متن کامل شبکه های بیسیم

تحقيق مربوط به درس: شبکه های کامپيوتری موضوع:شبکه های بی سيم

دبير مربوطه: آقای حسين شريفی

گردآورنده: مصطفی عبدی

مقطع تحصيلی:سوم کامپيوتر

هنرستان: آزادگان

مقدمه:

امروزه با بهبود عملكرد، كارايی و عوامل امنيتی، شبكه‌های بی‌سيم به شكل قابل توجهی در حال رشد و گسترش هستند و استاندارد IEEE 802.11 استاندارد بنيادی است كه شبكه‌های بی‌سيم بر مبنای آن طراحی و پياده سازی می‌شوند.

در ماه ژوئن سال 1997 انجمن مهندسان برق و الكترونيك (IEEE) استاندارد IEEE 802.11-1997 را به عنوان اولين استانداردِ شبكه‌های محلی بی‌سيم منتشر ساخت. اين استاندارد در سال 1999 مجدداً بازنگری شد و نگارش روز آمد شده آن تحت عنوان IEEE 802.11-1999 منتشر شد. استاندارد جاری شبكه‌های محلی بی‌سيم يا همانIEEE 802.11 تحت عنوان ISO/IEC 8802-11:1999، توسط سازمان استاندارد سازی بين‌المللی (ISO) و مؤسسه استانداردهای ملی آمريكا (ANSI) پذيرفته شده است. تكميل اين استاندارد در سال 1997، شكل گيری و پيدايش شبكه سازی محلی بی‌سيم و مبتنی بر استاندارد را به دنبال داشت. استاندارد 1997، پهنای باند 2Mbps را تعريف می‌كند با اين ويژگی كه در شرايط نامساعد و محيط‌های دارای اغتشاش (نويز) اين پهنای باند می‌تواند به مقدار 1Mbps كاهش يابد. روش تلفيق يا مدولاسيون در اين پهنای باند روش DSSS است. بر اساس اين استاندارد پهنای باند 1 Mbps با استفاده از روش مدولاسيون FHSS نيز قابل دستيابی است و در محيط‌های عاری از اغتشاش (نويز) پهنای باند 2 Mbpsنيز قابل استفاده است. هر دو روش مدولاسيون در محدوده باند راديويی 2.4 GHz عمل می‌كنند. يكی از نكات جالب توجه در خصوص اين استاندارد استفاده از رسانه مادون قرمز علاوه بر مدولاسيون‌های راديويی DSSS و FHSS به عنوان رسانهانتقال است. ولی كاربرد اين رسانه با توجه به محدوديت حوزه عملياتی آن نسبتاً محدود و نادر است. گروه كاری 802.11 به زير گروه‌های متعددی تقسيم می‌شود. شكل‌های 1-1 و 1-2 گروه‌های كاری فعال در فرآيند استاندارد سازی را نشان می‌دهد. برخی از مهم‌ترين زير گروه‌ها به قرار زير است:

- 802.11D: Additional Regulatory Domains
- 802.11E: Quality of Service (QoS)
- 802.11F: Inter-Access Point Protocol (IAPP)
- 802.11G: Higher Data Rates at 2.4 GHz
- 802.11H: Dynamic Channel Selection and Transmission Power Control
- 802.11i: Authentication and Security

كميته 802.11e كميته‌ای است كه سعی دارد قابليت QoS اِتـِرنت را در محيط شبكه‌های بی‌سيم ارائه كند. توجه داشته باشيد كه فعاليت‌های اين گروه تمام گونه‌های 802.11 شامل a، b، و g را در بر دارد. اين كميته در نظر دارد كه ارتباط كيفيت سرويس سيمی يا Ethernet QoS را به دنيای بی‌سيم بياورد.

كميته 802.11g كميته‌ای است كه با عنوان 802.11 توسعه يافته نيز شناخته می‌شود. اين كميته در نظر دارد نرخ ارسال داده‌ها در باند فركانسی ISM را افزايش دهد. باند فركانسی ISM يا باند فركانسی صنعتی، پژوهشی، و پزشكی، يك باند فركانسی بدون مجوز است. استفاده از اين باند فركانسی كه در محدوده 2400 مگاهرتز تا 2483.5 مگاهرتز قرار دارد، بر اساس مقررات FCC در كاربردهای تشعشع راديويی نيازی به مجوز ندارد. استاندارد 802.11g تا كنون نهايی نشده است و مهم‌ترين علت آن رقابت شديد ميان تكنيك‌های مدولاسيون است. اعضاء اين كميته و سازندگان تراشه توافق كرده‌اند كه از تكنيك تسهيم OFDM استفاده نمايند ولی با اين وجود روش PBCC نيز می‌تواند به عنوان يك روش جايگزين و رقيب مطرح باشد.

كميته 802.11h مسئول تهيه استانداردهای يكنواخت و يكپارچه برای توان مصرفی و نيز توان امواج ارسالی توسط فرستنده‌های مبتنی بر 802.11 است.

فعاليت دو كميته 802.11i و 802.11x در ابتدا برروی سيستم‌های مبتنی بر 802.11b تمركز داشت. اين دو كميته مسئول تهيه پروتكل‌های جديد امنيت هستند. استاندارد اوليه از الگوريتمی موسوم به WEP استفاده می‌كند كه در آن دو ساختار كليد رمز نگاری به طول 40 و 128 بيت وجود دارد. WEP مشخصاً يك روش رمزنگاری است كه از الگوريتم RC4 برای رمزنگاری فريم‌ها استفاده می‌كند. فعاليت اين كميته در راستای بهبود مسائل امنيتی شبكه‌های محلی بی‌سيم است.

اين استاندارد لايه‌های كنترل دسترسی به رسانه (MAC) و لايه فيزيكی (PHY) در يك شبكه محلی با اتصال بی‌سيم را دربردارد. شكل 1-3 جايگاه استاندارد 802.11 را در مقايسه با مدل مرجع نشان می‌دهد.

محيط‌های بی‌سيم دارای خصوصيات و ويژگی‌های منحصر به فردی می‌باشند كه در مقايسه با شبكه‌های محلی سيمی جايگاه خاصی را به اين گونه شبكه‌ها می‌بخشد. به طور مشخص ويژگی‌های فيزيكی يك شبكه محلی بی‌سيم محدوديت‌های فاصله، افزايش نرخ خطا و كاهش قابليت اطمينان رسانه، همبندی‌های پويا و متغير، تداخل امواج، و عدم وجود يك ارتباط قابل اطمينان و پايدار در مقايسه با اتصال سيمی است. اين محدوديت‌ها، استاندارد شبكه‌های محلی بی‌سيم را وا می‌دارد كه فرضيات خود را بر پايه يك ارتباط محلی و با بُرد كوتاه بنا نهد. پوشش‌های جغرافيايی وسيع‌تر از طريق اتصال شبكه‌های محلی بی‌سيم كوچك برپا می‌شود كه در حكم عناصر ساختمانی شبكه گسترده هستند. سيـّار بودن ايستگاه‌های كاری بی‌سيم نيز از ديگر ويژگی‌های مهم شبكه‌های محلی بی‌سيم است. در حقيقت اگر در يك شبكه محلی بی‌سيم ايستگاه‌های كاری قادر نباشند در يك محدودهعملياتی قابل قبول و همچنين ميان ساير شبكه‌های بی‌سيم تحرك داشته باشد، استفاده از شبكه‌های محلی بی‌سيم توجيه كاربردی مناسبی نخواهد داشت.

از سوی ديگر به منظور حفظ سازگاری و توانايی تطابق و همكاری با ساير استانداردها، لايهدسترسی به رسانه (MAC) در استاندارد 802.11 می‌بايست از ديد لايه‌های بالاتر مشابه يك شبكه محلی مبتنی بر استاندارد 802 عمل كند. بدين خاطر لايه MAC در اين استاندارد مجبور است كه سيـّاربودن ايستگاه‌های كاری را به گونه‌ای شفاف پوشش دهد كه از ديد لايه‌های بالاتر استاندارد اين سيـّاربودن احساس نشود. اين نكته سبب می‌شود كه لايهMAC در اين استاندارد وظايفی را بر عهده بگيرد كه معمولاً توسط لايه‌های بالاتر شبكه انجام می‌شوند. در واقع اين استاندارد لايه‌های فيزيكی و پيوند داده جديدی به مدل مرجع OSI اضافه می‌كند و به طور مشخص لايه فيزيكی جديد از فركانس‌های راديويی به عنوان رسانهانتقال بهره می‌برد. شكل1-4، جايگاه اين دو لايه در مدل مرجع OSI را در كنار ساير پروتكل‌های شبكه سازی نشان می‌دهد. همانگونه كه در اين شكل مشاهده می‌شود وجود اين دولايه از ديد لايه‌های فوقانی شفاف است

