Безпровідні локальні мережі.

Безпровідні локальні мережі.

Основні відомості.

Що таке безпровідні мережі?

Безпровідні локальні мережі (Wireless Local Area Network - WLAN) - це гнучкі системи комунікації даних, впроваджені як розширення або альтернатива до кабельних LAN. Використовуючи технології радіозв'язку, безпровідні LAN передають і приймають дані через вільний простір, мінімізуючи потреби у кабельних сполученнях. Безпровідні мережі вживаються, коли користувач мобільний, прийнятна обмежена швидкість передавання даних (до величин порядку одиниць Мб/с) і наявний потрібний спектр частот.

Безпровідні LAN використовують електромагнітні хвилі (радіо- або інфрачервоного діапазону) для обміну інформацією між однією точкою та іншою безвідносно до будь-якого іншого фізичного сполучення. Радіохвилі часто називають радіоносіями, оскільки вони просто здійснюють функцію донесення енергії сигналу до віддаленого приймача. Дані, що передаються, переносяться на радіочастоту-носій і потім виділяються на приймальному кінці; це називають модуляцією носія інформацією, призначеною для передавання. Коли дані перенесені на частоту носія, тобто здійснений процес модуляції, то радіосигнал займає певну смугу частот. Багато радіоносіїв можуть співіснувати в тому самому просторі та в той самий час без інтерференції один з одним, якщо радіохвилі передаються на різних частотах. Для виділення даних радіоприймач повинен бути настроєний на одну радіочастоту, тоді як всі інші частоти не пропускаються вхідними колами та фільтрами приймача.

Кінцеві користувачі отримують доступ до безпровідної LAN через безпровідні мережеві адаптери, які вставляються у комп’ютери подібно до звичайних мережевих карт або можуть бути інтегровані з ними. Безпровідні мережеві адаптери забезпечують інтерфейс між клієнтською мережевою операційною системою (Network Operating System - NOS) та радіохвилями через антену. Природа безпровідного сполучення прозора для NOS.

Стандарт IEEE 802.11 є першим стандартом виробів WLAN, опрацьованим міжнародно визнаним незалежним органом. Це важливий крок у розвитку систем безпровідних локальних мереж, бо їх виготівники можуть використовувати компоненти своїх WLAN, отримані від різних виробників, що сприяє оптимізації експлуатаційних характеристик таких мереж.

Більшість виробів для WLAN, доступних сьогодні на ринку, відносяться до розв'язань із застосуванням так званого "розширення спектру" сигналів і працюють в околі частот 900 Мгц і 2.4 Ггц діапазону ISM (Instrumentation, Scientific, Medical). Ці вироби включають безпровідні мережеві адаптери (мережеві карти), і точки доступу на платформах PCMCIA, ISA або платах ПК, виготовлених на замовлення.

Рис. 4.58. Незалежна WLAN (система BSS).

Стандарт 802.11 визначає два типи безпровідних мереж - систему базових послуг (Basic Service Set - BSS) і розширену систему послуг (Extended Service Set -ESS).

Система базових послуг (BSS) - це повністю безпровідна система і звичайно вбудовується в ПК або в портативний ПК (notebook) з безпровідною мережевою картою. Станції оперують у незалежній системі базових послуг (IBSS ~ Independent Basic Servіce System) і комунікуються через безпровідні мережеві адаптери безпосередньо одна з одною, так що непотрібно встановлювати жодної інфраструктури (рис. 4.58). Це те, що називають незалежною конфігурацією або одноразовою мережею. Вона проста для оперування, однак її недоліком є обмеженість області охоплення. Такі мережі звичайно не потребують адміністрування або попереднього конфігурування. Стандарт визначає правила, яких повинна дотримуватися кожна станція для забезпечення коректного доступу до безпровідного середовища. Він забезпечує методи для вирішення запитів про використання середовища таким чином, щоб максимізувати пропускну здатність для всіх користувачів в основній системі послуг.

Рис. 4.59. Незалежна WLAN з розширеною відстанню, яка використовує точку доступу як повторювач.

Точка доступу (Access Point - AP) - це пристрій передавання/приймання (трансівер), який обслуговує станції BSS, може підтримувати малу групу користувачів і фунціонувати всередині простору розміром до сотні метрів (рис. 4.59). Кожна точка доступу може об’єднувати багатьох клієнтів; конкретна кількість залежить від кількості та природи введених передавальних каналів. Багато реальних застосувань діють, коли окрема точка доступу до послуг має 15..50 клієнтських пристроїв.Точка доступу, діючи як повторювач, може розширити засяг незалежної мережі, подвоюючи відстань між ПК з безпровідним зв'язком.

