شبكه هاي بي سيم Wireless Networking

[sat98]

وقتي از شبكه اطلاع‌رساني سخن به ميان مي‌آيد، اغلب كابل شبكه به عنوان وسيله انتقال داده در نظر گرفته مي‌شود. در حاليكه چندين سال است كه استفاده از شبكه سازي بي‌سيم در دنيا آغازگرديده است. تا همين اواخر يك LAN بي‌سيم با سرعت انتقال پايين و خدمات غيرقابل اعتماد و مترادف بود، اما هم اكنون تكنولوژي‌هاي LAN بي‌سيم خدمات قابل قبولي را با سرعتي كه حداقل براي كاربران معمولي شبكه كابلي پذيرفته شده مي‌باشد، فراهم مي‌كنند.

WLANها (يا LANهاي بي‌سيم) از امواج الكترومغناطيسي (راديويي يا مادون قرمز) براي انتقال اطلاعات از يك نقطه به نقطه ديگر استفاده مي‌كنند. امواج راديويي اغلب به عنوان يك حامل راديويي تلقي مي‌گردند، چرا كه اين امواج وظيفه انتقال انرژي الكترومغناطيسي از فرستنده را به گيرنده دورتر از خود بعهده دارند. داده هنگام ارسال برروي موج حامل راديويي سوار مي‌شود و در گيرنده نيز به راحتي از موج حامل تفكيك مي‌گردد. به اين عمل مدولاسيون اطلاعات به موج حامل گفته مي‌شود. هنگاميكه داده با موج راديويي حامل مدوله مي‌شود، سيگنال راديويي داراي فركانس‌هاي مختلفي علاوه بر فركانس اصلي موج حامل مي‌گردد. به عبارت ديگر فركانس اطلاعات داده به فركانس موج حامل اضافه مي‌شود. در گيرنده راديويي براي استخراج اطلاعات، گيرنده روي فركانس خاصي تنظيم مي‌گردد و ساير فركانس‌هاي اضافي فيلتر مي‌شوند.

در يك ساختار WLAN، يك دستگاه فرستنده و گيرنده مركزي، (Access Point(AP خوانده مي‌شود. AP با استفاده از كابل شبكه استاندارد به شبكه محلي سيمي متصل مي‌گردد. در حالت ساده،‌ گيرنده AP وظيفه دريافت، ذخيره و ارسال داده را بين شبكه محلي سيمي و WLAN بعهده دارد. AP با آنتني كه به آن متصل است، مي‌تواند در محل مرتفع و يا هر مكاني كه امكان ارتباط بهتر را فراهم مي‌كند، نصب شود. هر كاربر مي‌تواند از طريق يك كارت شبكه بي‌سيم (WirelessAdapter) به سيستم WLAN متصل شود. اين كارت‌ها به صورت استاندارد براي رايانه‌هاي شخصي و كيفي ساخته مي‌شوند. كارت WLAN به عنوان واسطي بين سيستم عامل شبكه كاربر و امواج دريافتي از آنتن عمل مي‌كند. سيستم عامل شبكه عملاً درگير چگونگي ارتباط ايجاد شده نخواهد بود. امروزه استاندارد غالب در شبكه‌هاي WLAN، IEEE802.11 مي‌باشد. گروهي كه بر روي اين استاندارد كار مي‌كند در سال 1990 با هدف توسعه استاندارد جهاني شبكه‌ سازي بي‌سيم با سرعت انتقال 1 تا 2 مگابيت در ثانيه شكل گرفت. استاندارد مذكور با نام IEEE802.11a شناخته مي‌شود. استاندارد IEEE802.11b كه جديدتر است، سرعت انتقال را تا 5/5 و 11مگابيت در ثانيه مي‌افزايد.

WLANها از دو توپولوژي حمايت مي‌كنند:

