Сети WLAN - семейство стандартов IEEE802.11 Wi-Fi

Группа стандартов IEEE802.11 высокоскоростного беспроводного доступа к локальным компьютерным сетям при незначительном удалении абонентского оборудования от точек доступа.

Включает следующие группы:

­ 802.11a, 802.11b и 802.11g относятся к физическому уровню среды передачи;

­ 802.11d, 802.11e, 802.11i,802.11j,802.11h и 802.11r - к вышележащему MAC-уровню,

­ 802.11f и 802.11c - к более высоким уровням (модель OSI).

Рассмотрим каждую более подробно.

1) Спецификация 802.11d

Стремясь расширить географию распространения сетей стандарта 802.11, IEEE разрабатывает универсальные требования к физическому уровню 802.11 (процедуры формирования каналов, псевдослучайные последовательности частот, дополнительные параметры для MIB и т.д.). Стандарт определял требования к физическим параметрам каналов (мощность излучения и диапазоны частот) и устройств беспроводных сетей с целью обеспечения их соответствия законодательным нормам различных стран.

2) Спецификация 802.11e

Спецификации разрабатываемого стандарта 802.11е позволяют создавать мультисервисные беспроводные ЛС, ориентированные на различные категории пользователей, как корпоративных так и индивидуальных. При сохраненеии полной совместимости с уже принятыми стандартами 802.11а и b, он позволит расширить их функциональность за счет поддержки потоковых мультимедиа-данных и гарантированного качества услуг (QoS).

3) Спецификация 802.11h

Рабочая группа IEEE 802.11h рассматривает возможность дополнения существующих спецификаций 802.11 MAC (уровень доступа к среде передачи) и 802.11a PHY (физический уровень в сетях 802.11a) алгоритмами эффективного выбора частот для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, контроля за излучаемой мощностью и генерации соответствующих отчетов.

Предполагается, что решение этих задач будет базироваться на использовании протоколов Dynamic Frequency Selection (DFS) и Transmit Power Control (TPC), предложенных Европейским институтом стандартов по телекоммуникациям (ETSI). Указанные протоколы предусматривают динамическое реагирование клиентов беспроводной сети на интерференцию радиосигналов путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами.

Разработка данного стандарта связана с проблемами при использовании 802.11а в Европе, где в диапазоне 5 ГГц работают некоторые системы спутниковой связи. Для предотвращения взаимных помех стандарт 802.11h имеет механизм "квазиинтеллектуального" управления мощностью излучения и выбором несущей частоты передачи.

4) Спецификация 802.11i

Целью создания данной спецификации является повышение уровня безопасности беспроводных сетей. В ней реализован набор защитных функций при обмене информацией через беспроводные сети - в частности, технология AES (Advanced Encryption Standard) - алгоритм шифрования, поддерживающий ключи длиной 128, 192 и 256 бит. Предусматривается совместимость всех используемых в данное время устройств - в частности, Intel Centrino - с 802.11i-сетями.

5) Спецификация 802.11j

Спецификация предназначена для Японии и расширяет стандарт 802.11а добавочным каналом 4,9 ГГц.

6) Спецификация 802.11r

Данный стандарт предусматривает создание универсальной и совместимой системы роуминга для возможности перехода пользователя из зоны действия одной сети в зону действия другой.

7) Спецификация 802.11f

Спецификация описывает протокол обмена служебной информацией между точками доступа (Inter-Access Point Protocol, IAPP), что необходимо для построения распределенных беспроводных сетей передачи данных.

8) Спецификация 802.11c

Стандарт, регламентирующий работу беспроводных мостов. Данная спецификация используется производителями беспроводных устройств при разработке точек доступа

Стандарт IEEE 802.11n (утверждён 11 сентября 2009).

Рассмотрим более подробно актуальный стандарт беспроводного доступа IEEE 802.11n.

В России стандарт официально сертифицирован, оборудование разрешено к применению в диапазонах 2400-2483.5, 5150-5350 и 5650-5725 МГц.

Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с применяя передачу данных сразу по четырем антеннам. По одной антенне, до 150 Мбит/с.

Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4—2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:

¾ наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

¾ смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

¾ «чистом» режиме — 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).