2.معماری شبكه‌های محلی بی‌سيم

معماری 802.11 از عناصر ساختمانی متعددی تشكيل شده است كه در كنار هم، سـّيار بودن ايستگاه‌های كاری را پنهان از ديد لايه‌های فوقانی برآورده می‌سازد. ايستگاه بی‌سيم يا به اختصار ايستگاه (STA)، بنيادی‌ترين عنصر ساختمانی در يك شبكه محلی بی‌سيم است. يك ايستگاه، دستگاهی است كه بر اساس تعاريف و پروتكل‌های 802.11 (لايه‌های MAC و PHY) عمل كرده و به رسانه بی‌سيم متصل است. توجه داشته باشيد كه براساس تعريف كلاسيكِ شبكه‌های كامپيوتری، يك شبكه كامپيوتری مجموعه‌ای از كامپيوترهای مستقل و متصل است كه منظور از اتصال در اين تعريف، توانايی جابجايی و مبادله پيام‌ها است. ايستگاه‌های كاری بی‌سيم امروزی عمدتاً به صورت مجموعه سخت‌افزاري/نرم‌افزاری كارت‌های شبكه بی‌سيم پياده‌سازی می‌شوند. همچنين يك ايستگاه می‌تواند يك كامپيوتر قابل حمل، كامپيوتر كفدستی و يا يك نقطه دسترسی باشد. نقطه دسترسی در واقع در حكم پلی است كه ارتباط ايستگاه‌های بی‌سيم را با سيستم توزيع يا شبكه سيمی برقرار می‌سازد. كوچكترين عنصر ساختمانی شبكه‌های محلی بی‌سيم در استاندارد 802.11 مجموعه سرويس پايه يا BSS ناميده می‌شود. در واقع BSS مجموعه‌ای از ايستگاه‌های بی‌سيم است.

2-1- همبندی‌های 802.11

در يك تقسيم بندی كلی می‌توان دو همبندی را برای شبكه‌های محلی بی‌سيم در نظر گرفت. سـاده‌ترين همبندی، فی‌البداهه (Ad Hoc) و براساس فرهنگ واژگان استاندارد 802.11، IBSS است. در اين همبندی ايستگاه‌ها از طريق رسانه بی‌سيم به صورت نظير به نظير با يكديگر در ارتباط هستند و برای تبادل داده (تبادل پيام) از تجهيزات يا ايستگاه واسطی استفاده نمی‌كنند. واضح است كه در اين همبندی به سبب محدوديت‌های فاصله هر ايستگاهی ضرورتاً نمی‌تواند با تمام ايستگاه‌های ديگر در تماس باشد. به اين ترتيب شرط اتصال مستقيم در همبندی IBSS آن است كه ايستگاه‌ها در محدوده عملياتی بی‌سيم يا همان بُرد شبكه بی‌سيم قرار داشته باشند. شكل 2-1 همبندی IBSSرا نشان می‌دهد.

همبندی ديگر زيرساختار است. در اين همبندی عنصر خاصی موسوم به نقطه دسترسی وجود دارد. نقطه دسترسی ايستگاه‌های موجود در يك مجموعه سرويس را به سيستم توزيع متصل می‌كند. در اين هم بندی تمام ايستگاه‌ها با نقطه دسترسی تماس می‌گيرند و اتصال مستقيم بين ايستگاه‌ها وجود ندارد در واقع نقطهدسترسی وظيفه دارد فريم‌ها (قاب‌های داده) را بين ايستگاه‌ها توزيع و پخش كند. شكل 2-2 همبندی زيرساختار را نشان می‌دهد.

در اين هم بندی سيستم توزيع، رسانه‌ای است كه از طريق آن نقطه دسترسی (AP) با ساير نقاط دسترسی در تماس است و از طريق آن می‌تواند فريم‌ها را به ساير ايستگاه‌ها ارسال نمايد. از سوی ديگر می‌تواند بسته‌ها را در اختيار ايستگاه‌های متصل به شبكه سيمی نيز قراردهد. در استاندارد 802.11 توصيف ويژه‌ای برای سيستم توزيع ارائه نشده است، لذا محدوديتی برای پياده سازی سيستم توزيع وجود ندارد، در واقع اين استاندارد تنها خدماتی را معين می‌كند كه سيستم توزيع می‌بايست ارائه نمايد. بنابراين سيستم توزيع می‌تواند يك شبكه 802.3 معمولی و يا دستگاه خاصی باشد كه سرويس توزيع مورد نظر را فراهم می‌كند.

