Некоторые сведения о работе адаптеров wlan на физическом уровне

Устройство и работа беспроводных адаптеров на физическом (первом) уровне значительно сложнее [2, 3], чем известных адаптеров Ethernet. Прежде всего, на этом уровне адаптеры WLAN работают по радиоканалу, поэтому оснащаются встроенными радиостанциями с антенной. Далее, радиоканал представляет собой открытую, сильно зашумленную среду. Для быстрой и надежной передачи данных по такой среде необходимо на физическом уровне использовать высокоэффективные методы кодирования, модуляции и декодирования сигналов. Чем больше требуемая скорость передачи бит/с, тем более сложные методы кодирования и модуляции сигналов приходится применять. Эти методы весьма чувствительны к качеству принимаемого сигнала и хорошо работают только при сравнительно большом уровне сигнала ( -70 dBm и выше) и низком уровне шумов (ниже -90 dBm). Если отношение сигнал/ шум становится меньше 15 dB, то следует переходить на более медленные скорости и использовать, соответственно, более простые ошибкоустойчивые методы преобразования и передачи сигналов.

Адаптеры WLAN - устройства адаптивные. Они постоянно приспосабливаются к данной сигнально-шумовой обстановке и, на основе анализа текущего числа сбойных кадров,

автоматически выбирают такой метод преобразования сигналов, который бы обеспечил наиболее высокую скорость передачи.

В табл.2 приведены реализуемые физическим уровнем стандартные скорости передачи, методы кодирования и модуляции сигналов на каждой скорости (определения терминов таблицы и далее других по тексту смотри в Словаре терминов, Приложение).

Таблица 2

────────┬─────────────────────────┬───────────────────────────

Скорость│ IEEE 802.11b/b+ │ IEEE 802.11g

передачи├─────────────┬───────────┼───────────────┬───────────

Мбит/с │ Кодирование │ Модуляция │ Кодирование │ Модуляция

────────┼─────────────┼───────────┼───────────────┼───────────

1* │ Код Баркера │ dbpsk │ Код Баркера │ dbpsk

2* │ Код Баркера │ dqpsk │ Код Баркера │ dqpsk

5,5* │ CCK │ DQPSK │ CCK │ DQPSK

5,5 │ PBCC │ DBPSK │ PBCC │ DBPSK

────────┼─────────────┼───────────┼───────────────┼───────────

6* │ - │ - │ OFDM │ BPSK

6 │ - │ - │ CCK-OFDM │ BPSK

9 │ - │ - │ OFDM,CCK-OFDM │ BPSK

11* │ CCK │ DQPSK │ CCK │ DQPSK

11 │ PBCC │ DQPSK │ PBCC │ DQPSK

────────┼─────────────┼───────────┼───────────────┼───────────

12* │ - │ - │ OFDM │ QPSK

12 │ - │ - │ CCK-OFDM │ QPSK

18 │ - │ - │ OFDM,CCK-OFDM │ QPSK

22 │ PBCC │ DQPSK │ PBCC │ DQPSK

────────┼─────────────┼───────────┼───────────────┼───────────

24* │ - │ - │ OFDM │ 16-QAM

24 │ - │ - │ CCK-OFDM │ 16-QAM

33 │ - │ - │ PBCC │ DQPSK

36 │ - │ - │ OFDM,CCK-OFDM │ 16-QAM

48 │ - │ - │ OFDM,CCK-OFDM │ 64-QAM

54 │ - │ - │ OFDM,CCK-OFDM │ 64-QAM

────────┴─────────────┴───────────┴───────────────┴───────────

Скорости, помеченные знаком *, строго обязательны для данного стандарта, остальные

- опциональные, т.е. реализуются по усмотрению фирмы-изготовителя.

Оборудование WLAN от компании Cisco поддерживает все скорости, кроме 22 и 33 Мбит/с.

Как известно, необходимые для передачи по физической среде данные, физический

уровень получает от находящегося выше канального (второго) уровня в виде протокольного элемента данных (MPDU) – кадра. Здесь, как и для протокола Ethernet, передаче кадра предшествует передача преамбулы. Она необходима для синхронизации тактовой частоты удаленного приемника с тактовой частотой передатчика при синхронной передаче. Вследствие сложности задач, решаемых протоколом 802.11 на физическом уровне, между преамбулой и MPDU встроен Заголовок физического уровня, в который помещается важная информация об условиях передачи MPDU. Заголовок, преамбула и MPDU образуют протокольный элемент данных физического уровня (PPDU), показанный на рис.1.

╔═════════╤══════════════════════╤═════════════════════════╗

◄═ ║Преамбула│Заголовок физич.уровня│ Кадр МАС-уровня (MPDU) ║

╚═════════╧══════════════════════╧═════════════════════════╝

│<─────────────────────── PPDU ───────────────────────>│

Рис. 1

Преамбула состоит из последовательности 111…111 (16 байт) или 00…00 (7 байт) и за-канчивается двумя особыми синхробайтами. Передается всегда со скоростью 1 Мбит/с с тем, чтобы ее могли правильно интерпретировать все станции WLAN независимо от варианта установленного у них протокола 802.11.

Заголовок PPDU содержит указания о типе модуляции блока MPDU, скорости его передачи (табл.2), необходимом времени (в микросекундах) передачи блока и др. Для протокола 802.11b длина заголовка – 6 байт, заголовок протокола 802.11g несколько длиннее, т.к. его структура более сложная. Заголовок передается на фиксированной скорости 1 Мбит/с или 2 Мбит/с.

На средних и высоких скоростях протокол IEEE 802.11g может использовать альтерна-тивное гибридное кодирование CCK-OFDM (табл.2), при котором заголовок PPDU кодиру-ется по CCK, а кадр МPDU – по OFDM.

Вся структура PPDU в виде последовательности битов поступает на кодер, после кодирования подвергается модуляции и, далее, сигнальный поток подается на вход передатчика радиоканала.

При передаче данных с любой из определенных в табл. 2 скоростей и соответствующим методом модуляции, спектр рабочих частот сигналов занимает полосу шириной не более 22 МГц. Эта полоса образует один радиоканал. Для исключения взаимных помех, по каналу передавать данные одновременно может только один радиопередатчик, т.е. одна станция WLAN. После завершения передачи одной станцией, канал использует другая станция. В области частоты 2,4 ГГц выделено 13 нелицензируемых ISM-каналов шириной по 22 МГц, которые применяются для организации WLAN (табл.3).

Таблица 3

───────┬────────────────────────────────────────────────────────────────

│ Номера и частоты(МГц) ISM-каналов IEEE 802.11b/g

Частота├────────────────────────────────────────────────────────────────

│ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ───────┼────────────────────────────────────────────────────────────────

Нижняя │2401 2406 2411 2416 2421 2426 2431 2436 2441 2446 2451 2456 2461

Центр. │2412 2417 2422 2427 2432 2437 2442 2447 2452 2457 2462 2467 2472

Верхняя│2423 2428 2433 2438 2443 2448 2453 2458 2463 2468 2473 2478 2483

───────┴────────────────────────────────────────────────────────────────

Как видно из таблицы, канал от канала отстоит всего лишь на 5 МГц, поэтому одновременная передача двух станций по соседним каналам при неблагоприятных условиях может привести к нарушению связи. Только три канала , например 1, 6 и 11, абсолютно не пересекаются. Подобные каналы целесообразно использовать для компактного развертывания в некотором районе трех независимых WLAN.

Администратор сети WLAN, при конфигурировании драйвера адаптера WLAN, может выбрать и устанавить любой номер (1-13) рабочего канала своей сети.