2015-03-20
1271
Модель OSI для стандартов Wi-Fi и IEEE 802.11 показана в табл. 2.17. Основное назначение физических уровней - обеспечение интерфейса с беспроводной средой передачи (с эфиром), а также оценка состояния эфира и взаимодействие с уровнем MAC.
Физический уровень состоит из двух подуровней:
o PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) - выполняет процедуру отображения PDU уровня MAC (элемента протокола данных, сравните с рис. 2.25) во фрейм формата FHSS или DSSS (см. раздел "Проблемы беспроводных сетей и пути их решения"). Эта процедура выполняет передачу, обнаружение несущей и прием сигнала;
o PMD (Physical Medium Dependent) - "подуровень, зависящей от среды передачи". Этот уровень будет различным для разных скоростей передачи и разных стандартов из серии 802.11. Подуровень PMD обеспечивает данные и сервис для подуровня PLCP и функции радиопередачи и приема, результатом которых является поток данных, информация о времени, параметры приема.
Основным рабочим состоянием уровней PLCP является обнаружение несущей и оценка незанятости канала. Для выполнения передачи PLCP переключает PMD из режима "прием" в режим "передача" и посылает элемент данных PPDU (PLCP Data Unit).
Физический уровень выполняет скремблирование, кодирование и чередование (см. раздел "Проблемы беспроводных сетей...").
Передача сигналов по радиоканалу выполняется двумя методами: FHSS и DSSS (см. раздел "Проблемы беспроводных сетей и пути их решения"). При этом используется дифференциальная фазовая модуляция DBPSK и DQPSK (см. "Методы модуляции несущей") с применением кодов Баркера, комплементарных кодов (CCK - Complementary Code Keying) и технологии двойного сверточного кодирования (PBCC) [Рошан].
Wi-Fi 802.11g на скорости 1 и 2 Мбит/с использует модуляцию DBPSK. При скорости передачи 2 Мбит/с используются те же метод, что и при скорости 1 Мбит/с, однако для увеличения пропускной способности канала используется 4 разных значения фазы (0, 
) для фазовой модуляции несущей.
Протокол 802.11b, использует дополнительно скорости передачи 5,5 и 11 Мбит/с. На этих скоростях передачи вместо кодов Баркера используются комплементарные коды (CCK).
Wi-Fi использует метод доступа к сети CSMA/ CA (см. раздел "Проблемы беспроводных сетей и пути их решения"), в котором для снижения вероятность коллизий использованы следующие принципы:
o прежде, чем станция начнет передачу, она сообщает, как долго она будет занимать канал связи;
o следующая станция не может начать передачу, пока не истечет зарезервированное ранее время;
o участники сети не знают, принят ли их сигнал, пока не получат подтверждение об этом;
o если две станции начали работать одновременно, они смогут узнать об этом только по тому факту, что не получат подтверждение о приеме;
o если подтверждение не получено, участники сети выжидают случайный промежуток времени, чтобы начать повторную передачу.
Предотвращение, а не обнаружение коллизий, является основным в беспроводных сетях, поскольку в них, в отличие от проводных сетей, передатчик трансивера заглушает принимаемый сигнал.
Формат фрейма на уровне PLCP модели OSI (табл. 2.17) в режиме FHSS показан на рис. 2.44. Он состоит из следующих полей:
o "Синхрониз." - содержит чередующиеся нули и единицы. Служит для подстройки частоты на принимающей станции, синхронизирует распределение пакетов и позволяет выбрать антенну (при наличии нескольких антенн);
o "Старт" - флаг начала фрейма. Состоит из строки 0000 1100 1011 1101, которая служит для синхронизации фреймов на принимающей станции;
o " PLW" - "Psdu Length Word" - "слово длины служебного элемента данных PLCP", PSDU - "PLCP Service Data Unit" - элемент данных подуровня PLCP; указывает размер фрейма, поступившего с уровня MAC, в октетах;
o "Скорость" - указывает скорость передачи данных фрейма;
o "КС" - контрольная сумма;
o "MAC-фрейм" - фрейм, поступивший с MAC-уровня модели OSI и содержащий PSDU;
o "Заголовок PLCP" - поля, добавленные на подуровне PLCP.
 |
| Рис. 2.44. Формат фрейма PLCP для режима FHSS |
Формат фрейма на уровне PLCP модели OSI (табл. 2.17) в режиме DSSS показан на рис. 2.45. В нем поля имеют следующий смысл:
o "Синхрониз." - содержит только единицы и обеспечивает синхронизацию в приемной станции;
o "Старт" - флаг начала фрейма. Содержит строку 0 xF3A0, которая указывает начало передачи параметров, зависящих от физического уровня;
o "Сигнал" - указывает тип модуляции и скорость передачи данного фрейма;
o "Сервис" - зарезервировано для будущих модификаций стандарта;
o "Длина" - указывает время в микросекундах, необходимое для передачи MAC-фрейма;
o "КС" - контрольная сумма;
o "MAC-фрейм" - фрейм, поступивший с MAC-уровня модели OSI и содержащий PSDU;
o "Заголовок PLCP" - поля, добавленные на подуровне PLCP.
 |
| Рис. 2.45. Формат фрейма PLCP для режима DSSS |
Дальность связи средствами Wi-Fi сильно зависит от условий распространения электромагнитных волн, типа антенны и мощности передатчика. Типовые значения, указываемые изготовителями Wi-Fi оборудования, составляют 100-200 м в помещении и до нескольких километров на открытой местности с применением внешней антенны и при мощности передатчика 50...100 мВт. Вместе с тем, по сообщению германского еженедельника "Сomputerwoche" во время соревнований по дальности связи была зафиксирована связь на расстоянии 89 км с применением стандартного оборудования Wi-Fi стандарта IEEE 802.11b (2,4 ГГц) и спутниковых антенн ("тарелок"). В книге рекордов Гиннеса зафиксирована также Wi-Fi связь на расстоянии 310 км с применением антенн, поднятых на большую высоту с помощью воздушных шаров.
