Қазақстан РеспубликаСЫНЫҢ білім және ғылым министірлігі 

«Алматы энергетика және байланыс университеті»

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

 

 

 

  

 

 

 

Қ.С.Чежимбаева

 

WI-FI  сымсыз байланыс технологиясы

 

Оқу құралы

 

 

 

 

 

 

Алматы 2010

УДК 621.391 (075.8)

ББК  32.884.1

Ч-34 Чежимбаева Қ.С.

WI-FI байланыс технологиясы: Оқу құралы – Алматы: АЭжБУ, 2010. – 83б. Без. 54, кесте. 9, әдеб. көрсеткіші –  8 атау.

 

ISBN 978-601-7098-81-0

 

 

  

Оқу құралында  WI-FI байланыс технологиясы, оның негізгі қағидалары және жұмыс жасау процесстері туралы сұрақтар қарастырылған.

Оқу құралы 071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығы бойынша оқитын бакалаврларға арналған.

 

 

 

ББК 32.884.1

 

 

 

 

ПІКІР БЕРУШІЛЕР:

                                 Қаз ҰТУ, тех. ғыл. канд., доценті, А.А. Бейсембаев,

                                АӘжБУ, тех. ғыл. канд., профессоры К.Х.Туманбаева.

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің 2010ж. қосымша жоспары бойынша басылады.

 

 

 

ISBN 978-601-7098-81-0

 

 

 

 

ã «Алматы энергетика және байланыс институтының» КЕАҚ, 2010ж.

Мазмұны

 

Кіріспе

4

1  Тасымалдаушы орта

5

1.1 Сымсыз желілер ортасына қосылу әдістері

5

1.2 Кеңейтілген спектр технологиясы

9

2 IEEE 802.11 архитектурасы

14

2.1 IEEE 802.11 хаттамаларының стегі

14

2.2 802.11 стандартты ортаға қосылу деңгейі

15

2.3 IEEE 802.11 стандарттың физикалық деңгейінің технологиялары

25

3 Антенналар

43

3.1 Бағыттауыш диаграммасы және оның негізгі антенна үлгілері

43

3.2 Антенналардың поляризациясы

46

3.3 Әртүрлі антенналардың күшейту коэффициенттері

47

4 Сигналды тарату

51

4.1 Электрмагниттік толқынның дифракциясы

51

4.2 Тікелей көріністегі сызықтықтың толқын бойымен таралуы

51

5 Тікелей көрінетін сызықтың шамасындағы сигналды жіберу

53

5.1 Өшу

53

5.2 Бос кеңістікте сигналдың жоғалуы

54

5.3 Шуыл

56

5.4 Цифрлық байланыс жүйесінде сигнал/шуылдың қатынасы

58

5.5 Атмосфералық жұтылу

59

5.6 Көпсәулелі тарату

59

5.7 Сыну

61

6 Сигналдың әсер ету аймағын есептеу

63

6.1 Сымсыз байланыс арнасының жұмыс істеу аралығын есептеу

63

6.2 Френель аймағын есептеу

66

7 Сымсыз желілерді ұйымдастыру

68

7.1 Сымсыз желiлердi пайдалану алаңы

68

7.2 Желiлердің негiзгi элементтерi

68

7.3 Режімдер және оларды ұйымдастырудың ерекшеліктері

70

7.4 Қайталауыш режімі

72

7.5 Роуминг

74

7.6 Wireless Distribution System технологиясы

75

8 Сымсыз желiлердің жоспарлануы мен ұйымдастырылуы

77

Әдебиеттер тiзiмi

83

 

 

 

 

Кіріспе

 

Қазiргі кезде  WI-FI (ағылшын сөз тiркесі Wireless Fidelity, дәл айтқанда сымсыз деректердi жоғары дәлдiкпен тасымалдау) аббревиатурасының түсінігі бойынша цифрлық деректер ағындарының радиоарналар арқылы тасымалдайтын көптеген стандарттар кең дамып келеді. Бұл стандарттарды өңдеу жұмысымен электротехника және электроника (IEEE) институтының инженерлер тобы 802.11  айналысады. WI-FI сымсыз байланыстың жалғыз технологиясы болып табылмайды. IEEE және басқа мекемелердiң мамандары WI-FI-дан басқа сымсыз коммуникация стандарттарын тапты және олармен жұмыс жасап, оны дамытып жатыр. Осы стандарттар жеке желі (PWAN, мысалы, қызметкердiң жұмыс орнына қосылуды ұйымдастыру) немесе қала масштабы желiлер (WWAN) үшін бағдарланған.

