IEEE 802.11 bezeichnet die Normen des WLAN, der Marketingbegriff lautet Wi-Fi. Herausgeber der Norm ist das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Die erste Version des Standards wurde 1997 verabschiedet. Sie spezifiziert den Mediumzugriff (MAC-Layer) und die physische Schicht (vgl. OSI-Modell) für lokale Funknetzwerke.
Für die physische Schicht sind im ursprünglichen Standard zwei Spreizspektrumverfahren (Übertragung per Radiowellen) und ein Verfahren zur Datenübertragung per Infrarotlicht spezifiziert, wobei eine Übertragungsrate von bis zu 2 Mbit/s (brutto) vorgesehen ist. Zur Datenübertragung per Radiowellen wird das lizenzfreie ISM-Band bei 2,4 GHz verwendet. Die Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern kann direkt im so genannten Ad-hoc-Modus, im Infrastruktur-Modus mithilfe einer Basisstation (Access Point) oder als Meshnetzwerk erfolgen.
1999 folgten zwei Erweiterungen: 802.11a spezifiziert eine weitere Variante der physischen Schicht, die im 5-GHz-Band arbeitet und Übertragungsraten bis zu 54 Mbit/s ermöglicht. 802.11b ist ebenfalls eine alternative Spezifikation der physischen Schicht, die mit dem bisher genutzten 2,4-GHz-Band auskommt und Übertragungsraten bis zu 11 Mbit/s ermöglicht. Die 2003 verabschiedete 802.11g-Erweiterung, die ebenfalls im 2,4-GHz-Band arbeitet, erhöht die maximale Übertragungsrate auf 54 Mbit/s. Die Erweiterung 802.11n sieht bei geänderten Frequenzbändern und neuen Kanaleinteilungen eine Übertragungsrate von bis zu 600 Mbit/s vor.
Dadurch, dass das 2,4-GHz-Band in den meisten Ländern lizenzfrei genutzt werden darf, haben Produkte nach dem Standard 802.11b/g eine weite Verbreitung gefunden. Produkte, die standardkonform arbeiten und die Interoperabilität mit Produkten anderer Hersteller gewährleisten, können vom Interessensverband Wi-Fi-Alliance zertifiziert werden. Es werden auch weitere Frequenzbänder genutzt: Der 802.11ac Standard nutzt das 5-GHz-Band, mit 802.11ad wird das 60-GHz-Band erschlossen und 802.11ah ist für das 900 MHz-Band vorgesehen.
Allgemein 802.11 ist eine Normenfamilie für Wireless Local Area Networks (WLAN). Die Definition der IEEE-802-Normen, die zunächst ganz allgemein den Netzwerkzugriff beschreiben, begann im Februar 1980. Die Nummer 802 wird manchmal mit dem Projektbeginn im Februar 1980 in Verbindung gebracht, es war aber einfach die nächste freie Kennnummer des IEEE.
Einige wichtige Normen der IEEE 802.11 Familie sind 802.11, b, g, n, ac, ax, ad.
Im Jahre 2018 führte die Wi-Fi-Alliance aus Marketinggründen zusätzlich die „Branchenbezeichnung[en] für Produkte und Netzwerke“ Wi-Fi 4, Wi-Fi 5 und Wi-Fi 6 für die IEEE-Standards 802.11n, ac und ax ein.