Рис. 4.60. WLAN з інфраструктурою.

Об'єднання систем базових послуг називається розширеною системою послуг (ESS). ESS є типом мережі, яка призначена для сполучення безпровідних станцій з розподільчою системою через одну або більше точок доступу, тобто визначає конфігурацію з інфраструктурою, в якій точка доступу є частиною розподільчої системи (рис. 4.60). Слід відзначити, що стандарт 802.11 визначає тільки інтерфейс через вільний простір, тобто інтерфейс між станціями, а також між станціями та точками доступу. З розподільчою системою область охоплення може бути розширена з урахуванням властивостей цієї системи, яка може бути, наприклад, кабельною мережею. Якщо точка доступу сполучена з кабельною мережею, то кожен клієнт може мати доступ як до ресурсів сервера, так і до ресурсів інших клієнтів (мережа з послугами клієнт-сервер, рис. 4.61). Мережа BSS обмежена у відстані, бо всі станції повинні “бачити” або “чути” одна одну. Розширена система послуг (ESS) створює мережу із збільшеною відстанню. Точки доступу не тільки забезпечують комунікацію з кабельною мережею, але також підтримують посередній трафік безпровідної мережі в безпосередній околиці. Багато точок доступу можуть забезпечити покриття безпровідним зв'язком для всього будинку або кампусу.

Рис. 4.61. Клієнт і точка доступу. Рис. 4.62. Передавання сполучення WLAN між точками доступу.

Рис. 4.63. Приклад мережі з трьома комірками.

В будь-який момент часу мобільний ПК, оснащений безпровідним адаптером, пов'язаний з певною точкою доступу та її коміркою. Під коміркою (cell) розуміють область охоплення для однієї точки доступу. Якщо області охоплення різних точок доступу перекриваються між собою, то можливо переміщатися (блукати ~ roam) із однієї комірки (або мікрокомірки) до іншої без переривання мережевого сполучення (рис. 4.62). Точка доступу повідомляє безпровідній станції рівень свого сигналу і якщо яка-небудь інша точка доступу має сильніший сигнал, то станція вирішує перемкнутися до іншої точки доступу. Це здійснюється без відома користувача. На рис.4.63 показано приклад мережі, в якій є три різні комірки, при чому блукання можливе між комірками 1 і 2. При переміщенні від комірки 2 до комірки 3 сполучення з мережею може бути втрачене.

Стандарт забезпечує згадані послуги з такою функціональністю: блукання всередині ESS, різні швидкості в BSS, а також управління живленням (станції можуть вимикати свої передавачі для збереження енергії. Така організація дозволяє точці доступу координувати дії всіх станцій в основній області послуг і дозволяє правильне обслуговування трафіку даних. Точка доступу маршрутизує дані між станціями та від станцій до мережевого сервера і навпаки. Звичайно безпровідні мережі керуються з центральної точки доступу, що забезпечує кращу пропускну здатність.

Для вирішення окремих проблем топології проектант мережі може вибрати точки розширення (Extension Point - EP) для збільшення кількості точок доступу в мережі (рис. 4.64). Точка розширення виглядає і функціонує подібно до точки доступу, однак точка розширення не мусить межувати з кабельною мережею, як точка доступу. Функцією точки розширення, як вказує її назва, є розширення меж мережі через ретрансляцію сигналів від клієнтів до точок доступу або до інших точок розширення. Точки розширення можуть бути розміщені одна за одною у послідовності передавання повідомлень від точок доступу до розташування клієнтів як естафета.

Як останній засіб для встановлення радіозв'язку в безпровідних мережах розглянемо спрямовані антени. Нехай наявна безпровідна мережа A в одному будинку і необхідно розширити її на виділений будинок B, розташований на відстані біля 1 км. Одним з розв’язань є встановлення спрямованих антен на обидвох будинках (рис. 4.). Антена на будинку A сполучена з кабельною мережею через точку доступу. Антена на будинку B безпосередньо сполучена з точкою доступу в цьому будинку, що забезпечує тут здатність до сполучень в безпровідній LAN.

Рис. 4.65. Використання спрямованих антен.

Рис. 4.64. Використання точок розширення.

Радіочастотний діапазон.

