بانک کتاب و مقالات

استاندارد شبکه‌های محلی بی‌سیم

.پیش درآمد

امروزه با بهبود عملکرد، کارایی و عوامل امنیتی، شبکه‌های بی‌سیم به شکل قابل توجهی در حال رشد و گسترش هستند و استاندارد IEEE 802.11 استاندارد بنیادی است که شبکه‌های بی‌سیم بر مبنای آن طراحی و پیاده سازی می‌شوند.

در ماه ژوئن سال 1997 انجمن مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) استاندارد IEEE 802.11-1997 را به عنوان اولین استانداردِ شبکه‌های محلی بی‌سیم منتشر ساخت. این استاندارد در سال 1999 مجدداً بازنگری شد و نگارش روز آمد شده آن تحت عنوان IEEE 802.11-1999 منتشر شد. استاندارد جاری شبکه‌های محلی بی‌سیم یا همانIEEE 802.11 تحت عنوان ISO/IEC 8802-11:1999، توسط سازمان استاندارد سازی بین‌المللی (ISO) و مؤسسه استانداردهای ملی آمریکا (ANSI) پذیرفته شده است. تکمیل این استاندارد در سال 1997، شکل گیری و پیدایش شبکه سازی محلی بی‌سیم و مبتنی بر استاندارد را به دنبال داشت. استاندارد 1997، پهنای باند 2Mbps را تعریف می‌کند با این ویژگی که در شرایط نامساعد و محیط‌های دارای اغتشاش (نویز) این پهنای باند می‌تواند به مقدار 1Mbps کاهش یابد. روش تلفیق یا مدولاسیون در این پهنای باند روش DSSS است. بر اساس این استاندارد پهنای باند 1 Mbps با استفاده از روش مدولاسیون FHSS نیز قابل دستیابی است و در محیط‌های عاری از اغتشاش (نویز) پهنای باند 2 Mbpsنیز قابل استفاده است. هر دو روش مدولاسیون در محدوده باند رادیویی 2.4 GHz عمل می‌کنند. یکی از نکات جالب توجه در خصوص این استاندارد استفاده از رسانه مادون قرمز علاوه بر مدولاسیون‌های رادیویی DSSS و FHSS به عنوان رسانهانتقال است. ولی کاربرد این رسانه با توجه به محدودیت حوزه عملیاتی آن نسبتاً محدود و نادر است. گروه کاری 802.11 به زیر گروه‌های متعددی تقسیم می‌شود. شکل‌های 1-1 و 1-2 گروه‌های کاری فعال در فرآیند استاندارد سازی را نشان می‌دهد. برخی از مهم‌ترین زیر گروه‌ها به قرار زیر 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

کمیته 802.11e کمیته‌ای است که سعی دارد قابلیت QoS اِتـِرنت را در محیط شبکه‌های بی‌سیم ارائه کند. توجه داشته باشید که فعالیت‌های این گروه تمام گونه‌های 802.11 شامل a، b، و g را در بر دارد. این کمیته در نظر دارد که ارتباط کیفیت سرویس سیمی یا Ethernet QoS را به دنیای بی‌سیم بیاورد.

کمیته 802.11g کمیته‌ای است که با عنوان 802.11 توسعه یافته نیز شناخته می‌شود. این کمیته در نظر دارد نرخ ارسال داده‌ها در باند فرکانسی ISM را افزایش دهد. باند فرکانسی ISM یا باند فرکانسی صنعتی، پژوهشی، و پزشکی، یک باند فرکانسی بدون مجوز است. استفاده از این باند فرکانسی که در محدوده 2400 مگاهرتز تا 2483.5 مگاهرتز قرار دارد، بر اساس مقررات FCC در کاربردهای تشعشع رادیویی نیازی به مجوز ندارد. استاندارد 802.11g تا کنون نهایی نشده است و مهم‌ترین علت آن رقابت شدید میان تکنیک‌های مدولاسیون است. اعضاء این کمیته و سازندگان تراشه توافق کرده‌اند که از تکنیک تسهیم OFDM استفاده نمایند ولی با این وجود روش PBCC نیز می‌تواند به عنوان یک روش جایگزین و رقیب مطرح باشد.

کمیته 802.11h مسئول تهیه استانداردهای یکنواخت و یکپارچه برای توان مصرفی و نیز توان امواج ارسالی توسط فرستنده‌های مبتنی بر 802.11 است.

فعالیت دو کمیته 802.11i و 802.11x در ابتدا برروی سیستم‌های مبتنی بر 802.11b تمرکز داشت. این دو کمیته مسئول تهیه پروتکل‌های جدید امنیت هستند. استاندارد اولیه از الگوریتمی موسوم به WEP استفاده می‌کند که در آن دو ساختار کلید رمز نگاری به طول 40 و 128 بیت وجود دارد. WEP مشخصاً یک روش رمزنگاری است که از الگوریتم RC4 برای رمزنگاری فریم‌ها استفاده می‌کند. فعالیت این کمیته در راستای بهبود مسائل امنیتی شبکه‌های محلی بی‌سیم است.

شکل 1-1- گروه‌های کاری لایه فیزیکی

شکل1-2- گروه‌های کاری لایه دسترسی به رسانه

این استاندارد لایه‌های کنترل دسترسی به رسانه (MAC) و لایه فیزیکی (PHY) در یک شبکه محلی با اتصال بی‌سیم را دربردارد. شکل 1-3 جایگاه استاندارد 802.11 را در مقایسه با مدل مرجع نشان می‌دهد.

شکل 1-3- مقایسه مدل مرجعOSI و استاندارد 802.11

محیط‌های بی‌سیم دارای خصوصیات و ویژگی‌های منحصر به فردی می‌باشند که در مقایسه با شبکه‌های محلی سیمی جایگاه خاصی را به این گونه شبکه‌ها می‌بخشد. به طور مشخص ویژگی‌های فیزیکی یک شبکه محلی بی‌سیم محدودیت‌های فاصله، افزایش نرخ خطا و کاهش قابلیت اطمینان رسانه، همبندی‌های پویا و متغیر، تداخل امواج، و عدم وجود یک ارتباط قابل اطمینان و پایدار در مقایسه با اتصال سیمی است. این محدودیت‌ها، استاندارد شبکه‌های محلی بی‌سیم را وا می‌دارد که فرضیات خود را بر پایه یک ارتباط محلی و با بُرد کوتاه بنا نهد. پوشش‌های جغرافیایی وسیع‌تر از طریق اتصال شبکه‌های محلی بی‌سیم کوچک برپا می‌شود که در حکم عناصر ساختمانی شبکه گسترده هستند. سیـّار بودن ایستگاه‌های کاری بی‌سیم نیز از دیگر ویژگی‌های مهم شبکه‌های محلی بی‌سیم است. در حقیقت اگر در یک شبکه محلی بی‌سیم ایستگاه‌های کاری قادر نباشند در یک محدودهعملیاتی قابل قبول و همچنین میان سایر شبکه‌های بی‌سیم تحرک داشته باشد، استفاده از شبکه‌های محلی بی‌سیم توجیه کاربردی مناسبی نخواهد داشت.

