پروتکل های استاندارد شبکه های بی سیم

 حال وسایلی که بصورت بی سیم در کنار هم بعنوان اجزاء یک مجموعه ، شبکه ای را ایجاد می کنند تحت یک کانال ارتباطی و با یک رنج فرکانسی خاص با هم در ارتباط هستند .در این مقاله سعی شده است تا ابتدا با تعریفی از باند های فرکانسی معمول در شبکه های بی سیم نگاهی به فرایند رشد و توسعه انها و در پایان نیم نگاهی به اینده این نوع کانال های ارتباطی داشت و به کمک دوستان هم کلاسی عقاید و ایده های جدید و ناب در این راستا را مورد بررسی قرار دهیم .

مقدمه

این مقاله با این پیشفرض تنظیم شده که دانشجویان عزیز اطلاعاتی از قبل در خصوص شبکه های بی سیم و نقاط دسترسی و همچنین مفاهیم پایه در خصوص اجزاء شبکه های بی سیم دارند .

در اینجا ابتدا در خصوص امواج و نرخ فرکانسی انها توضیح مختصری داده شده و سپس طبق تعاریف شبکه های مختلف ، پروتکل های استاندارد معمول بکار رفته در هر کدام بررسی می شود و سپس مسایلی در خصوص بهینه سازی کیفی و کمی انها به میان اورده میشود.

امید است با مطالعه این مفاهیم به مراتب بیشتر از پیش درک عمیقی از این موضوعات ایجاد شود و هر خواننده با توجه به درک خود اینده این تکنولوژی را بتواند تا حدی پیش بینی و برای خود تحلیل نماید .

قبل از هر توضیحی لازم دانستم در خصوص رنج فرکانسی امواج توضیح مختصری بدهم :

هر موج مشخصات و ویژگی های خاص خود را دارد ولی یکی از مشخصه های مهم هر موج،مشخصه فرکانس موج است. هر موج در هر محیط انتقال یک فرکانس مشخص دارد که واحد اندازه گیری ان بر حسب هرتزاست. در یک تقسیم بندی کلی می توان امواج را در هفت دسته بندی بر اساس فرکانس انها تقسیم کرد :
-فرکانس های بین ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ کیلو هرتز: به این دسته از فرکانس ها ی،فرکانس پایین یا(low ferquency )گفته می شود. از کاربرد های این دسته از فرکانس ها می توان به کشتیرانی اشاره کرد.

• فرکانس های بین ۳۰۰ کیلو هرتز تا ۳۰۰۰ کیلو هرتز:به این دسته از فرکانس ها فرکانس های متوسط یا (medium ferquency )می گویند که به طور اختصاربه انها MF گقته می شود. از جمله کاربرد های این گروه از فرکانس ها می توان به رادیوهای موج AM اشاره کرد .                                   .
  – فرکانس های بین ۳ مگاهرتز تا۳۰ مگاهرتز: به این دسته از فرکانس ها،فرکانس های بلند یا (High frequency ) گفته می شود که با نام اختصاری HF نمایش داده می شوند. از کاربرد های این دسته داز فرکانس ها می توان به رادیو موج کوتاه اشاره کرد.                               .
  – فرکانس های بین ۳۰ مگاهرتز تا ۳۰۰ مگاهرتز: این دسته از فرکانس ها با نام اختصاری VHF یا Very High frequency شناخته می شوندکه به انها فرکانس های خیلی بالا گفته می شود. از کاربرد های این دسته از فرکانس ها می توان به فرکانس های امواج تلویزیونی و رادیویی fm اشاره کرد .                                               .                                                                                                  .
  – فرکانس های بین ۳۰۰ مگاهرتز تا ۳۰۰۰ مگاهرتز:این دسته از فرکانس ها با نام اختصاری UHF یا Ultra High frequency شناخته می شوند که به انها فرکانس های بلند نیز گفته می شود. از کاربردهای این دسته از فرکانس ها می توان به انتقال امواج تلویزیونی اشاره کرد .                                                 .                                                                                                                     .
  – فرکانس های بین ۳ گیگاهرتز تا ۳۰ گیگاهرتز: به این دسته از فرکانس ها،فرکانس های خیلی بالا گفته می شود که با نام SHF با Super High Frequency شناخته می شوند. به امواجی که در این رنج فرکانسی قرار دارند،امواج مایکروویو گفته می شود و از جمله کاربرد های انها می توان به ماهواره های مایکروویو،شبکه های Fi -Wi و شبکه های WiMAX اشاره کرد.

.

-فرکانس های بین ۳۰ گیگاهرتز تا ۳۰۰گیگاهرتز : به این دسته از فرکانس ها ، فرکانس های بشدت بالا گفته می شود. نام اختصاری این دسته از فرکانس ها EHF یا Extremely High Frequency است و از کاربردهای انها می توان به ارتباط نقطه به نقطه اشاره کرد. بنابراین در دنیای فرکانس، هفت دسته بندی وجود دارد که به هر دسته بندی،باند فرکانسی گفته می شود                                                                               .
به عنوان مثال باند فرکانسی UHF که معادل فرکانس های ۳۰۰ مگاهرتز تا ۳۰۰۰ مگاهرتز است. در شبکه های بی سیم از ۳ باند فرکانسی استفاده می شود که عبارتند از:

۱- محدوده فرکانسی امواج مایکروویو:این محدوده فرکانسی بین ۲ گیگاهرتز تا ۴۰ گیگاهرتز است که به انها امواج مایکروویو گفته می شود. شبکه های بی سیم WI-FI وWIMAX از این محدوده فرکانسی استفاده می کنند.

