پروتکل‌های استاندارد شبکه‌های بی‌سیم

 حال وسایلی که به‌صورت بی‌سیم در کنار هم به‌عنوان اجزاء یک مجموعه ، شبکه‌ای را ایجاد می‌کنند 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 باندهای فرکانسی معمول در شبکه‌های بی‌سیم نگاهی به فرایند رشد و توسعه آن‌ها و در پایان نیم نگاهی به آینده این نوع کانال‌های ارتباطی داشت و به کمک دوستان هم کلاسی عقاید و ایده‌های 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 شبکه‌های بی‌سیم و نقاط دسترسی و همچنین مفاهیم پایه در خصوص اجزاء شبکه‌های بی‌سیم دارند .

در اینجا ابتدا در خصوص امواج و نرخ فرکانسی آن‌ها توضیح مختصری داده شده و سپس طبق تعاریف شبکه‌های مختلف ، پروتکل‌های استاندارد معمول بکار رفته در هر کدام بررسی می‌شود و سپس مسایلی در خصوص بهینه سازی کیفی و کمی آن‌ها به میان آورده 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 آینده 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 ویژگی‌های خاص خود را دارد ولی یکی از مشخصه‌های مهم هر موج،مشخصه فرکانس موج است. هر موج در هر محیط انتقال یک فرکانس مشخص دارد که واحد اندازه گیری آن بر حسب هرتز است. در یک تقسیم‌بندی کلی می‌توان امواج را در هفت دسته‌بندی بر اساس فرکانس آن‌ها تقسیم کرد :
-فرکانس‌های بین ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ کیلو هرتز: به این دسته از فرکانس‌ها ی،فرکانس پایین یا(low frequency )گفته می‌شود. از کاربردهای این دسته از فرکانس‌ها می‌توان به کشتیرانی اشاره کرد.

• فرکانس‌های بین ۳۰۰ کیلو هرتز تا ۳۰۰۰ کیلو هرتز:به این دسته از فرکانس‌ها فرکانس‌های متوسط یا (medium frequency )می‌گویند که به طور اختصار به آن‌ها MF گفته می‌شود. از جمله کاربردهای این گروه از فرکانس‌ها می‌توان به رادیوهای موج AM اشاره کرد .                                   .
  – فرکانس‌های بین ۳ مگاهرتز تا۳۰ مگاهرتز: به این دسته از فرکانس ها،فرکانس‌های بلند یا (High frequency ) گفته می‌شود که با نام اختصاری HF نمایش داده می‌شوند. از کاربردهای این دسته از فرکانس‌ها می‌توان به رادیو موج کوتاه اشاره کرد.                               .
  – فرکانس‌های بین ۳۰ مگاهرتز تا ۳۰۰ مگاهرتز: این دسته از فرکانس‌ها با نام اختصاری VHF یا Very High frequency شناخته می‌شوند که به آن‌ها فرکانس‌های خیلی بالا گفته می‌شود. از کاربردهای این دسته از فرکانس‌ها می‌توان به فرکانس‌های امواج تلویزیونی و رادیویی fm اشاره کرد .                                               .                                                                                                  .
  – فرکانس‌های بین ۳۰۰ مگاهرتز تا ۳۰۰۰ مگاهرتز:این دسته از فرکانس‌ها با نام اختصاری UHF یا Ultra High frequency شناخته می‌شوند که به آن‌ها فرکانس‌های بلند نیز گفته می‌شود. از کاربردهای این دسته از فرکانس‌ها می‌توان به انتقال امواج تلویزیونی اشاره کرد .                                                 .                                                                                                                     .
  – فرکانس‌های بین ۳ گیگاهرتز تا ۳۰ گیگاهرتز: به این دسته از فرکانس ها،فرکانس‌های خیلی بالا گفته می‌شود که با نام SHF با Super High Frequency شناخته می‌شوند. به امواجی که در این رنج فرکانسی قرار دارند،امواج مایکروویو گفته می‌شود و از جمله کاربردهای آن‌ها می‌توان به ماهواره‌های مایکروویو،شبکه‌های Wi-Fi و شبکه‌های WiMAX اشاره کرد.

.

-فرکانس‌های بین ۳۰ گیگاهرتز تا ۳۰۰گیگاهرتز : به این دسته از فرکانس‌ها ، فرکانس‌های بشدت بالا گفته می‌شود. نام اختصاری این دسته از فرکانس‌ها EHF یا Extremely High Frequency است و از کاربردهای آن‌ها می‌توان به ارتباط نقطه به نقطه اشاره کرد. بنابراین در دنیای فرکانس، هفت دسته‌بندی وجود دارد که به هر دسته بندی،باند فرکانسی گفته می‌شود                                                                               .
به عنوان مثال باند فرکانسی UHF که معادل فرکانس‌های ۳۰۰ مگاهرتز تا ۳۰۰۰ مگاهرتز است. در شبکه‌های بی‌سیم از ۳ باند فرکانسی استفاده می‌شود که عبارتند از:

۱- محدوده فرکانسی امواج مایکروویو:این محدوده فرکانسی بین ۲ گیگاهرتز تا ۴۰ گیگاهرتز است که به آن‌ها امواج مایکروویو گفته می‌شود. شبکه‌های بی‌سیم WI-FI و WIMAX از این محدوده فرکانسی استفاده می‌کنند.

