5.2. Архітектура і компоненти бездротової мережі. Стандарт ieee 802.11
Стандарт IEEE 802.11, розробка якого була завершена в 1997 р., є базовим стандартом, що використовуються для організації бездротових локальних мереж WLAN (Wireless Local Area Network).
Стандарт IEEE 802.11 визначає протокол передачі сигналів у фізичному середовищі PHY (PHYsical Layer) і протокол управління доступом до середовища MAC (Medium Access Control). Як фізичне середовище використовуються радіохвилі та інфрачервоне випромінювання.
На фізичному рівні IEEE 802.11 передбачено три способи бездротової передачі сигналів:
передача по радіоканалах з розширенням спектра методом прямої послідовності DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum);
передача по радіоканалах з розширенням спектра методом непослідовної зміни частот FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum);
передача в інфрачервоному діапазоні.
Стандарт IEEE 802.11 для двох альтернативних схем DSSS FHSS установлює використання безліцензійного діапазону ISM на частоті 2,4 ГГц і передбачає два значення швидкості передачі даних – 1 або 2 Мбит/с.
Для інфрачервоного діапазону при відсутності джерела тепла і яскравого сонячного світла можлива швидкість передачі до 10 Мбит/сек.
Основними функціями рівня МАС є доступ до фізичного середовища передачі. Варто помітити, що в порівнянні з кабельними локальними мережами Ethernet можливості рівня MAC поширені за рахунок включення в нього ряду функцій, що зазвичай виконуються протоколами більш високого рівня, зокрема, процедур фрагментації і ретрансляції пакетів. Це викликано прагненням підвищити ефективну пропускну здатність системи завдяки зниженню накладних витрат на повторну передачу пакетів.
Архітектура бездротових мереж поділяється на два основних класи – мережі з інфраструктурою і без інфраструктури.
Стандарт IEEE 802.11 визначає два компоненти архітектури бездротових мереж з інфраструктурою. Це базова станція, що називається точкою доступу AP (Access Point) і робоча станція – вузол мережі STAi (STAtion). Станції – це термінальне устаткування з можливістю входу в бездротове середовище мережі за допомогою зв'язку з точкою доступу. Точка доступу і станції, що знаходяться в межах радіуса її дії утворить базову зону обслуговування BSS (Basic Service Set). Стандарт припускає наявність декількох базових зон BSS, об'єднаних у єдину систему розподілу DS (Distribution System). Система DS з'єднує кілька базових зон BSS за допомогою точок доступу в одну мережу, розширюючи в такий спосіб зону охоплення мережі. Система DS являє собою еквівалент магістрального сегменту кабельних локальних мереж. Вся інфраструктура, що включає різні набори служб, точки доступу і систему розподілу утворює розширену зону обслуговування ESS (Extended Service Set).
Стандарт IEEE 802.11 передбачає можливість побудови локальної бездротової мережі без інфраструктури, що може бути реалізований без точки доступу, при цьому частина її функцій виконуються безпосередньо робочими станціями.
Бездротові мережі без інфраструктури
Бездротові мережі без фіксованої інфраструктури, також відомі як епізодичні (спеціальні, “моментальні”) мережі і як мережі Ad Hoc, дозволяють відмовитися від використання точки доступу. За допомогою такого режиму можна побудувати розгалужені бездротові мережі з різною топологією, і гнучкою структурою. Якщо вузли знаходяться в межах доступу, між ними виникає середовище обміну інформацією, вузли спілкуються один з одним без будь-якого централізованого управління і базових станцій.
У мережах Ad Hoc з'єднання між вузлами рівноправно (peer-to-peer) тому що кожна бездротова станція з'єднується з такою ж самою бездротовою станцією. Мережу Ad Hoc ще називають “багато-стрибковою” мережею (multi hop), це пов'язано з тим, що діапазон передачі бездротових станцій обмежений потужністю батарей мобільних терміналів і особливостями бездротових каналів зв'язку, тому для передачі даних від вузла-джерела до вузла-одержувача часто потрібні багаторазові пересилання між проміжними вузлами мережі.
У зв'язку з обмеженим діапазоном передачі окремих вузлів розмір бездротової мережі Ad Hoc менший ніж розмір мережі з інфраструктурою, однак, такі мережі мають ряд переваг, що обумовлюють їх широке застосування. До переваг мобільних мереж Ad Hoc належить простота і швидкість розгортання, незалежність від встановленої раніше інфраструктури. Ці мережі самоконфігуруються, формуються “миттєво” без встановлювання базових станцій і участі системних адміністраторів.
Для функціонування режиму Ad Hoc потрібний мінімум устаткування: кожна станція повинна бути оснащена бездротовим адаптером. Однак адаптери бездротового зв'язку у вузлах мережі набагато складніше з функціональної точки зору, тому що вони повинні забезпечити доступ до середовища передачі даних, прийнятний рівень якості зв'язку, попередження можливості виникнення ізольованих вузлів.
До основних недоліків режиму Ad Hoc належать:
обмежений діапазон дії мережі;
динамічна топологія – вузли зв'язуються між собою довільним чином, у мережі відсутня стійка структура зв'язків між елементами;
обмеження апаратного забезпечення – станції, що входять до складу мережі мають обмежену потужність батарей, ємність центрального процесора і пам'яті, обмежену пропускну здатність каналів зв'язку.
Обмежений діапазон передачі даних – обумовлений малою потужністю бездротових станцій і перешкодами, що виникають у бездротовому середовищі передачі.
На рис. 5.3 зображені дві системи без точок доступу – базові зони BSS1 і BSS2. Кожна з зон включає групу станцій (STA1, STA2, STA3 – BSS1 та STA4, STA5 – BSS2), що працюють на одній частоті. У межах однієї зони можливий прямий зв'язок станцій, але зв'язок між станціями двох зон неможливий, якщо вони віддалені на достатню відстань, щоб вузли однієї зони не були в досяжності вузлів іншої зони, або працюють на різних несущих частотах.
Рис. 5.3. Бездротова мережа без інфраструктури класу Ad Hoc.