links|mini|766px|Modulationsparameter für die OFDM-basierten IEEE 802.11a/g/n/ac
„Basis“-Standards in zeitlicher Reihenfolge 802.11-1997 ursprünglicher Standard, 1997 verabschiedet Datenrate: 1 oder 2 Mbit/s brutto (für Nutzdaten und Protokoll-Overhead) Frequenzband 2,400 – 2,485 GHz (lizenzfrei) Modulationsverfahren: FHSS oder DSSS Akzeptanz: veraltet, nicht mehr breit genutzt 802.11-1999 Part II Datenrate: 1 oder 2 Mbit/s brutto Frequenzband 2,400 – 2,485 GHz (lizenzfrei) Modulationsverfahren: FHSS oder DSSS Akzeptanz: veraltet, nicht mehr breit genutzt 802.11a Erweiterung der physischen Schicht, 1999 Datenrate: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 oder 54 Mbit/s brutto, bis 24 Mbit/s netto Frequenzband 5 GHz (seit 2002 in der EU freigegeben, genaueres siehe 802.11h) Modulationsverfahren: OFDM 802.11b Erweiterung der physischen Schicht, 1999 Datenrate: 5,5 oder 11 Mbit/s brutto (maximal 50 % netto) Frequenzband 2,400–2,4835 GHz (lizenzfrei) Modulationsverfahren: DSSS mit CCK (Complementary Code Keying) Akzeptanz: veraltet, nicht mehr breit genutzt 802.11g Erweiterung der physischen Schicht, 2003 Datenrate: 6, 12, 18, 24, 36, 48 oder 54 Mbit/s brutto, bis 24 Mbit/s netto Frequenzband: 2,400–2,4835 GHz (lizenzfrei) Modulationsverfahren: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Unterstützt 802.11 und 802.11b als Fall-Back Akzeptanz: große Verbreitung, wird aber zunehmend durch 802.11n verdrängt. 802.11-2007 Zusammenfassung der Standards vom 8. März 2007 Zusammenfassung der Version von 1999 mit den 8 Erweiterungen (802.11a, b, d, e, g, h, i, j) zu einem einzigen Standard. 802.11n Ratifizierung am 11. September 2009 geschehen Datenrate: 6,5–72,2 Mbit/s (20 MHz Kanalbreite), 13,5–150 Mbit/s (40 MHz Kanalbreite), mit 4x4-MIMO theoretisch bis 600 Mbit/s Frequenzband: 2,400–2,4835 GHz (20 MHz Kanalbreite), 5 GHz (bis 40 MHz Kanalbreite) als zusätzliches Band Akzeptanz: Neugeräte verfügen überwiegend über 802.11n, wodurch ältere Standards abgelöst werden. 802.11-2012 Zusammenfassung der Standards vom 29. März 2012 Zusammenfassung der 10 Erweiterungen (802.11k, r, y, n, w, p, z, v, u, s) mit dem Basis-Standard 802.11-2007 zu einem einzigen Standard. Die ursprünglichen Erweiterungen des PHY (Physical Layer) finden sich in einzelnen Kapiteln (Clauses) wieder. 802.11ac Erweiterung zu 802.11n, am 18. Dezember 2013 veröffentlicht Datenrate: 6,5–96,3 Mbit/s (20-MHz-Kanalbreite), 13,5–200 Mbit/s (40-MHz-Kanalbreite), 29,2–433 Mbit/s (80-MHz-Kanalbreite), 58,5 bis 867 Mbit/s (zweimal 80-MHz- oder 160-MHz-Kanalbreite). Häufig sind Geräte mit 3x3 MIMO, 80 MHz Kanalbreite und theoretischen 1299 Mbit/s anzutreffen. Rein rechnerisch sind mit 8x8-MIMO bis zu 6936 Mbit/s möglich. Frequenzband: nur 5 GHz Erste Router (z. B. AVM FRITZ!Box 7490), Laptops (z. B. MacBook Air 2013) und erste Smartphones (z. B. HTC One, LG Nexus 5 und Samsung Galaxy S IV) kamen Ende 2013 auf den Markt. 