Загальні властивості. Діапазон радіочастот лежить між 10 кГц і 1 ГГц. Цей діапазон частот охоплює широкомовні радіодіапазони довгих, середніх та коротких хвиль, метровий та дециметровий діапазони телебачення та радіомовлення з частотною модуляцією.

Використання радіодіапазону для передавання сигналів регламентується шляхом видання ліцензій користувачам від відповідного органу управління, під юрисдикцією якого знаходиться дана територія. Процес отримання ліцензії може бути трудомісткий і тривалий, але ліцензування радіочастот виключає взаємний вплив сусідніх каналів у визначеному просторі. Недоліки включають відносно велику затримку із впровадженням, зростання коштів, недостатню гнучкість при переміщенні обладнання з одного місця до іншого.

Нерегламентовані радіочастотні діапазони і неліцензовані користувачі мають незначні обмеження. Суперництво за використання нерегламентованих діапазонів постійно зростає. В США для нерегламентованого використання виділені діапазони 902..928 МГц, 2.4..2.238 ГГц і 5.72..5.85 ГГц. Діапазон в околі 2.4 ГГц нерегламентований в міжнародному масштабі. Діапазон в околі 900 МГц широко використовується, застосування діапазону 2.4 ГГц швидко зростає, а діапазон 5 ГГц досі мало популярний внаслідок високої вартості передавачів.

Міжнародне регулювання здійснює сектор радіокомунікації Міжнародної телекомунікаційної спілки (ITU), стара назва якого - МККР (Міжнародний консультативний комітет з радіозв'язку). ITU поділяє світ на три регіони для виділення радіочастот (табл. 4.23).

Таблиця 4.23. Виділення радіочастот гігагерцових діапазонів у трьох регіонах світу.

Регіон 1.	Діапазон 1.880..1900 Ггц виділений для DECT (Digital European Cordless T(elephone)elecommunication). Смуга шириною 100 Мгц в діапазоні 2.45 Ггц виділена для RLAN (RadioLAN); верхня частина (2.4835..2.5 Ггц) - для сателітарних послуг. Смуга 100+50 Мгц в області 5.2 Ггц і 200 Мгц в області 17 Ггц виділена для HIPERLAN (High Performance European Radio LAN) RLAN займає діапазон 61.0..61.5 Ггц. Діапазон 915 Мгц призначений для систем GSM (Groupe Speciale Module).
Регіон 2.	Для обладнання розширення спектру виділені діапазони 902...928 Мгц (США, Канада, Мексіка), 2.4..2.4835 Мгц (США, Канада), 5.725..5.875 Ггц (США). Безліцензійний діапазон: 1.910..1.930 Ггц, в якому для передавання даних виділено смугу 1.910..1.920 Ггц, а для передавання голосу - 1.920..1.930 Ггц. Безліцензійний діапазон 2.390..2.400 Ггц. На частотах понад 40 Ггц пропонується: · смуга 8.5 Ггц для неліцензованого використання, зокрема для LAN, радарних систем автомобілів; · смуга 5 Ггц від 59 Ггц до 64 Ггц; додатково 3.5 Ггц в 7 смугах між 71 Ггц і 153 Ггц. · Смуга 7.3 Ггц для ліцензійних послуг: 3 Ггц у двох підсмугах - 40.5..42.5 Ггц і 47.2..48.2 Ггц; · Смуга 4.3 Ггц в 7 підсмугах між 71 Ггц і 153 Ггц. Ліцензований діапазон для передавання даних 18.8..19.2 ГГц.
Регіон 3.	Для RLAN в Японії виділено діапазон 2.471..2.497 Ггц. Багато інших країн для RLAN використовують діапазон 2.4..2.5 Ггц. Передбачено використання діапазону 17..19 ГГц.

Для передавання радіохвиль використовують неспрямовані та спрямовані антени. Антена і передавач визначають частотний діапазон і потужність радіочастотного сигналу. Глобальні системи використовують короткі хвилі, здатні поширюватися за лінію горизонту, локальні - хвилі метрового та дециметрового діапазонів. Вказані характеристики впливають на використання цих пристроїв для локальних комп'ютерних мереж.

Рис. 4.66. Можливі перешкоди для безпровідної комунікації в приміщеннях.

Надійність зв'язку в радіодіапазоні залежить від великої кількості параметрів, які включають конфігурацію оточення і системи. На рис. 4.66 зображені деякі можливі перешкоди для безпровідної комунікації. Радіосигнали також можуть поширюватися різними шляхами від передавача до приймача, що називають багатошляховим ефектом. Відбиття сигналів можуть викликати змільшення або зменшення сили сигналу, що впливає на пропускну здатність. Окремі технології здатні краще компенсувати багатошляховий ефект від інших.