۲- محدوده فرکانسی پخش رادیویی: این محدوده فرکانسی شامل فرکانس های بین ۳۰ مگاهرتز تا یک گیگاهرتز است که به انها فرکانس های پخش رادیویی یا Broadcast Radio گفته می شود. فرکانس های رادیویی می توانند در همه جهت ها منتشر شوند به همین دلیل به انها همه جهته یا Omni directional گفته می شود.
۳- محدوده فرکانسی مادون قرمز:محدوده فرکانسی مادون قرمز،شامل فرکانس های ۱۰×۳ هرتز تا ۱۰×۲ هرتز است به امواج مادون قرمز یا infrared گفته می شود.

توپولوژی های مختلف بی سیم

Ad hoc:

در این روش هیچ نود ثابتی وجود ندارد و همگی نود ها در حال حرکتند. در این روش مسیریابی توسط خود نود ها انجام میشود و دستگاه مستقلی به نام مسیریاب یا سرور وجود ندارد . در این روش از خود نود ها برای انتقال اطلاعات استفاده میشود .

(Access point) Infrastructure :

در این روش یک نقطه دسترسی وجود دارد. این نقطه دسترسی وظیفه انتقال داده ها را دارد و به عنوان یک مسیریاب یا پل عمل میکند که میتواند ثابت یا متحرک حتی میتواند نرم افزاری یا سخت افزاری باشد. در صورت متحرک بودن نقطه دسترسی وظیفه انتقال بر عهده این دستگاه است که با روش قبل متفاوت میباشد.

انواع روشهای برقراری ارتباط بیسیم

Infrared

Speared spectrum

۲.۵G services

broadband PCS

narrow band PCS

circuit& packet data

satellite

 narrow band wireless

انواع پروتکل های بی سیم

شبکه های بیسیم از نظر وسعت جغرافیایی برقراری ارتباط به ۴ ناحیه کلی تقسیم میشوند WPANناحیه های کاری کوچک را شامل میشود WLANدر حد ارتباط LANو شبکه های با وسعت متوسط را در بر میگیرد WMANدر حد ارتباطات کلان شهری میباشند در حد ارتباطات کلان شهری میباشند Regional& Globalارتباطی گشترده تر از شهر ها را شامل میشوند .در هر ناحیه کاری و با توجه به قابلیتها و نیازهای آن ناحیه پروتکل های مختلفی ارائه شده است. رنج فرکانسی این ناحیه ها با توجه به موقعیت هایشان متفاوت است .

WPAN

 Bluetoothمعروفترین پروتکل این ناحیه کاری میباشد. ۲-۱۰Mbpsنرخ ارسالاطلاعات در این پروتکل است فاصله این پروتکل حدود ۱۰ متر میباشد که با توجه به نکات بالا گزینه مناسبی برای تلفن های همراه میباشد و به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار میگیرد. ۸۰۲.۱۵ بعد از Bluetoothمرکز استاندارد سازی IEEEاین پروتکل رامنتشر کرد. این پروتکل در ۴ نوع مختلف و با قابلیتهای متفاوت رائه شد.۸۰۲.۱۵.۳ با نرخ ارسال ۱۰-۵۵Mbpsو فاصله حدود ۱۰ مترو ۸۰۲.۱۵.۴ با نرخ ارسال ۲-۲۰۰Kbpsو فاصله حدود ۱۰ متر میباشد. IrDAدر این پروتکل رسانه مربوط به برقراری ارتباط امواج۳مادون قرمز است این امواج با نرخ ارسال ۹.۴Kbps-16Mbpsکار میکنند ولی فاصله تنها تا ۲ متر یکی از دلایل عدم مقبولیت این پروتکل میباشد UWBاین پروتکل از طرف۳ DRAPAسازمان مربوط به پرونده های نظامی امریکا معرفی شد با فاصله ای کمتر از ۱۰متر و سرعتی در حدود ۱۰۰Mbps  گزینه  مناسبی  در  این  محدوده  میباشد  نام  این  پروتکل Wide Band   Ultraبه این علت است که از محدوده فرکانسی بزرگ با توان مصرفی پایین استفاده میکنند DECTدر سال ۱۹۹۲ بوسیله موسسه استاندارد سازی اروپا ETSI3معرفی شد این پروتکل با نرخ ارسال ۲۰۰Mbps و فاصله ۱۷Km میتواند رقیبی برای ۸۰۲.۱۱ و حتی Bluetooth باشد در حالی که محدوده فرکانسی ۱.۹GHz که این پروتکل دارد در بسیاری ازکسورها ممنوع بوده و به همین دلیل نتوانست وارد رقابت جدی با پروتکل های دیگر شود .

