24.3.5. Стандарт 802.11n
Стандарт 802.11n предназначен для повышения скорости передачи данных и увеличения дальности передачи информации. Он основывается, как и стандарт 802.11a на технологии OFDM и предусматривает использование в России обоих центральных частот (2,4 и 5 ГГц). При этом в РФ выделены следующие полосы частот:
2400-2483,5 МГц;
5150-5350 МГц;
5650-6425 МГц.
Повышение скорости передачи информации в этом стандарте достигается за счет следующих мер.
Удвоение полосы пропускания канала с 20 до 40 МГц, при этом режим 20 МГц — обязательный и для него установлен базовый режим скоростей передачи. В таблице 24.2 приведены скорости передачи для разных комбинаций скоростей кодирования и видов модуляции сети 802.11n при полосе 20 МГц [90,91]. При полосе канала 40 МГц пропускная способность канала почти удваивается, поскольку при прочих равных условиях почти удваивается и число поднесущих (вместо 52 их становится 108). Уменьшение защитного интервала с 800 нс до 400 нс также увеличивает скорость передачи информации.
Применение технологии многоканальных антенных систем MIMO (Multiple Input Multiple Output), т.е. множественные входы и множественные выходы. В основу положено применение нескольких передающих и приемных антенн. Передаваемый поток данных разбивается на независимые последовательности битов, которые пересылаются одновременно с использованием разных антенн. С помощью нескольких антенн система MIMO позволяет осуществлять пространственное мультиплексирование потоков, что обеспечивает повышение скорости передачи данных. Система МIМО позволяет также по нескольким антеннам (до четырех) передавать одновременно один и тот же поток данных. По причине многолучевого распространения приёмник получает несколько сигналов. С помощью технологии MIMO эти сигналы обрабатываются и из них восстанавливается исходный сигнал, что способствует улучшению соотношения сигнал/помеха. Так оборудование стандарта 802.11n с несколькими передающими и принимающими антеннами позволяет повысить скорость передачи данных, улучшая при этом соотношение сигнал/помеха.
Таблица 24.2. Скорости передачи для разных комбинаций скоростей кодирования и видов модуляции сети 802.11n при полосе 20 МГц
-
Модуляция
Скорость кодирования
Скорость передачи Мбит/с
BPSK
1/2
7,2
QPSK
1/2
14,4
QPSK
3/4
21,7
QAM-16
1/2
28,9
QAM-16
3/4
43,3
QAM-64
2/3
57,8
QAM-64
3/4
65,0
QAM-64
5/6
72,2
24.4. Mesh-сети стандарта 802.11s
Стандарт 802.11s предназначен для беспроводных mesh – сетей WMN (Wireless mesh network). Их называют ячеистыми сетями. Беспроводные mesh-сети называют также MBSS (Mesh BSS, Mesh Basis Service Set). Mesh-сети - новый перспективный класс широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации, который находит широкое применение при построении локальных и распределенных городских беспроводных сетей. Для WMN характерен принцип самоорганизации построения архитектуры, самоконфигурации, самовосстановления, высокой масштабируемости и надежности [92]. WMN отличает от MANET в том, что включает дополнительно отдельную опорную сеть (backbone) из маршрутизаторов, которая и предоставляет ей преимущества перед MANET. На рис. 24.7 приведена архитектура мesh-сети стандарта 802.11s, включающая маршрутизаторы (mesh-routers) [93]. Сеть backbone обычно является фиксированной. Она так же, как и MANET является многошаговой (multihops) и может быть использована для быстрого развертывания в чрезвычайных экстренных ситуациях. По сравнению с мобильными сетями Ad Hoc mesh-сети имеют преимущества в отношении надежности, пропускной способности, подверженности зашумлению. WMN обеспечивает такие возможности, как устойчивость сети при отказе отдельных компонентов, масштабируемость сети, увеличение зоны информационного покрытия в режиме самоорганизации, динамическую маршрутизацию трафика; ретрансляцию кадров между устройствами, не имеющими между собой прямой видимости [89]. Достоинства мesh - сети: минимальное время и простота развёртывания благодаря самоорганизации, самоадаптации и самовосстановления в обход повреждённого участка, способность обеспечить связь на территории, где традиционные системы не могут это выполнить.
Отметим, что изменения в стандарте IEEE 802.11s не затрагивают физический уровень. Все нововведения относятся к МАС-уровню. Кроме того, в стандарте IEEE 802.11s рассматриваются вопросы маршрутизации пакетов в рамках mesh-сети (фактически - сетевой и транспортный уровень модели OSI).
Структура пакетов МАС-уровня в mesh-сети отличается от стандартного формата пакетов сетей 802.11 наличием mesh-заголовка. Для каждого установления соединения предусмотрено отдельное поле в заголовке - время жизни пакета при многошаговой пересылки. Это помогает бороться с зацикливанием. Для борьбы с дубликатами при пересылке предусмотрено поле нумерации пакетов.
Рис. 24.7. Архитектура mesh-сети 802.11s
Приведенные на рис. 24.7 устройства выполняют следующие функции.
Mesh-router. Маршрутизатор сети маршрутизаторов, выполняющий функцию маршрутизации. Имеют несколько интерфейсов и дополнительные источники питания.
Mesh SТА. Терминальные mesh-станции, выполняющие трансляцию и маршрутизацию в соседние узлы.
SТА. Терминальные станции сети стандартов группы 802.11 в режиме инфраструктуры.
Mesh AP. Выполняет функцию точки доступа инфраструктурного режима для подключенных клиентов и функцию маршрутизации с узлами сети маршрутизаторов.
Mesh portal (МР). Выполняет функцию Mesh STA по обеспечению моста к различным сетям. Например, МР может быть шлюзом к WiMAX или UMTS для доступа к Интернету. Для МР характерны большие потоки трафика от пользователей mesh-сетью. Механизм установки соединений IEEE 802.11s основан на периодической посылке стандартного сообщения «открыть соединение». В ответ на него может быть получено сообщение «подтверждение соединения» или «закрытие соединения». Соединение между двумя соседними MP считается установленным тогда и только тогда, когда оба MP послали друг другу команды «открыть соединение» и ответили подтверждением соединения (в любой последовательности). Для каждого установления соединения предусмотрено время жизни, в течение которого оно должно быть использовано. Сеть стандарта определена для малых ячеистых размеров с максимальным числом узлов 64 [93].