Вузькосмугова технологія.

Вузькосмуговий радіозв'язок з низьким рівнем потужності. Вузькосмугові трансівери працюють з одною частотою носія. Низькопотужні пристрої часто використовуються для малих відстаней, у відкритих областях. Відносно велика довжина хвилі дозволяє проникнення через перешкоди (наприклад, стіни, перегородки, стелі тощо), однак мала потужність обмежує використання до коротких відстаней при наявності перешкод. Нижче наведений перелік характеристик для вузькосмугового радіозв'язку з низьким рівнем потужності.

1) Частотний діапазон. Такі системи можуть працювати у всьму діапазоні радіочастот. Комп'ютерні мережі звичайно використовують гігагерцовий діапазон, оскільки в ньому можна осягнути вищі швидкості передавання.

2) Ємність каналу. Мала потужність та низька частота не сприяють досягненню високих швидкостей. Типові швидкості лежать біля 1 Мб/с і можуть досягати 10 Мб/с. Існують достатньо дорогі вузькосмугові системи, які оперують із швидкістю 5.7 Мб/с на відстані 25 м, однак відстань залежить від виготівника та оточення.

3) Загасання. Загасання прямо залежить від частоти і відстані від точки випромінювання.

4) Стійкість до електромагнітних завад. Малопотужні вузькосмугові сигнали мають екстремально низьку стійкість до електромагнітних завад. Це особливо вірно для нижчих частотних діапазонів, де впливають такі пристрої, як електродвигуни. Вони також максимально вразливі щодо підслуху, однак внаслідок малого проникнення хвиль через стіни при рівнях потужності, суттєво менших за 1 Вт, підслух можливий тільки у безпосередньому сусідстві з трансіверами.

5) Переваги.

Þ Передовсім це збереження коштів порівняно з укладанням кабельної системи. Для вузькосмугового зв'язку можна використовувати частину нерегламентованих діапазонів. Більшість радіосистем вживає рамки, сумісні з Ethernet, підтримують один або більше мережевих транспортних протоколів - IPX, TCP/IP, NetBIOS/NetBEUI тощо. Радіочастотні неспрямовані внутрішні будинкові антени забезпечують ефективний засяг біля 250 м при ідеальних умовах, однак практично ця відстань залежить від оточення.

Þ Точка доступу або габ дозволяє під'єднати багато станцій до сервера або іншого пристрою в кабельованій мережі, тобто забезпечити під'єднання кабельованого пристрою до безпровідного пристрою. Достатня кількість правильно встановлених точок доступу може розширити відстань, з якої станція має доступ до мережі. Для мобільних користувачів забезпечена можливість переміщень (блукання).

Þ Оскільки для безпровідної станції відсутній фізичний порт для під'єднання, то кількість користувачів для безпровідної точки доступу строго не обмежена (тобто може бути 30..50 користувачів із звичайним офісним програмним забезпеченням або 10-30 користувачів з інтенсивним використанням трафіку).

Þ Система блукання використовує мікрокоміркову архітектуру. В типовому офісному оточенні кожний габ може охопити приблизно 5000 м² (залежно від виготівника обладнання і оточення).

Рис. 4.67. Кабельована і безпровідна мережа з антеною витікаючої хвилі.

Þ вздовж будинку можна прокласти антену витікаючої хвилі (наприклад, спеціальний коаксіальний кабель з випромінюванням). Мобільний комп'ютер може зв'язуватися з такою антеною через антену, вбудовану у безпровідну мережеву карту (рис. 4.67).

6) Недоліки.

Þ Радіочастотний діапазон сприйнятливий до завад, особливо у нерегламентованій частині. Джерела електромагнітних завад погіршують експлуатаційні характеристики безпровідних мереж. До таких джерел відносяться: радіообладнання, відеомонітори і телевізори, електродвигуни, джерела люмінесцентного освітлення, мікрохвильові печі, які працюють в діапазоні 2.4 ГГц. Стіни і поверхові перекриття зменшують або блокують радіосигнали пропорційно до щільності матеріалу. Потужність сигналу і частота є основними параметрами, які визначають характеристики сигналу в даному оточенні. Засоби охорони інформації для таких безпровідних мереж вимагають додаткових витрат. Вузькосмуговий радіозв'язок часто вимагає ліцензування.