از سوی دیگر به منظور حفظ سازگاری و توانایی تطابق و همکاری با سایر استانداردها، لایهدسترسی به رسانه (MAC) در استاندارد 802.11 می‌بایست از دید لایه‌های بالاتر مشابه یک شبکه محلی مبتنی بر استاندارد 802 عمل کند. بدین خاطر لایه MAC در این استاندارد مجبور است که سیـّاربودن ایستگاه‌های کاری را به گونه‌ای شفاف پوشش دهد که از دید لایه‌های بالاتر استاندارد این سیـّاربودن احساس نشود. این نکته سبب می‌شود که لایهMAC در این استاندارد وظایفی را بر عهده بگیرد که معمولاً توسط لایه‌های بالاتر شبکه انجام می‌شوند. در واقع این استاندارد لایه‌های فیزیکی و پیوند داده جدیدی به مدل مرجع OSI اضافه می‌کند و به طور مشخص لایه فیزیکی جدید از فرکانس‌های رادیویی به عنوان رسانهانتقال بهره می‌برد. شکل1-4، جایگاه این دو لایه در مدل مرجع OSI را در کنار سایر پروتکل‌های شبکه سازی نشان می‌دهد. همانگونه که در این شکل مشاهده می‌شود وجود این دولایه از دید لایه‌های فوقانی شفاف است.

شکل 1-4- جایگاه 802.11 در مقایسه با سایر پروتکل‌ها

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص گروه‌های کاری IEEE 802.11 می‌توانید به نشانی http://www.ieee802.org/11 مراجعه کنید. علاوه بر استاندارد IEEE 802.11-1999 دو الحاقیه IEEE 802.11a و IEEE 802.11b تغییرات و بهبودهای قابل توجهی را به استاندارد اولیه اضافه کرده است که در ادامه این مقاله به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

2.معماری شبکه‌های محلی بی‌سیم

معماری 802.11 از عناصر ساختمانی متعددی تشکیل شده است که در کنار هم، سـّیار بودن ایستگاه‌های کاری را پنهان از دید لایه‌های فوقانی برآورده می‌سازد. ایستگاه بی‌سیم یا به اختصار ایستگاه (STA)، بنیادی‌ترین عنصر ساختمانی در یک شبکه محلی بی‌سیم است. یک ایستگاه، دستگاهی است که بر اساس تعاریف و پروتکل‌های 802.11 (لایه‌های MAC و PHY) عمل کرده و به رسانه بی‌سیم متصل است. توجه داشته باشید که براساس تعریف کلاسیکِ شبکه‌های کامپیوتری، یک شبکه کامپیوتری مجموعه‌ای از کامپیوترهای مستقل و متصل است که منظور از اتصال در این تعریف، توانایی جابجایی و مبادله پیام‌ها است. ایستگاه‌های کاری بی‌سیم امروزی عمدتاً به صورت مجموعه سخت‌افزاری/نرم‌افزاری کارت‌های شبکه بی‌سیم پیاده‌سازی می‌شوند. همچنین یک ایستگاه می‌تواند یک کامپیوتر قابل حمل، کامپیوتر کفدستی و یا یک نقطه دسترسی باشد. نقطه دسترسی در واقع در حکم پلی است که ارتباط ایستگاه‌های بی‌سیم را با سیستم توزیع یا شبکه سیمی برقرار می‌سازد. کوچکترین عنصر ساختمانی شبکه‌های محلی بی‌سیم در استاندارد 802.11 مجموعه سرویس پایه یا BSS نامیده می‌شود. در واقع BSS مجموعه‌ای از ایستگاه‌های بی‌سیم است.

2-1- همبندی‌های 802.11

در یک تقسیم بندی کلی می‌توان دو همبندی را برای شبکه‌های محلی بی‌سیم در نظر گرفت. سـاده‌ترین همبندی، فی‌البداهه (Ad Hoc) و براساس فرهنگ واژگان استاندارد 802.11، IBSS است. در این همبندی ایستگاه‌ها از طریق رسانه بی‌سیم به صورت نظیر به نظیر با یکدیگر در ارتباط هستند و برای تبادل داده (تبادل پیام) از تجهیزات یا ایستگاه واسطی استفاده نمی‌کنند. واضح است که در این همبندی به سبب محدودیت‌های فاصله هر ایستگاهی ضرورتاً نمی‌تواند با تمام ایستگاه‌های دیگر در تماس باشد. به این ترتیب شرط اتصال مستقیم در همبندی IBSS آن است که ایستگاه‌ها در محدوده عملیاتی بی‌سیم یا همان بُرد شبکه بی‌سیم قرار داشته باشند. شکل 2-1 همبندی IBSSرا نشان می‌دهد.

شکل 2-1- همبندی فی‌البداهه یا IBSS

همبندی دیگر زیرساختار است. در این همبندی عنصر خاصی موسوم به نقطه دسترسی وجود دارد. نقطه دسترسی ایستگاه‌های موجود در یک مجموعه سرویس را به سیستم توزیع متصل می‌کند. در این هم بندی تمام ایستگاه‌ها با نقطه دسترسی تماس می‌گیرند و اتصال مستقیم بین ایستگاه‌ها وجود ندارد در واقع نقطهدسترسی وظیفه دارد فریم‌ها (قاب‌های داده) را بین ایستگاه‌ها توزیع و پخش کند. شکل 2-2 همبندی زیرساختار را نشان می‌دهد.

شکل2-2- همبندی زیرساختار در دوگونه BSS و ESS

در این هم بندی سیستم توزیع، رسانه‌ای است که از طریق آن نقطه دسترسی (AP) با سایر نقاط دسترسی در تماس است و از طریق آن می‌تواند فریم‌ها را به سایر ایستگاه‌ها ارسال نماید. از سوی دیگر می‌تواند بسته‌ها را در اختیار ایستگاه‌های متصل به شبکه سیمی نیز قراردهد. در استاندارد 802.11 توصیف ویژه‌ای برای سیستم توزیع ارائه نشده است، لذا محدودیتی برای پیاده سازی سیستم توزیع وجود ندارد، در واقع این استاندارد تنها خدماتی را معین می‌کند که سیستم توزیع می‌بایست ارائه نماید. بنابراین سیستم توزیع می‌تواند یک شبکه 802.3 معمولی و یا دستگاه خاصی باشد که سرویس توزیع مورد نظر را فراهم می‌کند.

