24.3. Физический уровень стандартов сетей Wi-Fi

Рассмотрим физические уровни стандартов группы 802.11, которые различаются технологиями и достижимыми скоростями:

• базовый 802.11;

• 802.11b;

• 802.11a;

• 802.11g;

• 802.11n.

Важной проблемой в развитии сетей Wi-Fi является выделение соответствующей полосы рабочих частот. Быстрое развитие сетей обеспечивается при выделении диапазона частот, не требующего лицензирования. В России разрешено нелицензионное использование диапазона частот 2,4 ГГц и 5,5 Ггц. Диапазон 2,4 ГГц предусмотрен всеми стандартами рассматриваемой группы, кроме 802.11а, который допускает работу только в нелицензионном диапазоне 5 ГГц. Нелицензионный диапазон частот используется для промышленных, медицинских и научных нужд ISM (Industrial, Scientific, Medical), включая домашние радиотелефоны, СВЧ - печи и др. Поэтому высокий уровень помех потребовал отмеченную в разделе 2 фрагментацию кадров на подуровне MAC.

1. 24.3.1. Базовый стандарт 802.11

В базовом (изначальном) стандарте 802.11 регламентируется работа оборудования на центральной частоте 2,4 ГГц с максимальной скоростью до 2 Мбит/с. На физическом уровне базового протокола 802.11 реализовано 2 метода передачи данных, позволяющие передать кадр подуровня МАС с одной станции на другую [10]:

• метод перескока частоты FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum);

• опционно метод расширение спектра методом прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).

Метод FHSS аналогичен ранее рассматриваемому перескоку частоты в сети GSM и EDGE, а метод DSSS во многом напоминает ранее рассматриваемый метод в системе кодового разделения CDMA. Устройства FHSS делят предназнченную для их работы полосу частот от 2,402 до 2,480 ГГц на 79 неперекрывающихся каналов. Ширина каждого из 79 каналов составляет 1МГц. Отправитель и получатель согласовывают схему переключения каналов, и данные пересылаются последовательно по различным каналам с использованием выбранной схемы. Частота перескока должна быть не менее 2,5 раза в секунду между шестью каналами. Технология FHSS и DSSS обеспечивает максимальную скорость передачи данных лишь 2Мбит/с, в то время как сейчас имеются более быстродействующие сети на основе стандартов 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n.

2. 24.3.2. Стандарт 802.11b

На физическом уровне 802.11b реализован метод высокоскоростной передачи широкополосного канала по методу прямой последовательности HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum). Каждый информационный бит замещается чиповой последовательностью 11 бит, равной скалярному произведению информационного бита на поледовательность Баркера длиной 11 бит B1=(10110111000). Далее сигнал кодируется посредством дифференциальной двух- или четырехпозиционной фазовой модуляции (DBPSK или DQPSK, один или два чипа на символ). При частоте модуляции несущей 11МГц общая скорость составляет в зависимости от типа модуляции 1 или 2 Мбит/с. Стандарт 802.11b предусматривает скорости передачи 11 и 5,5 Мбит/с. Для этого используется кодирование комплементарным кодом (ССК-модуляция, Complementary Code Keying), которое позволяет кодировать 8 бит на один символ, что соответствует скорости передачи 11 Мбит/с. При скорости передачи 5,5 Мбит/с в одном символе кодируется 4 бита. В протоколе также предусмотрена коррекция ошибок FEC. В расширенном варианте стандарта 802.11b+ скорость передачи данных может достигать 22 Мбит/с. В стандарте 802.11b используется мониторинг качества канала, позволяющий автоматически изменять скорость передачи данных в зависимости от уровня сигнал/помеха. Поэтому теоретическая скорость не однозначно соответствует реальной скорости передачи данных. За последние годы во всем мире резко возросло количество беспроводных устройств, использование которых иногда создавало проблему помех и перегруженности диапазона 2,4 ГГц. Сети стандарта 802.11b работают в этом нелицензионном диапазоне. Чтобы разгрузить диапазон 2,4 ГГц был разработан стандарт 802.11a для частот 5 ГГц. В этом диапазоне уровень совокупности шумов меньше. В стандарте 802.11b принят в качестве дополнительного еще один способ модуляции — пакетное бинарное сверточное кодирование РВССС. Этот механизм позволяет добиваться в сетях пропускную способность 5,5; 11 и 22 Мбит/с.