استاندارد 802.11 با استفاده از همبندی خاصی محدوده عملياتی شبكه را گسترش می‌دهد. اين همبندی به شكل مجموعه سرويس گسترش يافته (ESS) بر پا می‌شود. در اين روش يك مجموعه گسترده و متشكل از چندين BSS يا مجموعه سرويس پايه از طريق نقاط دسترسی با يكديگر در تماس هستند و به اين ترتيب ترافيك داده بين مجموعه‌های سرويس پايه مبادله شده و انتقال پيام‌ها شكل می‌گيرد. در اين همبندی ايستگاه‌ها می‌توانند در محدوده عملياتی بزرگ‌تری گردش نمايند. ارتباط بين نقاط دسترسی از طريق سيستم توزيع فراهم می‌شود. در واقع سيستم توزيع ستون فقرات شبكه‌های محلی بی‌سيم است و می‌تواند با استفاده از فنّاوری بی‌سيم يا شبكه‌های سيمی شكل گيرد. سيستم توزيع در هر نقطه دسترسی به عنوان يك لايه عملياتی ساده است كه وظيفه آن تعيين گيرنده پيام و انتقال فريم به مقصدش می‌باشد. نكته قابل توجه در اين همبندی آن است كه تجهيزات شبكه خارج از حوزه ESS تمام ايستگاه‌های سيـّار داخل ESS را صرفنظر از پويايی و تحركشان به صورت يك شبكه منفرد در سطح لايه MAC تلقی می‌كنند. به اين ترتيب پروتكل‌های رايج شبكه‌های كامپيوتری كوچكترين تأثيری از سيـّار بودن ايستگاه‌ها و رسانه بی‌سيم نمی‌پذيرند. جدول 2-1 همبندی‌های رايج در شبكه‌های بی‌سيم مبتنی بر 802.11 را به اختصار جمع بندی می‌كند.

جدول 2-1- همبنديهای رايج در استاندارد 802.11

2-2- خدمات ايستگاهی

بر اساس اين استاندارد خدمات خاصی در ايستگاه‌های كاری پياده‌سازی می‌شوند. در حقيقت تمام ايستگاه‌های كاری موجود در يك شبكه محلی مبتنی بر 802.11 و نيز نقاط دسترسی موظف هستند كه خدمات ايستگاهی را فراهم نمايند. با توجه به اينكه امنيت فيزيكی به منظور جلوگيری از دسترسی غير مجاز بر خلاف شبكه‌های سيمی، در شبكه‌های بی‌سيم قابل اعمال نيست استاندارد 802.11 خدمات هويت سنجی را به منظور كنترل دسترسی به شبكه تعريف می‌نمايد. سرويس هويت سنجی به ايستگاه كاری امكان می‌دهد كه ايستگاه ديگری را شناسايی نمايد. قبل از اثبات هويت ايستگاه كاری، آن ايستگاه مجاز نيست كه از شبكه بی‌سيم برای تبادل داده استفاده نمايد. در يك تقسيم بندی كلی 802.11 دو گونه خدمت هويت سنجی را تعريف می‌كند:

- Open System Authentication
- Shared Key Authentication

روش اول، متد پيش فرض است و يك فرآيند دو مرحله‌ای است. در ابتدا ايستگاهی كه می‌خواهد توسط ايستگاه ديگر شناسايی و هويت سنجی شود يك فريم مديريتی هويت سنجی شامل شناسه ايستگاه فرستنده، ارسال می‌كند. ايستگاه گيرنده نيز فريمی در پاسخ می‌فرستد كه آيا فرستنده را می‌شناسد يا خير. روش دوم كمی پيچيده‌تر است و فرض می‌كند كه هر ايستگاه از طريق يك كانال مستقل و امن، يك كليد مشترك سّری دريافت كرده است. ايستگاه‌های كاری با استفاده از اين كليد مشترك و با بهره‌گيری از پروتكلی موسوم به WEP اقدام به هويت سنجی يكديگر می‌نمايند. يكی ديگر از خدمات ايستگاهی خاتمه ارتباط يا خاتمه هويت سنجی است. با استفاده از اين خدمت، دسترسی ايستگاهی كه سابقاً مجاز به استفاده از شبكه بوده است، قطع می‌گردد.

در يك شبكه بی‌سيم، تمام ايستگاه‌های كاری و ساير تجهيزات قادر هستند ترافيك داده‌ای را "بشنوند" – در واقع ترافيك در بستر امواج مبادله می‌شود كه توسط تمام ايستگاه‌های كاری قابل دريافت است. اين ويژگی سطح امنيتی يك ارتباط بی‌سيم را تحت تأثير قرار می‌دهد. به همين دليل در استاندارد 802.11 پروتكلی موسوم به WEP تعبيه شده است كه برروی تمام فريم‌های داده و برخی فريم‌های مديريتی و هويت سنجی اعمال می‌شود. اين استاندارد در پی آن است تا با استفاده از اين الگوريتم سطح اختفاء وپوشش را معادل با شبكه‌های سيمی نمايد.

