Стандарты протоколов беспроводных сетей IEEE 802.11x

1. Цель работы:

1.1. Изучить стандарты протоколов беспроводных сетей IEEE 802.1х

 

2. Литература:

2.1. Сети UMTS. Архитектура, мобильность, сервисы Х. Каранен, А. Ахтиайнен, Лаитинен, С. Найян, В. Ниеми; - М.: Техносфера, 2007.

2.2 Основы информационных технологий. Беспроводные сети Wi-Fi. А.В. Пролетарский А.В., Баскаков И.В., Чирков Д.Н. и др. - М.: Бином, 2007

3. Задание:

3.1. Изучить методический материал к данной самостоятельной работе.

3.2. Составить конспект по теме самостоятельной работе с ответом на нижеперечисленные вопросы:

3.2.1 Перечислите основные, наиболее распространенные разновидности стандарта 802.11.

3.2.2 Как соотносятся два физических уровня стандарта 802.11 с уровнями модели ISO?

3.2.3 Опишите методы передачи информации на физическом уровне в стандарте 802.11.

3.2.4 В чем особенность метода передачи в диапазоне ик волн?

3.2.5 В чем особенность метода передачи со скачкообразной перестройкой частоты?

3.2.6 В чем особенность метода передачи с широкополосной модуляцией и расширением спектра с прямой последовательностью (DSSS) в диапазоне 2,4 ГГц?

3.2.7 Структура и заголовок кадра физического уровня сети IEEE 802.11b.

3.2.8 Общая схема РВСС-модуляции.

3.2.9 Сверточное кодирование с двумя и тремя битами кодовой последовательности.

3.9.10 Структура заголовка физического уровня стандарта IEEE 802.11а

3.9.11 Функциональная схема трактов приема/передачи стандарта IEEE 802.11а 1.5.4 IEEE 802.11G

3.9.12 Кадры IEEE 802.11g в различных режимах модуляции.

3.9.13 Какие версии стандарта 802.11 существуют на данный момент? в чем их особенность? Отвечая на этот вопрос заполните таблицу:

 

Версия стандарта	802.11a (пример)	т.д.
Частотный диапазон	5 ГГц
Максимальная скорость передачи данных	54 Мбит-сек
Технология	OFDM
Тип модуляции	64-QAM
Число каналов
Особенность технологии	позволяет передавать данные параллельно на множественных подчастотах. Это позволяет повысить устойчивость к помехам и поскольку отправляется более одного потока данных, реализуется высокая пропускная способность. Стандарт IEEE 802.11a несовместим с 802.11b 802.11g.

 

4. Методические указания:

 

Стандарты 802.11

IEEE 802.11 - это набор стандартов беспроводной связи для организации беспроводных локальных сетей, работающих в зоне частотных диапазонов 0,9; 2,4; 3,6 и 5 ГГц.

Стандарт наиболее известен как Wi-Fi, предложенный и продвигаемый организацией Wi-Fi Alliance. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и, опционально, на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей — IEEE 802.11a — определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с брутто. Рабочий диапазон стандарта — 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). К недостаткам 802.11a относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а так же меньший радиус действия [1].

В стандарте IEEE 802.11b благодаря более высокой скорости передачи данных (до 11 Мбит/с) работающий в диапазоне 2,4 ГГц, этот стандарт завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования для беспроводных сетей.

Поскольку оборудование, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, то стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала.

Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с.

При разработке стандарта 802.11g рассматривались две несколько конкурирующие технологии: метод ортогонального частотного разделения OFDM и метод двоичного пакетного сверочного кодирования PBCC, опционально реализованный в стандарте 802.11b. В результате стандарт 802.11g содержит компромиссное решение: в качестве базовых применяются технологии OFDM и CCK, а опционально предусмотрено использование технологии PBCC. О технологиях CCK и OFDM расскажем чуть позже.

Набор стандартов 802.11 определяет целый ряд технологий реализации физического уровня (Physical Layer Protocol, PHY), которые могут быть использованы подуровнем 802.11 MAC. В этой главе рассматривается каждый из уровней PHY:

Уровень PHY стандарта 802.11 со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS) в диапазоне 2,4 ГГц.

