IEEE 802.11s bezeichnet einen drahtlosen Netzwerkstandard, der von den IEEE 802.11-Standards abgeleitet ist und die Eigenschaften von Mesh-Netzwerken spezifiziert . Dieser 2011 veröffentlichte Standard soll definieren, wie sich drahtlose Endgeräte zu einem sogenannten Mesh- WLAN-Netzwerk verbinden können , das sowohl in feste Topologien als auch in Ad-hoc-Netze (Peer-to-Peer) integriert ist. Unterstützt von einer Reihe von Freiwilligen aus Industrie und Wissenschaft entwickelt die IEEE 802.11s-Arbeitsgruppe Spezifikationen und potenzielle Designs für drahtlose Mesh-Netzwerke. Standardmäßig wurde der Text bis zur endgültigen Fassung mehrfach überarbeitet und ergänzt.
802.11 bezieht sich auf eine Reihe von IEEE-Standards, die darauf abzielen, die Methoden der Datenübertragung über drahtlose Netzwerke (allgemein bekannt als Wi-Fi ) zu definieren. Die am weitesten verbreiteten Technologien werden heute in den Texten 802.11a , 802.11b , 802.11g , 802.11n sowie 802.11ac und 802.11ax definiert , die sich auf drahtlose Netzwerke für Privathaushalte , Unternehmen und gewerbliche Einrichtungen beziehen.
Die Hauptmotivation hinter der Schaffung des 802.11s-Standards war, mit minimaler Konfiguration ein unterstützendes drahtloses Netzwerk aufzubauen, beispielsweise in Büros oder Wohnblocks, sei es für feste, tragbare oder mobile Stationen in einer bestimmten lokalen Region. Dieser Standard ermöglicht es Kontrollstellen auch, den Zugang zu einem oder mehreren Frequenzbändern zu standardisieren.
802.11s erweitert den IEEE 802.11 MAC- Standard, indem er sowohl eine Architektur als auch ein Protokoll definiert, die die Verwendung von Broadcast-/Multicast- und Unicast-Anfragen von „funkkompatiblen Metriken auf selbstkonfigurierenden Multi-Hop-Topologien“ ermöglichen.
802.11s hängt von Natur aus von den Standards 802.11a , 802.11b , 802.11g , 802.11n oder 802.11ac ab , die den Netzwerkverkehr übertragen. Es ist jedoch notwendig, ein oder mehrere Routing-Protokolle neu zu definieren, um sich an die physikalische Topologie realer Netze anzupassen. Zu diesem Zweck verwendet 802.11s standardmäßig das HWMP-Protokoll (für Hybrid Wireless Mesh Protocol). Es kann jedoch erforderlich sein, andere Protokolle zu verwenden, die in Ad-hoc- Netzwerken (ABR, ZRP und standortbasiertes Routing), dynamisches Link-Routing ( OLSR , BATMAN ) oder sogar statisches Routing ( WDS, OSPF ) verwendet werden. Sie können auf die detaillierte Beschreibung dieser Protokolle später im Artikel verweisen.
Mesh- Netzwerke bestehen oft aus einer Vielzahl kleiner Knoten. Bei mobilen Benutzern oder hohen Lasten wird die Weiterleitung an andere Stationen implementiert, nicht nur für 802.11, sondern auch für GSM, Bluetooth , PCS und andere schnurlose Netze .
Der Standard IEEE 802.21, der für diese Verteilung zwischen Knoten verantwortlich ist, die sowohl 802.11s als auch andere respektieren, kann daher erforderlich sein. Dies ist beispielsweise bei Diensten mit größerer Reichweite der Fall - kleinere Bandbreite, die eingesetzt wird, um isolierte Bereiche des Netzes zu begrenzen (zB GSM-Routing auf Basis von OpenBTS ). Der Zugriff auf das Mesh-Netzwerk durch bisher unbekannte Benutzer ist insbesondere bei Diensten für vorübergehende Benutzer üblich, weshalb es erforderlich ist, den Standard IEEE 802.11u in diese Netzwerke zu integrieren. Dies gewährleistet ihre Authentifizierung ohne vorherige Offline-Kommunikation oder Registrierung. Vorstandardmäßige Captive-Portal-Ansätze sind ebenfalls üblich.