WLAN

 Home RFدر سال ۱۹۹۱ معرفی شد و سپس در سال ۱۹۹۹ SWAP3را معرفی کرد. در سال ۲۰۰۱ آخرین نسخه SWAP وارد بازار شد. این پروتکل قابلیتهای DECTرا به همراه رنج فرکانسی ۲.۴GHz عرضه کرد . SWAP1با فاصله حدود ۱۰ متر و نرخ ارسال اطلاعاتی حدود ۱.۶Mbps و HomeRF2با نرخ ۱۰Mbps کار میکنند اخیرا HomeRF3 معرفی شده است که سرعتی معادل ۱۰۰Mbps را دارد . HIPERLANدر سال ۱۹۹۱ معرفی شد .ETSI3نشخه کامل تری را در سال ۱۹۹۶ معرفی کرد که سرعتی معادل ۲۰۰Mbpsو فاصله ای حدودا ۳۰-۵۰m. نسخه بعدی این پرو تکل HIPELAN2سرعتی معادل ۵۴ Mbps و با روش مدوبلاسیون OFDMکار میکند . Open Air در سال ۱۹۹۶ معرفی شد که به علت ساختار آن مورد توجه واقع نشد .

WMAN

LMDS این پروتکل بیسیم به صورت ثابت کار میکند یعنی هم فرستنده وهم گیرنده ثابت هستند و فقط تنها محیط انتقال بیسیم میباشد. این پروتکل در محدوده ای حدود ۵Km کار میکند MMDSاین پروتکل بیسیم هم به صورت ثابت کار میکند یعنی هم فرستنده و هم گیرنده ثابت هستند و فقط تنها محیط انتقال بیسیم میباشد.۳۸۰۲.۱۶ در سال ۱۹۹۶ معرفی شد انواع مختلفی از این پروتکل انتشار داده شده است.۸۰۲.۱۶.۱ برای انتقال یک به چند و با نرخ انتقالی معادل ۹۰Mbps مورد استفاده قرار میگیرد.۸۰۲.۱۶a در میانه سال ۲۰۰۲انتشار داده شد و از ۲-۱۱ GHzنرخ رنج فرکانسی آن است .۸۰۲.۱۶b نسخه قدیمی تر ۸۰۲.۱۶a میباشد . ۸.۲۱۶.۲ به همراه ۸۰۲.۱۶.۲ aاز دیگر نسخه های این پروتکل میباشند .

هنگامی که کاربران خانگی و اداری شبکه، می‌خواهند تجهیزات شبکۀ بی‌سیم (WLAN) خریداری کنند، با گزینه‌های متعددی روبرو می‌شوند. محصولاتی که از تکنولوژی Wi-Fi بهره می‌برند، از استانداردهای ۸۰۲.۱۱a، ۸۰۲.۱۱b، ۸۰۲.۱۱g و یا ۸۰۲.۱۱n برخوردارند. علاوه بر این، بلوتوث و تعداد دیگری از تکنولوژی‌های غیر Wi-Fi نیز وجود دارند که هرکدام برای کاربردهای خاص شبکه طراحی شده‌اند.

این مقاله، به تشریح Wi-Fi و تکنولوژی‌های مرتبط با آن می‌پردازد و با مقایسه و توضیح تفاوت‌های آنها، به شما کمک می‌کند که تصمیم بهتری برای ادوات شبکۀ خود اتخاذ نمایید.

۸۰۲.۱۱

در سال ۱۹۹۷، انستیتوی IEEE اولین استاندارد شبکۀ محلی بی‌سیم (WLAN) را تدوین نمود. آنان نام این استاندارد را ۸۰۲.۱۱ گذاشتند. متأسفانه، استاندارد ۸۰۲.۱۱ فقط پهنای باند ۲ Mbps را پشتیبانی می‌کرد که برای بسیاری از موارد، سرعت پایینی محسوب می‌شد. به همین دلیل، ادواتی که با استاندارد ۸۰۲.۱۱ معمولی کار می‌کنند، دیگر ساخته نمی‌شوند.

۸۰۲.۱۱b

در جولای ۱۹۹۹، انستیتو IEEE، استاندارد اصلی ۸۰۲.۱۱ را گسترش داد و مشخصات جدید را ۸۰۲.۱۱b نامید. استاندارد ۸۰۲.۱۱b پهنای باندی برابر ۱۱ Mbps را پشنیبانی می‌کند که با شبکه‌های سنتی اترنت قابل مقایسه است.

۸۰۲.۱۱b نیز مانند استاندارد اصلی ۸۰۲.۱۱، از فرکانس سیگنالی رگوله نشده (۲.۴ GHz) بهره می‌برد. سازندگان معمولاً ترجیح می‌دهند که برای پایین آوردن هزینۀ تولید، از این فرکانس‌ها استفاده کنند. چون رگولاسیونی در کار نیست، ادوات ۸۰۲.۱۱b ممکن است با دستگاه مایکروویو، تلفن‌های بی‌سیم و دیگر وسایلی که از بازۀ فرکانسی ۲.۴ GHz بهره می‌برند، تداخل پیدا کنند. البته با نصب ادوات ۸۰۲.۱۱b در فاصلۀ مناسب از وسایل دیگر، می‌توان از تداخل اجتناب کرد.

• مزایای ۸۰۲.۱۱b: هزینۀ کم‌تر؛ بازۀ سیگنال خوب است و به‌راحتی مسدود نمی‌شود.
• معایب ۸۰۲.۱۱b: سرعت نهایی کم‌تر؛ لوازم خانگی ممکن است با باند فرکانس رگوله نشدۀ آن تداخل کنند.

