 – 1997	2.4GHz	–	2Mbps
802.11a	5-GHz 3.7-GHz	20 MHz	6 mbps, 9 mbps, 12 mbps, 18 mbps, 24 mbps, 36 mbps, 48 mbps, 54 mbps
802.11b	2.4-GHz	20 MHz	1 mbps, 2 mbps, 5.5 mbps, 11 mbps
802.11g	2.4-GHz	20 MHz	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 mbps
802.11n	2.4-GHz 5-GHz	20 MHz	7.2 mbps 14.4 mbps, 21.7 mbps 28.9 mbps, 43.3 mbps 57.8 mbps, 65 mbps, 72.2 mbps
40 MHz	15 mbps, 30 mbps, 45 mbps, 60 mbps, 90 mbps, 120 mbps, 135 mbps, 150 mbps

نسخه های فرعی 802.11

جدای از زیرشاخه های اصلی a، b، g، n و ac، چندین نسخه اصلاحی فرعی هم برای استاندارد 802.11 به وجود آمده اند. اکثر این استاندارد های فرعی در فاصله بین عرضه نسخه های اصلاحی اصلی وارد بازار شدند و اکثرا تلفیقی از دو استاندارد هستند و برای اهداف خاص و ویژه ای طراحی شده اند. معروف ترین نسخه های فرعی 802.11 عبارتند از: