2-4- دسترسی به رسانه
روش دسترسی به رسانه در اين استاندارد CSMA/CA است كه تاحدودی به روش دسترسی CSMA/CD شباهت دارد. در اين روش ايستگاههای كاری قبل از ارسال داده كانال راديويی را كنترل میكنند و در صورتی كه كانال آزاد باشد اقدام به ارسال میكنند. در صورتی كه كانال راديويی اشغال باشد با استفاده از الگوريتم خاصی به اندازه يك زمان تصادفی صبر كرده و مجدداً اقدام به كنترل كانال راديويی میكنند. در روش CSMA/CA ايستگاه فرستنده ابتدا كانال فركانسی را كنترل كرده و در صورتی كه رسانه به مدت خاصی موسوم به DIFS آزاد باشد اقدام به ارسال میكند. گيرنده فيلد كنترلی فريم يا همان CRC را چك میكند و سپس يك فريم تصديق میفرستد. دريافت تصديق به اين معنی است كه تصادمی بروز نكرده است. در صورتی كه فرستنده اين تصديق را دريافت نكند، مجدداً فريم را ارسال میكند. اين عمل تا زمانی ادامه میيابد كه فريم تصديق ارسالی از گيرنده توسط فرستنده دريافت شود يا تكرار ارسال فريمها به تعداد آستانهای مشخصی برسد كه پس از آن فرستنده فريم را دور میاندازد.
در شبكههای بیسيم بر خلاف اِتِرنت امكان شناسايی و آشكار سازی تصادم به دو علت وجود ندارد:
-
پياده سازی مكانيزم آشكار سازی تصادم به روش ارسال راديويی دوطرفه نياز دارد كه با استفاده از آن ايستگاه سيّار بتواند در حين ارسال، سيگنال را دريافت كند كه اين امر باعث افزايش قابل توجه هزينه میشود.
-
در يك شبكه بیسيم، بر خلاف شبكههای سيمی، نمیتوان فرض كرد كه تمام ايستگاههای سيّار امواج يكديگر را دريافت میكنند. در واقع در محيط بیسيم حالاتی قابل تصور است كه به آنها نقاط پنهان میگوييم. در شكل زير ايستگاههای كاری "A" و "B" هر دو در محدوده تحت پوشش نقطه دسترسی هستند ولی در محدوده يكديگر قرار ندارند.
شكل 2-3- روزنههای پنهان
برای غلبه بر اين مشكل، استاندارد 802.11 از تكنيكی موسوم به اجتناب از تصادم و مكانيزم تصديق استفاده میكند. همچنين با توجه به احتمال بروز روزنههای پنهان و نيز به منظور كاهش احتمال تصادم در اين استاندارد از روشی موسوم به شنود مجازی رسانه يا VCS استفاده میشود. در اين روش ايستگاه فرستنده ابتدا يك بسته كنترلی موسوم به تقاضای ارسال حاوی نشانی فرستنده، نشانی گيرنده، و زمان مورد نياز برای اشغال كانال راديويی را میفرستد. هنگامی كه گيرنده اين فريم را دريافت میكند، رسانه را كنترل میكند و در صورتی كه رسانه آزاد باشد فريم كنترلی CTS را به نشانی فرستنده ارسال میكند. تمام ايستگاههايی كه فريمهای كنترلی RTS/CTS را دريافت میكنند وضعيت كنترل رسانه خود موسوم به شاخصNAV را تنظيم میكنند. در صورتی كه ساير ايستگاهها بخواهند فريمی را ارسال كنند علاوه بر كنترل فيزيكی رسانه (كانال راديويی) به پارامتر NAV خود مراجعه میكنند كه مرتباً به صورت پويا تغيير میكند. به اين ترتيب مشكل روزنههای پنهان حل شده و تصادمها نيز به حداقل مقدار میرسند. شكل 2-4 زمانبندی RTS/CTS و وضعيت ساير ايستگاهها را نشان میدهد.
شكل 2-4- زمانبندی RTS/CTS
2-5- 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.
2-5-1-ويژگیهای سيگنالهای طيف گسترده
عبارت طيف گسترده به هر تكنيكی اطلاق میشود كه با استفاده از آن پهنای باند سيگنال ارسالی بسيار بزرگتر از پهنای باند سيگنال اطلاعات باشد. يكی از سوالات مهمی كه با در نظر گرفتن اين تكنيك مطرح میشود آن است كه با توجه به نياز روز افزون به پهنای باند و اهميت آن به عنوان يك منبع با ارزش، چه دليلی برای گسترش طيف سيگنال و مصرف پهنای باند بيشتر وجود دارد. پاسخ به اين سوال در ويژگیهای جالب توجه سيگنالهای طيف گسترده نهفته است. اين ويژگیهای عبارتند از:
- پايين بودن توان چگالی طيف به طوری كه سيگنال اطلاعات برای شنود غير مجاز و نيز در مقايسه با ساير امواج به شكل اعوجاج و پارازيت به نظر میرسد.