۸۰۲.۱۱a

همزمان با توسعۀ ۸۰۲.۱۱b، مؤسسۀ IEEE استاندارد ۸۰۲.۱۱ را به شیوۀ دیگری نیز ارتقاء داد و نام آن را ۸۰۲.۱۱a نهاد. از آنجاییکه استاندارد ۸۰۲.۱۱b خیلی سریع‌تر محبوبیت یافت و رایج شد، برخی تصور می‌کند که ۸۰۲.۱۱a بعد از ۸۰۲.۱۱b بوجود آمده. اما حقیقت این است که ۸۰۲.۱۱a همزمان با ۸۰۲.۱۱b ساخته شد. با توجه به هزینۀ بالاتر، ۸۰۲.۱۱a عموماً مصارف تجاری دارد، درحالی که ۸۰۲.۱۱b بازار مصرف خانگی را بهتر پوشش داده است                                                                                                .
۸۰۲.۱۱a تا پهنای باند ۵۴ Mbps را با فرکانس رگوله شده با طیف ۵ GHz را پشتیبانی می‌کند. فرکانس بالاتر این استاندارد نسبت به ۸۰۲.۱۱b، بازۀ شبکه‌های ۸۰۲.۱۱a را کوچک‌تر می‌کند. فرکانس بالاتر ۸۰۲.۱۱a به معنای سخت‌تر شدن نفوذ سیگنال‌ها از سد دیوارها و موانع دیگر نیز هست.

۸۰۲.۱۱g

در سال ۲۰۰۲ و ۲۰۰۳ محصولات شبکۀ بی‌سیم (WLAN) به استاندارد جدیدتر ۸۰۲.۱۱g وارد بازار شد. ۸۰۲.۱۱g مزایای هردو استاندارد ۸۰۲.۱۱a و ۸۰۲.۱۱b را باهم ترکیب کرده است.

۸۰۲.۱۱g پهنای باند ۵۴ Mbps را پشتیبانی می‌کند و از فرکانس ۲.۴ Ghz برای بدست آوردن دامنۀ گسترده‌تر بهره می‌برد. ۸۰۲.۱۱g با استاندارد قدیمی‌تر ۸۰۲.۱۱b سازگار است؛ به عبارت دیگر، اکسس پوینت (Access Point) های ۸۰۲.۱۱g با شبکه‌های ۸۰۲.۱۱b کار می‌کنند و بالعکس.

• مزایای ۸۰۲.۱۱g: سرعت نهایی بالا؛ دامنۀ سیگنال خوب است و به‌راحتی مسدود نمی‌شود.
• معایب ۸۰۲.۱۱g: گران‌قیمت‌تر از ۸۰۲.۱۱b؛ در فرکانس رگوله نشده، ممکن است لوازم خانگی ایجاد تداخل امواج کنند.

۸۰۲.۱۱n

جدیدترین استاندارد IEEE در زمینۀ Wi-Fi، استاندارد ۸۰۲.۱۱n است. طراحی این استاندارد با هدف ارتقاء پهنای باند ۸۰۱.۱۱g توسط سیگنال‌های متعدد بی‌سیم با استفاده از چندین آنتن (تکنولوژی MIMO) صورت گرفته است.

با تکمیل این استاندارد، ارتباطات ۸۰۲.۱۱n باید انتقال داده‌ها را با سرعتی بالاتر از ۱۰۰ Mbps انجام دهند. استاندارد ۸۰۲.۱۱n نسبت به استانداردهای Wi-Fi قبلی، دامنۀ وسیع‌تری را پوشش می‌دهند چراکه کثرت سیگنال‌ها بیشتر شده. ادوات ۸۰۲.۱۱n با استاندارد ۸۰۲.۱۱g نیز سازگار خواهند بود.

• مزایای ۸۰۲.۱۱n: بالاترین سرعت نهایی و بهتری دامنۀ سیگنال؛ مقاومت بیشتر در برابر تداخل سیگنال از منابع بیرونی.
• معایب ۸۰۲.۱۱n: این استاندارد هنوز تکمیل نشده؛ هزینۀ بیشتری نسبت به ۸۰۲.۱۱g دارد؛ استفاده از چندین سیگنال ممکن است به شبکه‌های ۸۰۲.۱۱b/g تداخل پیدا کند.

نسل جديد شبکه واي فاي استفاده از فرکانس ۵ گيگا هرتز را آغاز کرده است که هنوز ظرفيت آن تکميل نشده است و در مورد آن بايد بگوييم که استفاده از آن درست مانند اين است که از يک جاده دو بانده به يک بزرگراه وارد شويد. به کارگيري فرکانس بالاتر در اين نسل جديد باعث شده است که امکان انتقال سريع تر داده ها براي کاربران فراهم شود. اين فناوري نو ظهور را به تدريج مي توان در دستگاه‌هايي مانند تلفن هاي هوشمند HTC يا سامسونگ پيدا کرد. در اين نسل براي پخش بدون مشکل تصاوير Super High Definition متخصصان فناوري دست به دامان فرکانس هاي بالاتر يعني تا ۶۰ گيگا هرتز شده اند. يکي از سيستم هاي جديدي که از اين فرکانس استفاده مي کند دستگاه Wireless HD است که به صورت اختصاصي براي انتقال بدون سيم محتويات ويدئويي در محيط هاي خانگي طراحي شده است.

