Стандарты беспроводных локальных сетей
Семейство стандартов IEEE 802.11x
В 1997 году был принят стандарт для беспроводных сетей IEEE 802.11. Стандарт содержит следующие спецификации:
802.11 — первоначальный стандарт WLAN. Поддерживает передачу данных со скоростями от 1 до 2 Мбит/с.
802.11а — высокоскоростной стандарт WLAN для частоты 5 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 54 Мбит/с.
802.11b — стандарт WLAN для частоты 2,4 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 11 Мбит/с.
802.11g — устанавливает дополнительную технику модуляции для частоты 2,4 ГГц. Предназначен для обеспечения скоростей передачи данных до 54 Мбит/с.
802.11n — стандарт WLAN для частоты 2,4 и 5,7 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 540 Мбит/с.
Разработкой и поддержкой стандарта IEEE 802.11 занимается комитет Wi-Fi Alliance. Термин Wi-Fi (Wireless Fidelity) используется в качестве общего имени для стандартов 802.11а и 802.11b, а также всех последующих, относящихся к беспроводным локальным сетям (WLAN).
Стандарте IEEE 802.11
Следует отметить, что в основу всех производных стандартов положены технические решения, выработанные при создании стандарта IEEE 802.11.
Для нового оборудования потребовался единый стандарт. И в июле 1997 года рабочая группа № 11 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) подвела первые итоги разработок нового стандарта, начатых еще в 1989 году. В результате был опубликован стандарт IEEE 802.11, который получил название «Спецификация физического уровня и уровня контроля доступа к каналу передачи беспроводных локальных сетей» (Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer Specifications). В этом стандарте определены архитектура беспроводной сети, а также соответствующие требования к функциям устройств, принципы доступа устройств к каналам связи, формат пакетов передачи, способы аутентификации и защиты данных. Хотя этот стандарт изначально задумывался как независимый по отношению к какому-либо частотному диапазону, на физическом уровне он определял беспроводные сети, работающие в инфракрасном и радиодиапазоне.
Для радиосети выделялся диапазон 2,4-2,4835 ГГц, а также применялись методы кодирования сигнала с расширением спектра методом частотных скачков (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) и кодирования сигнала с расширением, спектра с помощью кода прямой последовательности (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum). Скорости передачи данных составляли 1 и 2 Мбит/с.
Стандарт IEEE 802.11 охватывает два нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (OSI) — физический и канальный уровни. Причем последний уровень подразделяется на два подуровня: Logical Link Control (LLC) и Medium Access Control (MAC). Иными словами, на физическом уровне стандарт определяет оперирование в среде передачи, скорость обмена данными и применяемые методы модуляции радиосигнала. На МАС-уровне определяются принципы, в соответствии с которыми устройства используют общий канал, задаются способы подключения к точкам доступа, а также идентификации устройств и механизмы защиты данных. Поскольку стандарт IEEE 802.11 разрабатывался в качестве «беспроводного» аналога Ethernet, предусматривается передача пакетов с 48-битовыми адресами, как в любой сети Ethernet. Обратите внимание на то, что все уровни модели OSI, которые находятся «выше» среды передачи, одинаковы для всех спецификаций семейства IEEE 802. Поэтому кабельные и беспроводные сети IEEE 802.x легко интегрируются.
Поскольку стандарт IEEE 802.11 разработан в США, применяемый диапазон частот выбран в соответствии с действующими в этой стране правилами. Изначально он был ориентирован на диапазон 2,400-2,4835 ГГц с шириной полосы 83,5 МГц. Ширина канала по уровню сигнала -30 дБ составляет 22 МГц, следовательно, в полосе 83,5 МГц возможно выделение трех не перекрывающихся каналов связи.
В этом стандарте предусмотрены два основных режима сети — Ad Hoc и Infrastructure Mode.
Стандарт IEEE 802.11 предусматривает возможность перемещения устройств из зоны одной точки доступа в зону другой (роуминг), обеспечивая требуемую степень мобильности пользователей. Функции управления распределены между всеми устройствами сети IEEE 802.11 — так называемый режим DCF (Distributed coordination function — распределенная координирующая функция). Обычно этот режим управления реализован в сетях Ad Hoc.
В инфраструктурных сетях реализуется администрирование на основе режима PCF (Point Coordination Function — точечная координирующая функция). В этом случае функции управления трафиком передаются точке доступа. Необходимость в применении этого режима возникает при передаче чувствительной к задержкам информации (например, потоков видеоинформации). Задержки в сетях IEEE 802.11x возникают по причине использования принципа конкурентного доступа к каналу — «кто первым пришел, тот и взял». А режим PCF позволяет задать необходимые приоритеты, поэтому при передаче, например, потокового видео без него просто не обойтись.
Протоколы передачи данных, применяемые в беспроводных сетях, основанных на стандартах IEEE 802.11, используют технологию передачи широкополосных сигналов (Spread Spectrum, SS).
Так, для оборудования, поддерживающего стандарт IEEE 802.11, отводятся частотный диапазон 2400-2483,4 МГц (стандарты IEEE 802.11b/g), а также диапазон 5725-5875 МГц (стандарт IEEE 802.11a). Как видите, диапазон частот довольно узок, поэтому приходится применять специальные методы, обеспечивающие мирное сосуществование перекрывающих друг друга каналов передачи данных.