1. ad hoc topology
2. -infrastructuretopology

در توپولوژي ad hoc كامپيوترها به شبكه بي‌سيم مجهز هستند و مستقيماً با يكديگر به شكلPeer- to- peer ارتباط برقرار مي‌نمايند. كامپيوترها براي ارتباط بايد در محدوده يكديگر قرار داشته باشند. اين نوع شبكه براي پشتيباني از تعداد محدودي از كامپيوترها، مثلاً در محيط خانه يا دفاتر كوچك طراحي مي‌شود. "امروزه نوعي از توپولوژي ad hoc به نام "ad hoc peer-to-peer networking" مطرح است. اين نوع شبكه كه به شبكه "‌Mesh" نيز معروف است، شبكه‌اي پويا از دستگاههاي بي‌سيم است كه به هيچ نوع زيرساخت موجود يا كنترل مركزي وابسته نيست. در اين شرايط، دستگاههاي شبكه همچنين به مانند گرههايي عمل مي‌كنند كه كاربران از طريق آنها مي‌توانند داده‌ها را انتقال دهند، به اين معني كه دستگاه هر كاربر بعنوان مسيرياب و تكراركننده(Repeater) عمل مي‌كند. اين شبكه نوع تكامل‌يافته شبكه Point-to-multipoint است كه در آن همه كاربران مي‌بايست براي استفاده از شبكه دسترسي مستقيم به نقطه دستيابي مركزي داشته باشند. در معماري Mesh كاربران مي‌توانند بوسيلهMulti-Hopping، از طريق گرههاي ديگر به نقطه مركزي وصل شوند، بدون اينكه به ايجاد هيچگونه پيوند مستقيم RF نياز باشد. بعلاوه در شبكه Mesh در صورتيكه كاربران بتوانند يك پيوند فركانس راديويي برقرار كنند، نيازي به نقطه دسترسي(AccessPoint) نيست و كاربران مي‌توانند بدون وجود يك نقطه كنترل مركزي با يكديگر، فايلها، نامه‌هاي الكترونيكي و صوت و تصوير را به اشتراك بگذارند. اين ارتباط دو نفره، به آساني براي دربرگرفتن كاربران بيشتر قابل گسترش است.

توپولوژي infrastructure اصولاً براي گسترش و افزايش انعطاف‌پذيري شبكه‌هاي كابلي معمولي بكار مي‌رود. بدين شكل كه اتصال كامپيوترهاي مجهز به تكنولوژي بي‌سيم را با استفاده از Access Point به آن امكان مي‌سازد. در برخي موارد، يك AP كامپيوتري است كه كارت شبكه بي‌سيم را كنار كارت شبكه معمولي - كه آن را به يك LAN كابلي متصل مي‌كند - دارا مي‌باشد. كامپيوترهاي بي‌سيم با استفاده از AP به عنوان واسطه با شبكه كابلي ارتباط برقرار مي‌كنند. AP اساساً بعنوان يك Translation Bridge عمل مي‌كند، زيرا سيگنال‌هاي شبكه بي‌سيم را به سيگنال‌هاي شبكه كابلي تبديل مي‌كند. مانند تمام تكنولوژي‌هاي ارتباطي بي‌سيم،‌ شرايط مسافتي و محيطي مي‌توانند بر روي عملكرد ايستگاههاي سيار بسيار تأثير گذار باشند.

يك AP مي‌تواند 10 تا 20 كامپيوتر را پشتيباني كند، بسته به اينكه ميزان استفاده آنها از LAN چقدر است. اين پشتيباني تا زماني ادامه دارد كه آن كامپيوترها در شعاع تقريبي 100 تا 200 فوت نسبت به AP قرار داشته باشند. موانع فيزيكي مداخله كننده اين عملكرد را به طرز چشمگيري كاهش مي‌دهند.

ناحيه‌اي كه توسط يك AP تحت پوشش قرار مي‌گيرد سلول (Cell) ناميده مي‌شود. هر ايستگاه در داخل Cell مي‌تواند به AP دسترسي پيدا كند. وظيفه يك AP ايجاد هماهنگي بين سرويس گيرندگان (Clients) شبكه WLAN و يك شبكه LAN مي‌باشد. به منظور گسترش بخش بي‌سيم و تحت پوشش قرار دادن سرويس گيرندگان بيشتر، مي‌توان از APهاي متعدد در مناطق مختلف استفاده كرد،‌ و يا اينكه يك ٍExtension point را بكار گرفت. Extension point، يك تقويت كننده سيگنال‌هاي بي‌سيم است كه به عنوان ايستگاهي بين سرويس گيرندگان بي‌سيم و AP عمل مي‌كند. استاندارد IEEE 802.11 دو سلول را به عنوان يك BSS) Basic Service Set) در نظر مي‌گيرد. اگر شبكه از چند Access Point استفاده كند، APها با يك ستون فقرات بنام DS) Distribution System) به هم اتصال مي‌يابند. DS معمولاً يك شبكه كابلي است، اما مي‌توان آن را بي‌سيم هم در نظر گرفت. استاندارد IEEE 802.11 :

DSSS) Direct Sequence Spread Spectrum):

