دانلود مقاله معرفی ، معایب و محاسن شبکه های بی سیم ‌

بخشی از مقاله

معرفی ،معايب و محاسن شبکه هاي بي سيم

چکيده
براي انتقال اطلاعات ، احتياج به رسانه انتقال و سيستم انتقال مي باشد . رسانه هاي انتقال اجزاء فيزيکي مي باشند که انتقال اطلاعات در آنها صورت مي گيرند و عبارتند از زوج سيم بهم تابيده ، کابل کواکس ، فيبر نوري و مخابرات بي سيم .

وجود موانع طبيعي از قبيل کوه ، جنگل ، باتلاق ، هزينه هاي بالاي کابل کشي در بعضي مناطق دور افتاده ، زمانبري بر پائي يک شبکه کابلي ، نياز به پهناي باند بالا و دسترسي آسان و هزينه هاي نصب و بهره وري در شبکه ي بي سيم ، امروزه کاربران را بسوي استفاده از اين شبکه ها سوق داده است .

همچنين يکي از پديده هاي عصر ما معتادان اينترنتي مي باشد . که مي خواهند بيست و چهار ساعته از اينترنت استفاده کنند . براي اين قبيل که دائماً در حال جا به جا شدن هستند ديگر زوج سيم بهم تابيده ، کابل کواکس و فيبر نوري کاربرد ندارد . هر گاه کاربر يا شرکت يا برنامه کاربردي خواهان آن باشد که داده و اطلاعات مورد نياز خود را به صورت متحرک در هر لحظه در اختيار داشته باشند شبکه هاي بي سيم جواب مناسبي براي آنها است .

امروزه يافتن و خريدن يک کامپيوتر کيفي که مجهز به تراشه Wi-Fi نباشد ، دکمه اي که به کاربران کامپيوتر هاي همراه اجازه دست يابي به اينترنت ، فارغ از مکاني که کاربرد در آن حضور دارد مي دهد . بدين ترتيب از مناطق دور افتاده ، کوه ، جنگل ، اتاق غذا خوري ، اتاق نشيمن ، محوطه دانشگاه و يا کافي شاپ مي توان به اينترنت وصل شد . محيط هاي بي سيم داراي خصوصيات و ويژگي هاي منحصر به فردي مي باشند که در مقايسه با شبکه هاي محلي سيمي جايگاه خاصي را به اين گونه شبکه ها مي بخشد . عموم مردم به دWi-Fi به عنوان يک ايستگاه مرکزي کاري که مي تواند ارتباط را بين چندين کاربربه طور

يکسان به اشتراک بگذارد علاقمندند . البته با اين محدوديت که فاصله دکاربران براي محيط داخلي (indoor) کمتر از 100 متر و براي محيط خارجي (outdoor) کمتر از 400 متر باشد .
در حالي که تکنولوژي(b and g , 802.11a )Wi-Fi شبکه هاي محلي را تحت پوشش قرار ميدهد ، WiMAX شبکه هاي بزرگتر و مناطق روستايي را تحت پوشش قرار مي دهد . WiMax ( Woldwide Interroperability for Microware Access ) مي تواند اتصال شبکه شهري را با سرعت حداکثر (Mbps) 75 فراهم کنند . اين استاندارد با نام IEEE802.16 نيز شناخته مي شود که از سال 1990 کاربرد آن شروع شده است .

اين استاندارد عملاً توانايي Wi-Fi را زير سؤال برده است . WiMax باعث ايجاد ارتباط بي سيم اينترنتي با پهناي باند بالا با سرعتي نزديک به Wi-Fi که محدوديت هاي آن را هم ندارد يعني تا فواصل بالاي حدود 50 کيلومتر را هم پشتيباني مي کند .

در اين مقاله پس از بيان کلياتي در رابطه با شبکه هاي بي سيم و کابلي ، مقايسه WiMax و Wi-Fi ، به معايب و محاسن شبکه هاي بي سيم پرداخته شده . بررسي استانداردهاي بي سيم و اجزاي تشکيل دهنده از ديگر مباحث مورد بحث مي باشد .