۲- محدوده فرکانسی پخش رادیویی: این محدوده فرکانسی شامل فرکانس‌های بین ۳۰ مگاهرتز تا یک گیگاهرتز است که به آن‌ها فرکانس‌های پخش رادیویی یا Broadcast Radio گفته می‌شود. فرکانس‌های رادیویی می‌توانند در همه جهت‌ها منتشر شوند به همین دلیل به آن‌ها همه جهته یا Omni directional گفته می‌شود.
۳- محدوده فرکانسی مادون قرمز:محدوده فرکانسی مادون قرمز،شامل فرکانس‌های ۱۰×۳ هرتز تا ۱۰×۲ هرتز است به امواج مادون قرمز یا infrared گفته می‌شود.

توپولوژی‌های مختلف بی‌سیم

Ad hoc:

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

(Access point) Infrastructure :

در این روش یک نقطه دسترسی وجود دارد. این نقطه دسترسی وظیفه انتقال داده‌ها را دارد و به عنوان یک مسیریاب یا پل عمل می‌کند که می‌تواند ثابت یا متحرک حتی می‌تواند نرم افزاری یا سخت‌افزاری 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

Spread spectrum

۲.5G services

broadband PCS

narrow band PCS

circuit& packet data

satellite

 narrow band wireless

انواع پروتکل‌های بی‌سیم

شبکه‌های بی‌سیم از نظر وسعت جغرافیایی برقراری ارتباط به ۴ ناحیه کلی تقسیم می‌شوند WPAN ناحیه‌های کاری کوچک را شامل می‌شود WLAN در حد ارتباط LAN و شبکه‌های با وسعت متوسط را در بر می‌گیرد WMAN در حد ارتباطات کلان‌شهری می‌باشند Regional& Global ارتباطی گسترده‌تر از شهرها را شامل می‌شوند .در هر ناحیه کاری و با توجه به قابلیت‌ها و نیازهای آن ناحیه پروتکل‌های مختلفی ارائه شده است. رنج فرکانسی این ناحیه‌ها با توجه به موقعیت‌هایشان متفاوت است .

WPAN

 Bluetooth معروف‌ترین پروتکل این ناحیه کاری می‌باشد. ۲-10Mbps نرخ ارسال اطلاعات در این پروتکل است فاصله این پروتکل حدود ۱۰ متر می‌باشد که با توجه به نکات بالا گزینه مناسبی برای تلفن‌های همراه می‌باشد و به صورت گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. ۸۰۲.۱۵ بعد از Bluetooth مرکز استاندارد سازی IEEE این پروتکل را منتشر کرد. این پروتکل در ۴ نوع مختلف و با قابلیت‌های متفاوت ارائه شد.۸۰۲.۱۵.۳ با نرخ ارسال ۱۰-55Mbps و فاصله حدود ۱۰ متر و ۸۰۲.۱۵.۴ با نرخ ارسال ۲-200Kbps و فاصله حدود ۱۰ متر می‌باشد. IrDA در این پروتکل رسانه مربوط به برقراری ارتباط امواج مادون قرمز است این امواج با نرخ ارسال ۹.4Kbps-16Mbps کار می‌کنند ولی فاصله تنها تا ۲ متر یکی از دلایل عدم مقبولیت این پروتکل می‌باشد UWB این پروتکل از طرف DARPA سازمان مربوط به پرونده‌های نظامی امریکا معرفی شد با فاصله‌ای کمتر از ۱۰متر و سرعتی در حدود 100Mbps  گزینه  مناسبی  در  این  محدوده  می‌باشد  نام  این  پروتکل Ultra Wide Band به این علت است که از محدوده فرکانسی بزرگ با توان مصرفی پایین استفاده می‌کنند DECT در سال ۱۹۹۲ به‌وسیله موسسه استاندارد سازی اروپا ETSI3 معرفی شد این پروتکل با نرخ ارسال 200Mbps و فاصله 17Km می‌تواند رقیبی برای ۸۰۲.۱۱ و حتی Bluetooth باشد در حالی که محدوده فرکانسی ۱.9GHz که این پروتکل دارد در بسیاری از کشورها ممنوع بوده و به همین دلیل نتوانست وارد رقابت جدی با پروتکل‌های دیگر شود .