2-3-خدمات توزيع

خدمات توزيع عملكرد لازم در همبندی‌های مبتنی بر سيستم توزيع را مهيا می‌سازد. معمولاً خدمات توزيع توسط نقطه دسترسی فراهم می‌شوند. خدمات توزيع در اين استاندارد عبارتند از:

- پيوستن به شبكه
- خروج از شبكه بی‌سيم
- پيوستن مجدد
- توزيع
- مجتمع سازی

سرويس اول يك ارتباط منطقی ميان ايستگاه سيّار و نقطه دسترسی فراهم می‌كند. هر ايستگاه كاری قبل از ارسال داده می‌بايست با يك نقطه دسترسی برروی سيستم ميزبان مرتبط گردد. اين عضويت، به سيستم توزيع امكان می‌دهد كه فريم‌های ارسال شده به سمت ايستگاه سيّار را به درستی در اختيارش قرار دهد. خروج از شبكه بی‌سيم هنگامی بكار می‌رود كه بخواهيم اجباراً ارتباط ايستگاه سيّار را از نقطه دسترسی قطع كنيم و يا هنگامی كه ايستگاه سيّار بخواهد خاتمه نيازش به نقطه دسترسی را اعلام كند. سرويس پيوستن مجدد هنگامی مورد نياز است كه ايستگاه سيّار بخواهد با نقطه دسترسی ديگری تماس بگيرد. اين سرويس مشابه "پيوستن به شبكه بی‌سيم" است با اين تفاوت كه در اين سرويس ايستگاه سيّار نقطه دسترسی قبلی خود را به نقطه دسترسی جديدی اعلام می‌كند كه قصد دارد به آن متصل شود. پيوستن مجدد با توجه به تحرك و سيّار بودن ايستگاه كاری امری ضروری و اجتناب ناپذير است. اين اطلاع، (اعلام نقطه دسترسی قبلی) به نقطه دسترسی جديد كمك می‌كند كه با نقطه دسترسی قبلی تماس گرفته و فريم‌های بافر شده احتمالی را دريافت كند كه به مقصد اين ايستگاه سيّار فرستاده شده‌اند. با استفاده از سرويس توزيع فريم‌های لايه MAC به مقصد مورد نظرشان می‌رسند. مجتمع سازی سرويسی است كه شبكه محلی بی‌سيم را به ساير شبكه‌های محلی و يا يك يا چند شبكه محلی بی‌سيم ديگر متصل می‌كند. سرويس مجتمع سازی فريم‌های 802.11 را به فريم‌هايی ترجمه می‌كند كه بتوانند در ساير شبكه‌ها (به عنوان مثال 802.3) جاری شوند. اين عمل ترجمه دو طرفه است بدان معنی كه فريم‌های ساير شبكه‌ها نيز به فريم‌های 802.11 ترجمه شده و از طريق امواج در اختيار ايستگاه‌های كاری سيّار قرار می‌گيرند.

2-4- دسترسی به رسانه

روش دسترسی به رسانه در اين استاندارد CSMA/CA است كه تاحدودی به روش دسترسی CSMA/CD شباهت دارد. در اين روش ايستگاه‌های كاری قبل از ارسال داده كانال راديويی را كنترل می‌كنند و در صورتی كه كانال آزاد باشد اقدام به ارسال می‌كنند. در صورتی كه كانال راديويی اشغال باشد با استفاده از الگوريتم خاصی به اندازه يك زمان تصادفی صبر كرده و مجدداً اقدام به كنترل كانال راديويی می‌كنند. در روش CSMA/CA ايستگاه فرستنده ابتدا كانال فركانسی را كنترل كرده و در صورتی كه رسانه به مدت خاصی موسوم به DIFS آزاد باشد اقدام به ارسال می‌كند. گيرنده فيلد كنترلی فريم يا همان CRC را چك می‌كند و سپس يك فريم تصديق می‌فرستد. دريافت تصديق به اين معنی است كه تصادمی بروز نكرده است. در صورتی كه فرستنده اين تصديق را دريافت نكند، مجدداً فريم را ارسال می‌كند. اين عمل تا زمانی ادامه می‌يابد كه فريم تصديق ارسالی از گيرنده توسط فرستنده دريافت شود يا تكرار ارسال فريم‌ها به تعداد آستان‌های مشخصی برسد كه پس از آن فرستنده فريم را دور می‌اندازد.

در شبكه‌های بی‌سيم بر خلاف اِتِرنت امكان شناسايی و آشكار سازی تصادم به دو علت وجود ندارد:

1. پياده سازی مكانيزم آشكار سازی تصادم به روش ارسال راديويی دوطرفه نياز دارد كه با استفاده از آن ايستگاه سيّار بتواند در حين ارسال، سيگنال را دريافت كند كه اين امر باعث افزايش قابل توجه هزينه می‌شود.