Þ Цей метод критичний щодо ідентичного конфігурування безпровідних мереж.

Þ Антени витікаючої хвилі вимагають встановлення також інших кабельних систем, потребують повторювачів для підсилення потужності до ефективного рівня.

Þ Перпендикулярна відстань від кабеля антени витікаючої хвилі є визначальним фактором при проектуванні топології.

7) Кошти. Кошти залежать від застосованого поєднання трансівера та антени. Низькопотужні вузькосмугові системи доступніші за вартістю від інших безпровідних систем.

8) Простота встановлення. Простота встановлення залежить від поєднання трансівера і антени. Більшість систем встановлюється просто з попередньо сконфігурованими трансівером, антеною та іншим обладнанням. В інших випадках для встановлення потрібні підготовані техніки. Неправильно встановлена обладнання може викликати низьку швидкість передавання, погане використання потужності і появу неправильних сигналів.

Вузькосмуговий радіозв'язок з високим рівнем потужності. Високопотужні пристрої застосовують у всьому радіочастотному діапазоні для великих відстаней поза приміщеннями. Залежно від частоти такі пристрої можуть використовувати відбиття та заломлення в земній атмосфері або або працювати в межах прямої видимості. Їх властивості щодо діапазонів частот, загасання, стійкості до завад приблизно аналогічні до систем з низькою потужністю, за вийнятком більшого засягу. Кошти таких систем відносно вищі за рахунок суттєво дорожчих антен, щогл для них, повторювачів або високопотужних трансіверів. Системи з високою потужністю дуже складні для встановлення, вони часто використовують високі напруги і точне настроювання. Неправильно настроєні високопотужні системи можуть привести до значних збитків, бо охоплюють великий простір.

Загальні відомості.

27 червня 1997 року IEEE впровадив стандарт 802.11 для безпровідних локальних мереж (WLAN). Стандарт містить спільний рівень MAC і три різні рівні PHY. Рівень MAC однаковий для всіх рівнів PHY.

Стандарт 802.11 та OSI.

	Канальний	LLC або LLC+SNAP	Управління
	рівень	Підрівень MAC	рівня MAC
	Фізичний	Підрівень PLCP	Управління
	рівень	Підрівень PMD	рівня PHY

 

802.2 LLC	Канальний
802.11 MAC	рівень
Перехід частоти (FHSS)	Пряма послідовність (DSSS)	Інфрачервоний діапазон (IR)	Фізичний рівень

 

Підрівень MAC.

Підрівень MAC забезпечує такі послуги:

1. автентифікацію (послуга станції);

2. деавтентифікацію (послуга станції);

3. секретність (послуга станції);

4. доручення MSDU (послуга станції);

5. з'єднання (послуга розподільчої системи);

6. роз'єднання (послуга розподільчої системи);

7. розподілення (послуга розподільчої системи);

8. об'єднання (послуга розподільчої системи);

9. повторне з'єднання (послуга розподільчої системи).

Крім того, підрівень MAC керує доступом до фізичного середовища. Протокол MAC вживає метод доступу CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Сусідній з ним підрівень MAC придатний до фрагментації та шифрування. Кожна система BSS має унікальні 48-бітову MAC-адресу, тоді як будь-яка система ESS має адресу змінної довжини.

 

Рамка MAC:

Октети								0..2312
	Управління рамки	ID тривалості	Адреса 1	Адреса 2	Адреса 3	Управління послідовністю	Адреса 4	Тіло рамки	CRC
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Заголовок рамки ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®

Формати заголовка рамки відрівзняються для різних типів:

· контролем рамок (окремі поля опущені);

· адмініструванням рамок;

· даними рамок.

Рамка містить поле управління послідовністю для фільтрування повторів, викликаних механізмом підтвердження (ACK).

Управління на рівні MAC. Придатне для синхронізації, управління потужністю, блукання і підтримки MAC-MIB (Management Information Base ~ інформаційна база управління). Поле управління рамки має такий вигляд:

Біти ®
	Версія прото-колу	Тип	Підтип	До DS	Від DS	Більше фрагм.	Повтор	Управл. живленням	Більше даних	WEP	Rsvd

Опис поля адрес:

До DS	Від DS	Адреса 1	Адреса 2	Адреса 3	Адреса 4
		DA	SA	BSS ID	-
		DA	BSS ID	SA	-
		BSS ID	SA	DA	-
		RA	TA	DA	SA

Позначення: DA (Destination Address) - адреса призначення;

SA (Source Address) - адреса джерела;

BSS ID - ідентифікатор базової системи послуг (SS);

RA (Receiver Address) - адреса приймача;

TA (Transmitter Address) - адреса передавача.