-
مصونيت بالا در مقابل پارازيت و تداخل
-
رسايی با تفكيك پذيری و دقت بالا
-
امكان استفاده در CDMA
مزايای فوق كميسيون FCC را بر آن داشت كه در سال 1985 مجوز استفاده از اين سيگنالها را با محدوديت حداكثر توان يك وات در محدوده ISM صادر نمايد.
2-5-2-سيگنالهای طيف گسترده با جهش فركانسی
در يك سيستم مبتنی بر جهش فركانسی، فركانس سيگنال حامل به شكلی شبه تصادفی و تحت كنترل يك تركيب كننده تغيير میكند. شكل 2-5 اين تكنيك را در قالب يك نمودار نشان میدهد
PN-CODE= Pseudonoise code
شكل 2-5 - تكنيك FHSS
در اين شكل سيگنال اطلاعات با استفاده از يك تسهيم كننده ديجيتال و با استفاده از روش تسهيم FSK تلفيق میشود. فركانس سيگنال حامل نيز به شكل شبه تصادفی از محدوده فركانسی بزرگتری در مقايسه با سيگنال اطلاعات انتخاب میشود. با توجه به اينكه فركانسهای pn-code با استفاده از يك ثبات انتقالی همراه با پس خور ساخته میشوند، لذا دنباله فركانسی توليد شده توسط آن كاملا تصادفی نيست و به همين خاطر به اين دنباله، شبه تصادفی میگوييم.
شكل 2-6- تغيير فركانس سيگنال تسهيم شده به شكل شبه تصادفي
بر اساسی مقررات FCC و سازمانهای قانون گذاری، حداكثر زمان توقف در هر كانال فركانسی 400 ميلی ثانيه است كه برابر با حداقل 2.5 جهش فركانسی در هر ثانيه خواهد بود. در استاندارد 802.11 حداقل فركانس جهش در آمريكای شمالی و اروپا 6 مگاهرتز و در ژاپن 5 مگاهرتز میباشد.
2-5-3-سيگنالهای طيف گسترده با توالی مستقيم
اصل حاكم بر توالی مستقيم، پخش يك سيگنال برروی يك باند فركانسی بزرگتر از طريق تسهيم آن با يك امضاء يا كُد به گونهای است كه نويز و تداخل را به حداقل برساند. برای پخش كردن سيگنال هر بيت واحد با يك كُد تسهيم میشود. در گيرنده نيز سيگنال اوليه با استفاده از همان كد بازسازی میگردد. در استاندارد 802.11 روش مدولاسيون مورد استفاده در سيستمهای DSSS روش تسهيم DPSK است. در اين روش سيگنال اطلاعات به شكل تفاضلی تهسيم میشود. در نتيجه نيازی به فاز مرجع برای بازسازی سيگنال وجود ندارد.
از آنجا كه در استاندارد 802.11 و سيستم DSSS از روش تسهيم DPSK استفاده میشود، دادههای خام به صورت تفاضلی تسهيم شده و ارسال میشوند و در گيرنده نيز يك آشكار ساز تفاضلی سيگنالهای داده را دريافت میكند. در نتيجه نيازی به فاز مرجع برای بازسازی سيگنال وجود ندارد. در روش تسهيم PSK فاز سيگنال حامل با توجه به الگوی بيتی سيگنالهای داده تغيير میكند. به عنوان مثال در تكنيك QPSK دامنه سيگنال حامل ثابت است ولی فاز آن با توجه به بيتهای داده تغيير میكند. جدول زير ايده مدولاسيون فاز را نشان میدهد.
|
جدول 2-2- مدولاسيون فاز
در الگوی مدولاسيون QPSK چهار فاز مختلف مورد استفاده قرار میگيرند و چهار نماد را پديد میآورند. واضح است كه در اين روش تسهيم، دامنه سيگنال ثابت است. در روش تسهيم تفاضلی سيگنال اطلاعات با توجه به ميزان اختلاف فاز و نه مقدار مطلق فاز تسهيم و مخابره میشوند. به عنوان مثال در روش pi/4-DQPSK، چهار مقدار تغيير فاز 3pi/4- ، 3pi/4، pi/4، و-pi/4 است. با توجه به اينكه در روش فوق چهار تغيير فاز به كار رفته است لذا هر نماد میتواند دو بيت را كُدگذاری نمايد.
|
جدول 2-3- مدولاسيون تفاضلي
در روش تسهيم طيف گسترده با توالی مستقيم مشابه تكنيك FH از يك كد شبه تصادفی برای پخش و گسترش سيگنال استفاده میشود. عبارت توالی مستقيم از آنجا به اين روش اطلاق شده است كه در آن سيگنال اطلاعات مستقيماً توسط يك دنباله از كدهای شبه تصادفی تسهيم میشود. در اين تكنيك نرخ بيتی شبه كُد تصادفی، نرخ تراشه ناميده میشود. در استاندارد 802.11 از كُدی موسوم به كُد باركر برای توليد كدها تراشه سيستم DSSS استفاده میشود. مهمترين ويژگی كدهای باركر خاصيت غير تناوبی و غير تكراری آن است كه به واسطه آن يك فيلتر تطبيقی ديجيتال قادر است به راحتی محل كد باركر را در يك دنباله بيتی شناسايی كند.