اين سيستم مي تواند که ويدئوهاي فشرده شده Full HD را از طريق فرکانس ۶۰ گيگا هرتز با سرعت حداکثر ۴ گيگا بيت در ثانيه پخش کند. محدوديت اين سيستم در مقابل استريم ويدئو را يک استاندارد ديگري با نام «واي گيگ» جبران کرده است. اين سيستم امکان استفاده از سرعت بالا را نه تنها براي دريافت فايل‌هاي ويدئويي بلکه براي انتقال همه چيز يعني هر نوع داده اي فراهم کرده است. اما باز هم مشکلاتي در اين ميان وجود دارد از جمله اين که هر چه که ما فرکانس را بالاتر ببريم، فاصله‌اي که داده‌ها مي‌توانند در هوا طي کنند، کوتاه‌تر خواهد شد و اين بزرگراه پر سرعتي که طراحي شده است بسيار زودتر از آن چيزي که فکرش را مي‌کرديم به بن بست خواهد رسيد. دکتر علي صدري که از مديران پروژه WiGig است در اين رابطه مي‌گويد که در فرکانس ۶۰ گيگا هرتز، فاصله اي که موج مي تواند طي کند به مراتب کمتر از فاصله اي است که موج مي تواند در فرکانس هاي ۲.۴ يا ۵ گيگا هرتز که در نسل شبکه فعلي واي فاي از آن استفاده مي شود، طي کند. در واقع نمي توان گفت که اين مورد يک مزيت براي مصرف کننده به حساب مي آيد يا اين که بيشتر يک مشکل است.

اگر بخواهيم از اين ديد به ماجرا نگاه کنيم که امواج ديگر نمي توانند از اتاق شما بيرون روند و شبکه امن تري را به اين ترتيب داريد، بايد گفت که اين برد کوتاه در فرکانس بالا يک مزيت بسيار بزرگ براي کاربر به حساب خواهد آمد. در مورد واي گيگ بايد گفت که اين فناوري در حال حاضر قادر است که فايل هاي شما را با سرعتي نزديک به ۴.۵ گيگا بيت در ثانيه يعني چيزي شبيه به سرعت نسل سوم USB منتقل کند. مزيت ديگر اين فناوري که باعث جذاب تر شدن آن مي شود، اين است که اين فناوري قابل ادغام شدن با استاندارد واي فاي است. دکتر هنري ساموئلي که از کارشناسان آي تي شرکت Broadcom است در اين رابطه مي گويد که اگر شما به سيستم هاي فعلي واي فاي که در بازار موجود است نگاهي داشته باشيد، مي فهميد که اين سيستم ها در دو باند با فرکانس هاي ۲.۴ و ۵ گيگا هرتز کار مي کنند. اما اگر واي گيگ با واي فاي ادغام شود در آينده اي بسيار نزديک شما مي توانيد سيستم هايي مجهز به ۳ باند داشته باشيد که قادر کار کردن در فرکانس هاي ۲.۴، ۵ و ۶۰ گيگاهرتز خواهند بود. تمامي اين باندها زير چتر واحد پرتوکل واي فاي کار خواهند کرد و به صورت کاملا خودکار با توجه به فاصله اي که شما از روتر داريد، امکان استفاده شما از سرعت ها و فرکانس هاي مختلف فراهم خواهد شد. به اين ترتيب سرعت بسيار بالاي واي گيگ امکان جايگزين کردن سيم هايي که دستگاه مختلف ما را به هم وصل مي کنند، فراهم مي کند. اين ايستگاه اتصال بدون سيم جزو اولين دستگاه هايي است که از استاندارد مناسبي استفاده مي کند و شايد بتوان گفت که به پايان عصر سيم و سيم کشي نزديک خواهيم شد.

دکتر مازيار نکويي که يکي از متخصصان ارتباطات بدون سيم است در اين رابطه مي گويد که فناوري ارتباطات بدون سيم در نهايت از هوا براي برقراري ارتباط استفاده مي کند و اين ماجرا باعث مي شود که ما نتوانيم مانند سيم يک سيگنال با ثبات داشته باشيم. اما همين که سيم ها از ميان دست و پا جمع شوند، باعث مي شود که فناوري هاي بدون سيم مورد توجه مردم قرار گرفته و در ميان آن ها به محبوبيت زيادي دست پيدا کنند. از نظر بسياري از کاربران ارتباطات بدون سيم مانند ارتباطات جادويي به نظر مي رسند و من فکر مي‌کنم که به همين دليل است که ما اين قدر به دنبال اين هستيم که تا جايي که امکان دارد همه چيز را بدون سيم کنيم. به احتمال زياد فناوري هايي که تا به اين جا در موردشان صحبت کرديم تا سال آينده به مرحله بهره برداري نزديک مي شوند و شما خودتان مي توانيد تجربه کار با آن ها را داشته باشيد و خودتان تصميم بگيريد که ترجيح مي دهيد که از يک ارتباط قوي و مطمئن در برد کوتاه و بدون سيم استفاده کنيد يا اين که همچنان گرفتار سيم هايي باشيد که مدام در دست و پايتان گير کرده و شکل اتاق يا محيط کارتان را زشت مي کنند.

