„Wi-Fi“ (Wireless Fidelity) tai supaprastintas IEEE standarto 802.11b pavadinimas. Kasdien daugelis iš mūsų susiduriame su bevieliu kompiuteriniu tinklu, pavyzdžiui, kad ir veikiančiu 2,4 GHz nelicenzijuotame dažnių ruože. Trumpai apžvelkime tokių bevielių tinklų veikimo principą.
1999 metų rugsėjo mėnesį tarptautinis institutas IEEE, kuris jau beveik dvidešimt metų reguliuoja lokaliųjų kompiuterinių tinklų standartizavimą, pristatė standartą IEEE 802.11b, dar vadinamą „Wi-Fi“ (Wireless Fidelity). Jis priklauso 802 standartų grupei, kurioje aprašomi lokalieji kompiuterių tinklai, o jos 11 pogrupis skirtas bevieliams tinklams aprašyti. Yra sukurti keturi šio pogrupio standartai: 802.11, 802.11b, 802.11a bei 802.11g (standartai išvardinti pagal jų atsiradimą rinkoje). Tačiau, kaip ir buvo minėta, dėl mažos kainos ir palyginus didelės duomenų keitimosi spartos, šiuo metu rinkoje labiausiai yra paplitę įrenginiai atitinkantys 802.11b standartą [1].
Pagal šį standartą, dažnių ruožas nuo 2,4 GHz iki 2,483 GHz yra suskirstytas į trylika 22 MHz pločio kanalų, išsidėsčiusių kas 5 MHz (1 pav.), tačiau vienu metu gali būti naudojami dagiausiai trys kanalai (1 paveiksle pavaizduoti vienodais atspalviais), nutolę vienas nuo kito per 25 MHz. Standartas leidžia naudoti keturias duomenų keitimosi spartas: 1, 2, 5,5 ir 11 Mbitų/s. Dažniausiai yra naudojami 30 mW siųstuvai, todėl ryšio tarp dviejų įrenginių atstumas gali siekti 100 m.
1 pav. Kanalų išsidėstymas pagal IEEE 802.11b (kanalai, kurie gali būti naudojami tuo pačiu metu pavaizduoti vienodais atspalviais)
Kuriant šį standartą buvo siekiama dviejų pagrindinių tikslų:
- Didelė duomenų keitimosi sparta;
- Įrenginys, atitinkantis šį standartą, neturi trukdyti kitiems įrenginiams, dirbantiems tame pačiame dažnyje.
Didelė duomenų keitimosi sparta pasiekiama naudojant CCK (Complementary Code Keying) kodavimo ir QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) moduliacijos derinį. Tai leidžia viena moduliuoto signalo fazės reikšme užkoduoti aštuonis duomenų bitus. Antrasis tikslas pasiekiamas naudojant DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) technologiją [2].
DSSS technologija buvo sukurta Antrojo Pasaulinio karo metu siekiant nuslėpti siunčiamą informaciją nuo priešų. Pagal šią technologiją, kiekvienas duomenų bitas suskaidomas į daug trumpesnius impulsus – vadinamuosius lustus. Skaidymas vyksta atliekant XOR loginę operaciją tarp duomenų ir tam tikros lustų sekos (2 pav.). Pagal IEEE 802.11b standartą yra naudojama Barkerio 11 lustų seka (11100010010), kuri pasižymi didžiausiu panašumu į triukšmą. Barkerio sekos naudojamos siunčiant duomenis 1 Mbito/s arba 2 Mbitų/s sparta, naudojant didesnę spartą generuojamos 8 lustų CCK sekos. Matematinė šio metodo analizė yra labai sudėtinga, todėl giliau nebus nagrinėjama.
2 pav. Duomenų signalo kodavimas Barkerio lustų seka
Kadangi stačiakampio signalo spektro plotis atvirkščiai proporcingas vieno impulso trukmei, atlikus tokį suskaidymą signalo spektras išsiplečia ir sumažėja jo spektrinis energijos tankis (3 pav.).
3 pav. Pradinio bei koduoto, naudojant Barkerio lustų seką, signalų spektrai
Be to, pats signalas tampa panašus į mažos galios baltą triukšmą. Toks signalo spektro išskleidimas turi šiuos privalumus:
- Dėl mažo spektrinio signalo energijos tankio ir panašumo į baltą triukšmą jis netrukdo kitiems tame pačiame dažnyje veikiantiems įrenginiams;
- Priėmus signalą ir jį dekodavus pašaliniai trukdžiai nuslopinami 11 kartų, tai lemia didelį įrenginio atsparumą trukdžiams.
Tinklas iš kelių 802.11b standartą atitinkančių įrenginių organizuojamas skirstant juos į prieigos taškus (access point) ir darbo stotis (station). Prieigos taškas valdo visas jo veikimo zonoje esančias darbo stotis, todėl jį galima vadinti potinklio vedančiuoju. Darbo stotys gali keistis duomenimis tik su prieigos tašku. Kadangi prieigos taškai gali būti jungiami tarpusavyje, tinklas gali užimti neribotą plotą.
Duomenys tarp darbo stoties ir prieigos taško siunčiami pagal schemą, parodytą 4 pav.
4 pav. Darbo stoties ir prieigos taško ryšio schema
Pirmiausiai darbo stotis siunčia RTS (Request To Send) užklausą siuntimui inicijuoti. Kada gaunamas CTS (Clear To Send) patvirtinimas iš prieigos taško, pradedami siųsti duomenys. Jeigu prieigos taškas duomenis priėmė teisingai, jis siunčia patvirtinimą ACK (acknowledgement). Negavusi ACK darbo stotis duomenis siunčia pakartotinai. Visos kitos potinklyje esančios darbo stotys priėmusios ne joms skirtą CTS pranešimą sustabdo numatytus siuntimus ir laukia, kol bus išsiųstas ACK pranešimas. Darbo stotis gavusi ACK pranešimą siuntimą pradeda po atsitiktinio laiko atkarpų skaičiaus. Jeigu per tą laiką gaunamas CTS pranešimas siuntimas vėl atidedamas. Tokia procedūra leidžia išvengti duomenų susidūrimo.
Pagal IEEE 802.11b standartą duomenys yra koduojami naudojant 40 arba 128 bitų CR4 kodavimo algoritmą. Klaidų taisymas atliekamas kartu su duomenis siunčiant 32 bitų CRC kodą. Jeigu priėmus duomenų bloką paskaičiuotas CRC nesutampa su priimtuoju, vykdomas pakartotinas bloko siuntimas [2].
Bevielio ryšio technologijų duomenų perdavimo greičių palyginimas pateiktas žemiau esančioje lentelėje
Paaiškinimai: RS-radijo signalų sistema; In. – industrinis, medicinos; * – ryšio atstumas iki 10 metrų.
Naudota literatūra
- Larry Mittag Guide to IEEE 802.11 wireless LAN standatds. 2002
- Vocal Technologies Ltd. 802.11b whitepaper.