Уровень PHY стандарта 802.11 с расширением спектра методом прямой последовательности (DSSS) в диапазоне 2,4 ГГц.

Уровень PHYстандарта 802.11b с комплиментарным кодированием в диапазоне 2,4 ГГц.

Уровень PHY стандарта 802.11а с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM) в диапазоне 5 ГГ ц.

Расширенный физический уровень (Extended Rate Physical Layer, ERP) стандарта 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц.

Основное назначение физических уровней стандарта 802.11 - обеспечить механизмы беспроводной передачи для подуровня MAC, а также поддерживать выполнение вторичных функций, таких как оценка состояния беспроводной среды и сообщение о нем подуровню MAC. Уровни МАС и PHY разрабатывались так, чтобы они были независимыми. Именно независимость между MAC и подуровнем PHY и позволила использовать дополнительные высокоскоростные физические уровни, описанные в стандартах 802.l1b, 802.11а и 802.11g.

Каждый из физических уровней стандарта 802.11 имеет два подуровня.

Physical Layer Convergence Procedure (PLCP). Процедура определения состояния физического уровня.

Physical Medium Dependent (PMD). Подуровень физического уровня, зависящий от среды передачи.

На рисунке 1 показано, как эти подуровни соотносятся между собой и с вышестоящими уровнями в модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI).

 

 

Рис. 1 Подуровни уровня PHY

 

Подуровень PLCP по существу является уровнем обеспечения взаимодействия, на котором осуществляется перемещение элементов данных протокола MAC (MAC Protocol Data Units, MPDU) между МАС-станциями с использованием подуровня PMD, на котором реализуется тот или иной метод передачи и приема данных через беспроводную среду. Подуровни PLCP и PMD отличаются для разных вариантов стандарта 802.11.

Перед тем как приступить к рассмотрению физических уровней рассмотрим одну из составляющих физического уровня, до сих пор не упомянутую, а именно скремблирование.

Одна из особенностей, лежащих в основе современных передатчиков, благодаря которой данные можно передавать с высокой скоростью, — это предположение о том, что данные, которые предлагаются для передачи, поступают, с точки зрения передатчика, случайным образом. Без этого предположения многие преимущества, получаемые за счет применения остальных составляющих физического уровня, остались бы нереализованными.

Однако вполне вероятно и часто происходит на практике, что принимаемые данные не вполне случайны и на самом деле могут содержать повторяющиеся наборы и длинные последовательности нулей и единиц.

Скремблирование (перестановка элементов) — это метод, посредством которого принимаемые данные делаются более похожими на случайные; достигается это путем перестановки битов последовательности таким образом, чтобы превратить ее из структурированной в похожую на случайную. Эту процедуру иногда называют отбеливание потока данных. Дескремблер приемника затем выполняет обратное преобразование этой случайной последовательности с целью получения исходной структурированной последовательности. Большинство из способов скремблирования относится к числу самосинхронизирующихся; это означает, что дескремблер способен самостоятельно синхронизироваться со скремблером.

В настоящее время стандарт IEEE 802.11 насчитывает более десятка версий. Например одна из последних версий - IEEE 802.11ac, работает на частотах 5—6 ГГц. Стандарт позволяет расширить пропускную способность сети и работать на скоростях от 433 Мбит/с до 6,77 Гбит/с при 8 x MU-MIMO-антеннах. Кроме того, снизилось энергопотребление по сравнению с предыдущими версиями. Как следствие продлит время автономной работы мобильных устройств.

Методы передачи IEEE 802.11

 

Исходный стандарт 802.11 определяет три метода передачи на физическом уровне:

1) Передача в диапазоне инфракрасных волн.

2) Технология расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты (FHSS) в диапазоне 2,4 ГГц.

3) Технология широкополосной модуляции с расширением спектра методом прямой последовательности (DSSS) в диапазоне 2,4 ГГц.