Standardy IEEE 802.11

Rodzina standardów IEEE 802.11

Rodzina IEEE 802.11 określa działanie bezprzewodowych sieci lokalnych WLAN. Specyfikacje opisują warstwę fizyczną oraz podwarstwę MAC, czyli sposób transmisji sygnału radiowego i zasady dostępu urządzeń do wspólnego medium. Standardy opracowuje Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

Poprawki rodziny 802.11 otrzymują oznaczenia literowe, takie jak 802.11n, 802.11ac, 802.11ax i 802.11be. Wi-Fi Alliance stosuje prostsze nazwy generacyjne dla urządzeń konsumenckich. Oficjalny schemat rozpoczyna się od Wi-Fi 4 dla 802.11n. Określenia Wi-Fi 1, Wi-Fi 2 i Wi-Fi 3 są nazwami retrospektywnymi i nie należą do oficjalnego systemu Wi-Fi Alliance.

Podane szybkości dotyczą maksymalnych konfiguracji warstwy fizycznej. Przepustowość dostępna dla aplikacji jest niższa i zależy od szerokości kanału, liczby strumieni przestrzennych, jakości sygnału oraz obciążenia sieci. Wi-Fi 6E wykorzystuje mechanizmy 802.11ax w paśmie 6 GHz i nie jest osobną poprawką IEEE.

IEEE 802.11a i 802.11b

Standardy 802.11a i 802.11b opublikowano w 1999 roku. 802.11b pracował w paśmie $2.4$ GHz i osiągał maksymalnie $11$ Mb/s. Pasmo to zapewniało większy zasięg wewnątrz budynków niż 5 GHz, ale było współdzielone z innymi systemami radiowymi i urządzeniami przemysłowymi, naukowymi oraz medycznymi. Wzrost liczby sieci zwiększał ryzyko zakłóceń i kolizji transmisji.

802.11a pracował w paśmie $5$ GHz i wykorzystywał OFDM, czyli transmisję danych na wielu ortogonalnych podnośnych. Maksymalna szybkość wynosiła $54$ Mb/s. Wyższa częstotliwość i ówczesny koszt układów radiowych ograniczały zasięg oraz popularność tego rozwiązania w urządzeniach domowych.

IEEE 802.11g

Standard 802.11g z 2003 roku połączył transmisję OFDM o maksymalnej szybkości $54$ Mb/s z pasmem $2.4$ GHz. Zachował zgodność wsteczną z urządzeniami 802.11b, co ułatwiło rozbudowę istniejących sieci. Obecność starszych stacji mogła jednak zmniejszać wydajność całej sieci, ponieważ wolniejsze transmisje zajmowały medium radiowe przez dłuższy czas. Standard nadal podlegał ograniczeniom zatłoczonego pasma 2.4 GHz.

Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n)

Standard 802.11n z 2009 roku wprowadził MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output). Kilka strumieni przestrzennych zwiększa szybkość transmisji bez proporcjonalnego poszerzania zajętego pasma. Maksymalna konfiguracja 802.11n obejmowała cztery strumienie przestrzenne i osiągała $600$ Mb/s.

802.11n obsługiwał kanały o szerokości $20$ i $40$ MHz, agregację ramek oraz pracę w pasmach 2.4 GHz i 5 GHz. Obsługa obu pasm przez standard nie oznaczała jednoczesnej pracy każdego urządzenia na dwóch częstotliwościach. Zależało to od liczby torów radiowych i konstrukcji punktu dostępowego.

Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac)

Standard 802.11ac z 2013 roku pracował w paśmie $5$ GHz. Wprowadził kanały o szerokości $80$ MHz oraz opcjonalne kanały $160$ MHz. Modulacja 256-QAM kodowała osiem bitów w symbolu, ale wymagała wyższego stosunku sygnału do szumu niż 64-QAM stosowana w 802.11n.