Адреса 1 = всі станції фільтрують цю адресу.

Адреса 2 = адреса передавача (TA) - ідентифікує передавач для висилання рамки підтвердження (ACK);

Адреса 3 = залежить від значень бітів До DS або Від DS.

Адреса 4 = потрібна тільки для ідентифікації рамок початкового джерела WDS (Wireless Distribution System ~ безпровідної розподільчої системи).

Метод доступу. Стандарт 802.11 визначає для безпровідних мереж протокол доступу до середовища як CSMA/CA, тобто Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance ~ множинний доступ з розпізнаванням носія і уникненням колізій. Зауважимо, що мережі Ethernet також використовують метод CSMA, однак не з уникненням колізій (CA - Collision Avoidance), а з виявленням колізій (CD - Collision Detection). Однак метод виявлення колізій CD) не цілком задовільняє потреби безпровідних мереж. По-перше, виявлення колізій може вимагати, щоб безпровідна мережа була здатна передавати і приймати у той сам час, що збільшує вартість і складність пристроїв. По-друге, у безпровідній мережі не завжди кожна станція здатна чути іншу станцію, як в кабельній мережі Ethernet. Тому передавальна станція може не знати, чи приймальна станція не зайнята у потрібний момент. Натомість 802.11, який підтримує CSMA/CA, отримує позитивне підтвердження, чим відрізняється від CSMA/CD. Станція, яка має інформацію для передавання, прослуховує середовище і якщо не виявляє активних станцій), то (і це є відмінність від CSMA/CD) вичікує випадковий інтервал часу перед передаванням своїх даних, продовжуючи моніторинг середовища, а потім може передавати. Станція на приймальному кінці негайно висилає підтвердження для передавальної станції, що колізія не відбулася. Якщо ж передавальна станція не отримала такого підтвердження, то вона вважає, що вислана рамка втрачена і висилає її повторно, аж доки не отримає підтвердження.

¾¾¾¾¾ Заголовок MAC¾¾¾¾¾¾®     2 октети 2 октети 6 октетів 6 октетів 4 октети   Управління рамкою Тривалість Адреса призначення Адреса джерела CRC                     а) формат рамки RTS. ¾¾¾¾¾ Заголовок MAC ¾¾¾¾¾¾® 2 октети 2 октети 6 октетів 4 октети Управління рамкою Тривалість Адреса джерела CRC б) формат рамки CTS. Рис. 4.70. Формати рамок протоколу уникнення колізій (CA).

Щоб зменшити можливість колізії внаслідок того, що станція може не чути інших, стандарт 802.11 визначає властивість віртуального розпізнавання носія. Це дозволяє станції, готовій до передавання, спочатку висилати запит на передавання (Request To Send - RTS) - коротку рамку, яка містить адреси джерела та призначення, а також тривалість передавання. Якщо середовище вільне, то приймальна станція відповідає короткою рамкою - дозволом на передавання (Clear To Send - CTS), яка може містити ту ж саму інформацію про тривалість передавання (рис. 4.).

Повна тривалість передавання - це час в мікросекундах, необхідний для висилання наступногї рамки, рамки CTS, рамки підтвердження і трьох інтервалів між рамками (Short InterFrame Space - SIFS). SIFS позділяють передавання в тому самому діалозі.

Станції, які прийняли RTS, STS або обидва пакети можуть встановити свій вектор розміщення, який є індикатором віртуального розпізнання носія, на визначену тривалість передавання, і цей вектор може бути використаний для розпізнання середовища. Через висилання коротких рамок RTS і CTS ймовірність колізії виключається, бо станції, які нормально не чують інших, можуть знати про зайнятість середовища перед закінченням передавання рамки.

Стандарт включає формальний опис протоколу MAC з використанням методу SLD, стандартизованого ITU-T.

Підрівень MAC є ключовим для надійного і успішного передавання інформації з одного місця до іншого. Протокол 802.11 визначає один підрівнь MAC, який взаємодіє з трьома різними Фізичними рівнями (PHY). В моделі OSI PHY є інтерфейсом до мережевого середовища і забезпечує функції сигналізації в мережі.

Фізичний рівень (PHY).

