مقاله در مورد تکنولوژی WLAN

بخشی از مقاله

تكنولوژي WLAN

ميتوان گفت در حالت كلي 2 نوع فن آوري براي ارسال اطلاعات در شبكه هاي WLAN وجود دارد كه عبارتند از :‌ فن آوري مادون قرمز(IR ) و فن آوري فركانس راديويي(RF ) .
(INFRARED(IR :
اين روش براي ارسال اطلاعات در يك فضاي بسته مناسب است زيرا پرتوهاي مادون قرمز نمي توانند از ديوارها وموانع عبور كنند در اين فناوري فرستنده و گيرنده بايد نسبت به هم ديد مستقيم داشته باشند . يكي از فناورهايي كه مي توان گفت مكمل اين فناوري مي باشد روش پخش كردن IR يا فن آوري مادون قرمز انتشاري مي باشد . اين فن آوري ميتواند در محيطهايي كه موانعي مثل ديوار وغيره دارند كارايي داشته باشد . امنيت در اين روش بسيار بالا مي باشد وسرعتي معادل 100 مگا بايت در ثانيه را پشتيباني مي نمايد . قدرت كم و هزينه كم اين تكنولوژي باعث شده است تا بازه كوچكي از شبكه ها را دربرگيرد .

فركانس راديويي
حركت كردن الكترونها در يك رسانه باعث توليد امواج الكترو مغناطيسي ميشود . فركانس امواج راديويي بين 10 تا 10 هرتز مي باشد . مزيت اين روش نسبت به روش IR اين مي باشد كه به علت راديويي بودن امواج مي تواند از بين ديوارها وساختمانها عبور كرده و در فضا منتشر شود .
ويژگيهاي فركانس راديويي:
1 - فركانس : به تعداد نوسانات كامل يك موج در ثانيه فركانس گويند و با واحد هرتز اندازه گيري مي نمايند.
2- طول موج : به فاصله بين 2 نقطه ماكزيمم متوالي يك موج و يا فاصلهاأي كه در يك نوسان كامل طي ميشود طول موج گويند و با واحد متر اندازه گيري مي نمايند .
3- سرعت انتشار : امواج راديويي در خلاء با سرعت نور يعني 10×3 متر بر ثانيه منتشر ميشوند .
دو نوع سيگنال RF براي ارسال اطلاعات مورد استفاده قرار ميگيرد كه عبارتنداز :
1- سيگنالهاي باند باريك NARROW BAND
2- سيگنالهاي طيف گسترده
در اين تكنولوژي اطلاعات بر روي دامنه أي از فركانس ها ارسال مي شود . اين فن آوري يكي از متداول ترين فن آوريها براي شبكه هاي WLAN ميباشد . در اين روش اطلاعات در فركانسهاي گوناگون ارسال ميشود و همين امر باعث ميشود تا نويز پذيري سيگنال در اين روش به حد اقل برسد . در ضمن سيگنال طيف گسترده را نمي توان به سادگي تخريب كرد . همچنين اين سيگنال توسط ساير سيگنالها گسسته نميشود .
استاندارد802.11

در تاريخ 26 جوئن 1997 به عنوان اولين استاندارد بين المللي شناخته شده براي WLAN از طرفIEEE بوجود آمد . اين استاندارد شامل 3 استاندارد است . 2 استاندارد براي طيف گسترده و يكي براي مادون قرمز .
اين استاندارد لايه فيزيكي و زير لايهMAC از لايه انتقال اطلاعات درمدل OSI را در بر ميگيرد پروتكلي كه اين استاندارد براي لايه MAC معرفي كرده است CSMA/CA ميباشد كه مشابه پرتكلA/CD در استاندارد IEEE 802.3 ميباشد .

استاندارد 802.11 خود به چند استاندارد مختلف تقسيم ميشود كه عبارتند از :
802.11a ------- 802.11b ------- 802.11b+ ------- 802.11g

مزاياي استاندارد 802.11b+ :

مزاياي استاندارد 802.11g :

مزاياي استاندارد 802.11g,a :

مقايسه اين استانداردها در جدول زير آمده است .