کلمه هاي کليدي
شبکه هاي بي سيم ، شبکه هاي کابلي ، کيفيت سرويس (QoS ) ، فرکانس راديويي (RF ) ، دستگاه مرکزي (AP-Access Point )
European – ETSI , Digital subscriber line – DSL ,Bacs station – Institute of Electrical and Electronics BS – IEEE , Metroplitan area network Telecommunications Standards Instituie – MAN , Media access control address – MAC , OFDM , Voice over Internet – VoIP , Personal area network – PAN , WiMax – Worldwide diwision - multiple access , Wi-Fi – Wireless fideliey Wi- , WAN – Wide area network , WMAN – protocol , WALN – Wireless local area network , Interoperability for Microwave Access network metropolitan area Wireless

مقدمه :
در دنياي امروز با افزايش جمعيت و رشد شهرها ضرورت برقراري ارتباط و مفيد و مؤثر بيش از پيش احساس مي شود و همواره تغيير و تحول چشم گيري در اين خصوص از سوي صاحبان صنعت ارتباطات در جهان صورت مي گيرد . پيدايش ابزارهاي ارتباطي اوليه نظير مورس و تلگراف سبب شد تا انسانها خود را به يکديگر نزديک تر کنند و اختراع تلفن باعث گرديد اين نزديکي بيشتر احساس شود .

تلفن يک پديده خارق العاده در جهان ارتباطات از دير باز مطرح بوده و تا ابد باقي خواهد ماند . سرانجام با به ميان آمدن رايانه و آرپانت يا اينترنت امروزي افق جديدي در عرصه ارتباط گشوده شد و به همين بهانه شبکه هاي ارتباطي پذيذار شدند .

گسترش جوامع اداري باعث شد شبکه هاي رايانه اي نيز رشد چشمگيري پيدا کرده و امروزه شاهد يک نبرد واقعي در اين زمينه باشيم .
مبحث شبکه بسيار گسترده و پيچيده است . اما ما در اينجا به بررسي شکل نويني از شبکه هاي رايانه اي و ارتباطي تحت عنوان Wireless يا بي سيم خواهيم پرداخت .

فناوريبي سيم مدتهاست که مورد استفاده قرار مي گيرد . برقراري ارتباط تلفن همراه ، و يا بين المللي و نيز برقراري ارتباط بين يگانهاي نظامي گوشه اي از اين فناوري است . اما تبادل اطلاعات از يک محل به محل ديگر دسترسي جديدي در دنياي بدون سيم فراهم آورده و هر روز بر دامنه کاربران آن افزوده مي شود .

1- تشريحي بر شبکه هاي بي سيم و کابلي :
شبکه هاي محلي (LAN) براي خانه و محيط کار مي توانند به دو صورت کابلي (Wired) يا بي سيم (Wireless) طراحي کردند . در ابتدا اين شبکه ها به روش کابلي با استفاده از تکنولوژي Ethernet طراحي مي شدند . اما اکنون با روند رو به افزايش استفاده از شبکه هاي بي سيم با تکنولوژي Wi-Fi مواجه هستيم .
در شبکه هاي کابلي ( که در حال حاضر بيشتر با توپولوژي ستاره اي مي روند ) بايستي از محل هر ايستگاه کاري تا دستگاه توزيع کننده (هاب يا سوئيچ)

بصورت مستقل کابل کشي صورت پذيرد ( طول کابل از نوع CAT5 نبايستي 100 متر بيشتر باشد در غير اين صورت از فيبر نوري استفاده ميگردد ) که تجهيزات بکار رفته از رو نوع غير فعال (Passive ) مانند کابل ، پريز ، داکت ، پنج پنل و ....... . فعال (Active ) مانند ، هاب ، سوئيچ ، روتر ، کارت شبکه و ......... هستند .
مؤسسه مهندسي IEEE استانداردهاي 802.3u را براي Fast Ethernet و 802.3ab و 802.3z براي Gigabit Ethernet ( مربوط با کابلهاي الکتريکي و نوري ) در نظر گرفته است .