2. در يك شبكه بی‌سيم، بر خلاف شبكه‌های سيمی، نمی‌توان فرض كرد كه تمام ايستگاه‌های سيّار امواج يكديگر را دريافت می‌كنند. در واقع در محيط بی‌سيم حالاتی قابل تصور است كه به آنها نقاط پنهان می‌گوييم. در شكل زير ايستگاه‌های كاری "A" و "B" هر دو در محدوده تحت پوشش نقطه دسترسی هستند ولی در محدوده يكديگر قرار ندارند.

برای غلبه بر اين مشكل، استاندارد 802.11 از تكنيكی موسوم به اجتناب از تصادم و مكانيزم تصديق استفاده می‌كند. همچنين با توجه به احتمال بروز روزنه‌های پنهان و نيز به منظور كاهش احتمال تصادم در اين استاندارد از روشی موسوم به شنود مجازی رسانه يا VCS استفاده می‌شود. در اين روش ايستگاه فرستنده ابتدا يك بسته كنترلی موسوم به تقاضای ارسال حاوی نشانی فرستنده، نشانی گيرنده، و زمان مورد نياز برای اشغال كانال راديويی را می‌فرستد. هنگامی كه گيرنده اين فريم را دريافت می‌كند، رسانه را كنترل می‌كند و در صورتی كه رسانه آزاد باشد فريم كنترلی CTS را به نشانی فرستنده ارسال می‌كند. تمام ايستگاه‌هايی كه فريم‌های كنترلی RTS/CTS را دريافت می‌كنند وضعيت كنترل رسانه خود موسوم به شاخصNAV را تنظيم می‌كنند. در صورتی كه ساير ايستگاه‌ها بخواهند فريمی را ارسال كنند علاوه بر كنترل فيزيكی رسانه (كانال راديويی) به پارامتر NAV خود مراجعه می‌كنند كه مرتباً به صورت پويا تغيير می‌كند. به اين ترتيب مشكل روزنه‌های پنهان حل شده و تصادم‌ها نيز به حداقل مقدار می‌رسند. شكل 2-4 زمان‌بندی RTS/CTS و وضعيت ساير ايستگاه‌ها را نشان می‌دهد

2-5- لايه فيزيكی

در اين استاندارد لايه فيزيكی سه عملكرد مشخص را انجام می‌دهد. اول آنكه رابطی برای تبادل فريم‌های لايه MAC جهت ارسال و دريافت داده‌ها فراهم می‌كند. دوم اينكه با استفاده از روش‌های تسهيم فريم‌های داده را ارسال می‌كند و در نهايت وضعيت رسانه (كانال راديويي) را در اختيار لايه بالاتر (MAC) قرار می‌دهد. سه تكنيك راديويی مورد استفاده در لايه فيزيكی اين استاندارد به شرح زير می‌باشند:

• استفاده از تكنيك راديويی DSSS
• استفاده از تكنيك راديويی FHSS
• استفاده از امواج راديويی مادون قرمز

در اين استاندار لايه فيزيكی می‌تواند از امواج مادون قرمز نيز استفاده كند. در روش ارسال با استفاده از امواج مادون قرمز، اطلاعات باينری با نرخ 1 يا 2 مگابيت در ثانيه و به ترتيب با استفاده از مدولاسيون 16-PPM و 4-PPMمبادله می‌شوند.

2-5-1-ويژگی‌های سيگنال‌های طيف گسترده

عبارت طيف گسترده به هر تكنيكی اطلاق می‌شود كه با استفاده از آن پهنای باند سيگنال ارسالی بسيار بزرگ‌تر از پهنای باند سيگنال اطلاعات باشد. يكی از سوالات مهمی كه با در نظر گرفتن اين تكنيك مطرح می‌شود آن است كه با توجه به نياز روز افزون به پهنای باند و اهميت آن به عنوان يك منبع با ارزش، چه دليلی برای گسترش طيف سيگنال و مصرف پهنای باند بيشتر وجود دارد. پاسخ به اين سوال در ويژگی‌های جالب توجه سيگنال‌های طيف گسترده نهفته است. اين ويژگی‌های عبارتند از:

- پايين بودن توان چگالی طيف به طوری كه سيگنال اطلاعات برای شنود غير مجاز و نيز در مقايسه با ساير امواج به شكل اعوجاج و پارازيت به نظر می‌رسد.

• مصونيت بالا در مقابل پارازيت و تداخل
• رسايی با تفكيك پذيری و دقت بالا
• امكان استفاده در CDMA

مزايای فوق كميسيون FCC را بر آن داشت كه در سال 1985 مجوز استفاده از اين سيگنال‌ها را با محدوديت حداكثر توان يك وات در محدوده ISM صادر نمايد.