جدول زير فهرست كامل كدهای باركر را نشان میدهد. همانگونه كه در اين جدول مشاهده میشود كدهای باركر از 8 دنباله تشكيل شده است. در تكنيك DSSS كه در استاندارد 802.11 مورد استفاده قرار میگيرد، از كد باركر با طول 11 (N=11) استفاده میشود. اين كد به ازاء يك نماد، شش مرتبه تغيير فاز میدهد و اين بدان معنی است كه سيگنال حامل نيز به ازاء هر نماد 6 مرتبه تغيير فاز خواهد داد.
جدول 2-4- كدهای باركر
لازم به يادآوری است كه كاهش پيچيدگی سيستم ناشی از تكنيك تسهيم تفاضلی DPSK به قيمت افزايش نرخ خطای بيتی به ازاء يك نرخ سيگنال به نويز ثابت و مشخص است.
شكل2-7- مدار مدولاسيون با استفاده از كدهای باركر
شكل 2-7 مدل منطقی مدولاسيون و پخش سيگنال اطلاعات با استفاده از كدهای باركر را نشان میدهد.
2-6-استفاده مجدد از فركانس
يكی از نكات مهم در طراحی شبكه
های بیسيم، طراحی شبكه سلولی به گونهای است كه تداخل فركانسی را تا جای ممكن كاهش دهد. شكل 2-8 سه كانال DSSS در محدوده فركانسی ISM را نشان میدهد. 
شكل 2-8- سه كانال فركانسی F3,F2,F1
شكل 2-9 مفهوم استفاده مجدد از فركانس با استفاده از شبكههای مجاور فركانسی را نشان میدهد. در اين شكل مشاهده میشود كه با استفاده از يك طراحی شبكه سلولی خاص، تنها با استفاده از سه فركانس متمايز F3,F2,F1 امكان استفاده مجدد از فركانس فراهم شده است.
شكل 2-9- طراحی شبكه سلولي
در اين طراحی به هريك از سلولهای همسايه يك كانال متفاوت اختصاص داده شده است و به اين ترتيب تداخل فركانسی بين سلولهای همسايه به حداقل رسيده است. اين تكنيك همان مفهومی است كه در شبكه تلفنی سلولی يا شبكه تلفن همراه به كار میرود. نكتهجالب ديگر آن است كه اين شبكه سلولی به راحتی قابل گسترش است. خوانندگان علاقمند میتوانند دايرههای جديد را در چهار جهت شبكه سلولی شكل فوق با فركانسهای متمايز F1,F2,F3 ترسيم و گسترش دهند.
2-7- آنتنها
در يكی تقسيم بندی كلی آنتنهای مورد استفاده در استاندارد IEEE 802.11 به دو دسته: تمام جهت و نقطه به نقطه تقسيم میشوند. واضح است كه آنتنهای تمام جهته با توجه به آنكه نيازی به تنظيم ندارند، راحتتر مورد استفاده قرار میگيرند. اين آنتنها در اغلب كارتهای شبكه (كارتهای دسترسي) و نيز نقاط دسترسی يا ايستگاههای پايه بكار میروند.
اين آنتنها در فواصل كوتاه قابل استفاده هستند و برای بهره گيری در فواصل طولانیتر به تقويت كنندههای خارجی نياز دارند كه البته در بسياری موارد استفاده از اين تقويت كنندههای خارجی ميسر و يا قانونی نيست. از سوی ديگر آنتنهای نقطه به نقطه يا خطی در كاربردهای خارجی استفاده میشوند و به تنظيم دقيق نياز دارند. محدوده عملياتی رايج در آنتنهای تمام جهته 45 متر و محدوده عملياتی آنتنهای نقطه به نقطه و توان بالا در حدود 40 كيلومتر است. در كاربردهايی كه استفاده از تقويت كننده بلا مانع است، اين محدوده عملياتی به شكل قابل توجهی افزايش يافته و تنها توسط خط ديد (مسير ديد) محدود میشود. از جمله عوامل مهمی كه محدوده عملياتی تجهيزات مبتنی بر IEEE 802.11 را تحت تأثير قرار میدهد محل نصب نقاط دسترسی يا ايستگاه پايه و نيز تداخل راديويی است. همانگونه كه پيشتر گفته شد، تجهيزات مبتنی بر اين استاندارد سعی میكنند كه با بالاترين نرخ ارسال داده كار كنند و در صورت نياز به سرعتهای پايينتر برگردند
پیوند ها