شبکه هاي بي سيم نيز شامل دستگاه مرکزي (Access Point ) مي باشد که هر ايستگاه کاري مي تواند حداکثر تا فاصله 30 متري آن ( بدون مانع ) قرار گيرد . شبکه هاي بي سيم (Wlan) يکي از سه استاندارد ارتباطي Wi-Fi زير را بکار
مي برند :

802.11b که اولين استانداردي است که به صورت گسترده بکار رفته است .
802.11a سريعتر اما گرانتر از 802.11b مي باشد .
802.11g جديدترين استاندارد که شامل هر دو استاندارد قبلي بوده و از همه گرانتر مي باشد .
هر دو نوع شبکه هاي کابلي و بي سيم ادعاي برتري بر ديگري را دارند اما انتخاب صحيح با در نظر گرفتن قابليت هاي آنها ميسر مي باشد .

عوامل مقايسه :
در مقايسه شبکه هاي بي سيم و کابلي مي تواند قابليتهاي زير را مورد بررسي قرار گيرد :
• نصب و راه اندازي
• هزينه
• قابليت اطمينان
• کارائي
• امنيت

نصب و راه اندازي
در شبکه هاي کابلي بدليل آنکه به هر يک از ايستگاه هاي کاري بايستي از محل سوئيچ مربوطه کابل کشيده شود با مسائلي همچون سوراخکاري ، داکت کشي ، نصب پريز و...... مواجه هستيم در ضمن اگر محل فيزيکي ايستگاه مورد نظر تغيير يابد بايستي که کابل کشي مجدد و....... صورت پذيرد .
شبکه هاي بي سيم از امواج استفاده نموده و قابليت تحرک بالائي را دارا هستند بنابراين تغييرات در محل فيزيکي ايستگاههاي کاري به راحتي امکان پذير مي باشد براي راه اندازي آن کافيست که از روشهاي زير بهره برد :

- AD hoc که ارتباط مستقيم يا همتا به همتا ( Peer peer to ) تجهيزات را با يکديگر ميسر مي سازد .
- Infrastrure که باعث ارتباط تمامي تجهيزات با دستگاه مرکزي مي شود .
بنابراين مي توان دريافت و راه اندازي شبکه هاي کابلي يا تغييرات در آن بسيار مشکتر نسبت به مورد مشابه يعني شبکه هاي بي سيم است .

هزينه :
تجهيزاتي همچون هاب ، سوئيچ يا کابل شبکه نسبت به موردهاي مشابه در شبکه هاي بي سيم ارزانتر مي باشد اما در نظر گرفتن هزينه هاي نصب و تغييرات احتمالي محيطي نيز قابل توجه است . قابل به ذکر است که با رشد روز افزون شبکه هاي بي سيم ، قيمت آن نيز در حال کاهش است .

قابليت اطمينان :
تجهيزات کابلي بسيار قابل اعتماد مي باشند که دليل سرمايه گذاري سازندگان از حدود بيست سال گذشته نيز همين مي باشد ، فقط مي بايستي در موقع نصب و يا جا به جايي، اتصالات با دقت کنترل شوند .

تجهيزات بي سيم ، همچون Broadband arouter مشکلاتي مانند قطع شدن هاي پياپي ، تداخل امواج الکترو مغناطيس ، تداخل با شبکه هاي بي سيم مجاورو.... را داشته اند که روند رو به تکامل آن نسبت به گذشته ( مانند 802.11g ) باعث بهبود
در قابليت اطمينان نيز داشته است .

کارائي :
شبکه هاي کابلي داراي بالاترين کارايي هستند در ابتداي پهناي باند 10Mbps سپس به پهناي باندهاي بالاتر (100Mbps و 1000Mbps ) افزايش يافتند و حتي در حال حاضر سوئيچهايي با پهناي باند 1Gbps نيز ارائه شده است .

