Беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network, WLAN) – локальные сети использующие в качестве среды передачи сигналов радиоэфир. Wi-Fi (Wireless Fidelity) – торговая марка Wi-Fi Alliance, термин часто используется для обозначения технологий WLAN основанных на стандартах IEEE Wi-Fi Alliance занимается разработкой стандартов WLAN и сертификацией оборудования Беспроводные локальные сети Преимущества WLAN: 1.Отсутствие кабельной инфраструктуры – низкая стоимость создания и расширения; 2.Мобильность пользователей.

Недостатки WLAN: 1.Влияние помех электромагнитных помех; 2.Неравномерное распространение интенсивности сигнала; 3.Снижение качества сигналов во время сильных атмосферных осадков.

В режиме Ad Hoc (режим IBSS, Independent Basic Service Set), станции непосредственно взаимодействуют друг с другом (по принципу "равный с равным – peer to peer). Недостатки: Ограниченный радиус возможной сети. Проблема скрытого терминал. Режимы работы WLAN Режим AdHoc

В режиме ad-hoc возможны конфигурации WLAN такие, что некоторые станции не могут непосредственно взаимодействовать с друг другом поскольку находятся за пределами видимости друг- друга (проблема скрытого терминала ) Проблема: увеличение вероятности коллизий, поскольку в случае одновременной передачи сигналов станциями A и С, эти станции не могут зафиксировать возникновение коллизии. A B C

В режиме Infrastructure (режим BSS, Basic Service Set), станции взаимодействуют друг с другом через точку доступа (Access Point, AP). Точки доступа также называю базовыми станциями. В сетях с точкой доступа, антенны обычных станций размещают в области покрытия базовой станции. Данные между узлами могут передаваться транзитом через базовую станцию.

Сеть с базовым набором услуг (Basic Service Set - BSS) – конструктивная единица сети, состоит из нескольких станций реализующих одни протокол MAC. BSS соединяется с распределительной системой (DS) через точку доступа. Независимая сеть с базовым набором услуг (Independent Basic Service Set, IBSS)– частным случай BSS без точек доступа. Топология WLAN BSS DS ESS

Сеть с расширенным набором услуг (Extended Service Set – EES) – состоит из нескольких BSS объединенных распределительной системой (Distribution System Service, DSS). Служба распределенной системы (Distributed System Service, DSS) - служба обеспечивающая передачу пакетов между станциями которые не могут взаимодействовать непосредственно, DSS образуется базовыми станциями и распределительной системой (Distribution System, DS). DS может быть основана на проводной или беспроводной среде.

Беспроводная распределительная система (Wireless Distribution System, WDS) позволяет расширить беспроводную сеть путем объединения нескольких базовых станций в единую сеть без использования проводного соединения между ними. Виды базовых станций: Основная базовая станция подключена к проводной сети, к ней подключаются клиенты, удаленные и релейные базовые станции. Удаленная базовая станция служит для подключения клиентов беспроводной сети, передает полученные данные на базовую станцию или релейную станцию. Релейная станция служит для передачи данных между удаленными, основными и другими релейными базовыми станциями. Выполняет функцию усилителя и ретранслятора сигнала.

Стандарт IEEE LLC MAC Физ. уровень Стек протоколов IEEE построен в соответствии с структурой стандартов локальных сетей 802.x. Стандарт IEEE определяет характеристики и функции физического и МАС уровня. Уровень MAC выполняет следующие функции: доступ к разделяемой среде; обеспечение перехода станции между базовыми станциями; обеспечение безопасности передачи данных.

На MAC-уровне в стандарте IEEE определено два режима коллективного доступа к среде передачи данных DCF и PCF: Для разрешения проблемы скрытых узлов, функция DCF предусматривает возможность использования алгоритма RTS/CTS. Режимы коллективного доступа к среде DCF - основан на методе коллективного доступа с обнаружением несущей и механизмом избежания коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA). Режим распределенной координации (Distributed Coordination Function, DCF)

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA) Режим 1 Перед передачей кадра, станция прослушивает среду, если среда не занята, станция передает кадр. Если среда занята, станция ожидает когда она освободится и начинает передачу кадра. Если получатель принял кадр неискаженным, то он подтверждает получение, посылая служебный кадр ACK – квитанцию о доставке. Если передающая станция не получила пакет ACK, предполагается, что произошла коллизия и через случайный промежуток времени кадр передаётся снова. Алгоритм CSMA/CA

Режим 2. Перед захватом среды для передачи данных, Отправитель посылает кроткий служебный кадр RTS (Request To Send).Получатель приняв кадр RTS отправляет в ответ служебный кадр CTS (Clear To Send). Получив кадр CTS Отправитель посылает кадр данных. С помощью кадра CTS Получатель оповещает скрытый терминал о захвате среды Отправителем. Отправитель Получатель RTSCTS Скрытый терминал Получатель подтверждает получение кадра, посылая служебный кадр ACK – квитанцию о доставке. Если передающая станция не получила пакет ACK, то через случайный промежуток времени кадр передаётся снова.