802.11ax Integriert wieder beide Frequenzbänder in einem Standard. Nachfolger von 802.11ac im 5-GHz-Band und bei gleichen Randbedingungen theoretisch 37 Prozent mehr Bandbreite, in der Praxis fast kein Unterschied. Löst 802.11n im 2,4-GHz-Band ab, liefert hier deutlich mehr Bandbreite. Modulationsverfahren: OFDMA 802.11ad Große Bandbreite (z. B. für unkomprimiertes Video) im 60-GHz-Band Frequenzband: 4 Kanäle im 60-GHz-Band (57,24-59,40; 59,40-61,56; 61,56-63,72 und 63,72-65,88 GHz) OFDM- (robuster) und QAM-Modus (einfacher) Datenrate: OFDM-Modus: 1540, 2310, 2695, 3080, 4620, 5390 und 6930 Mbit/s Datenrate: QAM-Modus: 26, 361 bis 5280 Mbit/s max. 10 m Reichweite 802.11ah (Wi-Fi HaLow) für IoT. Im Januar 2016 veröffentlicht, aber die Entwicklung kam lange nicht voran, 2020 soll es erste Chips geben. Frequenzband: 750 bis 930 MHz regionenabhängig – daher inkompatibel zu allen anderen WLANs. USA: sechsundzwanzig 1-MHz-Kanäle, dreizehn 2-MHz-Kanäle, (sechs 4-MHz-Kanäle, drei 8-MHz-Kanäle) EU: fünf 1-MHz-Kanäle, zwei 2-MHz-Kanäle, (ein 4-MHz-Kanal) OFDM aus insgesamt 64 Unterträgern mit einem Abstand von 31,25 kHz BPSK, QPSK und 16- bis 256-QAM MU-MIMO und single user beamforming 802.11-2016 Zusammenfassung der Standards vom 31. Dezember 2017 Zusammenfassung der 5 Erweiterungen (802.11ae, aa, ad, ac, af) mit dem Basis-Standard 802.11-2012. 802.11be Geräte mit Wi-Fi 7 Standard werden seit Januar 2024 zertifiziert. Datenrate: Die oft behaupteten 46,1 Gbit/s bei MiMo mit Multi-Link-Operation-Technik (MLO) sind nicht einmal theoretisch erreichbar. Theoretisch sollen hingegen aktuell bis zu 23 GBit/s erreichbar sein. 802.11bf Der Standard soll nicht nur Kommunikation ermöglichen, sondern auch Wi-Fi Sensing unterstützen und Bewegungsdaten messen und auswerten können. Kritisiert wird, dass viele der vorgeschlagenen Verbesserungen von 802.11bf erst in Wi-Fi 8 einfließen. Dafür setzen sich Intel, Broadcom, Qualcomm und Huawei ein, die als Teil der DensiFi-Gruppe schon zuvor kartellrechtlich auffällig waren. 802.11ay Nachfolger von 802.11ad
Erweiterungen 802.11p Erweiterung zu 802.11a für den Einsatz in Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Netzen, 2010, auch unter DSRC bekannt Datenrate: 27 Mbit/s brutto Frequenzband: geplant 5,850–5,925 GHz (in den USA bereits für Einsatz im Verkehrsbereich reserviert) Akzeptanz: favorisierte Technologie des Car to Car-Communication Consortium (C2C-CC), wesentliche Grundlage von ISO TC204 WG16 CALM-M5.
Bezeich-nung Erweiterungvon Verab-schiedung Beschreibung 802.11c 802.1D 2001 Wireless Bridging: Verbinder zwischen unterschiedlichen Funknetzwerken (Ende 2021 802.1d zurückgezogen durch die IEEE 802.1 Arbeitsgruppe, ist in IEEE 802.1Q enthalten) 802.11d a, b, g, h 2001 World Mode: Anpassung an die regulatorischen Bestimmungen verschiedener Länder 802.11e a, g, h 2004 Dienstegüte und Streaming: Unterstützung von Quality of Service 802.11f a, g, h 2003 Handover: Interoperabilität zwischen Basisstationen 802.11h a 2006 DFS (, Dynamisches Frequenzwahlverfahren) und TPC (, Übertragungssendeleistungs-Steuerung) 802.11i a, b, g, h 2004 Sicherheit WPA2: Erweiterungen bezüglich Sicherheit und Authentifizierung 802.11j a, h 2004 4,9–5-GHz-Betrieb in Japan 802.11k a, g, h 2007 Bessere Möglichkeiten für Funkparameter (z. B. Signalstärke) 802.11m a, b, g, h 2006 Maintenance: Ergänzungen und Fehlerauslese 802.11p a 2010 Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug 802.11r a, g, h 2008 Fast Handover: Erweiterung für VoIP 802.11s a, g Vermaschte Netze: Für MAC-Ebene 802.11t a, b, g Messverfahren: Leitungsparameter 802.11u a, b, g 2011 Internetworking: Bindung zu Nicht-802-Netzwerken 802.11v a, b, g 2011 Netzwerkmanagement 802.11w a, b, g Sicherheitserweiterung für Management Frames 802.11y 2008 3,6-GHz-Anpassung für die USA Die vorstehende Tabelle ist dem Buch Daten- und Sprachübertragung in Wireless Local/Personal Area Networks entnommen.