چنانچه از جدول نيز مشخص است استاندارد802.11a با سرعت 54-72Mbps ( در مد Turbo در سرعت 72 ) روي فركانس 5GHZ كار ميكند .
استاندارد 802.11b با سرعت 11 Mbps و روي فركانس GHZ 24 كار ميكند .
استاندارد 802.11b+ با سرعت 22 Mbps و روي فركانس 2ارد 802.11b كار ميكنند سازگار باشد .
در ضمن 256 بيت را نيز به عنوانcryption شامل ميشود .
استاندارد هاي ديگري نيز به عنوان استاندارد دوگانه مطرح ميباشند كه تمامي استاندارد هاي مذكور را در بر ميگيرند مثل استاندارد 802.11a/b/g كه با سرعت 11-54 Mbps روي فركانس 24 GHZ/5GHZ كار ميكند.

مزيت دستگاههايي كه داراي اين استاندارد ميباشند بر اين است كه ميتوانند با دستگاههايي كه روي استاندارد هاي مختلف كار ميكنند سازگار باشند .
لايه فيزيكي در 802.11
تمام پنج تكنيك انتقال راديويي ، اين امكان را فراهم كرده اند كه يك فريم MAC از ايستگاهي به ايستگاه ديگر منتقل شود. تفاوتهاي آنها در تكنولوژي به كار رفته و سرعت قاب حصول آنهاست . پرداختن به جزئيات اين روشها از حوصله اين پروژه خارج است وليكن چند كلمه صحبت در مورد آنها و بخصوص معرفي كلمات كليدي آن مي تواند به علاقمندان كمك كند تا بتواند براي كسب آگاهي بيشتر ، در اينترنت يا مراجع ديگر جستجوكنند. در گزينه امواج مادون قرمز از امواج پخشي با طول موج 85% يا 95% ميكرون بهره گرفته شده است .
در اين روش سرعتهاي 1 و 2 مگابيت در ثانيه مجاز مي باشد. در نرخ 1Mbps از روش كدينگ خاصي به نام Gray code استفاده شده كه در آن گروه هاي 4 بيتي به يك كلمه كد 16 بيتي تبديل مي شوند به نحوي كه در اين كلمه 16 بيتي تنها يك بيت 1 و پانزده بيت وجود دارد اين كد داراي اين ويژگي اساسي است كه خطائي كوچك در سنكرونيزاسيون زمان ، در سرعت 2Mbps ، دو بيت اخذ و يك كد چهار بيتي توليد مي شود كه در آن تنها يك بيت 1 وجود دارد.يعني هر دو بيت به يكي از چهار حالت 1000,0100,0010,0001 نگاشته مي شود . سيگنال هاي مادون قرمز نمي توانند در موانعي مثل ديوار نفوذ كنند لذا سلولهائي كه در اتاقهاي مختلف ايجاد مي شود كاملاً از هم جدا و تفكيك شده هستند . عليرغم اين ، بدليل نرخ ارسال پائين و اين حقيقت كه نور خورشيد ، امواج مادون قرمز را در هود غرق ومحو مي كند از اين گزينه استقبال چنداني نشد.
درFHSS از 79 كانال مستقل استفاده شده كه هر يك از اين مانالها 1 MHz پهناي باند دارند و از پائينترين فركانس باند 2.4 GHz ISM شروع مي شوند. براي مشخص كردن دنباله فركانسهائي كه بايد بدانها پرش شود از يك مولد اهداد شبه تصادفي استفاده شده است . ماداميكه تمام ايستگاه ها در الگوريتم مولد اعداد از نقطه شروع يكساني استفاده كنند و از لحاظ زماني با هم سنكرون باشند همگي بطور همزمان به فركانسهاي يكساني پرس خواهند كرد .
مدت زماني كه ايستگاه ها در يك فركانس خاص باقي مي مانند اصطلاح زمان توقف ناميده مي شود و پارامتري قابل تنظيم است وليكن بايد كمتر از 400 ميلي ثانيه باشد. استفاده تصادفي از باند هاي فركانس هاي ، روش مناسبي براي تخصيص كانال بروشي غير معمول در باند ISM است . اين ويژگي كم و بيش به امنيت اطلاعات كمك خواهد كرد چرا كه اگر يك اخلالگر ترتيب پرشهاي فركانس يا پارامتر زمان توقف را نداند ، نمي تواند اطلاعات كانال را استراق سمع كند . در فواصل

دور، محو شدگي سيگنال بدليل چند مسيره شدن سيگنال اشكال عمده اي به حساب مي آيد و خوشبختانه FHSS در مقابله با اين مشكل ، موفق عمل ميكند . همچنين اين روش نسبت به تداحل راديوئي ، نسبتاً حساس نيست و براي ايجاد لينك بين ساختمانها بسيار مناسب خواهد بود . بزرگترين اشكال اين روش پهناي باند كم آنست (1Mbps ) سومين روش مدولاسيون يعني DSSS نيز به يكي از نرخهاي 1 يا 2 مگابيت بر ثانيه محدود شده است . تكنيك به كار رفته در DSSS تا حدودي مشابه به سيستم CDMA است. هر بيت در قالب يازده تراشه ارسال مي شود كه به