WLAN

 Home RF در سال ۱۹۹۱ معرفی شد و سپس در سال ۱۹۹۹ SWAP3 را معرفی کرد. در سال ۲۰۰۱ آخرین نسخه SWAP وارد بازار شد. این پروتکل قابلیت‌های DECT را به همراه رنج فرکانسی ۲.4GHz عرضه کرد . SWAP1 با فاصله حدود ۱۰ متر و نرخ ارسال اطلاعاتی حدود ۱.6Mbps و HomeRF2 با نرخ 10Mbps کار می‌کنند اخیرا HomeRF3 معرفی شده است که سرعتی معادل 100Mbps را دارد . HIPERLAN در سال ۱۹۹۱ معرفی شد .ETSI3 نسخه کامل‌تری را در سال ۱۹۹۶ معرفی کرد که سرعتی معادل 200Mbps و فاصله‌ای حدودا ۳۰-50m. نسخه بعدی این پروتکل HIPERLAN2 سرعتی معادل ۵۴ Mbps و با روش مدولاسیون OFDM کار 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 و هم گیرنده ثابت هستند و فقط تنها محیط انتقال بی‌سیم می‌باشد. این پروتکل در محدوده‌ای حدود 5Km کار می‌کند MMDS این 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 90Mbps مورد استفاده قرار می‌گیرد.۸۰۲.16a در میانه سال ۲۰۰۲انتشار داده شد و از ۲-۱۱ GHz نرخ رنج فرکانسی آن است .۸۰۲.16b نسخه قدیمی‌تر ۸۰۲.16a می‌باشد . ۸.۲۱۶.۲ به همراه ۸۰۲.۱۶.۲ a از دیگر نسخه‌های 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 ۸۰۲.11a، ۸۰۲.11b، ۸۰۲.11g و یا ۸۰۲.11n 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.

۸۰۲.11b

در جولای ۱۹۹۹، انستیتو IEEE، استاندارد اصلی ۸۰۲.۱۱ را گسترش داد و مشخصات جدید را ۸۰۲.11b نامید. استاندارد ۸۰۲.11b پهنای باندی برابر ۱۱ Mbps را پشتیبانی می‌کند که با شبکه‌های سنتی اترنت قابل مقایسه است.

۸۰۲.11b 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 ۸۰۲.11b 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 ۸۰۲.11b در فاصلۀ مناسب از وسایل دیگر، می‌توان از تداخل اجتناب کرد.

• مزایای ۸۰۲.11b: هزینۀ کم‌تر؛ بازۀ سیگنال خوب است و به‌راحتی مسدود نمی‌شود.
• معایب ۸۰۲.11b: سرعت نهایی کم‌تر؛ لوازم خانگی ممکن است با باند فرکانس رگوله نشدۀ آن تداخل کنند.

۸۰۲.11a

همزمان با توسعۀ ۸۰۲.11b، مؤسسۀ IEEE استاندارد ۸۰۲.۱۱ را به شیوۀ دیگری نیز ارتقاء داد و نام آن را ۸۰۲.11a نهاد. از آنجاییکه استاندارد ۸۰۲.11b خیلی سریع‌تر محبوبیت یافت و رایج شد، برخی تصور می‌کند که ۸۰۲.11a بعد از ۸۰۲.11b بوجود آمده. اما حقیقت این است که ۸۰۲.11a همزمان با ۸۰۲.11b ساخته شد. با توجه به هزینۀ بالاتر، ۸۰۲.11a عموماً مصارف تجاری دارد، درحالی که ۸۰۲.11b بازار مصرف خانگی را بهتر پوشش داده است                                                                                                .
802.11a تا پهنای باند ۵۴ Mbps را با فرکانس رگوله شده با طیف ۵ GHz را پشتیبانی می‌کند. فرکانس بالاتر این استاندارد نسبت به ۸۰۲.11b، بازۀ شبکه‌های ۸۰۲.11a را کوچک‌تر می‌کند. فرکانس بالاتر ۸۰۲.11a به معنای سخت‌تر شدن نفوذ سیگنال‌ها از سد دیوارها و موانع دیگر نیز هست.

۸۰۲.11g

در سال ۲۰۰۲ و ۲۰۰۳ محصولات شبکۀ بی‌سیم (WLAN) به استاندارد جدیدتر ۸۰۲.11g وارد بازار شد. ۸۰۲.11g مزایای هردو استاندارد ۸۰۲.11a و ۸۰۲.11b را باهم ترکیب کرده است.

۸۰۲.11g پهنای باند ۵۴ Mbps را پشتیبانی می‌کند و از فرکانس ۲.۴ Ghz برای به دست آوردن دامنۀ گسترده‌تر بهره می‌برد. ۸۰۲.11g با استاندارد قدیمی‌تر ۸۰۲.11b سازگار است؛ به عبارت دیگر، اکسس پوینت (Access Point) های ۸۰۲.11g با شبکه‌های ۸۰۲.11b کار می‌کنند و بالعکس.