Черновую версию стандарта 802.11n (DRAFT 2.0) поддерживают многие современные сетевые устройства. Итоговая версия стандарта (DRAFT 11.0), которая была принята 11 сентября 2009 года, обеспечивает скорость до 600 Мбит/с, многоканальный вход/выход, известный, как MIMO и большее покрытие.

Реальная скорость передачи данных всегда меньше канальной скорости. Для WiFi реальная скорость передачи данных обычно отличается более чем в два раза в меньшую сторону. Кроме того, существует еще несколько факторов, ограничивающих реальную пропускную способность:

¾ Канал всегда делится между клиентами;

¾ Точка доступа всегда подстраивается под самого «плохого» клиента, у которого хуже сигнал, более старый стандарт (a/b/g) и т. д.;

¾ Наличие помех (работающие рядом точки доступа, микроволновые печи);

Стоит отметить, что непересекающихся каналов, которые не мешают друг другу, на частоте 2,4ГГц всего три (а именно, 1-й, 6-й и 11-й). То есть, если у соседа за стеной работает точка доступа на 1-м канале, а у вас дома на 3-м, то эти точки доступа будут мешать друг другу, тем самым уменьшая скорость передачи данных.

Устройства стандарта 802.11n могут работать в одном из двух диапазонов — 2,4 или 5 ГГц. Это намного повышает гибкость их применения, позволяя отстраиваться от источников радиочастотных помех.

Спецификация 802.11n предусматривает использование как стандартных каналов шириной 20 МГц, так и широкополосных - на 40 МГц с более высокой пропускной способностью.

Ключевой компонент стандарта 802.11n под названием MIMO (Multiple Input, Multiple Output - много входов, много выходов) предусматривает применение пространственного мультиплексирования с целью одновременной передачи нескольких информационных потоков по одному каналу, а также многолучевое отражение, которое обеспечивает доставку каждого бита информации соответствующему получателю с небольшой вероятностью влияния помех и потерь данных. Именно возможность одновременной передачи и приема данных определяет высокую пропускную способность устройств 802.11n.

Чаще всего стандартными считаются антенные конфигурации цепи для передачи и приёма информации 3 × 3 или 2 × 3. В простых недорогих моделях будет реализована схема из одной передающей и двух принимающих цепей (по статистике абоненты потребляют гораздо больше данных, чем передают), тогда как пользователи, которым нужна очень большая скорость передачи данных, смогут приобрести старшие модели с конфигурацией антенн 4 × 4.

Действующий сейчас стандарт сетевого питания 802.3af-2003 (PoE) не обеспечивает мощности, необходимой для электроснабжения точек доступа с антенными конфигурациями 3 × 3 и выше. Ему на смену уже разрабатывается стандарт 802.3at-2005, но пока он не принят, производители беспроводных устройств изыскивают обходные пути решения этой проблемы (например, за счёт автоматического отключения многолучевой передачи), а разработчики беспроводных микросхем стремятся снизить потребляемую мощность своих чипов.

С учётом того, что у перспективных моделей пропускная способность может превысить 100 Мбит/с, создателям беспроводных сетей стоит позаботиться о подходе к точке доступа проводного соединения Gigabit Ethernet. Пока такая полоса пропускания может показаться чрезмерной, однако со временем, когда нагрузка на беспроводные сети увеличится, нынешние Ethernet-каналы вполне могут стать узким местом на пути сетевого трафика.

Разработчики спецификации 802.11n позаботились о том, чтобы компоненты на её базе сохраняли совместимость с устройствами стандарта 802.11b или 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц и с устройствами 802.11a — в диапазоне 5 ГГц. В новых сетях 802.11n еще долгое время будет работать множество прежних беспроводных клиентов.

Традиционно зоны беспроводных ЛВС имеют сферическую форму (если ничто не мешает распространению радиоволн), однако применение в стандарте 802.11n технологии MIMO и пространственного мультиплексирования искажает её и делает менее предсказуемой (форма здесь во многом зависит от условий окружающей среды). В результате привычный контрольно-измерительный инструментарий, обычно используемый при планировании сети, может оказаться непригодным или малоэффективным.