استاندارد 802.11 با استفاده از همبندی خاصی محدوده عملیاتی شبکه را گسترش می‌دهد. این همبندی به شکل مجموعه سرویس گسترش یافته (ESS) بر پا می‌شود. در این روش یک مجموعه گسترده و متشکل از چندین BSS یا مجموعه سرویس پایه از طریق نقاط دسترسی با یکدیگر در تماس هستند و به این ترتیب ترافیک داده بین مجموعه‌های سرویس پایه مبادله شده و انتقال پیام‌ها شکل می‌گیرد. در این همبندی ایستگاه‌ها می‌توانند در محدوده عملیاتی بزرگ‌تری گردش نمایند. ارتباط بین نقاط دسترسی از طریق سیستم توزیع فراهم می‌شود. در واقع سیستم توزیع ستون فقرات شبکه‌های محلی بی‌سیم است و می‌تواند با استفاده از فنّاوری بی‌سیم یا شبکه‌های سیمی شکل گیرد. سیستم توزیع در هر نقطه دسترسی به عنوان یک لایه عملیاتی ساده است که وظیفه آن تعیین گیرنده پیام و انتقال فریم به مقصدش می‌باشد. نکته قابل توجه در این همبندی آن است که تجهیزات شبکه خارج از حوزه ESS تمام ایستگاه‌های سیـّار داخل ESS را صرفنظر از پویایی و تحرکشان به صورت یک شبکه منفرد در سطح لایه MAC تلقی می‌کنند. به این ترتیب پروتکل‌های رایج شبکه‌های کامپیوتری کوچکترین تأثیری از سیـّار بودن ایستگاه‌ها و رسانه بی‌سیم نمی‌پذیرند. جدول 2-1 همبندی‌های رایج در شبکه‌های بی‌سیم مبتنی بر 802.11 را به اختصار جمع بندی می‌کند.

802.11 Topologies

Independent Basic Service Set (IBSS)

("Ad Hoc" or "Peer to Peer")

Infrastructure

Basic Service Set (BSS)

Extended Service Set (ESS)

جدول 2-1- همبندیهای رایج در استاندارد 802.11

2-2- خدمات ایستگاهی

بر اساس این استاندارد خدمات خاصی در ایستگاه‌های کاری پیاده‌سازی می‌شوند. در حقیقت تمام ایستگاه‌های کاری موجود در یک شبکه محلی مبتنی بر 802.11 و نیز نقاط دسترسی موظف هستند که خدمات ایستگاهی را فراهم نمایند. با توجه به اینکه امنیت فیزیکی به منظور جلوگیری از دسترسی غیر مجاز بر خلاف شبکه‌های سیمی، در شبکه‌های بی‌سیم قابل اعمال نیست استاندارد 802.11 خدمات هویت سنجی را به منظور کنترل دسترسی به شبکه تعریف می‌نماید. سرویس هویت سنجی به ایستگاه کاری امکان می‌دهد که ایستگاه دیگری را شناسایی نماید. قبل از اثبات هویت ایستگاه کاری، آن ایستگاه مجاز نیست که از شبکه بی‌سیم برای تبادل داده استفاده نماید. در یک تقسیم بندی کلی 802.11 دو گونه خدمت هویت سنجی را تعریف می‌کند:

- Open System Authentication
- Shared Key Authentication

روش اول، متد پیش فرض است و یک فرآیند دو مرحله‌ای است. در ابتدا ایستگاهی که می‌خواهد توسط ایستگاه دیگر شناسایی و هویت سنجی شود یک فریم مدیریتی هویت سنجی شامل شناسه ایستگاه فرستنده، ارسال می‌کند. ایستگاه گیرنده نیز فریمی در پاسخ می‌فرستد که آیا فرستنده را می‌شناسد یا خیر. روش دوم کمی پیچیده‌تر است و فرض می‌کند که هر ایستگاه از طریق یک کانال مستقل و امن، یک کلید مشترک سّری دریافت کرده است. ایستگاه‌های کاری با استفاده از این کلید مشترک و با بهره‌گیری از پروتکلی موسوم به WEP اقدام به هویت سنجی یکدیگر می‌نمایند. یکی دیگر از خدمات ایستگاهی خاتمه ارتباط یا خاتمه هویت سنجی است. با استفاده از این خدمت، دسترسی ایستگاهی که سابقاً مجاز به استفاده از شبکه بوده است، قطع می‌گردد.

در یک شبکه بی‌سیم، تمام ایستگاه‌های کاری و سایر تجهیزات قادر هستند ترافیک داده‌ای را "بشنوند" – در واقع ترافیک در بستر امواج مبادله می‌شود که توسط تمام ایستگاه‌های کاری قابل دریافت است. این ویژگی سطح امنیتی یک ارتباط بی‌سیم را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به همین دلیل در استاندارد 802.11 پروتکلی موسوم به WEP تعبیه شده است که برروی تمام فریم‌های داده و برخی فریم‌های مدیریتی و هویت سنجی اعمال می‌شود. این استاندارد در پی آن است تا با استفاده از این الگوریتم سطح اختفاء وپوشش را معادل با شبکه‌های سیمی نماید.

2-3-خدمات توزیع

خدمات توزیع عملکرد لازم در همبندی‌های مبتنی بر سیستم توزیع را مهیا می‌سازد. معمولاً خدمات توزیع توسط نقطه دسترسی فراهم می‌شوند. خدمات توزیع در این استاندارد عبارتند از:

- پیوستن به شبکه
- خروج از شبکه بی‌سیم
- پیوستن مجدد
- توزیع
- مجتمع سازی

سرویس اول یک ارتباط منطقی میان ایستگاه سیّار و نقطه دسترسی فراهم می‌کند. هر ایستگاه کاری قبل از ارسال داده می‌بایست با یک نقطه دسترسی برروی سیستم میزبان مرتبط گردد. این عضویت، به سیستم توزیع امکان می‌دهد که فریم‌های ارسال شده به سمت ایستگاه سیّار را به درستی در اختیارش قرار دهد. خروج از شبکه بی‌سیم هنگامی بکار می‌رود که بخواهیم اجباراً ارتباط ایستگاه سیّار را از نقطه دسترسی قطع کنیم و یا هنگامی که ایستگاه سیّار بخواهد خاتمه نیازش به نقطه دسترسی را اعلام کند. سرویس پیوستن مجدد هنگامی مورد نیاز است که ایستگاه سیّار بخواهد با نقطه دسترسی دیگری تماس بگیرد. این سرویس مشابه "پیوستن به شبکه بی‌سیم" است با این تفاوت که در این سرویس ایستگاه سیّار نقطه دسترسی قبلی خود را به نقطه دسترسی جدیدی اعلام می‌کند که قصد دارد به آن متصل شود. پیوستن مجدد با توجه به تحرک و سیّار بودن ایستگاه کاری امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. این اطلاع، (اعلام نقطه دسترسی قبلی) به نقطه دسترسی جدید کمک می‌کند که با نقطه دسترسی قبلی تماس گرفته و فریم‌های بافر شده احتمالی را دریافت کند که به مقصد این ایستگاه سیّار فرستاده شده‌اند. با استفاده از سرویس توزیع فریم‌های لایه MAC به مقصد مورد نظرشان می‌رسند. مجتمع سازی سرویسی است که شبکه محلی بی‌سیم را به سایر شبکه‌های محلی و یا یک یا چند شبکه محلی بی‌سیم دیگر متصل می‌کند. سرویس مجتمع سازی فریم‌های 802.11 را به فریم‌هایی ترجمه می‌کند که بتوانند در سایر شبکه‌ها (به عنوان مثال 802.3) جاری شوند. این عمل ترجمه دو طرفه است بدان معنی که فریم‌های سایر شبکه‌ها نیز به فریم‌های 802.11 ترجمه شده و از طریق امواج در اختیار ایستگاه‌های کاری سیّار قرار می‌گیرند.