2-5-2-سيگنال‌های طيف گسترده با جهش فركانسی

در يك سيستم مبتنی بر جهش فركانسی، فركانس سيگنال حامل به شكلی شبه تصادفی و تحت كنترل يك تركيب كننده تغيير می‌كند. شكل 2-5 اين تكنيك را در قالب يك نمودار نشان می‌دهد

PN-CODE= Pseudonoise code

در اين شكل سيگنال اطلاعات با استفاده از يك تسهيم كننده ديجيتال و با استفاده از روش تسهيم FSK تلفيق می‌شود. فركانس سيگنال حامل نيز به شكل شبه تصادفی از محدوده فركانسی بزرگ‌تری در مقايسه با سيگنال اطلاعات انتخاب می‌شود. با توجه به اينكه فركانس‌های pn-code با استفاده از يك ثبات انتقالی همراه با پس خور ساخته می‌شوند، لذا دنباله فركانسی توليد شده توسط آن كاملا تصادفی نيست و به همين خاطر به اين دنباله، شبه تصادفی می‌گوييم.

بر اساسی مقررات FCC و سازمان‌های قانون گذاری، حداكثر زمان توقف در هر كانال فركانسی 400 ميلی ثانيه است كه برابر با حداقل 2.5 جهش فركانسی در هر ثانيه خواهد بود. در استاندارد 802.11 حداقل فركانس جهش در آمريكای شمالی و اروپا 6 مگاهرتز و در ژاپن 5 مگاهرتز می‌باشد.

2-5-3-سيگنال‌های طيف گسترده با توالی مستقيم

اصل حاكم بر توالی مستقيم، پخش يك سيگنال برروی يك باند فركانسی بزرگتر از طريق تسهيم آن با يك امضاء يا كُد به گونه‌ای است كه نويز و تداخل را به حداقل برساند. برای پخش كردن سيگنال هر بيت واحد با يك كُد تسهيم می‌شود. در گيرنده نيز سيگنال اوليه با استفاده از همان كد بازسازی می‌گردد. در استاندارد 802.11 روش مدولاسيون مورد استفاده در سيستم‌های DSSS روش تسهيم DPSK است. در اين روش سيگنال اطلاعات به شكل تفاضلی تهسيم می‌شود. در نتيجه نيازی به فاز مرجع برای بازسازی سيگنال وجود ندارد.

از آنجا كه در استاندارد 802.11 و سيستم DSSS از روش تسهيم DPSK استفاده می‌شود، داده‌های خام به صورت تفاضلی تسهيم شده و ارسال می‌شوند و در گيرنده نيز يك آشكار ساز تفاضلی سيگنال‌های داده را دريافت می‌كند. در نتيجه نيازی به فاز مرجع برای بازسازی سيگنال وجود ندارد. در روش تسهيم PSK فاز سيگنال حامل با توجه به الگوی بيتی سيگنال‌های داده تغيير می‌كند. به عنوان مثال در تكنيك QPSK دامنه سيگنال حامل ثابت است ولی فاز آن با توجه به بيت‌های داده تغيير می‌كند. جدول زير ايده مدولاسيون فاز را نشان می‌دهد.

جدول 2-2- مدولاسيون فاز

در الگوی مدولاسيون QPSK چهار فاز مختلف مورد استفاده قرار می‌گيرند و چهار نماد را پديد می‌آورند. واضح است كه در اين روش تسهيم، دامنه سيگنال ثابت است. در روش تسهيم تفاضلی سيگنال اطلاعات با توجه به ميزان اختلاف فاز و نه مقدار مطلق فاز تسهيم و مخابره می‌شوند. به عنوان مثال در روش pi/4-DQPSK، چهار مقدار تغيير فاز 3pi/4- ، 3pi/4، pi/4، و-pi/4 است. با توجه به اينكه در روش فوق چهار تغيير فاز به كار رفته است لذا هر نماد می‌تواند دو بيت را كُدگذاری نمايد.

جدول 2-3- مدولاسيون تفاضلي

در روش تسهيم طيف گسترده با توالی مستقيم مشابه تكنيك FH از يك كد شبه تصادفی برای پخش و گسترش سيگنال استفاده می‌شود. عبارت توالی مستقيم از آنجا به اين روش اطلاق شده است كه در آن سيگنال اطلاعات مستقيماً توسط يك دنباله از كدهای شبه تصادفی تسهيم می‌شود. در اين تكنيك نرخ بيتی شبه كُد تصادفی، نرخ تراشه ناميده می‌شود. در استاندارد 802.11 از كُدی موسوم به كُد باركر برای توليد كدها تراشه سيستم DSSS استفاده می‌شود. مهم‌ترين ويژگی كدهای باركر خاصيت غير تناوبی و غير تكراری آن است كه به واسطه آن يك فيلتر تطبيقی ديجيتال قادر است به راحتی محل كد باركر را در يك دنباله بيتی شناسايی كند.