| Lokale 802.11-Netzwerke: physikalische Standards | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 802.11- Protokoll |
datiert | Frequenz | Breite Band |
Bitrate | Maximale Anzahl von MIMO- Streams |
Codierung / Modulation | Umfang | |
| Innere | Draußen | |||||||
| (GHz) | (MHz), (GHz) | (Mbit/s), (Gbit/s) | (Meter) | (Meter) | ||||
| 802.11-1997 (Original) | Juni 1997 | 2.4 | 79 oder 22 MHz | 1,2 Mbit/s | NC | FHSS , DSSS | 20 m | 100 m |
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802.11a (Wi-Fi 2) |
September 1999 | 5 | 20 MHz | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s | 1 | OFDM | 35 m | 120 m |
| 3,7 [A] | - | 5.000 m [A] | ||||||
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802.11b (WLAN 1) |
September 1999 | 2.4 | 22 MHz | 1, 2, 5,5, 11 Mbit/s | 1 | DSSS | 35 m | 140 m |
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802.11g (Wi-Fi 3) |
Juni 2003 | 2.4 | 20 MHz | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s | 1 | OFDM | 38 m | 140 m |
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802.11n (WLAN 4) |
Okt 2009 | 2,4 / 5 | 20 MHz |
7,2 bis 72,2 Mbit/s [B] ( 6,5 bis 65 ) [C] |
4 | OFDM | 70 m (2,4 GHz ) 12-35 m (5 GHz ) |
250 m |
| 40 MHz |
15 bis 150 Mbit/s [B] ( 13,5 bis 135 ) [C] |
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802.11ac (Wi-Fi 5) |
Dezember 2013 | 5 | 20 MHz | 6,5 bis 346,8 Mbit/s [D] | 8 | OFDM | 12-35 m² | 300 m |
| 40 MHz | 13,5 bis 800 Mbit/s [D] | |||||||
| 80 MHz | 19,3 Mbit/s bis 1,7 Gbit/s [D] | |||||||
| 160 MHz | 58,5 Mbit/s bis 3,4 Gbit/s [D] | |||||||
| 802.11ad | Dezember 2012 | 57 bis 71 | 1,7 bis 2,16 GHz | bis zu 6,75 Gbit/s | NC |
OFDM oder Einzelanbieter |
10 m | |
| 802.11af | Februar 2014 | 0,054 bis 0,79 | 6 bis 8 MHz | 1,8 bis 568,9 Mbit/s | 1, 2, 4 | OFDM | 100 m | 1000 m |
| 802.11ah | Mai 2017 | 0,9 | 1 bis 8 MHz | 0,6 bis 8,6 Mbit/s | 4 | OFDM | 100 m | |
|
802.11ax (WLAN 6) |
Februar 2021 | 1 bis 7,1 | 20 MHz | 8 Mbit/s bis 1,1 Gbit/s [D] | 8 | OFDM , OFDMA | 12-35 m² | 300 m |
| 40 MHz | 16 Mbit/s bis 2,3 Gbit/s [D] | |||||||
| 80 MHz | 34 Mbit/s bis 4,8 Gbit/s [D] | |||||||
| 160 MHz | 68 Mbit/s bis 10,5 Gbit/s [D] | |||||||
| 802.11ay | März 2021 | 58,3 bis 70,2 | 2,16-8,64 GHz | 20 bis 176 Gbit/s | 4 | OFDM oder Einzelanbieter | 100 m | 500 |
| Siehe auch: | ||||||||
Die IEEE 802.11s Study Group wurde gegründet in September 2003. Es wurde in eine Arbeitsgruppe umgewandelt inJuli 2004. Eine Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen wurde inMai 2005, was zu einer Reihe von 15 Vorschlägen führt, die zur Abstimmung gestellt werden Juli 2005. Nach einer Reihe von Eliminierungen und Fusionen wurde dieses Set auf 2 Vorschläge ("SEE-Mesh" und "Wi-Mesh") reduziert, die schließlich als gemeinsame Lösung in . vorgestellt wurdenJanuar 2006. Der Text wurde als Entwurf D0.01 nach einstimmiger Abstimmung in . angenommenMärz 2006.
Dieser Vorentwurf war Gegenstand von Änderungen aufgrund des informellen Austauschs, bevor er im November 2006 unter der Bezeichnung Draft D1.00 zur Abstimmung vorgelegt wurde.
Entwurf D2.00, aktuell unterwürfig März 2008, wurde mit nur 61 % Zustimmung abgelehnt. Nach einem Jahr der Klärung und Verfeinerung des Projekts wurde die Version D3.00 fertiggestellt und erhielt 79% der Stimmen der AG inMärz 2009. Die Arbeitsgruppen haben ein Ziel für das Treffen vonMai 2009 Stellungnahmen aus dem letzten Wahlgang zu lösen.
Im Juni 2011, wurde das fünfte Draft 12.0 Working Group Sponsorship Bulletin geschlossen, und das Projekt wurde zu 97,2 % genehmigt.
Die Veröffentlichung der Spezifikation 2012 (802.11-2012) integriert die Funktionalität des Mesh- Routings direkt . Die IEEE-Dokumentation für 802.11s bezeichnet diese Spezifikation als Ersatz.