Сымсыз желілерге қосылатын нүктелер саны әлемде күннен-күнге өсе береді. Келешекте ғаламдық кең жолақты желiсiне оңай және әр жерден қосылу мүмкіндігінің болжауы бар. Тек қол астында Wi-Fi - адаптермен қаруланған компьютер болса болды. Қазiргі кезде әлемнің 93 елiнде хот-споттарының саны 56139-ге жуық деп JiWire ақпарат журналы жариялады [1].

WI-FI жергiлiктi сымсыз жүйелердi жасау (WLAN) және өте жылдам интернетке сымсыз қосылуды ұйымдастыруға арналған. Берілген стандартқа байланысты WI-FI желiлері 2,4 ГГЦ немесе 5 ГГЦ жиiлiктерде жұмыс iстейдi және 2 Мбит/с жылдамдықпен деректерді беруді қамтамасыз етедi. Бiр қосылу нүктеміз радиусы 200 метрге дейiн жерді қамтуды қамтамасыздандыра алады. WI-Fi желілерi интернетке ашық қосылуды (хот-споттар) ұйымдастыру саласында кең таралды. Әр қонақ үйдiң, қымызхананың, мейрамхананың, кәсiпкерлiк-орталықтың немесе аэровокзалдың (бiр айтқанда, Wi-Fi қосылу нүктесі бар мекеме) кез келген келушiсi бұл технологияны қолдану арқылы сымсыз қосылу стандарты бар ноутбугi, ДҚК немесе телефон көмегімен желiге жылжымалы қосылу мүмкiндiгі болады.

Оқу құралы сымсыз желiлердегi қолданылатын спектрдiң бөліну, IEEE 802.11 стандартымен, антенналармен, сымсыз желiлер бойынша сигналдарды тарату әдiстерiмен таныстыруға мүмкiндiк бередi. Осы оқу құралы көрiнетiн түзу шектерiндегi сигналдың берiлуiн, сигналдың әрекет ету аймағының есептелуiн және сымсыз желiлердi ұйымдастыруын мен жоспарлауын зерттеуге мүмкiндiк бередi.

  

1   Тасымалдаушы орта

 

Деректердi тасымалдау жүйесiнде хабарлағышпен және қабылдағыштың аралығында тасымалдаушы орта физикалық жолы ретіндегі рөлін атқарады. Тасымалдаушы орталарды бағытталатындар және бағытталмайтындар деп екіге бөлуге болады. Екi жағдайда да байланыс электрмагниттiк толқындарды тарату түрін қабылдайды. Бағытталатын орталардағы толқындар қатты өткiзгiштер, мысалы, мыс бұралмалары, мыс коаксиалды кәбілдер және оптикалық талшықтар бойынша бағытталады. Атмосфера және ашық ғарыш бағытталмаған орталардың мысалдары болып табылады. Олар электрмагниттi сигналдарды өткізу орталары, бiрақ олар бағдарлаушы емес; осы жағдайда қолданылатын тасымалдау формасы әдетте сымсыз деп аталады [2].

Деректердi беру сапасы ортаның және сигналдың қасиеттерімен анықталады. Бағытталатын ортада тасымалдауға шектеу салатын ең маңызды фактор ортаның өзі болып табылады. Бағытталмаған ортаның қасиеттерін қарастырсақ ең маңызды фактор ортаның өзі емес, жiберушi антеннаның шығаратын сигнал жолағының ені болып табылады. Антенна жіберетін сигналдың ең маңызды қасиеттерінің бiрі, оның бағытталғандығы болып табылады. Негізінде аласа жиiлiкті сигналдар бағытталмаған болып табылады, яғни антеннадан сигнал барлық бағыттарға таралады. Жоғарғы жиiлiкті сигналды керiсiнше бағытталған сәулеге айналдыру мүмкiн.

Бағытталмаған орталарда жіберу және қабылдау антенна арқылы жүреді. Сигналды жіберу кезінде антенна электрмагниттi энергияны ортаға (әдетте ауа) таратады, ал қабылдау кезінде антенна қоршаған ортадан электрмагниттiк толқындарды ұстайды. Негізінен сымсыз тасымалдаудың екi формасы бар: бағытталған және бағытталмаған. Бағытталған тасымалдау кезінде жiберушi антенна фокусталған электрмагниттi сәуле таратады; демек, жiберушi және қабылдау антенналары мұқият бағытталуы керек. Бағытталмаған тасымалдау кезінде жіберуші антенна сигналды барлық бағыттарда таратады, сондықтан сигнал көптеген антенналармен қабылдана алады. Қанша да сигналдың жиiлiгі жоғарырақ болса, сонша да оны бағытталған сәулеге фокустау жеңілірек болады.