Порядок передачи кадра в режиме DCF После передачи очередного кадра станции проверяют занятость среды в течении межкадрового интервала DIFS (DCF Interframe Spacing). После окончания DIFS станции начинают отсчет временных интервалов фиксированной длительности (временные слоты). Станция может начать передачу кадра только в конце одного из слотов. Номер слота выбирается на основе усеченного экспоненциального алгоритма отсрочки. Если среда свободна в течении всех слотов включая выбранный, станция начинает передачу кадра. Передача кадра DIFS Слот Конкурентное окноПередача кадра

Размер слота Т slot зависит от метода кодирования сигналов и выбирается таким образом чтобы выполнялось отношение: Т slot > Т sig + Т cs Где, Т sig - временя распространения сигнала между любыми двумя станциями сети, Т cs - время требуемое станциям для распознавания занятости среды. Такой выбор размера слота гарантирует возникновение коллизий только если станции выбрали для передачи один слот. Величина DIFS вычисляется по формуле: DIFS = SIFS + 2 * T slot СтандартСлот(мкс)DIFS (мкс) IEEE b2050 IEEE a934 IEEE g9 or 2028 or 50

Если при передаче кадра коллизия не возникла, узел получатель посылает служебный кадр ACK подтверждающий доставку. Если несколько станций выбрали одинаковый слот для передачи кадра - возникает коллизия, кадр искажается и квитанция о доставке не посылается. По истечении времени в течении которого должно быть получено подтверждение доставки, передающие станции фиксируют возникновение коллизии и начинают повторные попытки передачи.

В режиме PCF - один из узлов сети (точка доступа) является центральным и называется центром координации (Point Coordinator, PC). Центр координации управляет коллективным доступом всех остальных узлов сети к среде передачи данных на основе определенного алгоритма опроса или исходя из приоритетов узлов сети (является арбитром среды). PCF полностью исключает конкурирующий доступ к среде и делает невозможным возникновение коллизий. Для работы в режиме PCF станции должны подписаться на эту услугу при регистрации в сети. Режим централизованной координации (Point Coordination function, PCF)

Виды межкадровых интервалов: Short IFS (SIFS) - короткий межкадровый интервал, SIFS используется для захвата среды при передачи CTS и ACK кадров; PIFS (PCF IFS) - межкадровый интервал режима PCF. В течении PIFS, AP может послать служебный кадр извещающий о начале контролируемого периода. В течении контролируемого периода точка доступа выполняет функции арбитра среды; DIFS (DCF IFS) - межкадровый интервал режима DCF. Согласование режимов PCF и DCF Передача кадра DIFS PIFS SIFS Слот Конкурентное окноПередача кадра

СтандартSIFS (мкс) IEEE b10 IEEE a16 IEEE g10 Величина SIFS и PIFS зависят от метода кодирования сигналов СтандартPIFS (мкс) IEEE b30 IEEE a25 IEEE g19 or 30 Величина PIFS вычисляется по формуле: PIFS = SIFS + T slot

На физическом уровне определено несколько стандартов отличающихся методами кодирования и используемыми частотными диапазонами. Описание технологий (метод FHSS) – передача широкополосных сигналов методом частотных скачков, используется 79 каналов шириной 1 МГц, скорость передачи 1 или 2 Мбит/сек, диапазон частот 2,4 ГГц (метод DSSS) – передача широкополосного сигнала методом прямой последовательности, скорость передачи 1 или 2 Мбит/сек, диапазон частот 2,4 ГГц a (метод OFDM) – метод ортогонального частотного уплотнения, используются 52 частоты, из них 48 для передачи данных и 4 для синхронизации. Скорость передачи до 54 Мбит/сек, диапазон частот 5 ГГц.

Как показывает практика, в диапазоне 2,42,483 ГГц без взаимных помех в одном месте могут разместиться три базовые станции DSSS- технологии или 15 базовых станций технологии FHSS b/b+ (метод HR-DSSS) – высокоскоростная передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности. Скорость передачи до 5,5/11 Мбит/сек, диапазон частот 2,4 ГГц g (метод OFDM) - Скорость передачи до 54 Мбит/сек (1, 2, 5,5, 6, 9, 11, 12, 18, 22, 24, 33, 36, 48, 54 ), диапазон частот 2,4 ГГц n - Скорость передачи от 54 Мбит/c до 480 Мбит/с, диапазоны частот 2,4 и 5 ГГц, используются каналы шириной 20 и 40 Мгц. Для передачи и приема сигналов используются несколько антенн (схемы 1x2, 2x3, 3x3).