دنباله باركر مشهور است . در اين روش از مدولاسيون تغيير فازt با نرخ تغيير 1Mbaud استفاده شده كه وقتي در نرخ 1Mbps عمل مي كند در هر تغيير فاز يك بيت ولي وقتي در نرخ 2 Mbps عمل مي كند در هر تغيير فاز ، دو بيت منتقل مي گردد.
براي سالهاي متمادي سازمان fcc سازمان تخصيص فركانس فقط اجازه مي داد كه تجهيزات مخابرات بي سيم در ايالات متحده ، صرفاً از باند ISM و طيف گسترده استفاده كنند ولي ظهور تكنولوژيهاي جديد به لغو اين قانون در سال 2002 انجاميد.
اولين شبكه محلي بي سبم پر سرعت يعني 802.11a با بهره گيري از مدولاسيون OFDM در باند فركانسي 5-GHz عمل مي كرد تا به سرعت 54Mbps دست يابد . اگر بخواهيم با استعارات FDM سخن بگوئيم ، در OFDM از 52 زير كانال فركانسي استفاده شده كه 48 تا از آنها براي داده و 4 تا براي سنكرونيزاسيون كاربرد دارد و بي شباهت به ADSL نيست . از آنجايي كه ارسال بطور همزمان بر روي فركانسهاي متفاوتي انجام ميشود لذا اين روش گونه اي از روشهاي مبتني بر طيف گسترده محصوب مي شود وليكن با روشهاي CDMA يا FHSS كاملاً متفاوت است . تقسيم سيگنال به تعداد بسيار زيادي باند باريك در مقايسه با استفاده از يك باند باريك و امكان استفاده از باندهاي غير مجاز اشاره كرد. در اين روش از سيستم كدينگ پيچيده اي ميتني بر مدولاسيون تغيير فاز براي سرعت زير 18Mbps و مدولاسيون QAM براي سرعت هاي بالاتر استفاده شده است .
در سرعت 54 Mbps ، 216 بيت داده به سمبول هاي 288 بيتي كد مي شود . بخشي از انگيزه هاي حلق OFDM سازگاري آن با سيستم اروپائي HiperLAN/2 بوده است .
(Doufexi et al .,2002)
اين روش داراي كارائي بسيار بالائي در استفاده از طيف فركانسي بوده و ايمني خوبي در مقابل پديده محو شدگي ناشي از مسيرهاي چندگانه دارد.
نهايتاً به HR-DSSSمي رسيم كه روشي ديگر مبتني بر تكنيك طيف گسترده است و با به كارگيري 11 million chips/sec به نرخ ارسال يازده مگابيت در ثانيه رسيده است اين روش 802.11b ناميده شده وليكن دنباله روي 802.11a نبوده است . در اين روش از نرخهاي 1و5/5،2 و 11 مگابيت در ثانيه حمايت مي شود. دو نرخ ارسال پائين يعني 1 و 2 مگابيت بر ثانيه به ترتيب از سيگنالي با نرخ تغيير 1mbaud/sec بهره مي گيرد يعني در هر تغيير فاز بهره گرفته شده است . براي نرخ ارسال سريعتر 5/5 و 11 مگابيت بر ثانيه از سيگنالي با نرخ 1.375 mbaud/sec استفاده شده و در

