شبکه‌های بی‌سیم بخش دوم

مشخصات و خصوصیات WLAN

تکنولوژی و صنعت WLAN به اوایل دهه‌ی ۸۰ میلادی باز می‌گردد. مانند هر تکنولوژی دیگری، پیشرفت شبکه‌های محلی‌ بی‌سیم به کندی صورت می‌پذیرفت. با ارایه‌ی استاندارد IEEE 802.11b، که پهنای باند نسبتاً بالایی را برای شبکه‌های محلی امکان‌پذیر می‌ساخت، استفاده از این تکنولوژی وسعت بیشتری یافت. در حال حاضر، مقصود از WLAN تمامی پروتکل‌ها و استانداردهای خانواده‌ی IEEE 802.11 است.

اولین شبکه‌ی محلی بی‌سیم تجاری توسط Motorola پیاده‌سازی شد. این شبکه، به عنوان یک نمونه از این شبکه‌ها، هزینه‌یی بالا و پهنای باندی پایین را تحمیل می‌کرد که ابداً مقرون به‌صرفه نبود. از همان زمان به بعد، در اوایل دهه‌ی ۹۰ میلادی، پروژه‌ی استاندارد 802.11 در IEEE شروع شد. پس از نزدیک به ۹ سال کار، در سال ۱۹۹۹ استانداردهای 802.11a و 802.11b توسط IEEE نهایی شده و تولید محصولات بسیاری بر پایه‌ی این استانداردها آغاز شد. نوع a، با استفاده از فرکانس حامل 5GHz، پهنای باندی تا 54Mbps را فراهم می‌کند. در حالی‌که نوع b با استفاده از فرکانس حامل 2.4GHz، تا 11Mbps پهنای باند را پشتیبانی می‌کند. با این وجود تعداد کانال‌های قابل استفاده در نوع b در مقایسه با نوع a، بیش‌تر است. تعداد این کانال‌ها، با توجه به کشور مورد نظر، تفاوت می‌کند. در حالت معمول، مقصود از WLAN استاندارد 802.11b است.

استاندارد دیگری نیز به‌تاز‌ه‌گی توسط IEEE معرفی شده است که به 802.11g شناخته می‌شود. این استاندارد بر اساس فرکانس حامل 2.4GHz عمل می‌کند ولی با استفاده از روش‌های نوینی می‌تواند پهنای باند قابل استفاده را تا 54Mbps بالا ببرد. تولید محصولات بر اساس این استاندارد، که مدت زیادی از نهایی‌شدن و معرفی آن نمی‌گذرد، بیش از یک‌سال است که آغاز شده و با توجه سازگاری‌ آن با استاندارد 802.11b، استفاده از آن در شبکه‌های بی‌سیم آرام آرام در حال گسترش است.
معماری‌ شبکه‌های محلی‌ بی‌سیم – INFRASTRUCTURE , AD HOC

استاندارد 802.11b به تجهیزات اجازه می‌دهد که به دو روش ارتباط در شبکه برقرار شود. این دو روش عبارت‌اند از برقراری‌ ارتباط به صورت نقطه به نقطه ?همان‌گونه در شبکه‌های Ad hoc به‌کار می‌رود- و اتصال به شبکه از طریق نقاط تماس یا دسترسی (AP=Access Point).
توپولوژی های 802.11

در يك تقسيم بندی كلی می‌توان دو همبندی (توپولوژی) 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.

همبندی زيرساختار
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.

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.

معماری‌ معمول در شبکه‌های محلی‌ بی‌سیم بر مبنای استفاده از AP است. با نصب یک AP، عملاً مرزهای یک سلول مشخص می‌شود و با روش‌هایی می‌توان یک سخت‌افزار مجهز به امکان ارتباط بر اساس استاندارد 802.11b را میان سلول‌های مختلف حرکت داد. گستره‌یی که یک AP پوشش می‌دهد را BSS-Basic Service Set می‌نامند. مجموعه‌ی تمامی سلول‌های یک ساختار کلی‌ شبکه، که ترکیبی از BSSهای شبکه است، را ESS-Extended Service Set می‌نامند. با استفاده از ESS می‌توان گستره‌ی وسیع‌تری را تحت پوشش شبکه‌ی محلی‌ بی‌سیم درآورد.
در سمت هریک از سخت‌افزارها که معمولاً مخدوم هستند، کارت شبکه‌یی مجهز به یک مودم بی‌سیم قرار دارد که با AP ارتباط را برقرار می‌کند. AP علاوه بر ارتباط با چند کارت شبکه‌ی بی‌سیم، به بستر پرسرعت‌تر شبکه‌ی سیمی مجموعه نیز متصل است و از این طریق ارتباط میان مخدوم‌های مجهز به کارت شبکه‌ی بی‌سیم و شبکه‌ی اصلی برقرار می‌شود.

همان‌گونه که گفته شد، اغلب شبکه‌های محلی‌ بی‌سیم بر اساس ساختار فوق، که به نوع Infrastructure نیز موسوم است، پیاده‌سازی می‌شوند. با این وجود نوع دیگری از شبکه‌های محلی‌ بی‌سیم نیز وجود دارند که از همان منطق نقطه‌به‌نقطه استفاده می‌کنند. در این شبکه‌ها که عموماً Ad hoc نامیده می‌شوند یک نقطه‌ی مرکزی‌ برای دسترسی وجود ندارد و سخت‌افزارهای همراه ? مانند کامپیوترهای کیفی و جیبی یا گوشی‌های موبایل ? با ورود به محدوده‌ی تحت پوشش این شبکه، به دیگر تجهیزات مشابه متصل می‌گردند. این شبکه‌ها به بستر شبکه‌ی سیمی متصل نیستند و به همین منظور IBSS (Independent Basic Service Set) نیز خواند می‌شوند.

شبکه‌های Ad hoc از سویی مشابه شبکه‌های محلی‌ درون دفتر کار هستند که در آنها نیازی به تعریف و پیکربندی‌ یک سیستم رایانه‌یی به عنوان خادم وجود ندارد. در این صورت تمامی تجهیزات متصل به این شبکه می‌توانند پرونده‌های مورد نظر خود را با دیگر گره‌ها به اشتراک بگذارند.
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. شكل2-5، جايگاه اين دو لايه در مدل مرجع OSI را در كنار ساير پروتكل‌های شبكه سازی نشان می‌دهد.
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.
كسب اطلاعات بيشتر در خصوص گروه‌های كاری IEEE 802.11 می‌توانيد به نشانی http://www.ieee802.org/11 مراجعه كنيد. علاوه بر استاندارد IEEE 802.11-1999 دو الحاقيه IEEE 802.11a و IEEE 802.11b تغييرات و بهبودهای قابل توجهی را به استاندارد اوليه اضافه كرده است