Maksymalna konfiguracja obejmowała osiem strumieni przestrzennych i szybkość około $6.9$ Gb/s. 802.11ac wprowadził także MU-MIMO dla transmisji od punktu dostępowego do kilku stacji. Urządzenia konsumenckie zwykle obsługiwały mniej strumieni i węższe kanały, więc ich szybkość była niższa od maksimum standardu.

Wi-Fi 6 i Wi-Fi 6E (IEEE 802.11ax)

Standard IEEE 802.11ax-2021 zwiększył wydajność sieci z wieloma aktywnymi stacjami. OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) ogranicza czas oczekiwania małych pakietów, ponieważ kilka urządzeń może korzystać z różnych jednostek zasobów w tym samym kanale.

802.11ax obsługuje MU-MIMO w kierunku do stacji i od stacji, modulację 1024-QAM oraz Target Wake Time, który uzgadnia okresy aktywności urządzeń. Maksymalna szybkość warstwy fizycznej wynosi około $9.6$ Gb/s. Mechanizm BSS Coloring pomaga stacjom rozróżniać transmisje pochodzące z nakładających się sieci.

Wi-Fi 6E jest nazwą urządzeń wykorzystujących mechanizmy 802.11ax w paśmie 6 GHz. Dodatkowe widmo udostępnia więcej szerokich kanałów i nie obsługuje starszych generacji Wi-Fi pracujących wyłącznie w pasmach 2.4 GHz lub 5 GHz. Zakres dostępnych częstotliwości i dopuszczalna moc nadawania zależą od przepisów krajowych.

Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be-2024)

Poprawka IEEE 802.11be-2024, określana jako Wi-Fi 7, została zatwierdzona przez IEEE Standards Board w 2024 roku i opublikowana w 2025 roku. Dokument ma status aktywnego standardu. Jego pełna nazwa, Enhancements for Extremely High Throughput, opisuje zmiany w warstwie fizycznej i podwarstwie MAC. Standard określa co najmniej jeden tryb pracy osiągający przepustowość co najmniej $30$ Gb/s na punkcie dostępu do usługi MAC oraz tryb poprawiający najgorszy przypadek opóźnienia i zmienności opóźnienia.

Wi-Fi 7 zwiększa maksymalną szerokość kanału ze $160$ do $320$ MHz i wprowadza modulację 4096-QAM, która koduje $12$ bitów w symbolu. Multi-Link Operation (MLO) wykorzystuje kilka łączy radiowych do zwiększania przepustowości, ograniczania opóźnienia lub omijania zakłóconego kanału. Obsługa Wi-Fi 7 nie oznacza jednoczesnej agregacji pasm 2.4 GHz, 5 GHz i 6 GHz. Dostępne połączenia zależą od konstrukcji układu radiowego, konfiguracji punktu dostępowego i przepisów dotyczących pasma 6 GHz.

Wi-Fi 8 (projekt IEEE P802.11bn)

Wi-Fi 8 jest rozwijane w ramach projektu IEEE P802.11bn o nazwie Enhancements for Ultra High Reliability. Projekt ma status Active PAR, więc jego wymagania i mechanizmy mogą jeszcze ulec zmianie. Harmonogram grupy roboczej przewiduje zakończenie procesu zatwierdzania w 2028 roku. W lipcu 2026 roku zaplanowano kolejne głosowanie nad wersją D2.0 projektu.

Wymagania P802.11bn obejmują tryb zwiększający przepustowość o co najmniej $25$% względem EHT przy określonym poziomie stosunku sygnału do zakłóceń i szumu. Osobne wymagania dotyczą zmniejszenia 95. percentyla opóźnienia oraz liczby utraconych jednostek MPDU o co najmniej $25$%. Wartości te są celami projektu dla określonych scenariuszy testowych, a nie gwarantowanymi parametrami przyszłych urządzeń. Prace obejmują koordynację wielu punktów dostępowych, dostęp do kanału innego niż podstawowy, ograniczanie zakłóceń, rozszerzenie zasięgu oraz dalszy rozwój MLO.