يك روش انتقال راديويي است كه در آن سيگنال‌هاي خروجي با استفاده از يك كد ديجيتال مدوله مي‌شوند. در نتيجه هر بيت از ديتا به چند بيت تبديل مي‌شود و سيگنال مي‌تواند در فركانس وسيع‌تر پراكنده شود. استفاده از DSSS به همراه روش CCK) ComplimentaryCode Keying) باعث مي‌شود سيستم‌هاي IEEE 802.11b به سرعت11 مگابيت در ثانيه انتقال دست يابند. در جائيكه شرايط به نحوي است كه امكان تداخل،‌ نويزنپذيري يا وجود دستگاههاي كاري هم‌فركانس در منطقه موجود نباشد يا بسيار كم باشد از شيوه DSSS استفاده مي‌شود. در اين شيوه مي‌توان از تمامي عرض باند موجود در طيف گسترده شده (مثلاً 10MHZ يا بيشتر) بهره جست و لذا به شبكه‌اي با سرعت 10 مگابيت در ثانيه يا بالاتر دست يافت. اما در محيط‌هاي شلوغ به لحاظ ترافيك امواج مثلاً محيط‌هاي شهري بزرگ، بكار بردن اين تكنولوژي عليرغم وجود كدينگ‌هاي پيشرفته و تقسيم‌بندي‌هاي فركانسي، خالي از بروز تداخل‌ها و يا اشكالات احتمالي نخواهد بود.
FHSS)) Frequency Hopping Spread Spectrum:

يك روش انتقال راديويي كه در آن انتقال دهنده به طور مداوم تغييرات سريعي را در فركانس - بر طبق يك الگوريتم موجود انجام مي‌دهد. دريافت كننده براي خواندن سيگنال‌هاي دريافتي، دقيقاً همان تغييرات را انجام مي‌دهد. در IEEE 802.11a مي‌توان از FHSS استفاده كرد اما سيستم IEEE 802.11b از اين روش حمايت نمي‌كند.

Infrared:

در ارتباطاتinfrared (مادون قرمز) از فركانسهاي بالا دقيقا زير طيف نور مرئي- استفاده مي‌شود. در اين روش سيگنالها نمي‌توانند از اشياء و ديوارها عبور كنند. اين امر بكارگيري تكنولوژي مادون قرمز را محدود مي‌سازد. در فناوري مادون قرمز ارسال كننده و دريافت كننده بايد يكديگر را ببينند(در خط ديد يكديگر باشند) همانند يك كنترل كننده راه دور دستگاه تلويزيون. بطور كلي در ارتباطات داخل ساختمان كه فاصله ايستگاهها كم باشد از اين روش استفاده مي‌شود. در اينجا بجاي سيم يا فيبر نوري كه رسانه‌هاي انتقال هستند، از امواج راديويي يا نور مادون قرمز بعنوان رسانه انتقال استفاده مي‌شود. امواج راديويي بخاطر برد، پهناي باند و پوشش مكاني بيشتر، از نور مادون قرمز كاربرد بيشتري دارند. در اين قسمت به برخي مزاياي يك WLAN نسبت به يك شبكه كابلي مي‌پردازيم. از WLANها مي‌توان در مكانهايي كه امكان كابل‌كشي وجود ندارد استفاده كرد و بدون نياز به كابل‌كشي آنها را گسترش داد. استفاده كننده WLAN مي‌تواند كامپيوتر خود را بدون قطع كابل، به هر نقطه از سازمان منتقل كند. با وجود اينكه سخت‌افزار مورد نياز براي WLAN گرانتر از تجهيزات شبكه سيمي است، ولي بهره‌وري و انعطاف‌پذيري آن باعث مي‌شود كه در طول زمان قيمت تمام شده كمتر شود، بخصوص در محيطهايي كه شبكه مورد نظر پيوسته در حال انتقال و تغيير مداوم است. سيستمهاي WLAN مي‌توانند با فناوريهاي مختلف شبكه تركيب شوند و شبكه‌هايي با كاربردها و امكانات خاص را به نحو مطلوبي ايجاد كنند. پيكر‌بندي اين شبكه‌ها براحتي قابل تغيير است و اين شبكه‌ها مي‌توانند از حالت نقطه به نقطه تا شبكه‌هايي با زيرساختار پيچيده با صدها كاربر متحرك گسترش يابند. در شبكه‌هاي بي‌سيم مديران شبكه مي‌توانند جابجايي، گسترش و اصلاح شبكه را آسانتر انجام دهند و با استفاده از اين سيستم به نصب كامپيوترهاي شبكه در ساختمانهاي قديمي و يا مكانهايي كه امكان كابل‌كشي در آنها وجود ندارد و نيز مكانهايي كه فاصله آنها از يكديگر زياد است بپردازند و بدين شكل امكان دسترسي سريع به اطلاعات را فراهم كنند.