|
Все рассматриваемые ниже методы передачи данных позволяют передать кадр подуровня
MAC с одной станции на другую по радиоканалу. Отличаются они используемыми технологиями и достижимыми скоростями. Детальное рассмотрение этих
методов выходит за рамки данной книги, мы лишь дадим краткое описание, которое,
возможно, заинтересует читателей и снабдит их необходимыми терминами для поиска
более подробной информации где-либо еще. Все методы стандарта 802.11 используют радиосигналы ближнего радиуса действия в диапазоне частот ISM 2,4 ГГц или 5 ГГц.
Преимущество этих диапазонов в том, что они не требуют лицензирования, то есть
доступны для любого передатчика, отвечающего небольшому числу ограничений
(излучаемая мощность до 1 Вт, хотя для большинства передатчиков в беспроводных
сетях характерна модность 50 мВт). К сожалению, этот факт также известен производителям автоматических гаражных дверей, беспроводных телефонов, микроволновых
печей и множества других устройств, конкурирующих за один и тот же спектр частот
с ноутбуками. Диапазон 2,4 ГГц более населен, чем диапазон 5 ГГц, поэтому для некоторых приложений предпочтительнее использовать последний, несмотря на меньший
радиус действия (из-за более высокой частоты).
Все методы передачи также определяют разные скорости. Идея заключается в том,
чтобы использовать разные показатели скорости в зависимости от текущих условий.
Если беспроводной сигнал слабый, выбирается низкая скорость. Если сигнал сильный,
то скорость можно повысить. Такая корректировка называется адаптацией скорости
(rate adaptation). Поскольку скорости могут различаться в десятки раз, хорошая
адаптация скорости важнее хорошей производительности соединения. Разумеется,
поскольку для возможности взаимодействия это не обязательно, в стандартах не говорится, каким именно способом нужно корректировать скорость.
Первый метод передачи, на который мы взглянем, — это 802.11b. Это технология
расширенного спектра, поддерживающая скорости 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с, хотя на практике почти всегда удается удерживать ее на самом высоком уровне. Она похожа на
систему CDMA, с которой мы познакомились ранее, за исключением того, что здесь
только один код расширения спектра, который используется всеми пользователями.
Расширение применяется для удовлетворения требованию FCC о том, что мощность
должна быть распределена по диапазону ISM. Для стандарта 201.11b используется
последовательность Баркера (Barker sequence). Ее отличительная особенность за-
ключается в том, что автокорреляция низка, за исключением случаев, когда последовательности выровнены. Благодаря этому получатель может захватить начало передачи.
Для того чтобы пересылать данные на скорости 1 Мбит/с, последовательность Баркера
комбинируется с модуляцией BPSK, и с каждыми 11 чипами отправляется 1 бит.
Чипы пересылаются со скоростью 11 Мчипов/с. Чтобы достичь скорости 2 Мбит/с,
последовательность комбинируется с модуляцией QPSK, и с каждыми 11 чипами
отправляются 2 бита. На более высоких скоростях дело обстоит по-другому. Вместо
последовательности Баркера для конструирования кодов применяется техника под
названием CCK (Complementary Code Keying, схема ключей дополнительного кода).
На скорости 5,5 Мбит/с в каждом 8-чиповом коде отправляется 4 бита, а на скорости
11 Мбит/с — 8 бит.
Переходим к 802.11a, который поддерживает скорости до 54 Мбит/с в 5-гигагерцовом диапазоне ISM. Можно было бы подумать, что 802.11a появился раньше 802.11b,
но это не так. Хотя группа 802.11a была основана раньше, стандарт 802.11b первым
получил одобрение. Соответствующие продукты вышли на рынок раньше продуктов
802.11a частично еще и из-за сложностей работы в более высоком диапазоне 5 ГГц.
Метод 802.11a основан на технологии OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing), так как она эффективно использует спектр и устойчива к искажению
беспроводного сигнала, например, из-за многолучевого распространения. Биты параллельно отправляются по 52 поднесущим, из которых 48 содержат данные и 4 служат
для синхронизации. Каждый символ длится 4 мкс и отправляет 1, 2, 4 или 6 бит. Биты
кодируются для исправления ошибок, для этого применяется сверточный код. По-
этому только 1/2, 2/3 или 3/4 бит не являются избыточными. В разных комбинациях
802.11a может обеспечивать восемь разных показателей скорости, от 6 до 54 Мбит/с.
Это значительно выше, чем у 802.11b, к тому же в диапазоне 5 ГГц намного меньше
помех. Однако радиус действия 802.11b примерно в семь раз дальше, чем у 802.11a,
что во многих ситуациях бывает крайне важно.
Несмотря на большую дальность действия, разработчики 802.11b не собирались
давать этому молодому да раннему стандарту шансов на победу в соревновании скоростей. К счастью, в мае 2002 года FCC отменила давнее правило, требующее, чтобы
все беспроводное коммуникационное оборудование, работающее в США в диапазонах
ISM, применяло расширение спектра, поэтому стало возможным запустить работу
над 802.11g — этот стандарт был одобрен комитетом IEEE в 2003 году. Он копирует
методы модуляции OFDM стандарта 802.11a, но вместе с 802.11b используется в ограниченном диапазоне ISM 2,4 ГГц. Он предлагает те же скорости, что и 802.11a (от 6 до
54 Мбит/с) плюс, разумеется, совместимость с любыми устройствами 802.11b, которые
могут оказаться рядом. Все эти различия зачастую сбивают простых пользователей
с толку, поэтому продукты обычно поддерживают 802.11a/b/g в одной общей плате.
Не сбираясь останавливаться на достигнутом, комитет IEEE начал работу над
физическим уровнем 802.11n, характеризующимся очень высокой пропускной способностью. Он был одобрен в 2009 году. Цель 802.11n — обеспечить пропускную
способность не менее 100 Мбит/с, устранив все накладные расходы беспроводной
связи. Для этого требуется увеличение базовой скорости как минимум в четыре раза.
Комитет удвоил ширину каналов с 20 до 40 МГц и снизил накладные расходы на пере-
сылку кадров, разрешив совместную отправку целой группы кадров. Что еще важнее,
в стандарте 802.11n предусмотрено использование до четырех антенн для пересылки
до четырех потоков информации одновременно. Сигналы потоков смешиваются на
стороне получателя, но их можно разделить с помощью коммуникационных техник
MIMO (Multiple Input Multiple Output, несколько входов — несколько выходов).
Наличие нескольких антенн дает огромный выигрыш в скорости либо больший радиус
действия и повышение надежности. MIMO, как и OFDM, — это одна из тех хитрых
коммуникационных идей, которые в корне меняют дизайн беспроводных сетей и о которых мы наверняка нередко будем слышать и в будущем. Краткое описание техники
использования нескольких антенн в стандарте 802.11
|
Оплатить картой
О компании