2-4- دسترسی به رسانه

روش دسترسی به رسانه در این استاندارد CSMA/CA است که تاحدودی به روش دسترسی CSMA/CD شباهت دارد. در این روش ایستگاه‌های کاری قبل از ارسال داده کانال رادیویی را کنترل می‌کنند و در صورتی که کانال آزاد باشد اقدام به ارسال می‌کنند. در صورتی که کانال رادیویی اشغال باشد با استفاده از الگوریتم خاصی به اندازه یک زمان تصادفی صبر کرده و مجدداً اقدام به کنترل کانال رادیویی می‌کنند. در روش CSMA/CA ایستگاه فرستنده ابتدا کانال فرکانسی را کنترل کرده و در صورتی که رسانه به مدت خاصی موسوم به DIFS آزاد باشد اقدام به ارسال می‌کند. گیرنده فیلد کنترلی فریم یا همان CRC را چک می‌کند و سپس یک فریم تصدیق می‌فرستد. دریافت تصدیق به این معنی است که تصادمی بروز نکرده است. در صورتی که فرستنده این تصدیق را دریافت نکند، مجدداً فریم را ارسال می‌کند. این عمل تا زمانی ادامه می‌یابد که فریم تصدیق ارسالی از گیرنده توسط فرستنده دریافت شود یا تکرار ارسال فریم‌ها به تعداد آستان‌های مشخصی برسد که پس از آن فرستنده فریم را دور می‌اندازد.

در شبکه‌های بی‌سیم بر خلاف اِتِرنت امکان شناسایی و آشکار سازی تصادم به دو علت وجود ندارد:

پیاده سازی مکانیزم آشکار سازی تصادم به روش ارسال رادیویی دوطرفه نیاز دارد که با استفاده از آن ایستگاه سیّار بتواند در حین ارسال، سیگنال را دریافت کند که این امر باعث افزایش قابل توجه هزینه می‌شود.
در یک شبکه بی‌سیم، بر خلاف شبکه‌های سیمی، نمی‌توان فرض کرد که تمام ایستگاه‌های سیّار امواج یکدیگر را دریافت می‌کنند. در واقع در محیط بی‌سیم حالاتی قابل تصور است که به آنها نقاط پنهان می‌گوییم. در شکل زیر ایستگاه‌های کاری "A" و "B" هر دو در محدوده تحت پوشش نقطه دسترسی هستند ولی در محدوده یکدیگر قرار ندارند.

شکل 2-3- روزنه‌های پنهان

برای غلبه بر این مشکل، استاندارد 802.11 از تکنیکی موسوم به اجتناب از تصادم و مکانیزم تصدیق استفاده می‌کند. همچنین با توجه به احتمال بروز روزنه‌های پنهان و نیز به منظور کاهش احتمال تصادم در این استاندارد از روشی موسوم به شنود مجازی رسانه یا VCS استفاده می‌شود. در این روش ایستگاه فرستنده ابتدا یک بسته کنترلی موسوم به تقاضای ارسال حاوی نشانی فرستنده، نشانی گیرنده، و زمان مورد نیاز برای اشغال کانال رادیویی را می‌فرستد. هنگامی که گیرنده این فریم را دریافت می‌کند، رسانه را کنترل می‌کند و در صورتی که رسانه آزاد باشد فریم کنترلی CTS را به نشانی فرستنده ارسال می‌کند. تمام ایستگاه‌هایی که فریم‌های کنترلی RTS/CTS را دریافت می‌کنند وضعیت کنترل رسانه خود موسوم به شاخصNAV را تنظیم می‌کنند. در صورتی که سایر ایستگاه‌ها بخواهند فریمی را ارسال کنند علاوه بر کنترل فیزیکی رسانه (کانال رادیویی) به پارامتر NAV خود مراجعه می‌کنند که مرتباً به صورت پویا تغییر می‌کند. به این ترتیب مشکل روزنه‌های پنهان حل شده و تصادم‌ها نیز به حداقل مقدار می‌رسند. شکل 2-4 زمان‌بندی RTS/CTS و وضعیت سایر ایستگاه‌ها را نشان می‌دهد.

شکل 2-4- زمان‌بندی RTS/CTS

2-5- لایه فیزیکی

در این استاندارد لایه فیزیکی سه عملکرد مشخص را انجام می‌دهد. اول آنکه رابطی برای تبادل فریم‌های لایه MAC جهت ارسال و دریافت داده‌ها فراهم می‌کند. دوم اینکه با استفاده از روش‌های تسهیم فریم‌های داده را ارسال می‌کند و در نهایت وضعیت رسانه (کانال رادیویی) را در اختیار لایه بالاتر (MAC) قرار می‌دهد. سه تکنیک رادیویی مورد استفاده در لایه فیزیکی این استاندارد به شرح زیر می‌باشند:

استفاده از تکنیک رادیویی DSSS
استفاده از تکنیک رادیویی FHSS
استفاده از امواج رادیویی مادون قرمز

در این استاندار لایه فیزیکی می‌تواند از امواج مادون قرمز نیز استفاده کند. در روش ارسال با استفاده از امواج مادون قرمز، اطلاعات باینری با نرخ 1 یا 2 مگابیت در ثانیه و به ترتیب با استفاده از مدولاسیون 16-PPM و 4-PPMمبادله می‌شوند.

2-5-1-ویژگی‌های سیگنال‌های طیف گسترده

عبارت طیف گسترده به هر تکنیکی اطلاق می‌شود که با استفاده از آن پهنای باند سیگنال ارسالی بسیار بزرگ‌تر از پهنای باند سیگنال اطلاعات باشد. یکی از سوالات مهمی که با در نظر گرفتن این تکنیک مطرح می‌شود آن است که با توجه به نیاز روز افزون به پهنای باند و اهمیت آن به عنوان یک منبع با ارزش، چه دلیلی برای گسترش طیف سیگنال و مصرف پهنای باند بیشتر وجود دارد. پاسخ به این سوال در ویژگی‌های جالب توجه سیگنال‌های طیف گسترده نهفته است. این ویژگی‌های عبارتند از:

- پایین بودن توان چگالی طیف به طوری که سیگنال اطلاعات برای شنود غیر مجاز و نیز در مقایسه با سایر امواج به شکل اعوجاج و پارازیت به نظر می‌رسد.

مصونیت بالا در مقابل پارازیت و تداخل
رسایی با تفکیک پذیری و دقت بالا
امکان استفاده در CDMA

مزایای فوق کمیسیون FCC را بر آن داشت که در سال 1985 مجوز استفاده از این سیگنال‌ها را با محدودیت حداکثر توان یک وات در محدوده ISM صادر نماید.

2-5-2-سیگنال‌های طیف گسترده با جهش فرکانسی

در یک سیستم مبتنی بر جهش فرکانسی، فرکانس سیگنال حامل به شکلی شبه تصادفی و تحت کنترل یک ترکیب کننده تغییر می‌کند. شکل 2-5 این تکنیک را در قالب یک نمودار نشان می‌دهد.