Ein 802.11s-Mesh-Wireless-Netzwerk-Endgerät wird als „ Mesh-Station “ ( STA-Mesh ) oder einfacher „ Ad-hoc- Knoten “ bezeichnet. Jedes Relais bildet Verbindungen zwischen jeder Station, von denen aus Routen unter Verwendung eines mobilen Ad-hoc -Routing-Protokolls konstruiert werden können . Ein Schlüsselaspekt dieser Architektur ist das Vorhandensein von Multi-Hop-Links und das Routing von Paketen durch andere Knoten zu Zielknoten.
802.11s definiert ein Standard-Routing-Protokoll (HWMP), ermöglicht es Herstellern jedoch, Alternativen mit anderen Routing-Protokollen zu verwenden. HWMP wird aus einer Kombination des AODV-Protokolls abgeleitet, das einen Ad-hoc- Ansatz "on demand" sowie baumbasiertes Routing verwendet. Ein Beispiel für Ad-hoc- On-Demand- Routing ist DSR ( Dynamic Source Routing ) sowie ABR ( Associativity-Based Routing ). Der Routing-Ansatz von AODV ist identisch mit ABR. Es wurde daran gearbeitet, diese Protokolle im Detail zu vergleichen.
STA mest sind einzelne Terminals, die Mesh-Dienste verwenden, um mit anderen Terminals im Netzwerk zu kommunizieren. Sie können mit anderen 802.11-Zugangspunkten koexistieren und bieten anderen 802.11-Stationen (STAs), deren Verfügbarkeit breit ist, Zugang zum Mesh-Netzwerk. Außerdem können Mesh-STAs mit 802.11-Gateways kommunizieren, die Zugriff auf ein oder mehrere 802.11-Netzwerke bieten. In jedem Fall stellt 802.11s einen Proxy-Mechanismus bereit, um Adressierungsunterstützung für Nicht-Mesh-802-Endgeräte bereitzustellen, wodurch es Knoten ermöglicht wird, externe Adressen zu kennen.
802.11s enthält auch Mechanismen zur Bereitstellung eines deterministischen Netzwerkzugriffs, einen Rahmen zur Kontrolle von Netzwerküberlastung sowie zum Energiesparen.
In einem Mesh-Netzwerk gibt es keine vordefinierten Rollen – weder Clients noch Server, weder Initiatoren noch Responder. Daher müssen die in Mesh-Netzwerken verwendeten Sicherheitsprotokolle Peer-to-Peer (P2P) -Protokolle sein, bei denen die verschiedenen Parteien gleichzeitig oder nicht eine Übertragung initiieren können.
Peer-AuthentifizierungsmethodenZwischen Peers definiert 802.11s das SAE-Protokoll (Simultaneous Authentication of Equals oder „Simultaneous Authentication of Equals“) basierend auf der Einrichtung und dem Austausch von Schlüsseln / Passwörtern, um die Authentifizierung sicherzustellen. SAE basiert auf dem Diffie-Hellman- Austauschprinzip , das jedoch keine Authentifizierungsmechanismen implementiert. Der Verschlüsselungsschlüssel wird dann aus einem Pre-Shared Key sowie den MAC-Adressen der beiden Peers entwickelt, die kommunizieren möchten. Wenn jeder der Peers sich entdeckt hat (und die Sicherheit vorhanden ist), findet der SAE-Austausch statt. Wenn der Austausch fehlerfrei verlief, arbeiten die verschiedenen Peers zusammen, um einen verstärkten kryptografischen Schlüssel einzurichten . Dieser Schlüssel wird mit dem Authenticated Mesh Peering Exchange (AMPE)-Mechanismus verwendet, um ein sicheres Peering einzurichten und einen sicheren Sitzungsschlüssel abzuleiten, um den Datenverkehr innerhalb des Mesh- Netzwerks zu schützen , einschließlich des Routing-Datenverkehrs.
Die IEEE 802.11s-Technologie wird von vielen Produkten wie open80211s oder OLPC unterstützt. Bei open80211s werden reduzierte Maschen von weniger als 32 Knoten verwendet. Einige dieser Projekte basieren auf früheren Versionen von 802.11s.
Der integrierte Linux-Kernel unterstützt das Netzwerk in Mesh-Topologie seit Version 2.6.26 (veröffentlicht am 13. Juli 2008). Die Linux-Community bietet mit ihren vielen Distributionen eine heterogene Testbasis für Protokolle wie HWMP. OpenWrt, eine Linux-Distribution für Router, unterstützt auch Mesh-Netzwerke.
FreeBSD integriert und unterstützt 802.11s seit FreeBSD 8.0.
Der Google Wifi- Router verwendet das 802.11s-Mesh-Netzwerkprotokoll.
Der Freebox Pop- Router verwendet mit seinen Repeatern ebenfalls das 802.11s Mesh-Netzwerkprotokoll.