شبکه هايبي سيم با استاندارد 802.11b حداکثر پهناي باند 11Mbps و با 802.11a و 802.11g پهناي باند 54Mbps را پشتيباني مي کند ، حتي در تکنولوژي هاي جديد اين روند با قيمتي نسبتاً بالاتر به 108 Mbps نيز افزايش داده شده است . علاوه بر اين کارائي Wi-Fi نسبت به فاصله حساس مي باشد يعني حداکثر کارائي با افزايش فاصله نسبت به Access Point پايين خواهد آمد . اين پهناي باند براي به اشتراک گذاشتن اينترنت يا فايلها کافي بوده اما براي برنامه هايي که نياز به رد و بدل اطلاعات زياد بين سرور و ايستگاه هاي کاري (Client to Server ) دارند کافي نيست .

امنيت :
به دليل اينکه در شبکه هاي کابلي که به اينترنت هم متصل هستند ، وجود ديواره آتش از الزامات است و تجهيزاتي مانند هاب يا سوئيچ به تنهايي قادر به انجام وظايف ديواره آتش نمي باشند ، بايستس در چنين شبکه هايي ديواره آتش مجزايي نصب شود .

تجهيزات شبکه هاي بي سيم مانند Broadband Router ديواره آتش به صورت نرم افزاري وجود داشته و تنها بايستس تنظيمات لازم صورت پذيرد . از سوي ديگر به دليل اينکه در شبکه هاي بي سيم از هوا به عنوان رسانه انتقال استفاده مي شود ، بدون پياده سازي تکنيک هاي خاصي مانند رمز گذاري ، امنيت اطلاعات به طور کامل تأمين نمي گردد . استفاده از رمز گذاري (Wired Equivalent Privacy ) WEP باعث بالا رفتن امنيت در اين تجهيزات گرديده است.

انتخاب صحيح کدام است ؟
با توجه به بررسي و آناليزمطالبي بالا بايد تصميم گرفت که در محيطي که اشتراک اطلاعات وجود دارد و نياز به ارتباط احساس مي شود کدام يک از شبکه هاي بي سيم و کابلي مناسبتر به نظر مي رسند .

جدول زير خلاصه اي از معيار هاي در نظر گرفته شده در اين مقاله مي باشد . بعنوان مثال اگر هزينه براي صاحب شبکه مهم بوده و نياز به استفاده از حداکثر کارائي را دارد ولي پويايي مهم نمي باشد بهتر است از شبکه کابلي استفاده کرد . [1 ] جدول زير مقايسه اي جهت انتخاب ارائه مي دهد .
نوع سرويس شبکه هاي کابلي شبکه هاي بي سيم
نصب و راه اندازي نسبتاً مشکل آسان
هزينه کمتر بيشتر
قابليت اطمينان بالا متوسط
کارائي خيلي خوب خوب
امنيت خوب نسبتاً خوب
پويايي حرکت محدود پوياتر

2- شبکه هاي بي سيم:
شبکه هاي بدون سيم از تکنولوژِ انتقل راديويي استفاده مي کنند و نياز است کاربران براي استفاده از اين شبکه ها به تجهيزات مربوط مجهز باشند . شبکه سازي بدون سيم هم به صورت محلي و گسترده ايجاد مي شود با اين تفاوت که با آنها شبکه محلي بي سيم و يا شبکه گسترده بي سيم اطلاق مي شود . تکنولوژي Wireless به سرعت در حال پيشرفت است و نقش کليدي را در زندگي ما در سرتاسر دنيا ايفا مي کند.

ارتباطات راديويي :
خانواده ارتبا طات راديويي بسيار گسترده است . شيوه هاي مختلف نيز در شبکه سازي بدون سيم مورد استفاده قرار مي گيرد که در ذيل به آنها اشاره مي کنيم .

1- RF ( Radio Ferequency ) : که به فرکانس غامواج راديويي مشهور است . در اين روش شبکه بين محدود 10 کيلوهرتز تا چند گيگابايت قرار مي گيرد . آنتن هاي که اين امواج را انتقال مي دهند ممکن است به صورت تمام جهتي و يا جهتي خاص استفاده شود . شعاع انتشار اين امواج بسيار زياد است که البته براي نقاط دورتر امواج تقويت مي شود . ديتا در اين روش با سرعت 1 تا 11 مگابايت در ثانياً انتقال مي يابد که ارتباطات در اين محدوده نيازي به مجوز ندارد و تجهيزات ارتباطي نيز بصورت گسترده فراهم مي باشد .