نیم نگاهی به استانداردهای اینده شبکه بی سیم

رؤياهاي انسان حد و مرز ندارد. تحقق يك رؤيا، نقطه تولد رؤياي ديگري است و دستيابي به يك فناوري، به معناي شروع تلاش براي دستيابي به يك فناوري ديگر است.  هنگامي كه استاندارد ۸۰۲.۱۱n منتشر شد و بسياري تجهيزات شبكه‌هاي بي‌سيم به آن مجهز شدند و رؤياي سرعت سيصد‌مگابيت بر‌ثانيه تحقق يافت، انقلابي در شبكه‌هاي واي‌فاي به وجود آورد و احساس مي‌شد كه تا مدت‌ها اين سرعت پاسخ‌گوي نياز كاربران خواهد بود، اما خيلي زود تلاش‌ها و تكاپوها براي رسيدن به سرعت بيشتر شروع شد و ترفندهايي مانند استفاده از فناوري‌ MIMO (چند ورودي-چند خروجي) و دستيابي به سرعت ششصد مگابيت بر ثانيه نيز نتوانست مانع تولد يك رؤياي جديد شود: رؤياي واي‌فاي گيگابيتي.

سرعت؛ هدف مشترك                                                             
افزايش حجم اطلاعات در قالب‌هاي مختلفي مانند صوت، تصوير، ويديو، استريم و ايجاد شبكه‌هاي مبتني بر سرويس‌هاي مالتي‌مديا و مدياسنتر نياز به سرعت بيشتر را روي شبكه‌هاي بي‌سيم ايجاد كردند. به طوري كه در عمل تجهيزات با سرعت‌هاي اسمي ۳۶۰ مگابيت بر ثانيه جوابگو نيستند و بايد در كنار آن‌ها انواع تقويت‌كننده‌ها، سرويس‌هاي مبتني بر كيفيت يا QoS (سرنام Quality of Service) و تجهيزات شبكه‌هاي كابلي مانند روترها به‌كار گرفته شوند. بنابراين، خيلي زود گروه‌هايي در Wi-Fi Alliance، مؤسسه توسعه استاندارد ۸۰۲.۱۱ تشكيل شد تا روي استاندارد ۸۰۲.۱۱WG كار كنند. WG مخفف دو عبارت Wireless و Gigabit است. پس از مدتي دو گروه با يك هدف، اما با نقشه راه متفاوت از هسته نخستين منشعب‌شدند و تحقيق و توسعه دو استاندارد ۸۰۲.۱۱ac و ۸۰۲.۱۱ad را شروع‌كردند.

هدف هر دو گروه يك چيز مشخص‌است: دستيابي به سرعت‌هاي گيگابيتي روي شبكه‌هاي واي‌فاي تحت استاندارد ۸۰۲.۱۱، اما مكانيزم‌هاي پيشنهادي اين دو گروه متفاوت است. در واقع، محوريت تفاوت اين دو در استفاده از فركانس كاري و تعداد كانال‌هاي ارتباطي است. فركانس هوايي در شبكه‌هاي بي‌سيم نقش تعيين‌كننده‌اي دارد و عامل اصلي افزايش سرعت محسوب مي‌شود. استانداردهاي ۸۰۲.۱۱b/g از فركانس كاري ۲,۴ گيگاهرتز استفاده‌مي‌كردند و كانال‌هاي ارتباطي به چهارده باند تعريف شده، محدود مي‌شد. استاندارد ۸۰۲.۱۱n مبناي خود را بر استفاده از فركانس پنج گيگاهرتز و نزديك به سيصد كانال ارتباطي قرار داد و توانست سرعت را از ۵۴ مگابيت بر ثانيه به سيصد و بعدها با فناوري MIMO به ششصد مگابيت بر ثانيه برساند. در حقيقت، افزايش فركانس كاري و گسترده‌شدن محدوده پوشش‌دهي نقطه تمايز و قوت استاندارد ۸۰۲.۱۱n بود.

اكنون اگر قرار باشد دوباره سرعت روي شبكه‌هاي بي‌سيم افزايش يابد، بايد فركانس تغيير كند؛ اما رفتن به سوي يك فركانس بالاتر مانند شش گيگاهرتز درست‌تر است يا انتخاب يك محدوده فركانسي پايين‌تر مانند شصت گيگاهرتز؟ پرسشي كه چالش اصلي و نقطه تفريق توسعه‌دهندگان استاندارد ۸۰۲.۱۱ است.

۸۰۲.۱۱ac

سرعت و باز هم سرعت                                                                                                                                    
گروه توسعه‌دهنده اين استاندارد مي‌خواهند از فركانس كاري شش گيگاهرتز استفاده كنند و معتقدند، بعد از فركانس پنج گيگاهرتز براي دستيابي به سرعت بيشتر بايد يك فركانس كاري جديد تعريف كرد. بنابراين، نخستين چالش آن‌ها طراحي مكانيزمي براي سازگاري تجهيزات بي‌سيم فعلي با فركانس جديد است. در اين استاندارد با استفاده از MIMO، به‌كارگيري روش‌هاي تقسيم و تسهيل فركانسي OFDM و تغيير اندازه كانال‌هاي ارتباطي مي‌توان به سرعت چند گيگابيتي انتقال اطلاعات با رسانه‌اي مانند هوا به صورت بي‌سيم دست يافت.