هرتغيير به ترتيب 4 يا 8 بيت كد مي شود كدها از نوع Walsh/Hadamard هستند . نرخ ارسال به صورت پويا و در خلال عمليات شبكه تعيين مي شود تا سرعت بهينه بر اساس شرايط فعلي حاكم بر شبكه شامل نويز محيط و بار تنظيم گردد. در عمل ، سرعت شبكه 802.11B تقريبا هميشه 11 Mbps است اگر چه سرعت 802.11b از سرعت 802.11a كمتر مي باشد وليكن برد اين شبكه حدوداً هفت برابر بيشتر است كه اين ويژگي در بسيار از محيطها اهميت بسزائي دارد.
نسخه بهبود يافته 802.11b يعني 802.11g ، در نوامبر سال 2001 پس از كشمكش فراروان بر سر آنكه از كدام تكنولوژي استفاده شود) به تائيد IEEE رسيد . اين استاندارد از مدولاسيون OFDM به كار رفته در 802.11a بهره مي گيرد وليكن مثل 802.11b در باند 2.4GHz عمل مي كند.
از نظر تئوري اين سيستم مي تواند در سرعت 54 Mbps عمل كند، وليكن هنوز روشن نيست كه آيا اين سرعت در عمل نيز محقق خواهد شد يا خير . بدين ترتيب كميته 802.11 سه شبكه محلي پ
وظايف لايه فيزيكي در شبكه WLAN بطور كلي بصورت زير ميباشد .
1-مدولاسيون و كد دهي : اطلاعات ابتدا مدوله شده و سپس به مقصد ارسال ميشوند .
2- پشتيباني از سرعت هاي مختلف براي مبادله داده ها
3- كانال را حس كند تا بفهمد كه آيا اشغال است يا خير
4- اطلاعات را ارسال و دريافت كند .
ايجاد شبكه هاي بي سيم در پهناي باند مورد نظر بر اساس يك سري از تكنولوژي هاي ارتباطي خاص صورت مي گيرد
1- FHSS :
همانگونه كه از نام آن پيداست سيگنالهاي داده را به چندين فركانس گسسته تقسيم ميكنند .
FHSS يا استاندارد 802.11 : مشخصه بارز اين روش در اين است كه يك باند حامل فركانس ارسالي را همواره در يك بازه مشخص تغيير ميدهد . واين باعث ميشود كه شبكه هاي بي سيم ديگر كه در محيط وجود دارد تداخلي با شبكه ما به وجود نياورد .
FHSS : نسبت به نويز محيط از مصونيت بالايي برخوردار است زيرا ازكانالهاي مختلف براي ارسال اطلاعات استفاده ميكند . يعني هر زمان كه يكي از كانلها داراي نويز شد FHSS ميتواند اطلاعات آن كانال را مجددا از طريق كانال ديگري ارسال نمايد جدول فركانسها وكاناهاي FHSS در زير آمده است .
Frequency in GHz Channel No
2.402 2
2.403 3
2.404 4

0
0
0
2.48 80
(پهناي باند در روش FHSS و 3 MB PS مي باشد وتا فاصله تغريبي 320 متر را تحت پوشش قرار مي دهد ) در ضمن چنانچه از جدول پيداست اين روش از فركانس 2.4 GHZ براي انتقال اطلاعات استفاده ميكند .
2- DSSS

در اين روش بيت داده ها را به 3 فركانس مختلف در فركانس 2.4 تقسيم ميكنند كه هركدام از اين قسمتها الگويي از بيتها مي باشد كه به آنها Chip ميگويند . براي اينكه بتوانيم بيتهاي Chip را توليد كنيم هر قسمت از اطلاعات به الگويي از بيتها تبديل مي كنيم و با كدهاي شبه تصادفي مي كنيم . نتيجه عمليات Xor بيتهاي Chip را به ما ميدهد.

اين روش منجر به مدولاسيوني با سرعت بالا خواهد شد زيرا فرستنده Chip ها را بر روي وسيعتري از فركانس ارسال ميكند . درضمن در سمت گيرنده نيز عمليات دقيقا برعكس جهت رم

ز گشايي اطلاعات روي همان كد شبه تصادفي انجام مي پذيرد . هر چه تعداد تقسيمات يك بيت به چند بخش بيشتر باشد باند فركانس نيز افزايش خواهد يافت استاندارد IEE802.11 توصيه ميكند كه هربيت شامل 11 قسمت ميباشد

روش DSSS ميتواند دو روش مدولاسيون را پشتيباني نمايد :
الف )DBPSK : اين روش براي انتقال اطلاعات با پهناي باند 1 مگا بايت بر ثانيه مورد استفاده قرار مي گيرد.
ب )QPSK: اين روش براي انتقال اطلاعات با پهناي باند 2 مگا بايت بر ثانيه مورد استفاده قرار مي گيرد .
هرچه طول Chip بيشتر باشد احتمال دستيابي به اطلاعات كمتر وامنيت بيشتر خواهد بود .
تجهيزات
تجهيزات يك شبكه بي سيم شامل موارد زير ميباشد:
1- كارت
2- نقطه دسترسي
3- پل واسط
4- آنتنهاي معمول

1.كارت

براي اتصال كامپيوترهاي سرويس دهنده و سرويس گيرنده به شبكه بي‌سيم مورد استفاده قرار ميگيرند و داراي استانداردهاي صنعتي مختلفي ميباشند و در دو قالب ISA و PCMCIA موجود ميباشند.