• مزایای ۸۰۲.11g: سرعت نهایی بالا؛ دامنۀ سیگنال خوب است و به‌راحتی مسدود نمی‌شود.
• معایب ۸۰۲.11g: گران‌قیمت‌تر از ۸۰۲.11b؛ در فرکانس رگوله نشده، ممکن است لوازم خانگی ایجاد تداخل امواج کنند.

۸۰۲.11n

جدیدترین استاندارد IEEE در زمینۀ Wi-Fi، استاندارد ۸۰۲.11n است. طراحی این استاندارد با هدف ارتقاء پهنای باند ۸۰۱.11g توسط سیگنال‌های متعدد بی‌سیم با استفاده از چندین آنتن (تکنولوژی MIMO) صورت گرفته است.

با تکمیل این استاندارد، ارتباطات ۸۰۲.11n باید انتقال داده‌ها را با سرعتی بالاتر از ۱۰۰ Mbps انجام دهند. استاندارد ۸۰۲.11n نسبت به استانداردهای Wi-Fi قبلی، دامنۀ وسیع‌تری را پوشش می‌دهند چراکه کثرت سیگنال‌ها بیشتر شده. ادوات ۸۰۲.11n با استاندارد ۸۰۲.11g نیز سازگار خواهند بود.

• مزایای ۸۰۲.11n: بالاترین سرعت نهایی و بهتری دامنۀ سیگنال؛ مقاومت بیشتر در برابر تداخل سیگنال از منابع بیرونی.
• معایب ۸۰۲.11n: این استاندارد هنوز تکمیل نشده؛ هزینۀ بیشتری نسبت به ۸۰۲.11g دارد؛ استفاده از چندین سیگنال ممکن است به شبکه‌های ۸۰۲.11b/g تداخل پیدا کند.

نسل جدید شبکه وای فای استفاده از فرکانس ۵ گیگا هرتز را آغاز کرده است که هنوز ظرفیت آن تکمیل نشده است و در مورد آن باید بگوییم که استفاده از آن درست مانند این است که از یک جاده دو بانده به یک بزرگراه وارد شوید. به کارگیری فرکانس بالاتر در این نسل جدید باعث شده است که امکان انتقال سریع‌تر داده‌ها برای کاربران فراهم شود. این فناوری نو ظهور را به تدریج می‌توان در دستگاه‌هایی مانند تلفن‌های هوشمند HTC یا سامسونگ پیدا کرد. در این نسل برای پخش بدون مشکل تصاویر Super High Definition متخصصان فناوری دست به دامان فرکانس‌های بالاتر یعنی تا ۶۰ گیگا هرتز شده‌اند. یکی از سیستم‌های جدیدی که از این فرکانس استفاده می‌کند دستگاه Wireless HD است که به صورت اختصاصی برای انتقال بدون سیم محتویات ویدئویی در محیط‌های خانگی طراحی شده است.

این سیستم می‌تواند که ویدئوهای فشرده شده Full HD را از طریق فرکانس ۶۰ گیگا هرتز با سرعت حداکثر ۴ گیگا بیت در ثانیه پخش کند. محدودیت این سیستم در مقابل استریم ویدئو را یک استاندارد دیگری با نام «وای گیگ» جبران کرده است. این سیستم امکان استفاده از سرعت بالا را نه تنها برای دریافت فایل‌های ویدئویی بلکه برای انتقال همه چیز یعنی هر نوع داده‌ای فراهم کرده است. اما باز هم مشکلاتی در این میان وجود دارد از جمله این که هر چه که ما فرکانس را بالاتر ببریم، فاصله‌ای که داده‌ها می‌توانند در هوا طی کنند، کوتاه‌تر خواهد شد و این بزرگراه پر سرعتی که طراحی شده است بسیار زودتر از آن چیزی که فکرش را می‌کردیم به بن بست خواهد رسید. دکتر علی صدری که از مدیران پروژه WiGig است در این رابطه می‌گوید که در فرکانس ۶۰ گیگا هرتز، فاصله‌ای که موج می‌تواند طی کند به مراتب کمتر از فاصله‌ای است که موج می‌تواند در فرکانس‌های ۲.۴ یا ۵ گیگا هرتز که در نسل شبکه فعلی وای فای از آن استفاده می‌شود، طی کند. در واقع نمی‌توان گفت که این مورد یک مزیت برای مصرف کننده به حساب می‌آید یا این که بیشتر یک مشکل است.