Фізичний рівень складається з двох підрівнів: PLCP (Physical Layer Convergence Protocol - протокол збіжності Фізичного рівня) і PMD (Physical Medium Dependent - залежний від фізичного середовища). Підрівень PLCP відповідальний за розпізнавання носія як частину CSMA/CA. Підрівень PMD відповідальний за модуляцію і кодування сигналу. Існують три види Фізичного рівня. Два з них (FHSS і DSSS) використовують радіочастоти і один (IR) призначений для інфрачервоних променів.

Управління на Фізичному рівні. Призначене для настроювання каналі та PHY-MIB.

Стандарт забезпечує дві специфікації фізичного рівня для радіо в діапазоні 2.400..2.4835 ГГц (залежно від локальних правил), а також для інфрачервоного діапазону.

Frequency Hopping Spread Spectrum Radio PHY. Цей трансівер здійснює операції для 1 Мб/с (на замовлення для 2 Мб/с). У версії 1 Мб/c застосовується дворівнева модуляція GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying), а версія для 2 Мб/с використовує чотирирівневу GFSK.

Direct Sequence Spread Spectrum Radio PHY. Цей трансівер забезпечує операції як для 1 Мб/с, так і для 2 Мб/с. Версія 1 Мб/с використовує DBPSK, а версія 2 Мб/с - DQPSK.

Infrared PHY. Цей трансівер забезпечує 1 Мб/с і на замовлення 2 Мб/с. Версія 1 Мб/с застосовує Pulse Position Modulation (PPM) із 16 позиціями (16-PPM), а версія 2 Мб/с - PPM із 4 позиціями (4-PPM).

This PHY provides 1 Mbit/s with optional 2 Mbit/s. The 1 Mbit/s version uses Pulse Position Modulation with 16 positions (16-PPM) and the 2 Mbit/s version uses 4-PPM. For more details, look at our tutorial.

Кожна специфікація трансівера (PHY) включає діаграму станів, яка формально описує протоколи.

FHSS. Система використовує 79 частотних каналів між 2.4 ГГц і 2.438 ГГц з відстанню між каналами 1 МГц. Може застосовуватися при локальному врегулюванні питання про використання радіочастот без ліцензії. Система надає можливість встановити 26 різних мереж у тому самому просторі, які можуть не бачити одна одну.

Різні швидкості використовують різні способи частотної маніпуляції (Frequency Shift Keying). Для версії 1 Мб/с вживають дворівневу гаусову частотну маніпуляцію, а для версії 2Мб/с - чотирирівневу гаусову маніпуляцію.

Формат рамки:

Преамбула 80 біт	SFD 16 бітів	Довжина 12 бітів	PSF 4 біти	CRC 16 бітів
Преамбула PLCP	Заголовок PLCP	Корисне навантаження MPDU
PPDU

80-бітова преамбула має формат 0101... для синхронізації і застосовується для виявлення сигналу.

SFD означає Start of Frame Delimiter ~ початковий обмежувач рамки.

Поле ДОВЖИНА вказує довжину корисного навантаження в байтах.

PSF означає Payload Signalling Field ~ сигнальне поле корисного навантаження і вказує застосовану швидкість, а також має декілька бітів для майбутнього використання.

Правила переходу вказують, що наявні 79 каналів для переходів і що мінімальний перехід може становити 6 каналів. Трансміттер може зайняти новий канал за 224 мкс.

DSSS. Система характеризується такими параметрами:

· діапазон 2.4 ГГц, ширина смуги 1 Мб/с або 2 Мб/с;

· види модуляції: диференціальна двійкова фазова маніпуляція (Differential Binary Phase Shift Keying - DBPSK), диференціальна квадратурна фазова маніпуляція (Differential Quadrant Phase Shift Keying - DQPSK);

· 11 чіпів послідовності Баркера.

Прямі послідовності використовують повний спектр за один раз.

Різні швидкості утворюються через використання різних форм фазової маніпуляції. Версія 1 Мб/с використовує DBPSK, а версія 2 Мб/с - DQPSK/

Формат рамки:

128- бітова преамбула	SFD 16 бітів	СИГНАЛ 8 бітів	ПОСЛУГИ 8 бітів	Довжина 16 бітів	CRC 16 бітів
Преамбула PLCP	Заголовок PLCP	Корисне навантаження MPDU
PPDU

80-бітова преамбула застосовується для виявлення сигналу.

SFD означає Start of Frame Delimiter ~ початковий обмежувач рамки.