Neben diesen gibt es proprietäre Erweiterungen, die andere Übertragungsraten erlauben, aber keine offiziellen IEEE-Standards sind: PBCC mit bis zu 22 Mbit/s im 2,4-GHz-Band, 802.11b+ mit bis zu 44 Mbit/s durch Kanalbündelung, 802.11g++ je nach Hersteller mit bis zu 108 Mbit/s, beziehungsweise 125 Mbit/s.
Maximal zulässige Sende- beziehungsweise Strahlungsleistungen (äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) – Antennengewinne sind also zu berücksichtigen): 2,4 GHz: 100 mW – in Deutschland und in der Schweiz, andere Länder haben hier andere Regelungen. So sind (z. B. in den USA) auch Karten mit 300 mW und mehr legal. 5 GHz: Zwischen 25 mW und 4000 mW – je nach Frequenzband. In Europa ist TPC/DFS nach 802.11h für den Betrieb von WLANs nach 802.11a vorgeschrieben. Ohne DFS und TPC sind nur 200 mW und eingeschränktes Frequenzband für 802.11a in Deutschland zugelassen. Schweiz: 5,15–5,25 GHz und 5,25–5,35 GHz: 200 mW; 5,47–5,725 GHz: 1000 mW (entsprechend EN 301 893).
Kompatibilitäten 802.11b und 802.11g sind zueinander kompatibel. Die 802.11g-Geräte arbeiten dann in einem Kompatibilitätsmodus, der es 802.11b-Geräten ermöglicht, einen durch ein 802.11g-Gerät belegten Kanal zu erkennen. Die effektive Geschwindigkeit wird dadurch reduziert.
Medienzugriff Um einen gemeinsamen Zugriff von mehreren Geräten auf das Medium zu ermöglichen, wird innerhalb des 802.11-Standards verpflichtend der CSMA/CA-Mechanismus benutzt. Optional sind CSMA/CA RTS/CTS und CSMA/CA PCF.
Da bei Funkkommunikation eine höhere Fehlerrate auftritt, existiert bei 802.11 ein eigener Mechanismus zu Übertragungswiederholung. Bei einer korrekten Übertragung bestätigt der Empfänger die Datenübertragung, bei einer fehlerhaften Übertragung müssen die Daten erneut gesendet werden.
Die einzelnen Netze werden über ihre Netzwerknamen (Extended Service Set Identifier (ESSID), siehe Service Set Identifier) identifiziert.
Frequenzen und Kanäle
Vor- und Nachteile der Bänder 863 - 868-MHz-Band:
Vorteile: durchdringen von Objekten vereinfacht hohen Reichweite (bis 1KM)
Nachteile: Geringe Bandbreite von 8,67 Mbit bis 17,34 Mbit Je nach Spatial Stream Konstellation 802.11ah weltweit unterschiedlich reguliert Sonderstellung, da aktuell nur in Sender-Empfänger-Konstellation aktuell käuflich erwerbbar und anwendbar (AP-STA)
2,4-GHz-Band: Vorteile: überwindet abschirmende Materialien verlustärmer