Управление доступом к среде в IEEE 802.11
Физический уровень IEEE 802.11b
Стандарт IEEE 802.11 предусматривает передачу сигнала одним из двух методов - прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) и частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS).
Метод FHSS предусматривает изменение несущей частоты сигнала при передаче информации. Для повышения помехоустойчивости нужно увеличить спектр передаваемого сигнала, для чего несущая частота меняется по псевдослучайному закону, и каждый пакет данных передается на своей несущей. При использовании FHSS конструкция приемопередатчика получается очень простой, но этот метод применим, только если пропускная способность не превышает 2 Мбит/с, так что в дополнении IEEE 802.11b остался один DSSS. Из этого следует, что совместно с устройствами IEEE 802.11b может применяться только то оборудование стандарта IEEE 802.11, которое поддерживает DSSS, при этом скорость передачи не превысит максимальной скорости в "узком месте" (2 Мбит/с), коим является оборудование, использующее старый стандарт без расширения.
В основе метода DSSS лежит принцип фазовой манипуляции (т.е. передачи информации скачкообразным изменением начальной фазы сигнала). Для расширения спектра передаваемого сигнала применяется преобразование передаваемой информации в так называемый код Баркера, являющийся псевдослучайной последовательностью. На каждый передаваемый бит приходится 11 бит в последовательности Баркера. Различают прямую и инверсную последовательности Баркера. Из-за большой избыточности при кодировании вероятность того, что действие помехи превратит прямую последовательность Баркера в инверсную, близка к нулю. Единичные биты передаются прямым кодом Баркера, а нулевые - инверсным.
Под беспроводные компьютерные сети в диапазоне 2,4 ГГц отведен довольно узкий "коридор" шириной 83 МГц, разделенный на 14 каналов (в США разрешено использование только 11 из них). Для исключения взаимных помех между каналами необходимо, чтобы их полосы отстояли друг от друга на 25 МГц. Несложный подсчет показывает, что в одной зоне одновременно могут использоваться только три канала. В таких условиях невозможно решить проблему отстройки от помех автоматическим изменением частоты, вот почему в беспроводных локальных сетях используется кодирование с высокой избыточностью. В ситуации, когда и эта мера не позволяет обеспечить заданную достоверность передачи, скорость с максимального значения 11 Мбит/с последовательно снижается до одного из следующих фиксированных значений: 5,5; 2; 1 Мбит/с. Снижение скорости происходит не только при высоком уровне помех, но и если расстояние между элементами беспроводной сети достаточно велико.
IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц.
Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках.
§ 802.11 — Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997)
§ 802.11a — 54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001)
§ 802.11ac — Новый, разрабатываемый IEEE стандарт. Скорости передачи данных до 1.3 Гбит/c, энергопотребление по сравнению с 802.11n снижено до 6 раз. Обратная совместимость с 802.11a/b/g/n. Финальная версия стандарта ожидается к концу 2012 года, а устройства, реализующие новый стандарт уже представлены.
§ 802.11ad — Модификация стандарта 802.11ac, работающая в 60Ghz.
§ 802.11b — Улучшения к 802.11 для поддержки 5,5 и 11 Мбит/с (1999)
Управление доступом к среде в IEEE 802.11
Рабочая группа 802.11 рассмотрела два типа предложенных алгоритмов MAC: протоколы распределенного доступа, которые, подобно Ethernet, распределяют решение относительно передачи по всем узлам, используя для этого механизм детектирования несущей; протоколы централизованного доступа, которые включают регулирование передачи централизованным средством принятия решений. Протокол распределенного доступа имеет смысл использовать в эпизодических сетях равноправных рабочих станций, его также целесообразно применять в других беспроводных конфигурациях, трафик в которых носит преимущественно пульсирующий характер. Централизованный протокол доступа естественным образом подходит для конфигураций, в которых несколько беспроводных станций связаны между собой и имеется также определенная базовая станция, подключенная к магистральной проводной локальной сети; особенно полезны такие протоколы, если некоторые данные требуют немедленного реагирования или имеют высокий приоритет.
Конечным результатом работы комитета 802.11 является алгоритм MAC, называемый DFWMAC (distributed foundation wireless MAC — распределенный основной беспроводный протокол MAC), предоставляющий механизм распределенного управления доступом с возможным надстроенным централизованным управлением. На рис. 5.5 показана соответствующая архитектура. Нижний подуровень уровня MAC представляет собой распределенную координационную функцию (distributed coordination function — DCF). DCF использует алгоритм состязания для обеспечения доступа ко всему информационному потоку. Обычный асинхронный информационный поток напрямую использует DCF. Точечная координационная функция (point coordination function — PCF) — это централизованный алгоритм управления доступом к среде, используемый для обеспечения бесконфликтного обслуживания. PCF надстраивается над DCF и использует функции DCF для обеспечения доступа всем пользователям. Ниже последовательно рассматриваются оба названных подуровня.