اگر بخواهیم از این دید به ماجرا نگاه کنیم که امواج دیگر نمی‌توانند از اتاق شما بیرون روند و شبکه امن‌تری را به این ترتیب دارید، باید گفت که این برد کوتاه در فرکانس بالا یک مزیت بسیار بزرگ برای کاربر به حساب خواهد آمد. در مورد وای گیگ باید گفت که این فناوری در حال حاضر قادر است که فایل‌های شما را با سرعتی نزدیک به ۴.۵ گیگا بیت در ثانیه یعنی چیزی شبیه به سرعت نسل سوم USB منتقل کند. مزیت دیگر این فناوری که باعث جذاب‌تر شدن آن می‌شود، این است که این فناوری قابل ادغام شدن با استاندارد وای فای است. دکتر هنری ساموئلی که از کارشناسان آی تی شرکت Broadcom است در این رابطه می‌گوید که اگر شما به سیستم‌های فعلی وای فای که در بازار موجود است نگاهی داشته باشید، می‌فهمید که این سیستم‌ها در دو باند با فرکانس‌های ۲.۴ و ۵ گیگا هرتز کار می‌کنند. اما اگر وای گیگ با وای فای ادغام شود در آینده‌ای بسیار نزدیک شما می‌توانید سیستم‌هایی مجهز به ۳ باند داشته باشید که قادر به کار کردن در فرکانس‌های ۲.۴، ۵ و ۶۰ گیگاهرتز خواهند بود. تمامی این باندها زیر چتر واحد پرتوکل وای فای کار خواهند کرد و به صورت کاملا خودکار با توجه به فاصله‌ای که شما از روتر دارید، امکان استفاده شما از سرعت‌ها و فرکانس‌های مختلف فراهم خواهد شد. به این ترتیب سرعت بسیار بالای وای گیگ امکان جایگزین کردن سیم‌هایی که دستگاه مختلف ما را به هم وصل می‌کنند، فراهم می‌کند. این ایستگاه اتصال بدون سیم جزو اولین دستگاه‌هایی است که از استاندارد مناسبی استفاده می‌کند و شاید بتوان گفت که به پایان عصر سیم و سیم کشی نزدیک خواهیم شد.

دکتر مازیار نکویی که یکی از متخصصان ارتباطات بدون سیم است در این رابطه می‌گوید که فناوری ارتباطات بدون سیم در نهایت از هوا برای برقراری ارتباط استفاده می‌کند و این ماجرا باعث می‌شود که ما نتوانیم مانند سیم یک سیگنال با ثبات داشته باشیم. اما همین که سیم‌ها از میان دست و پا جمع شوند، باعث می‌شود که فناوری‌های بدون سیم مورد توجه مردم قرار گرفته و در میان آن‌ها به محبوبیت زیادی دست پیدا کنند. از نظر بسیاری از کاربران ارتباطات بدون سیم مانند ارتباطات جادویی به نظر می‌رسند و من فکر می‌کنم که به همین دلیل است که ما این قدر به دنبال این هستیم که تا جایی که امکان دارد همه چیز را بدون سیم کنیم. به احتمال زیاد فناوری‌هایی که تا به این جا در موردشان صحبت کردیم تا سال آینده به مرحله بهره برداری نزدیک می‌شوند و شما خودتان می‌توانید تجربه کار با آن‌ها را داشته باشید و خودتان تصمیم بگیرید که ترجیح می‌دهید که از یک ارتباط قوی و مطمئن در برد کوتاه و بدون سیم استفاده کنید یا این که همچنان گرفتار سیم‌هایی باشید که مدام در دست و پایتان گیر کرده و شکل اتاق یا محیط کارتان را زشت می‌کنند.

نیم نگاهی به استانداردهای آینده شبکه بی‌سیم

رؤیاهای انسان حد و مرز ندارد. تحقق یک رؤیا، نقطه تولد رؤیای دیگری است و دستیابی به یک فناوری، به معنای شروع تلاش برای دستیابی به یک فناوری دیگر است.  هنگامی که استاندارد ۸۰۲.11n منتشر شد و بسیاری تجهیزات شبکه‌های بی‌سیم به آن مجهز شدند و رؤیای سرعت سیصد‌مگابیت بر‌ثانیه تحقق یافت، انقلابی در شبکه‌های وای‌فای به وجود آورد و احساس می‌شد که تا مدت‌ها این سرعت پاسخ‌گوی نیاز کاربران خواهد بود، اما خیلی زود تلاش‌ها و تکاپوها برای رسیدن به سرعت بیشتر شروع شد و ترفندهایی مانند استفاده از فناوری‌ MIMO (چند ورودی-چند خروجی) و دستیابی به سرعت ششصد مگابیت بر ثانیه نیز نتوانست مانع تولد یک رؤیای جدید شود: رؤیای وای‌فای گیگابیتی.