PN-CODE= Pseudonoise code
شکل 2-5 - تکنیک FHSS

در این شکل سیگنال اطلاعات با استفاده از یک تسهیم کننده دیجیتال و با استفاده از روش تسهیم FSK تلفیق می‌شود. فرکانس سیگنال حامل نیز به شکل شبه تصادفی از محدوده فرکانسی بزرگ‌تری در مقایسه با سیگنال اطلاعات انتخاب می‌شود. با توجه به اینکه فرکانس‌های pn-code با استفاده از یک ثبات انتقالی همراه با پس خور ساخته می‌شوند، لذا دنباله فرکانسی تولید شده توسط آن کاملا تصادفی نیست و به همین خاطر به این دنباله، شبه تصادفی می‌گوییم.

شکل 2-6- تغییر فرکانس سیگنال تسهیم شده به شکل شبه تصادفی

بر اساسی مقررات FCC و سازمان‌های قانون گذاری، حداکثر زمان توقف در هر کانال فرکانسی 400 میلی ثانیه است که برابر با حداقل 2.5 جهش فرکانسی در هر ثانیه خواهد بود. در استاندارد 802.11 حداقل فرکانس جهش در آمریکای شمالی و اروپا 6 مگاهرتز و در ژاپن 5 مگاهرتز می‌باشد.

2-5-3-سیگنال‌های طیف گسترده با توالی مستقیم

اصل حاکم بر توالی مستقیم، پخش یک سیگنال برروی یک باند فرکانسی بزرگتر از طریق تسهیم آن با یک امضاء یا کُد به گونه‌ای است که نویز و تداخل را به حداقل برساند. برای پخش کردن سیگنال هر بیت واحد با یک کُد تسهیم می‌شود. در گیرنده نیز سیگنال اولیه با استفاده از همان کد بازسازی می‌گردد. در استاندارد 802.11 روش مدولاسیون مورد استفاده در سیستم‌های DSSS روش تسهیم DPSK است. در این روش سیگنال اطلاعات به شکل تفاضلی تهسیم می‌شود. در نتیجه نیازی به فاز مرجع برای بازسازی سیگنال وجود ندارد.

از آنجا که در استاندارد 802.11 و سیستم DSSS از روش تسهیم DPSK استفاده می‌شود، داده‌های خام به صورت تفاضلی تسهیم شده و ارسال می‌شوند و در گیرنده نیز یک آشکار ساز تفاضلی سیگنال‌های داده را دریافت می‌کند. در نتیجه نیازی به فاز مرجع برای بازسازی سیگنال وجود ندارد. در روش تسهیم PSK فاز سیگنال حامل با توجه به الگوی بیتی سیگنال‌های داده تغییر می‌کند. به عنوان مثال در تکنیک QPSK دامنه سیگنال حامل ثابت است ولی فاز آن با توجه به بیت‌های داده تغییر می‌کند. جدول زیر ایده مدولاسیون فاز را نشان می‌دهد.

Symbols	Bits	Phase Modulation
1	00
2	01
3	10
4	11

جدول 2-2- مدولاسیون فاز

در الگوی مدولاسیون QPSK چهار فاز مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند و چهار نماد را پدید می‌آورند. واضح است که در این روش تسهیم، دامنه سیگنال ثابت است. در روش تسهیم تفاضلی سیگنال اطلاعات با توجه به میزان اختلاف فاز و نه مقدار مطلق فاز تسهیم و مخابره می‌شوند. به عنوان مثال در روش pi/4-DQPSK، چهار مقدار تغییر فاز 3pi/4- ، 3pi/4، pi/4، و-pi/4 است. با توجه به اینکه در روش فوق چهار تغییر فاز به کار رفته است لذا هر نماد می‌تواند دو بیت را کُدگذاری نماید.

بیتهای فرد	بیتهای زوج	اختلاف فاز
1	1	-3pi/4
0	1	3 pi/4
0	0	Pi/4
1	0	-pi/4

جدول 2-3- مدولاسیون تفاضلی

در روش تسهیم طیف گسترده با توالی مستقیم مشابه تکنیک FH از یک کد شبه تصادفی برای پخش و گسترش سیگنال استفاده می‌شود. عبارت توالی مستقیم از آنجا به این روش اطلاق شده است که در آن سیگنال اطلاعات مستقیماً توسط یک دنباله از کدهای شبه تصادفی تسهیم می‌شود. در این تکنیک نرخ بیتی شبه کُد تصادفی، نرخ تراشه نامیده می‌شود. در استاندارد 802.11 از کُدی موسوم به کُد بارکر برای تولید کدها تراشه سیستم DSSS استفاده می‌شود. مهم‌ترین ویژگی کدهای بارکر خاصیت غیر تناوبی و غیر تکراری آن است که به واسطه آن یک فیلتر تطبیقی دیجیتال قادر است به راحتی محل کد بارکر را در یک دنباله بیتی شناسایی کند.

جدول زیر فهرست کامل کدهای بارکر را نشان می‌دهد. همانگونه که در این جدول مشاهده می‌شود کدهای بارکر از 8 دنباله تشکیل شده است. در تکنیک DSSS که در استاندارد 802.11 مورد استفاده قرار می‌گیرد، از کد بارکر با طول 11 (N=11) استفاده می‌شود. این کد به ازاء یک نماد، شش مرتبه تغییر فاز می‌دهد و این بدان معنی است که سیگنال حامل نیز به ازاء هر نماد 6 مرتبه تغییر فاز خواهد داد.

جدول 2-4- کدهای بارکر

لازم به یادآوری است که کاهش پیچیدگی سیستم ناشی از تکنیک تسهیم تفاضلی DPSK به قیمت افزایش نرخ خطای بیتی به ازاء یک نرخ سیگنال به نویز ثابت و مشخص است.

شکل2-7- مدار مدولاسیون با استفاده از کدهای بارکر

شکل 2-7 مدل منطقی مدولاسیون و پخش سیگنال اطلاعات با استفاده از کدهای بارکر را نشان می‌دهد.

2-6-استفاده مجدد از فرکانس

یکی از نکات مهم در طراحی شبکه‌های بی‌سیم، طراحی شبکه سلولی به گونه‌ای است که تداخل فرکانسی را تا جای ممکن کاهش دهد. شکل 2-8 سه کانال DSSS در محدوده فرکانسی ISM را نشان می‌دهد.

شکل 2-8- سه کانال فرکانسی F3,F2,F1

شکل 2-9 مفهوم استفاده مجدد از فرکانس با استفاده از شبکه‌های مجاور فرکانسی را نشان می‌دهد. در این شکل مشاهده می‌شود که با استفاده از یک طراحی شبکه سلولی خاص، تنها با استفاده از سه فرکانس متمایز F3,F2,F1 امکان استفاده مجدد از فرکانس فراهم شده است.

شکل 2-9- طراحی شبکه سلولی

در این طراحی به هریک از سلول‌های همسایه یک کانال متفاوت اختصاص داده شده است و به این ترتیب تداخل فرکانسی بین سلول‌های همسایه به حداقل رسیده است. این تکنیک همان مفهومی است که در شبکه تلفنی سلولی یا شبکه تلفن همراه به کار می‌رود. نکتهجالب دیگر آن است که این شبکه سلولی به راحتی قابل گسترش است. خوانندگان علاقمند می‌توانند دایره‌های جدید را در چهار جهت شبکه سلولی شکل فوق با فرکانس‌های متمایز F1,F2,F3 ترسیم و گسترش دهند.