2- Microwave : مايکروويو شيوه ديگري از بي سيم مي باشد . امواج مايکروويو تنها از يک جهت منتشر مي شوند . سرعت انتقال متغير بوده و از يک تا دو مگابايت بر ثانيه مي باشد . ماکروويو شديداً تحت تأثير اتمسفر و نواسانات جوي نظير رعد و برق قرار دارند . اين سيستم ها در دو نوع زميني و ماهواره اي موجود بوده و از آنتن هاي بشقابي دو طرفه براي رله امواج در نوع زميني استفاده مي شود . براي استفاده از تجهيزات ماکروويو نيز به اخذ مجوز است .
3- IR : يا مادون قرمز نوع ديگري از امواج راديويي است . اين امواج از طريق ديودهاي نور گسيل LED و يا ليزري ILD توليد مي شود . فرکانس امواج مادون قرمز بالا است ، لذا سرعت انتقال ديتا از 1 تا 16 مگابايت در ثانيه

مي باشد.

مزيت استفاده از شبکه هاي Wireless :
در شبکه سازي بدون سيم هزينه اي صرف کابل کشي هم محور يا به هم تابيده شده و نيز فيبر نوري نمي شود . بلکه تنها از فرکانس راديويي يا RF استفاده مي شود . نکته ي ديگر اينکه شبکه هاي بدون سيم انعطاف پذيري بيشتر نسبت به شبکه هاي کابلي دارند و نيز وقت کمتري صرف احداث آن شده و نگهداري آن بسيار آسان و با صرفه است. اما مزيت اصلي شبکه ها بي سيم قابليت تحرک کاربران است .

مشکلات استفاده از شبکه هاي Wireless :
اگر شبکه هاي Wireless بدون مشکل بودند ، حتماً تا به حال جا نشين شبکه هاي کابلي شده و آنها را از دور رقابت خارج مي کردند . ولي مانند هر پديده ي ديگر ، در برابر مزايايي که دارند ، مشکلاتي نيز دارند :

1. يکي از مهمترين اين مشکلات سرعت انتقال داده در اين شبکه هاست . در متداولترين شبکه هاي کابلي ، نرخ ارسال اطلاعات 100Mbps است و البته شبکه هايي با سرعت 1000Mbps (Eternet Gigabit ) نيز در بازار وجود دارند ولي به علت قيمت زياد تجهيزات اين شبکه ها ، از آنها در موارد خاص استفاده ميشود . اما جديدترين شبکه هاي Wireless داراي سرعت 108Mbps است . اندازه ي اين سرعت تابع شرايط مختلفي از جمله امواج راديويي مزاحم ، وجود نقاط کور در شبکه محيط ، توان فرستنده هاي Wireless ، تعداد کاربران شبکه و عدم استفاده از Protocol هاي امنيتي در شبکه است .
2. مسئله ي ديگر امنيت در شبکه هاي Wireless است . اين شبکه ها خيلي آسانتر از شبکه هاي کابلي مي توانند مورد دستبرد قرار بگيرند . استانداردهاي جديد روشهاي کد گذاري سرعت انتقال اطلاعات را کاهش مي دهد .

3. در شبکه هاي Wireless براي انتقال اطلاعات از امواج راديويي استفاده مي شود . بنابراين اين شبکه ها تمام مشکلات مربوط به استفاده از امواج راديويي را نيز خواهند داشت .

مشکلات مربوط به امواج راديويي :
1. وجود نويز در محيط : منظور از نويز در محيط هر موج راديويي است که با امواج راديويي مورد نظر ما همراه است و پيدا کردن موج مورد نظر را دشوار مي سازد .
2. تداخل امواج راديويي : از آنجائيکه بعضي از تجهيزات الکترونيکي از امواج راديويي استفاده مي کنند ، تداخل اين امواج مي تواند عملکرد اين تجهيزات را مختل کند. متأسفانه فرکانس تلفن هاي بي سيم و اجاق هاي ماکروويو با فرکانس مورد استفاده بعضي از تجهيزات شبکه Wireless يکسان است و اين تلفن ها و اجاق ها مي توانند تداخل امواج راديويي ايجاد کنند که اولين نتيجه آن کاهش سرعت انتقال اطلاعات است .