با كمك فناوري MIMO (سرنام Multi Input-Multi Output) كه همزمان با استاندارد ۸۰۲.۱۱n معرفي و به كار گرفته شد، مي‌توان يك كانال را به چندين قسمت مجزا براي دريافت و ارسال سيگنال‌هاي ورودي و خروجي تقسيم كرد، يعني تصور كنيد يك فايل صد‌مگابايت به جاي اين‌كه فقط از يك كانال ارسال و از يك كانال دريافت شود، به دو يا چند قسمت تقسيم شده و هر قسمت توسط يك كانال ارسال و دريافت شود. اين كانال‌ها روي يكديگر هم‌پوشاني ندارند (شكل‌۱). براي هر كانال مي‌توان از يك آنتن مجزا استفاده كرد. در استاندارد ۸۰۲.۱۱n حداكثر مي‌توانستيد از MIMO 4×۴ استفاده كنيد؛ يعني چهار آنتن براي ارسال و دريافت اطلاعات. در استاندارد جديد ۸۰۲.۱۱ac عدد چهار به عدد هشت افزايش خواهد يافت. همچنين از يك فناوري پيشرفته‌تر MIMO به نام MU-MIMO يا Multi User MIMO استفاده خواهد شد. به زبان ساده، اين فناوري امكان استفاده چندين نفر را از كانال‌هاي چند ورودي و خروجي فراهم مي‌كند. شكل ۲ شمايي از چگونگي عملكرد اين فناوري را نشان مي‌دهد.

يك كانال براي K كاربر به K قسمت تقسيم مي‌شود و هر قسمت با استفاده از يك آنتن، اطلاعات را براي دستگاه مورد‌نظر ارسال يا دريافت مي‌كند. با كمك مفاهيمي مانند SDMA (سرنام Space-Division Multiple Access) اين قابليت وجود خواهد داشت كه از يك كانال تقسيم شده چندين ورودي-خروجي متفاوت براي كاربران متفاوتي تعريف و استفاده كرد. MIMO 8×۸ و MU-MIMO هنوز به طور عملي پياده‌سازي نشده‌اند و در حد يك مفهوم هستند. به يقين يكي از ملزومات انتشار استاندارد جديد شبكه‌هاي واي‌فاي، گنجاندن اين فناوري‌ها و قابليت‌ها در تراشه‌هاي شبكه‌هاي بي‌سيم و تجهيزات شركت‌هاي مختلف است. در كنار اين مشكلات، بدون شك انتظار نخواهيم داشت كه در آينده روتري با هشت آنتن ببينيم. بنابراين، بايد آنتن‌هاي خارجي طراحي شود كه خود شامل چندين آنتن داخلي باشند يا فناوري‌هايي مشابه  به وجود آيند كه بتوانند از MIMO 8×۸ پشتيباني كنند.

تغيير گسترده بعدي در استاندارد ۸۰۲.۱۱ac به عرض كانال‌هاي ارتباطي مربوط است. پهناي عرضي بيشتر كانال‌هاي ارتباطي باعث افزايش سرعت‌مي‌شود. در استاندارد ۸۰۲.۱۱n پهناي هر كانال از بيست مگاهرتز به چهل مگاهرتز افزايش يافته بود. استاندارد ۸۰۲.۱۱ac اميدوار است كه بتواند پهناي هر كانال را به هشتاد مگاهرتز و حتي بالاتر (۱۶۰ مگاهرتز) برساند. بزرگ‌ترين چالش در مقابل افزايش پهناي كانال در استاندارد جديد، باز هم شركت‌هاي سازنده تجهيزات واي‌فاي و پردازنده‌هاي كنوني هستند كه حداكثر از چهل مگاهرتز براي هر كانال پشتيباني مي‌كنند. روش‌هاي مدولاسيون و تسهيم فركانسي نيز در استاندارد جديد ارتقا خواهند‌داشت و از ۶۴-QAM با نرخ حداكثري پنج ششم به ۲۵۶-QAM با دو نرخ سه چهارم و پنج ششم مي‌رسند. نخستين نتيجه اين موضوع استفاده حداكثري از پهناي باند و ايجاد كانال‌هاي مختلف براي ارسال و دريافت اطلاعات است.

علاوه بر آن فناوري‌هايي كه گفته شد و قرار است در استاندارد جديد شبكه‌هاي بي‌سيم شاهد آن‌ها باشيم، تغييرات كوچكي مانند بهبود ساختار لايه MAC براي پشتيباني از تغييرات صورت گرفته و تغيير فرمت سيگنال‌هاي صوتي نيز در دستور كار قرار دارند. جدول‌۱ وضعيتي از سناريوهاي مختلفي را كه براي استاندارد ۸۰۲.۱۱ac ترسيم شده است، نشان مي‌دهد. همان‌طور كه در اين جدول مشخص است، حداكثر سرعت هفت گيگابايت بر ثانيه است؛ سرعتي كه اكنون حتي براي شبكه‌هاي كابلي نيز يك رؤيا است.