2-7- آنتن‌ها

در یکی تقسیم بندی کلی آنتن‌های مورد استفاده در استاندارد IEEE 802.11 به دو دسته: تمام جهت و نقطه به نقطه تقسیم می‌شوند. واضح است که آنتن‌های تمام جهته با توجه به آنکه نیازی به تنظیم ندارند، راحت‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این آنتن‌ها در اغلب کارت‌های شبکه (کارت‌های دسترسی) و نیز نقاط دسترسی یا ایستگاه‌های پایه بکار می‌روند.

این آنتن‌ها در فواصل کوتاه قابل استفاده هستند و برای بهره گیری در فواصل طولانی‌تر به تقویت کننده‌های خارجی نیاز دارند که البته در بسیاری موارد استفاده از این تقویت کننده‌های خارجی میسر و یا قانونی نیست. از سوی دیگر آنتن‌های نقطه به نقطه یا خطی در کاربردهای خارجی استفاده می‌شوند و به تنظیم دقیق نیاز دارند. محدوده عملیاتی رایج در آنتن‌های تمام جهته 45 متر و محدوده عملیاتی آنتنهای نقطه به نقطه و توان بالا در حدود 40 کیلومتر است. در کاربردهایی که استفاده از تقویت کننده بلا مانع است، این محدوده عملیاتی به شکل قابل توجهی افزایش یافته و تنها توسط خط دید (مسیر دید) محدود می‌شود. از جمله عوامل مهمی که محدوده عملیاتی تجهیزات مبتنی بر IEEE 802.11 را تحت تأثیر قرار می‌دهد محل نصب نقاط دسترسی یا ایستگاه پایه و نیز تداخل رادیویی است. همانگونه که پیشتر گفته شد، تجهیزات مبتنی بر این استاندارد سعی می‌کنند که با بالاترین نرخ ارسال داده کار کنند و در صورت نیاز به سرعت‌های پایین‌تر برگردند.

استاندارد شبکه‌های محلی بی سیم(2)

در شماره قبل ، نخستین بخش از مقاله استاندارد شبکه‌های بی‌سیم به چاپ رسید که در آن به معماری شبکه‌های محلی بی‌سیم، خدمات توزیع، خدمات ایستگاهی و در تهایت آنتن ها پرداخته شده بود ، بخش دوم این مقاله را با هم می‌خوانیم :

3- استاندارد 802.11b

همزمان با برپایی استاندارد IEEE 802.11b یا به اختصار .11b در سال 1999، انجمن مهندسین برق و الکترونیک تحول قابل توجهی در شبکه سازی‌های رایج و مبتنی بر اترنت ارائه کرد. این استاندارد در زیر لایه دسترسی به رسانه از پروتکل CSMA/CA سود می‌برد. سه تکنیک رادیویی مورد استفاده در لایه فیزیکی این استاندارد به شرح زیر است:

استفاده از تکنیک رادیویی DSSS در باند فرکانسی 2.4GHz به همراه روش مدولاسیون CCK
استفاده از تکنیک رادیویی FHSS در باندفرکانسی 2.4 GHz به همراه روش مدولاسیون CCK
استفاده از امواج رادیویی مادون قرمز

در استاندار 802.11 اولیه نرخ‌های ارسال داده 1 و 2 مگابیت در ثانیه است. در حالی که در استاندارد 802.11b با استفاده از تکنیک CCK و روش تسهیم QPSK نرخ ارسال داده به 5.5 مگابیت در ثانیه افزایش می‌یابد همچنین با به کارگیری تکنیک DSSS نرخ ارسال داده به 11 مگابیت در ثانیه می‌رسد.

به طور سنتی این استاندادر از دو فنّاوری DSSS یا FHSS استفاده می‌کند. هر دو روش فوق برای ارسال داده با نرخ های 1 و 2 مگابیت در ثانیه مفید هستند. جدول 3-1 سرعت مختلف قابل دسترسی در این استاندارد را نشان می‌دهد.

Data Rate	Code Length	Modulation	Symbol Rate	Bits/Symbol
1 Mbps	11 (Barker Sequence)	BPSK	1 MSps	1
2 Mbps	11 (Barker Seq.)	QPSK	1 MSps	2
5.5 Mbps	8 CCK	QPSK	1.375 MSps	4
11 Mbps	8 CCK	QPSK	1.375 MSps	8

جدول 3-1- نرخ‌های ارسال داده در استاندارد 802.11b

در ایالات متحده آمریکا کمیسیون فدرال مخابرات یا FCC، مخابره و ارسال فرکانس های رادیویی را کنترل می‌کند. این کمیسیون باند فرکانس خاصی موسوم به ISM را در محدوده 2.4 GHz تا 2.4835 GHz برای فنّاوری‌های رادیویی استاندارد IEEE 802.11b اختصاص داده است.

3-1-اثرات فاصله

فاصله از فرستنده برروی کارایی و گذردهی شبکه‌های بی‌سیم تاثیر قابل توجهی دارد. فواصل رایج در استاندارد 802.11 با توجه به نرخ ارسال داده تغییر می‌کند و به طور مشخص در پهنای باند 11 Mbps این فاصله 30 تا 45 متر و در پهنای باند 5.5 Mbps، 40 تا 45 متر و در پهنای باند 2 Mbps ، 75 تا 107 متر است. لازم به یادآوری است که این فواصل توسط عوامل دیگری نظیر کیفیت و توان سیگنال، محل استقرار فرستنده و گیرند و شرایط فیزیکی و محیطی تغییر می‌کنند.

در استاندارد 802.11b پروتکلی وجود دارد که گیرنده بسته را ملزم به ارسال بسته تصدیق می‌نماید (رجوع کنید به بخش 2-4 دسترسی به رسانه). توجه داشته باشید که این مکانیزم تصدیق علاوه بر مکانیزم‌های تصدیق رایج در سطح لایه انتقال (نظیر آنچه در پروتکل TCP اتفاق می‌افتد) عمل می‌کند. در صورتی که بسته تصدیق ظرف مدت زمان مشخصی از طرف گیرنده به فرستنده نرسد، فرستنده فرض می‌کند که بسته از دست رفته است و مجدداً آن بسته را ارسال می‌کند. در صورتی که این وضعیت ادامه یابد نرخ ارسال داده نیز کاهش می‌یابد (Fall Back) تا در نهایت به مقدار 1 Mpbs برسد. در صورتی که در این نرخ حداقل نیز فرستنده بسته‌های تصدیق را در زمان مناسب دریافت نکند ارتباط گیرنده را قطع شده تلقی کرده و دیگر بسته‌‌ای را برای آن گیرنده ارسال نمی‌کند. به این ترتیب فاصله نقش مهمی در کارایی (میزان بهره‌وری از شبکه) و گذردهی (تعداد بسته های غیرتکراری ارسال شده در واحد زمان) ایفا می‌کند.