3. تضعيف امواج راديويي : اشکال ديگر امواج راديويي ، انعکاس اين امواج در برخورد به اشياء است . وقتي موج راديويي به يک شئ بر مي خورد ، انعکاسي توليد مي کند و گيرنده ي راديو ييموج اصلي را به همراه موج منعکس شده با هم دريافت مي کند ، انرژي خود را از دست مي دهد و به شدت تضعيف مي شود.

ابزارهاي جانبي در شبکه هاي Wireless :
هر شبکه ي رايانه اي به نسبت گستردگي خود از ابزارهاي مختلف براي حفظ کيفيت داده ها در مسير انتقال استفاده مي کنند . در شبکه هاي بدون سيم نيز ابزارهاي گوناگون اين فعاليت را بر عهده دارد .

1- Repeater : يا تکرار کننده که يک نوع تقويت کننده سيگنال تضعيف شده است . از اين وسيله براي تقويت سيکنال ارسال جهت ارسال به فاصله دور مورد استفاده قرار مي گيرد . تکرار کننده ها معمولاً در لايه ي فيزيکي OSI قرار مي گيرند و سيکنال ضعيف شده را از يک قسمت شبکه دريافت و سپس از تقويت آن را از قسمت ديگر ارسال مي کنند .

2- HUB : هاب مسئوليت ارسال سيکنال ها را به قسمت هاي ديگر شبکه بر عهده دارد. هاب ها در دو نوع فعال و غير فعال مورد استفاده قرار مي گيرند . هاب غير فعال فقط به عنوان اتصال دهنده مورد استفاده قرار مي گيرد و هيچ گونه عمليات توليد مجدد سيکنال را بر عهده ندارد . در اين صورت هنگامي که سيکنالي ارسال مي شود تمام کامپيوتر هاي ديگر آن را دريافت خواهند کرد . نوع فعال همانند هاب غير فعال عمل

مي کند ، با اين تفاوت که در هاب هاي فعال سيکنال توليد شده تقويت مي شود و سپس ارسال مي گردد . اما يک اشکال در هاب هاي فعال وجود دارد که به مجرد تقويت سيکنال نويز نيز تقويت شده و به شبکه انتقال پيدا مي کند .

3- سوئيچ ها که وظيفه اتصال قسمت هاي مختلف شبکه را به يکديگربر عهده دارد .
4- پل ها که تمام خواص يک تکرار کننده را در خود دارد و مي تواند بخش هاي خاصي از شبکه را که از روش هاي دسترسي متفاوت استفاده مي کنند را به هم وصل کند .

5- مسير ياب ها هم که وظيفه انتخاب بهترين مسير را براي ارسال بسته هاي داده اي در شبکه بر عهده دارد .
6- دروازه که عهده دار اتصال شبکه هايي است که از نظر معماري کاملاً متفاوت هستند. معمولاً دروازه ها روي کامپيوتر ها ي سرور اختصاصي نصب مي شود .

تقسيم بندي سيستم هاي Wireless :
• سيستم Wireless ثابت : از امواج راديويي استفاده مي کتد و خط ديد مستقيم براي برقراري ارتباط لازم دارد . بر خلاف تلفن هاي همراه و يا ديگر دستگاه هاي Wireless ، اين سيستم ها از آنتن هاي ثابت استفاده مي کنند و به طور کلي مي توانند جانشين مناسبس براي شبکه هاي کابلي باشند و مي توانند براي ارتباطات پر سرعت اينترنت و يا تلوزيون مورد استفاده قرار گيرند . امواج راديويي وجود دارند که مي توانند اطلاعات بيشتري را انتقال دهند و در نتيجه از هزينه ها مي کاهند .