جدول زير فهرست كامل كدهای باركر را نشان می‌دهد. همانگونه كه در اين جدول مشاهده می‌شود كدهای باركر از 8 دنباله تشكيل شده است. در تكنيك DSSS كه در استاندارد 802.11 مورد استفاده قرار می‌گيرد، از كد باركر با طول 11 (N=11) استفاده می‌شود. اين كد به ازاء يك نماد، شش مرتبه تغيير فاز می‌دهد و اين بدان معنی است كه سيگنال حامل نيز به ازاء هر نماد 6 مرتبه تغيير فاز خواهد داد.

لازم به يادآوری است كه كاهش پيچيدگی سيستم ناشی از تكنيك تسهيم تفاضلی DPSK به قيمت افزايش نرخ خطای بيتی به ازاء يك نرخ سيگنال به نويز ثابت و مشخص است.

شكل 2-7 مدل منطقی مدولاسيون و پخش سيگنال اطلاعات با استفاده از كدهای باركر را نشان می‌دهد.

2-6-استفاده مجدد از فركانس

يكی از نكات مهم در طراحی شبكه‌های بی‌سيم، طراحی شبكه سلولی به گونه‌ای است كه تداخل فركانسی را تا جای ممكن كاهش دهد. شكل 2-8 سه كانال DSSS در محدوده فركانسی ISM را نشان می‌دهد.

شكل 2-9 مفهوم استفاده مجدد از فركانس با استفاده از شبكه‌های مجاور فركانسی را نشان می‌دهد. در اين شكل مشاهده می‌شود كه با استفاده از يك طراحی شبكه سلولی خاص، تنها با استفاده از سه فركانس متمايز F3,F2,F1 امكان استفاده مجدد از فركانس فراهم شده است.

در اين طراحی به هريك از سلول‌های همسايه يك كانال متفاوت اختصاص داده شده است و به اين ترتيب تداخل فركانسی بين سلول‌های همسايه به حداقل رسيده است. اين تكنيك همان مفهومی است كه در شبكه تلفنی سلولی يا شبكه تلفن همراه به كار می‌رود. نكتهجالب ديگر آن است كه اين شبكه سلولی به راحتی قابل گسترش است. خوانندگان علاقمند می‌توانند دايره‌های جديد را در چهار جهت شبكه سلولی شكل فوق با فركانس‌های متمايز F1,F2,F3 ترسيم و گسترش دهند.

2-7- آنتن‌ها

در يكی تقسيم بندی كلی آنتن‌های مورد استفاده در استاندارد IEEE 802.11 به دو دسته: تمام جهت و نقطه به نقطه تقسيم می‌شوند. واضح است كه آنتن‌های تمام جهته با توجه به آنكه نيازی به تنظيم ندارند، راحت‌تر مورد استفاده قرار می‌گيرند. اين آنتن‌ها در اغلب كارت‌های شبكه (كارت‌های دسترسي) و نيز نقاط دسترسی يا ايستگاه‌های پايه بكار می‌روند.

اين آنتن‌ها در فواصل كوتاه قابل استفاده هستند و برای بهره گيری در فواصل طولانی‌تر به تقويت كننده‌های خارجی نياز دارند كه البته در بسياری موارد استفاده از اين تقويت كننده‌های خارجی ميسر و يا قانونی نيست. از سوی ديگر آنتن‌های نقطه به نقطه يا خطی در كاربردهای خارجی استفاده می‌شوند و به تنظيم دقيق نياز دارند. محدوده عملياتی رايج در آنتن‌های تمام جهته 45 متر و محدوده عملياتی آنتنهای نقطه به نقطه و توان بالا در حدود 40 كيلومتر است. در كاربردهايی كه استفاده از تقويت كننده بلا مانع است، اين محدوده عملياتی به شكل قابل توجهی افزايش يافته و تنها توسط خط ديد (مسير ديد) محدود می‌شود. از جمله عوامل مهمی كه محدوده عملياتی تجهيزات مبتنی بر IEEE 802.11 را تحت تأثير قرار می‌دهد محل نصب نقاط دسترسی يا ايستگاه پايه و نيز تداخل راديويی است. همانگونه كه پيشتر گفته شد، تجهيزات مبتنی بر اين استاندارد سعی می‌كنند كه با بالاترين نرخ ارسال داده كار كنند و در صورت نياز به سرعت‌های پايين‌تر برگردند

نوشته شده توسط مصطفی عبدی