Архитектура іеее 802.11
Самый популярный стандарт беспроводных локальных сетей – ІЕЕЕ 802.11. Уровень доступа к среде стандартов 802.11 достаточно сложен, но постараемся кратко и понятно его описать.
В 1990 году ІЕЕЕ сформировал рабочую группу по стандартам для беспроводных локальных сетей 802.11. Эта группа занялась разработкой всеобщего стандарта для радиооборудования и сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, со скоростями доступа 1 и 2 Мбит/с. Работы по созданию стандарта были завершены через 7 лет, и в июне 1997 года была утверждена первая спецификация 802.11. Стандарт ІЕЕЕ 802.11 явился первым стандартом для продуктов WLAN.
Стек протоколов стандарта ІЕЕЕ 802.11 соответствует общей структуре стандартов комитета 802, то есть состоит из физического уровня и канального уровня с подуровнями управления доступом к среде МАС и логической передачи данных LLС. Как и у всех технологий семейства 802, технология 802.11 определяется двумя нижними уровнями, то есть физическим уровнем и подуровнем МАС, а подуровень LLС выполняет свои стандартные общие для всех технологий LAN функции (рис. 95).
На физическом уровне существует несколько вариантов спецификаций, которые отличаются используемым частотным диапазоном, методом кодирования и как следствие – скоростью передачи данных. Все варианты физического уровня работают с одним и тем же алгоритмом уровня МАС, но некоторые временные параметры уровня МАС зависят от используемого физического уровня.
В сетях 802.11 уровень МАС обеспечивает два режима доступа к разделяемой среде:
распределенный режим DCF (Distributed Coordination Function);
централизованный режим РСР (Роіnt Coordination Function).
Рис. 95. Стек протоколов ІЕЕЕ 802.11
Из большого количества стандартов беспроводной передачи данных на практике получили распространение всего три: 802.11а, 802.11b и 802.11g. Эти стандарты различны по многим параметрам: скорости передачи данных, диапазону частот, методам модуляции сигнала и многим другим характеристикам.
Стандарт ІЕЕЕ 802.11а имеет большую ширину полосы из семейства стандартов 802.11 при скорости передачи данных до 54 Мбит/с. В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802.11а предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). К недостаткам 802.11а относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия.
Поскольку оборудование, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое снижение скорости при ухудшении качества сигнала.
Стандарт ІЕЕЕ 802.11g является логическим развитием 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне. Он полностью совместим с 802.11b, т. е. любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с, поэтому на сегодня это наиболее перспективный стандарт беспроводной связи. При разработке стандарта 802.11g рассматривались две отчасти конкурирующие технологии: метод ортогонального частотного разделения OFDM и метод двоичного пакетного сверточного кодирования PBCC, опционально реализованный в стандарте 802.11b. В результате стандарт 802.11g содержит компромиссное решение: в качестве базовых применяются технологии OFDM и ССК, а опционально предусмотрено использование технологии РВСС.
Набор стандартов 802.11 определяет целый ряд технологий реализации физического уровня (Рhysical Lауеr Ргotocol, РНY), которые могут быть использованы подуровнем 802.11 МАС.
Рассмотрим каждый из уровней РНY:
Уровень РНY стандарта 802.11 со скачкообразной перестройкой частоты (FНЅЅ) в диапазоне 2,4 ГГц.
Уровень РНY стандарта 802.11 с расширением спектра методом прямой последовательности (DЅЅЅ) в диапазоне 2,4 ГГц.
Уровень РНY стандарта 802.11b с комплементарным кодированием в диапазоне 2,4 ГГц.
Уровень РНY стандарта 802.11а с ортогональным частотным мультиплексированием (OFDM) в диапазоне 5 ГГц.
Расширенный физический уровень (Еxtended Rate Physical Lауег, ЕRР) стандарта 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц.
Основное назначение физических уровней стандарта 802.11 – обеспечить механизмы беспроводной передачи для подуровня МАС, а также поддерживать выполнение вторичных функций, таких как оценка состояния беспроводной среды и сообщение о нем подуровню МАС. Уровни МАС и РНY разрабатывались так, чтобы они были независимыми. Именно независимость между МАС и подуровнем РНY и позволила использовать дополнительные высокоскоростные физические уровни, описанные в стандартах 802.11b, 802.11а и 802.11g.
Каждый из физических уровней стандарта 802.11 имеет два подуровня:
Рhysical Lауег Соnvergenсе Рrocedure (РLСР). Процедура определения состояния физического уровня.
Рhysical Меdium Dependent (РМD). Подуровень физического уровня, зависящий от среды передачи.
На рис. 96 показано, как эти подуровни соотносятся между собой и с вышестоящими уровнями в модели взаимодействия открытых систем.
Рис. 96. Подуровни уровня РНY
Подуровень РLСР по существу является уровнем обеспечения взаимодействия, на котором осуществляется перемещение элементов данных протокола МАС (МАС Рrotocol Data Units, МРDU) между МАС-станциями с использованием подуровня РМD, на котором реализуется тот или иной метод передачи и приема данных через беспроводную среду. Подуровни РLСР и РМD отличаются для разных вариантов стандарта 802.11 [22].
Исходный стандарт 802.11 определяет три метода передачи на физическом уровне:
передача в диапазоне инфракрасных волн;
технология расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты (FНЅЅ) в диапазоне 2,4 ГГц;
технология широкополосной модуляции с расширением спектра методом прямой последовательности (DЅЅЅ) в диапазоне 2,4 ГГц.