مقایسه مدلهای 802.11


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.
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.


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.

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.


پدیده چند مسیری


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.


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:
UNI-1@5.2 GHZ
UNI-2@5.7 GHZ
UNI-3@5.8 GHZ


یکی از تصورات غلط در زمینه استانداردهای 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.
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)

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.


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.



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.

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.


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.

پایان