سرعت؛ هدف مشترک                                                             
افزایش حجم اطلاعات در قالب‌های مختلفی مانند صوت، تصویر، ویدیو، استریم و ایجاد شبکه‌های مبتنی بر سرویس‌های مالتی‌مدیا و مدیاسنتر نیاز به سرعت بیشتر را روی شبکه‌های بی‌سیم ایجاد کردند. به طوری که در عمل تجهیزات با سرعت‌های اسمی ۳۶۰ مگابیت بر ثانیه جوابگو نیستند و باید در کنار آن‌ها انواع تقویت‌کننده‌ها، سرویس‌های مبتنی بر کیفیت یا QoS (سرنام Quality of Service) و تجهیزات شبکه‌های کابلی مانند روترها به‌کار گرفته شوند. بنابراین، خیلی زود گروه‌هایی در Wi-Fi Alliance، مؤسسه توسعه استاندارد ۸۰۲.۱۱ تشکیل شد تا روی استاندارد ۸۰۲.11WG کار کنند. WG مخفف دو عبارت Wireless و Gigabit است. پس از مدتی دو گروه با یک هدف، اما با نقشه راه متفاوت از هسته نخستین منشعب‌شدند و تحقیق و توسعه دو استاندارد ۸۰۲.11ac و ۸۰۲.11ad را شروع‌کردند.

هدف هر دو گروه یک چیز مشخص‌است: دستیابی به سرعت‌های گیگابیتی روی شبکه‌های وای‌فای تحت استاندارد ۸۰۲.۱۱، اما مکانیزم‌های پیشنهادی این دو گروه متفاوت است. در واقع، محوریت تفاوت این دو در استفاده از فرکانس کاری و تعداد کانال‌های ارتباطی است. فرکانس هوایی در شبکه‌های بی‌سیم نقش تعیین‌کننده‌ای دارد و عامل اصلی افزایش سرعت محسوب می‌شود. استانداردهای ۸۰۲.11b/g از فرکانس کاری ۲,۴ گیگاهرتز استفاده‌می‌کردند و کانال‌های ارتباطی به چهارده باند تعریف شده، محدود می‌شد. استاندارد ۸۰۲.11n مبنای خود را بر استفاده از فرکانس پنج گیگاهرتز و نزدیک به سیصد کانال ارتباطی قرار داد و توانست سرعت را از ۵۴ مگابیت بر ثانیه به سیصد و بعدها با فناوری MIMO به ششصد مگابیت بر ثانیه برساند. در حقیقت، افزایش فرکانس کاری و گسترده‌شدن محدوده پوشش‌دهی نقطه تمایز و قوت استاندارد ۸۰۲.11n بود.

اکنون اگر قرار باشد دوباره سرعت روی شبکه‌های بی‌سیم افزایش یابد، باید فرکانس تغییر کند؛ اما رفتن به سوی یک فرکانس بالاتر مانند شش گیگاهرتز درست‌تر است یا انتخاب یک محدوده فرکانسی پایین‌تر مانند شصت گیگاهرتز؟ پرسشی که چالش اصلی و نقطه تفریق توسعه‌دهندگان استاندارد ۸۰۲.۱۱ است.

۸۰۲.11ac

سرعت و باز هم سرعت                                                                                                                                    
گروه توسعه‌دهنده این استاندارد می‌خواهند از فرکانس کاری شش گیگاهرتز استفاده کنند و معتقدند، بعد از فرکانس پنج گیگاهرتز برای دستیابی به سرعت بیشتر باید یک فرکانس کاری جدید تعریف کرد. بنابراین، نخستین چالش آن‌ها طراحی مکانیزمی برای سازگاری تجهیزات بی‌سیم فعلی با فرکانس جدید است. در این استاندارد با استفاده از MIMO، به‌کارگیری روش‌های تقسیم و تسهیل فرکانسی OFDM و تغییر اندازه کانال‌های ارتباطی می‌توان به سرعت چند گیگابیتی انتقال اطلاعات با رسانه‌ای مانند هوا به صورت بی‌سیم دست یافت.

با کمک فناوری MIMO (سرنام Multi Input-Multi Output) که همزمان با استاندارد ۸۰۲.11n معرفی و به کار گرفته شد، می‌توان یک کانال را به چندین قسمت مجزا برای دریافت و ارسال سیگنال‌های ورودی و خروجی تقسیم کرد، یعنی تصور کنید یک فایل صد‌مگابایت به جای این‌که فقط از یک کانال ارسال و از یک کانال دریافت شود، به دو یا چند قسمت تقسیم شده و هر قسمت توسط یک کانال ارسال و دریافت شود. این کانال‌ها روی یکدیگر هم‌پوشانی ندارند (شکل‌۱). برای هر کانال می‌توان از یک آنتن مجزا استفاده کرد. در استاندارد ۸۰۲.11n حداکثر می‌توانستید از MIMO 4×۴ استفاده کنید؛ یعنی چهار آنتن برای ارسال و دریافت اطلاعات. در استاندارد جدید ۸۰۲.11ac عدد چهار به عدد هشت افزایش خواهد یافت. همچنین از یک فناوری پیشرفته‌تر MIMO به نام MU-MIMO یا Multi User MIMO استفاده خواهد شد. به زبان ساده، این فناوری امکان استفاده چندین نفر را از کانال‌های چند ورودی و خروجی فراهم می‌کند. شکل ۲ شمایی از چگونگی عملکرد این فناوری را نشان می‌دهد.