2. نقطه دسترسي:
اين يك Hub68 بيسيم هوشمند است. Access Point با ترافيك داده بي‌سيم مديريت ميشود و ارتباطات بين شبكه‌هاي بي‌سيم و دريافت كننده هاي بي‌سيم و شبكه هاي سيمي را برقرار ميكند. يك شبكه كامل بي‌سيم ميتواند فقط از Access Point و Client ها تشكيل گردد. شبكه اي كه با استقاده از Access Point تشكيل ميشود را زير بنا گويند.
Access Point داراي يك پورت اترنت ميباشد كه با سرورها از اين طريق ارتباط برقرار ميكند ولي با Portable Device ها و Client ها با استفاده از بيسيم و آنتن ارتباط برقرار ميكند. حداكثر برد يكAccess Point ‏ 100 متر ميباشد.

3.پل واسط Bridge:
به طور بي‌سيم ، ارتباط چندين LAN ياWLAN را برقرار ميكند.اين وسيله از آنتن براي برقراري ارتباط در مسافتهاي دور استفاده ميكند. اتصال شبكه‌هاي بيسيم در بين ساختمانها و يا ارتباط اطلاعاتي بين ساختمانها و Access Point از موارد استفاده از Bridge ميباشد و به صورت نقطه به نقطه ويا چند كاربره استفاده ميشود.

4.آنتنهاي معمول:
سيگنالهاي شبكه‌هاي بيسيم بايد يك سري خصوصياتي داشته باشند و با يك قالب خاص و در يك محدوده فركانسي مشخصي ايجاد شوند.
شكل آنتنهاي معمولي در شبكه هاي بي سيم محلي

5. تقويت كننده سيگنال :
براي مسافتهاي طولاني ممكن است به چندين تعداد از اين تجهيزات براي تقويت سيگنالهاي راديوئي نياز داشته باشيم. تقويت كننده ها بر روي خط مابين Access Point و يا Bridge و آنتن‌ها گذاشته ميشوند.
6. نرم افزار :
نرم افزارها به منظور برقراري ارتباط بين PC Card ها و Access Point ها مورد استفاده قرار ميگيرند و استاندارد SNMP يا Simple Network Management Protocol را براي مديريت بر عمليات شبكه بي‌سيم بكار ميبرند.
توپولوژيهاي شبكه هاي بي سيم :
به طور كلي ميتوان گفت شبكه هاي بي سيم عمدتاّ 3 توپولوژي مختلفذ ميتوانند داشته باشند .
1- روش hoc-Ad
2- روش Infrastructure يا (basic service set )
3- روش پوششي
4- اتصال بي سيم
1- Ad- hoc
در اين توپولوژي كه مشابه توپولوژي Mesh در شبكه هاي سيمي ميباشد هر نود ميتواند با ساير نودها مستقيماّ در ارتباط باشد .

2- روش زير بنايي
در اين توپولوژي دستگاهي به نام Access point مطرح ميشود AP در واقع نقش يك شبكه سيمي را بازي ميكند و به عنوان يك مركز براي پخش امواج راديويي و سيگنال د

اده به ساير كامپيوتر ها در شبكه WLAN عمل ميكند .

در اين روش تعدادي AP به چند Node در شبكه در حال سرويس دهي ميباشند هر كامپيوتر كه بهترين ارتباط را با يك AP داشته باشد از آن AP سرويس ميگيرد و چنانچه يك كامپيوتر تغير محل دهد در مكان جديدي قرار گيرد AP خود را به نزديكترين AP تغيير ميدهد .

4- پل بيسيم
اين توپولوژي خود شامل 2 توپولوژي ميباشد :
الف) point to point در اين روش 2 bridge به صورت wireless دو شبكه LAN را به هم وصل ميكنند .در مواقعي كه بخواهيم شبكه LAN دوساختمان را به هم وصل كنيم از اين روش استفاده ميكنيم

ب) يك نقطه به چندين نقطه در اين روش يك نقطه به عنوان مركز قرار ميگيرد

و نقاط اطراف به عنوان نقاط راه دور روي پل هاي Wireless قرارميگيرند . در مواقعي كه بخواهيم شبكه LAN يك ساختمان مركزي را به چند ساختمان Remote متصل كنيم از اين روش استفاده ميكنيم.