توسعه‌دهندگان استاندارد ۸۰۲.۱۱ac روي نسل جديد پردازنده‌هاي واي‌فاي حساب ويژه‌اي باز‌كرده‌ و انتظار دارند، علاوه بر پشتيباني از فناوري‌هاي ذكر شده در بالا، پيشرفت‌هاي ساخت پردازنده‌ها از نظر مصرف انرژي كمتر و پردازش بيشتر را براي استفاده از روش‌هاي بهتر و حساس‌تر كدگذاري و دريافت سيگنال‌هاي با قدرت بيشتر(پس از عبور از موانعي مانند ديوار) يا استفاده از بيت‌هاي كمتري براي بررسي صحت سيگنال‌ها را به كار گيرند  تا سرعت و محدوده پوشش‌دهي اين نوع شبكه‌ها را بهبود بخشند.پيش‌بيني‌ها از انتشار نسخه آزمايشي استاندارد ۸۰۲.۱۱ac در سال ۲۰۱۲ و انتشار رسمي در سال ۲۰۱۳ و به تبع آن ورود نخستين دستگاه‌هاي مجهز به اين استاندارد در سال ۲۰۱۵ خبر مي‌دهد. البته كارشناسان معتقدند، از سال ۲۰۱۲ شاهد ورود نخستين دستگاه‌ها با استاندارد ۸۰۲.۱۱ac خواهيم بود كه از تمامي قابليت‌هاي آن پشتيباني نمي‌كنند. مانند اتفاقي كه براي استاندارد ۸۰۲.۱۱n افتاد و شاهد دستگاه‌هاي Lite-N بوديم.

۸۰۲.۱۱ad        زندگي ديجيتالي بي‌سيم

اين استاندارد توسط گروهي از دو مؤسسه Wi-Fi Alliance و WiGig Alliance  در حال تدوين و توسعه است و همان هدف استاندارد ۸۰۲.۱۱ac را دنبال مي‌كند: سرعت چند گيگابيتي و مشخصاً هفت‌گيگابيتي. تفاوت اصلي اين استاندارد با ۸۰۲.۱۱ac در فركانس كاري انتخاب شده‌است. توسعه‌دهند‌گان ۸۰۲.۱۱ad فركانس شصت‌گيگاهرتز را انتخاب كرده‌اند؛ در حالي كه تا پيش از اين فركانس‌هاي ۴/۲ و ۵  گيگاهرتز و براي ۸۰۲.۱۱ac  فركانس شش گيگاهرتز مورد استفاده قرار گرفته است. با وجود اين كه انتخاب فركانس شصت گيگاهرتز يك محدوده كوچك‌تر ارتباطي را ايجاد مي‌كند، اما اين مزيت را به همراه خواهد داشت كه دستگاه‌هاي بسيار كمي در اين محدوده كار مي‌كنند و در نتيجه ترافيك شبكه به يقين بسيار كم خواهد بود.

اين فركانس و باندهاي ارتباطي روي آن، بيشتر براي تبادل اطلاعات با كيفيت و سرعت بالا مانند مالتي‌مديا و ويديو در فاصله‌هاي كم مناسب هستند؛ موضوعي كه زياد دور از انتظار نيست و نشان از اهداف توسعه‌دهندگان دارد. آن‌ها مي‌خواهند يك استاندارد شبكه‌هاي بي‌سيم مخصوص شبكه‌هاي ويديويي با حجم بالاي محتواي جرياني (Stream) اطلاعات تعريف و عرضه كنند. در صفحه ابتدايي سايت WiGig به صراحت عنوان شده كه: «مي‌خواهيم با فركانس شصت گيگاهرتز شما را به دنياي ديجيتال بي‌سيم دعوت كنيم تا بتوانيد ويديوهاي Full HD را تماشا كنيد.» تاكنون اطلاعات فني بسيار كمي درباره اين استاندارد منتشر شده و نمي‌توان سناريوها و پيش‌بيني‌هاي قطعي درباره آن انجام داد، اما يك موضوع بسيار مشخص است و آن سازگاري بيشتر اين استاندارد با استانداردهاي قبلي ۸۰۲.۱۱a/b/g/n. چون اين استاندارد مانند ۸۰۲.۱۱ac نمي‌خواهد باندهاي ارتباطي، مدولاسيون، فركانس كاري و بسياري از مشخصات موجود ديگر را تغيير دهد و به دنبال تلفيقي از استانداردهاي قبلي و فركانس شصت گيگاهرتز براي ايجاد شبكه‌هاي مبتني بر اطلاعات و ويديو است.

اين موضوع در شكل ۳ نشان‌داده شده است. براي ايجاد ارتباط ميان نقطه دسترسي و دستگاه‌هاي بي‌سيم درون شبكه از استانداردهاي مبتني بر فركانس ۲,۴ و ۵ گيگاهرتز استفاده شده است، اما براي برقراري ارتباطات نزديك و با كيفيت از استاندارد مبتني بر فركانس شصت گيگاهرتز استفاده مي‌شود، همچنين به راحتي مي‌توان ميان اين دو استاندارد سوييچ كرد. حاميان ۸۰۲.۱۱ad روي يك موضوع ديگر نيز مانور مي‌دهند؛ فركانس شصت‌گيگاهرتز كمترين تغييرات سخت‌افزاري و نرم‌افزاري را در پي خواهد داشت، در صورتي كه رفتن به سمت فركانس شش گيگاهرتز، يعني چندين سال صرف وقت و تغيير در معماري و بسياري از ويژگي‌هاي كنوني تجهيزات بي‌سيم. موضوعي كه از جنبه‌هاي مختلف قابل بررسي و تأمل است.

 برای اطلاع از فن آوری های نوین ارتباطی شبکه های وایرلس و ماکرویو و مراکز تلفنی تحت شبکه از کانال تلگرامی ما به آدرسهای Wireless_tech@ و Voip_Tech@  دیدن فرمایید.