یک کانال برای K کاربر به K قسمت تقسیم می‌شود و هر قسمت با استفاده از یک آنتن، اطلاعات را برای دستگاه مورد‌نظر ارسال یا دریافت می‌کند. با کمک مفاهیمی مانند SDMA (سرنام Space-Division Multiple Access) این قابلیت وجود خواهد داشت که از یک کانال تقسیم شده چندین ورودی-خروجی متفاوت برای کاربران متفاوتی تعریف و استفاده کرد. MIMO 8×۸ و MU-MIMO هنوز به طور عملی پیاده‌سازی نشده‌اند و در حد یک مفهوم هستند. به یقین یکی از ملزومات انتشار استاندارد جدید شبکه‌های وای‌فای، گنجاندن این فناوری‌ها و قابلیت‌ها در تراشه‌های شبکه‌های بی‌سیم و تجهیزات شرکت‌های مختلف است. در کنار این مشکلات، بدون شک انتظار نخواهیم داشت که در آینده روتری با هشت آنتن ببینیم. بنابراین، باید آنتن‌های خارجی طراحی شود که خود شامل چندین آنتن داخلی باشند یا فناوری‌هایی مشابه  به وجود آیند که بتوانند از MIMO 8×۸ پشتیبانی کنند.

تغییر گسترده بعدی در استاندارد ۸۰۲.11ac به عرض کانال‌های ارتباطی مربوط است. پهنای عرضی بیشتر کانال‌های ارتباطی باعث افزایش سرعت‌می‌شود. در استاندارد ۸۰۲.11n پهنای هر کانال از بیست مگاهرتز به چهل مگاهرتز افزایش یافته بود. استاندارد ۸۰۲.11ac امیدوار است که بتواند پهنای هر کانال را به هشتاد مگاهرتز و حتی بالاتر (۱۶۰ مگاهرتز) برساند. بزرگ‌ترین چالش در مقابل افزایش پهنای کانال در استاندارد جدید، باز هم شرکت‌های سازنده تجهیزات وای‌فای و پردازنده‌های کنونی هستند که حداکثر از چهل مگاهرتز برای هر کانال پشتیبانی می‌کنند. روش‌های مدولاسیون و تسهیم فرکانسی نیز در استاندارد جدید ارتقا خواهند‌داشت و از ۶۴-QAM با نرخ حداکثری پنج ششم به ۲۵۶-QAM با دو نرخ سه چهارم و پنج ششم می‌رسند. نخستین نتیجه این موضوع استفاده حداکثری از پهنای باند و ایجاد کانال‌های مختلف برای ارسال و دریافت اطلاعات است.

علاوه بر آن فناوری‌هایی که گفته شد و قرار است در استاندارد جدید شبکه‌های بی‌سیم شاهد آن‌ها باشیم، تغییرات کوچکی مانند بهبود ساختار لایه MAC برای پشتیبانی از تغییرات صورت گرفته و تغییر فرمت سیگنال‌های صوتی نیز در دستور کار قرار دارند. جدول‌۱ وضعیتی از سناریوهای مختلفی را که برای استاندارد ۸۰۲.11ac ترسیم شده است، نشان می‌دهد. همان‌طور که در این جدول مشخص است، حداکثر سرعت هفت گیگابایت بر ثانیه است؛ سرعتی که اکنون حتی برای شبکه‌های کابلی نیز یک رؤیا است.

توسعه‌دهندگان استاندارد ۸۰۲.11ac روی نسل جدید پردازنده‌های وای‌فای حساب ویژه‌ای باز‌کرده‌ و انتظار دارند، علاوه بر پشتیبانی از فناوری‌های ذکر شده در بالا، پیشرفت‌های ساخت پردازنده‌ها از نظر مصرف انرژی کمتر و پردازش بیشتر را برای استفاده از روش‌های بهتر و حساس‌تر کدگذاری و دریافت سیگنال‌های با قدرت بیشتر(پس از عبور از موانعی مانند دیوار) یا استفاده از بیت‌های کمتری برای بررسی صحت سیگنال‌ها را به کار گیرند  تا سرعت و محدوده پوشش‌دهی این نوع شبکه‌ها را بهبود بخشند. پیش‌بینی‌ها از انتشار نسخه آزمایشی استاندارد ۸۰۲.11ac در سال ۲۰۱۲ و انتشار رسمی در سال ۲۰۱۳ و به تبع آن ورود نخستین دستگاه‌های مجهز به این استاندارد در سال ۲۰۱۵ خبر می‌دهد. البته کارشناسان معتقدند، از سال ۲۰۱۲ شاهد ورود نخستین دستگاه‌ها با استاندارد ۸۰۲.11ac خواهیم بود که از تمامی قابلیت‌های آن پشتیبانی نمی‌کنند. مانند اتفاقی که برای استاندارد ۸۰۲.11n افتاد و شاهد دستگاه‌های Lite-N بودیم.