Поле СИГНАЛ вказує застосовану швидкість.

Поле ПОСЛУГИ зарезервоване на майбутнє і тепер містить 00.

Поле ДОВЖИНА вказує довжину корисного навантаження в байтах (октетах).

В табл. 4.32 наведені рівні потужності для радіочастот, можливі до використання у відповідних регіонах при застосуванні систем безпровідних локальних мереж.

Таблиця 4.32. Рівні потужності передавання для різних регіонів.

Максимальна вихідна потужність	Географічне розташування	Документ погодження
1000 мВт	США	FCC 15.247
100 мВт (EIRP)	Европа	ETS 300-328
10 мВт/МГц	Японія	MPT ordinance 79

IR (Infrared). Безпровідні мережі інфрачервоного діапазону характеризуються такими особливостями:

· використовують розсіяне інфрачервоне випромінювання в діапазоні 850..950 нм;

· мають дві різні специфікації швидкостей - основну швидкість доступу (1 Мб/с, 16-PPM) і підвищену швидкість доступу (2 Мб/с, 4-PPM);

· не потребують прямої видимості і націлювання;

· відстані до 10 м;

· застосовуються тільки всередині приміщень.

· Фізичний рівень складається з двох частин - PLCP (Physical Layer Convergence Procedure Sublayer ~ підрівень процедури збіжності Фізичного рівня) і PMD. Кожна з них може бути розглянена окремо.

PLCP. Цей підрівень відображає MPDU (MAC Protocol Data Unit ~ пристрій даних протоколу MAC) на придатний PDU (Physical Data Unit ~ пристрій даних Фізичного рівня).

Формат рамки:

Преамбула PLCP
SYNC	SFD	DR	DCLA	ДОВЖИНА	CRC	PSDU (змінна кількість октетів)

Довжина поля SYNC лежить в межах від 57 слотів L-PPM до 73 слотів L-PPM і не модульоване L-PPM. Це поле забезпечує синхронізацію (відновлення тактового генератора - годинника), автоматичне регулювання підсилення (на замовлення), оцінювання відношення сигнал-шум (на замовлення) та виділення рознесення (на замовлення).

Поле SFD (Start Frame Delimiter ~ початковий обмежувач рамки) містить 4 слоти L-PPM із шістнадцятковими символами 1001. Це поле позначає початок преамбули PLCP і здійснює синхронізацію бітів та символів.

Поле DR (Data Rate ~ швидкість даних) використовує три слоти L-PPM і позначає застосовану швидкість:

· 1 Мб/с: 000

· 2 Мб/с: 001

Поле DCLA (DC Level Adjustment ~ регулювання рівня DC) використовується для стабілізації рівня DC. Поле використовує 32 слоти L-PPM і виглядає так:

· 1 Мб/с: 0000 0000 1000 0000 0000 0000 1000 0000 або в шістнадцятковому форматі 00 80 00 80

· 2 Мб/с: 0010 0010 0010 0010 0010 0010 0010 0010 або в шістнадцятковому форматі 02 02 02 02

Поле ДОВЖИНА вказує кількість октетів, які передаються в PSDU (Physical Sublayer Data Unit ~ пристрій даних Фізичного рівня); значення подане у формі 16-бітного цілого числа.

Поле PSDU містить дані, які приходять від підрівня MAC. Максимальна довжина становить 2500 октетів, а мінімальна рівна 0.

PMD. Т ут формується дійсний потік бітів для передавання. Біти закодовані L-PPM у 16-бітовій або 4-бітовій версіях. Для обидвох версій наведені відповідні таблиці:

Дані	Символ 16-PPM		Дані	Символ 4-PPM

 

Потужність передавання дуже строго регулюється вимогами безпеки. Згідно із IEEE 802.11 слід дотримуватися таких рівнів вихідної потужності:

 

Маска шаблону випромінювання емітера	Максимальна оптична потужність (усереднена по ширині імпульсу)
МАСКА 1	2 Вт ± 20%
МАСКА 2	0.5 Вт ± 20%

 

 

Безпровідні локальні мережі.

Основні відомості.

Що таке безпровідні мережі?

Безпровідні локальні мережі (Wireless Local Area Network - WLAN) - це гнучкі системи комунікації даних, впроваджені як розширення або альтернатива до кабельних LAN. Використовуючи технології радіозв'язку, безпровідні LAN передають і приймають дані через вільний простір, мінімізуючи потреби у кабельних сполученнях. Безпровідні мережі в