3-2-پل بین شبکه‌ای

بر خلاف انتظار بسیاری از کارشناسان شبکه‌های کامپیوتری، پل بین شبکه‌ای یا Bridging در استاندارد 802.11b پوشش داده نشده است. در پل بین شبکه‌ای امکان اتصال نقطه به نقطه (و یا یک نقطه به چند نقطه) به منظور برقراری ارتباط یک شبکه محلی با یک یا چند شبکه محلی دیگر فراهم می‌شود. این کاربرد به خصوص در مواردی که بخواهیم بدون صرف هزینه کابل کشی (فیبر نوری یا سیم مسی) شبکه محلی دو ساختمان را به یکدیگر متصل کنیم بسیار جذاب و مورد نیاز می‌باشد. با وجود اینکه استاندارد 802.11b این کاربرد را پوشش نمی‌دهد ولی بسیاری از شرکت‌ها پیاده‌سازی‌های انحصاری از پل بی‌سیم را به صورت گسترش و توسعه استاندارد 802.11b ارائه کرده‌اند. پل‌های بی‌سیم نیز توسط مقررات FCC کنترل می‌شوند و گذردهی مؤثر یا به عبارت دیگر توان مؤثر ساطع شده همگرا (EIRP) در این تجهیزات نباید از 4 وات بیشتر باشد. بر اساس مقررات FCC توان سیگنال‌های ساطع شده در شبکه‌های محلی نیز نباید از 1 وات تجاوز نماید.

3-3-پدیده چند مسیری

شکل 3-1 پدیده چند مسیری را نشان می‌دهد. در این پدیده مسیر و زمان بندی سیگنال در اثر برخورد با موانع و انعکاس تغییر می‌کند. پیاده سازی‌های اولیه از استاندارد 802.11b از تکنیک FHSS در لایه فیزیکی استفاده می‌کردند. از ویژگی‌های قابل توجه این تکنیک مقاومت قابل توجه آن در برابر پدیده چند مسیری است. در این تکنیک از کانال های متعددی (79 کانال) با پهنای باند نسبتاً کوچک استفاده شده و فرستنده و گیرنده به تناوب کانال فرکانسی خود را تغییر می‌دهند. این تغییر کانال هر 400 میلی ثانیه بروز می‌کند لذا مشکل چند مسیری به شکل قابل ملاحظه‌ای منتفی می‌شود. زیرا گیرنده، سیگنال اصلی (که سریع‌تر از سایرین رسیده و عاری از تداخل است) را دریافت کرده و کانال فرکانسی خود را عوض می‌کند و سیگنال‌های انعکاسی زمانی به گیرنده می‌رسد که گیرنده کانال فرکانسی قبلی خود را عوض کرده و در نتیجه توسط گیرنده احساس و دریافت نمی‌شوند.

شکل3-1- پدیده چند مسیری

4-استاندارد 802.11a

استاندارد 802.11a، از باند رادیویی جدیدی برای شبکه‌های محلی بی‌سیم استفاده می‌کند و پهنای باند شبکه‌های بی‌سیم را تا 54 Mbps افزایش می‌دهد. این افزایش قابل توجه در پهنای باند مدیون تکنیک مدولاسیونی موسوم به OFDM است. نرخ‌های ارسال داده در استاندارد IEEE 802.11a عبارتند از:6,9,12,18,24,36,48,54 Mbps که بر اساس استاندارد، پشتیبانی از سرعت های 6,12,24 مگابیت در ثانیه اجباری است. برخی از کارشناسان شبکه‌های محلی بی‌سیم، استاندارد IEEE 802.11aرا نسل آینده IEEE 802.11تلقی می‌کنند و حتی برخی از محصولات مانند تراشه‌های Atheros وکارت‌های شبکه PCMCIA/Cardbus محصول Card Access Inc. استاندارد IEEE 802.11a را پیاده‌سازی کرده‌اند. بدون شک این پهنای باند وسیع و نرخ داده سریع محدودیت‌هایی را نیز به همراه دارد. در واقع افزایش پهنای باند در استاندارد IEEE 802.11a باعث شده است که محدوده عملیاتی آن در مقایسه با IEEE 802.11/b کاهش یابد. علاوه بر آن به سبب افزایش سربارهای پردازشی در پروتکل، تداخل، و تصحیح خطاها، پهنای باند واقعی به مراتب کمتر از پهنای باند اسمی این استاندارد است. همچنین در بسیاری از کاربردها امکان سنجی و حتی نصب تجهیزات اضافی نیز مورد نیاز است که به تبع آن موجب افزایش قیمتِ زیرساختارِ شبکه بی‌سیم می‌شود. زیرا محدوده عملیاتی در این استاندارد کمتر از محدوده عملیاتی در استاندارد IEEE 802.11b بوده و به همین خاطر به نقاط دسترسی یا ایستگاه پایه بیشتری نیاز خواهیم داشت که افزایش هزینه زیرساختار را به دنبال دارد. این استاندارد از باند فرکانسی خاصی موسوم به UNII استفاده می‌کند. این باند فرکانسی به سه قطعه پیوسته فرکانسی به شرح زیر تقسیم می‌شود:

UNII-1 @ 5.2 GHz
UNII-2 @ 5.7 GHz
UNII-3 @ 5.8 GHz

یکی از تصورات غلط در زمینهاستانداردهای 802.11 این باور است که 802.11a قبل از 802.11b مورد بهره برداری واقع شده است. در حقیقت 802.11b نسل دوم استانداردهای بی‌سیم (پس از 802.11)است و 802.11a نسل سوم از این مجموعه استاندارد به شمار می‌رود. استاندارد 802.11a برخلاف ادعای بسیاری از فروشندگان تجهیزات بی‌سیم نمی‌تواند جایگزین 802.11b شود زیرا لایه فیزیکی مورد استفاده در هریک تفاوت اساسی با دیگری دارد. از سوی دیگر گذردهی (نرخ ارسال داده) و فواصل در هریک متفاوت است.

شکل4-1- تخصیص باند فرکانسی در UNII

در شکل 4-1 این سه ناحیه عملیاتی UNII و نیز توان مجاز تشعشع رادیویی از سوی FCC ملاحظه می‌شود. این سه ناحیه کاری 12 کانال فرکانسی را فراهم می‌کنند. باند UNII-1 برای کاربردهای فضای بسته، باند UNII-2 برای کاربردهای فضای بسته و باز، و باند UNII-3 برای کاربردهای فضای باز و پل بین شبکه‌ای به کار برده می‌شوند. این نواحی فرکانسی در ژاپن نیز قابل استفاده هستند. این استاندارد در حال حاضر در قارهاروپا قابل استفاده نیست. در اروپا HyperLAN2برای شبکه‌های بی‌سیم مورد استفاده قرار می‌گیرد که به طور مشابه از باند فرکانسی 802.11aاستفاده می‌کند. یکی از نکات جالب توجه در استاندارد 802.11a تعریف کاربردهای پل سازی شبکه‌ای در کاربردهای داخلی و فضای باز است. در واقع این استاندارد مقررات لازم برای پل سازی و ارتباط بین شبکه‌ای از طریق پل را در کاربردهای داخلی و فضای باز فراهم می‌نماید. در یکی تقسیم بندی کلی می‌توان ویژگی ها و مزایای 802.11a را در سه محور زیر خلاصه نمود.