۸۰۲.11ad        زندگی دیجیتالی بی‌سیم

این استاندارد توسط گروهی از دو مؤسسه Wi-Fi Alliance و WiGig Alliance  در حال تدوین و توسعه است و همان هدف استاندارد ۸۰۲.11ac را دنبال می‌کند: سرعت چند گیگابیتی و مشخصاً هفت‌گیگابیتی. تفاوت اصلی این استاندارد با ۸۰۲.11ac در فرکانس کاری انتخاب شده‌است. توسعه‌دهند‌گان ۸۰۲.11ad فرکانس شصت‌گیگاهرتز را انتخاب کرده‌اند؛ در حالی که تا پیش از این فرکانس‌های ۴/۲ و ۵  گیگاهرتز و برای ۸۰۲.11ac  فرکانس شش گیگاهرتز مورد استفاده قرار گرفته است. با وجود این که انتخاب فرکانس شصت گیگاهرتز یک محدوده کوچک‌تر ارتباطی را ایجاد می‌کند، اما این مزیت را به همراه خواهد داشت که دستگاه‌های بسیار کمی در این محدوده کار می‌کنند و در نتیجه ترافیک شبکه به یقین بسیار کم خواهد بود.

این فرکانس و باندهای ارتباطی روی آن، بیشتر برای تبادل اطلاعات با کیفیت و سرعت بالا مانند مالتی‌مدیا و ویدیو در فاصله‌های کم مناسب هستند؛ موضوعی که زیاد دور از انتظار نیست و نشان از اهداف توسعه‌دهندگان دارد. آن‌ها می‌خواهند یک استاندارد شبکه‌های بی‌سیم مخصوص شبکه‌های ویدیویی با حجم بالای محتوای جریانی (Stream) اطلاعات تعریف و عرضه کنند. در صفحه ابتدایی سایت WiGig به صراحت عنوان شده که: «می‌خواهیم با فرکانس شصت گیگاهرتز شما را به دنیای دیجیتال بی‌سیم دعوت کنیم تا بتوانید ویدیوهای Full HD را تماشا کنید.» تاکنون اطلاعات فنی بسیار کمی درباره این استاندارد منتشر شده و نمی‌توان سناریوها و پیش‌بینی‌های قطعی درباره آن انجام داد، اما یک موضوع بسیار مشخص است و آن سازگاری بیشتر این استاندارد با استانداردهای قبلی ۸۰۲.11a/b/g/n. چون این استاندارد مانند ۸۰۲.11ac نمی‌خواهد باندهای ارتباطی، مدولاسیون، فرکانس کاری و بسیاری از مشخصات موجود دیگر را تغییر دهد و به دنبال تلفیقی از استانداردهای قبلی و فرکانس شصت گیگاهرتز برای ایجاد شبکه‌های مبتنی بر اطلاعات و ویدیو است.

این موضوع در شکل ۳ نشان‌داده شده است. برای ایجاد ارتباط میان نقطه دسترسی و دستگاه‌های بی‌سیم درون شبکه از استانداردهای مبتنی بر فرکانس ۲,۴ و ۵ گیگاهرتز استفاده شده است، اما برای برقراری ارتباطات نزدیک و با کیفیت از استاندارد مبتنی بر فرکانس شصت گیگاهرتز استفاده می‌شود، همچنین به راحتی می‌توان میان این دو استاندارد سوییچ کرد. حامیان ۸۰۲.11ad روی یک موضوع دیگر نیز مانور می‌دهند؛ فرکانس شصت‌گیگاهرتز کمترین تغییرات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری را در پی خواهد داشت، در صورتی که رفتن به سمت فرکانس شش گیگاهرتز، یعنی چندین سال صرف وقت و تغییر در معماری و بسیاری از ویژگی‌های کنونی تجهیزات بی‌سیم. موضوعی که از جنبه‌های مختلف قابل بررسی و تأمل است.

 برای اطلاع از فن‌آوری‌های نوین ارتباطی شبکه‌های وایرلس و مایکروویو و مراکز تلفنی تحت شبکه از کانال تلگرامی ما به آدرس‌های Wireless_tech@ و Voip_Tech@  دیدن فرمایید.