افزایش در پهنای باند در مقایسه با استاندارد 802.11b (در استاندارد 802.11a حداکثر پهنای باند 54 Mbps) می‌باشد.
استفاده از طیف فرکانسی خلوت (باند فرکانسی 5 GHz)
استفاده از 12 کانال فرکانسی غیرپوشا (سه محدودهفرکانسی که در هریک 4 کانال غیرپوشا وجود دارد)

4-1-افزایش پهنای باند

استاندارد 802.11a در مقایسه با 802.11b و پهنای باند 11 Mbps حداکر پهنای باند 54 Mbps را فراهم می‌کند. مهم‌ترین عامل افزایش قابل توجه پهنای باند در این استاندارد استفاده از تکنیک پیشرفته مدولاسیون، موسوم به OFDM است. تکنیکOFDM یک تکنولوژی (فنـّاوری) تکامل یافته و بالغ در کاربردهای بی‌سیم به شمار می‌رود. این تکنولوژی مقاومت قابل توجهی در برابر تداخل رادیویی داشته و تأثیر کمتری از پدیده چند مسیری می‌پذیرد. OFDM تحت عناوین مدولاسیون چند حاملی و یا مدولاسیون چندآهنگی گسسته نیز شناخته می‌شود. این تکنیک مدولاسیون علاوه بر شبکه‌های بی‌سیم در تلویزیون‌های دیجیتال (در اروپا، ژاپن، و استرالیا) و نیز به عنوان تکنولوژی پایه در خطوط مخابراتی ADSL مورد استفاده قرار می‌گیرد. آندرو مک کورمیک Andrew McCormik از دانشگاه ادینبورو نمایش محاوره‌ای جالبی از این فناوری گردآوری کرده که در نشانی http://www.ee.ed.ac.uk/~acmc/OFDMTut.html قابل مشاهده است.

تکنیک OFDM از روش QAM و پردازش سیگنال‌های دیجیتال استفاده کرده و سیگنال داده را با فرکانس‌های دقیق و مشخصی تسهیم می‌کند. این فرکانس‌ها به گونه ای انتخاب می‌شوند که خاصیت تعامد را فراهم کنند و به این ترتیب علیرغم همپوشانی فرکانسی هر یک از فرکانس های حامل به تنهایی آشکار می‌شوند و نیازی به باند محافظت برای فاصله گذاری بین فرکانس‌ها نیست. برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این تکنیک می‌توانید به نشانی زیر مراجعه نمایید:

http://wireless.per.nl/telelearn/ofdm

در کنار افزایش پهنای باند در این استاندارد فواصل مورد استفاده نیز کاهش می‌یابند. در واقع باند فرکانسی 5 GHz تقریباً دوبرابر باند فرکانسی ISM (2.4 GHz) است که در استاندارد802.11b مورد استفاده قرار می‌گیرد. محدوده موثر در این استاندارد با توجه به سازندگان تراشه‌های بی‌سیم متفاوت و متغیر است ولی به عنوان یک قاعده سرراست می‌توان فواصل در این استاندارد را یک سوم محدوده فرکانسی 2.4 GHz (802.11b) در نظر گرفت. در حال حاضر محدوده عملیاتی (فاصله از فرستنده) در محصولات مبتنی بر 802.11a و پهنای باند 54 Mbps در حدود 10 تا 15 متر است. این محدوده در پهنای باند6 Mbps در حدود 61 تا 84 متر افزایش می‌یابد.

4-2-طیف فرکانسی تمیزتر

طیف فرکانسی UNII در مقایسه با طیف ISM خلوت‌تر است و کاربرد دیگری برای طیف UNII به جز شبکه‌های بی‌سیم تعریف و تخصیص داده نشده است. در حالی که در طیف فرکانسی ISM تجهیزات بی‌سیم متعددی نظیر تجهیزات پزشکی، اجاق های مایکروویو، تلفن‌های بی‌سیم و نظایر آن وجود دارند. این تجهیزات بی‌سیم در باند 2.4 GHz یا طیف ISM هیچگونه تداخلی با تجهیزات باند UNII (تجهیزات بی‌سیم 802.11a) ندارند. شکل4-2 فرکانس مرکزی و فاصله‌های فرکانسی در باند UNII را نشان می‌دهد.

شکل4-2- فرکانس مرکزی و فواصل فرکانسی در باند UNII

4-3-کانال‌های غیرپوشا

باند فرکانسی UNII ، دوازده کانال منفرد و غیر پوشای فرکانسی را برای شبکه سازی فراهم می‌کند. از این 12 کانال 8 کانال مشخص (UNII-1 , 2) در شبکه‌های محلی بی‌سیم مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ویژگی غیرپوشایی گسترش و پیاده سازی شبکه‌های بی‌سیم را ساده‌تر از باند ISM می‌کند که در آن تنها 3 کانال غیر پوشا از مجموع 11 کانال وجود دارد.

5-همکاری Wi-Fi

ائتلاف "همکاری اتِرنت بی‌سیم" یا WECA (http://www.wi-fi.org) کنسرسیومی از شرکت‌های Cisco, 3Com, Enterasys, Lucent و سایر شرکت‌های شبکه‌سازی است. اعضاء WECA از طریق همکاری مشترک تلاش دارند تا قابلیت همکاری تجهیزات بی‌سیم با یکدیگر را تضمین نمایند. برنامه گواهینامه Wi-Fi که توسط این گروه مطرح شده است نقش کلیدی در گسترش و پذیرش استاندارد IEEE 802.11 ایفا می‌کند. در حال حاضر این ائتلاف برای بیش از 100 محصول گواهی سازگاری Wi-Fi صادر کرده است و تعداد این محصولات رو به افزایش است. با گسترش فزآینده محصولات IEEE 802.11a، WECAبرنامه دیگری برای صدور گواهینامه برای این نوع محصولات نیز ارائه می‌کند.

6-استاندارد بعدی IEEE 802.11g

این استاندارد مشابه IEEE 802.11b از باند فرکانسی 2.4 GHz (یا طیف ISM) استفاده می‌کند و از تکنیک OFDM به عنوان روش مدولاسیون بهره می‌برد. البته PBCC نیز یکی از روش‌های جایگزین و تحت بررسی برای انتخاب تکنیک مدولاسیون در این استاندارد به شمار می‌رود. 802.11g از نظر فرکانسی، تعداد کانال های غیرپوشا، و توان مشابه 802.11b است. محدوده‌های عملیاتی نیز کم و بیش مشابه هستند با این تفاوت که حساسیت OFDM به نویز تاحدودی این محدوده عملیاتی را کاهش می‌دهد. پهنای باند 54 Mbps یکی از اهداف احتمالی این استاندارد جدید به شمار می‌رود. یکی دیگر از مزایای جالب توجه 802.11g سازگاری با 802.11b است. در نتیجه ارتقاء از تجهیزات 802.11b به استاندارد جدید 802.11g امری سرراست خواهد بود. جدول6-1 سه استاندارد شبکه‌های بی‌سیم را با یکدیگر مقایسه می کند.