 

1.1 Сымсыз желілер ортасына қосылу әдістері

 

Сымсыз желілер ортасының шектелген қорына көп қолданушылардың қосылуының шешімін табу сымсыз жүйелердi құрастырудың негiзгi мәселелерiнiң бiрi. Стансалар арасында кеңiстiк, уақыт, жиiлiк және код параметрлері бойынша бөлiнуін негiзделген бiрнеше негiзгі қосылу әдiстерi бар (оларды кейде тығыздау немесе мультипликация жасау әдiстерi деп атайды). Әрбiр байланыс арнаға кеңiстiк, уақыт, жиiлiктi және өзара бөгеттердiң минималды болатын және жiберушi ортаның қасиеттерінің максималды қолданылатын кодты тарату тығыздаудың мақсаты болып табылады.

Кеңiстiктiң бөлiнуiмен тығыздау әдісі сигналдарды кеңiстiкте бөлуіне негiзделген. Басқаша айтқанда әрбiр сымсыз құрылғы тек қана бiр нақты аумақ шекараларындағы деректердi жібере алады. Кез келген басқа құрылғының осы аумақта өз деректерін жіберуіне тыйым салынады.

Егер радиостанса аумақтың ар жағында бекiтiлген белгiлi бір жиiлiкті болжаса, сонымен қатар сол аумақта басқа станса бұл жиiлiкті болжаса, онда радиотыңдаушылар сол стансалардың ешқайсысынан да таза сигнал ала алмайды. Егер радиостанса әртүрлi қалалардағы бiр жиiлiктерде жұмыс iстесе, оның жөнi басқа. Радиостансалардың сигналдары бiрін-бiрiне салынбайды да, бұрмалау болмайды, себебі бұл стансалардың шығаратын сигналдарының таратылуының алыстығы шектелген.

Жақында ғана өнеркәсiптiк жеке хабарлағыштардың әрекет ету аймақтарының дәл оқшаулауын жеткiлiктi қамтамасыз ететiн жүйелер дамығанға дейін бұл әдiс тиімсіз болып есептелдi. Абоненттiк және негiзгi стансалардың хабарлағыштарының қуатының адапттивтi қайта құруын қамтамасыз ететiн аппаратуралардың (және тиiстi стандарттардың) және сонымен қатар сектор антенналарының негiзiндегі жүйелердің (немесе бағытталатын диаграммамен қайта құрылатын антенналар) пайда болуымен осы әдістің кеңінен таратылуы қолданыста орын тапты. Мысалы – ұялы телефондық байланыс жүйелерінде.

Жиiлiк бөлiнуiмен тығыздау (Frequency Division Multiplexing, FDM) сұлбалар арқасында әрбiр құрылғы белгiлi бiр жиiлiкте деректердi жібереді, сол себепті бiр аумақта бiрнеше құрылғылар жұмыс iстей алады (1.1- суретті қара). Бұл әдіс белгілі әдістердің бірі болып табылғандықтан, ол қазiргi сымсыз байланыс жүйелерінде қолданылады.

 

1.1 Сурет - Арналардың жиiлiкті бөлiну қағидасы

 

Әртүрлi жиiлiкте жұмыс iстейтiн бiр қаладағы бiрнеше радиостансаларды жиiлiктік тығыздықпен көрсетілген сұлбасының көрнекi иллюстрациясы. Өзара бөгеттер болмауы үшiн олардың жұмыс жиiлiктерi бiр-бiрiнен қорғайтын интервалмен бөлiнуі керек.

Әрбiр сымсыз құрылымға арналған жеке жиiлiктiң ерекшеленуiн талап етілетiндiгiнен, бұл сұлбалар бiр жағынан нақтылы аумақтағы құрылымдар, өздігінен жиынды қолдануға мүмкiндiк бередi, әдетте тапшы жиiлiк қорларының керексiз ысырапшылығына алып келедi.

Уақыттық бөлiнумен тығыздау (Time Division Multiplexing, TDM) ыңғайлырақ сұлба болып табылады. Осы сұлбада арналар уақыттың әртүрлi аралықтарында таралады. Әрбiр хабарлағыш сигналды ылғи бiр  жиiлiкте s облысында, бiрақ уақыттың әртүрлі аралықтарында (әдеттегiдей циклмен қайталанатын) синхронизацияның жіберу процессiне талаптар қатал болғанда ғана жүргізеді (1.2 – суретті қара).

1.2 Сурет - Арналардың уақытша бөлiну қағидасы

 

Бұл сұлба ыңғайлы, өйткенi уақыт аралықтары желi құрылымдарының арасында қайтадан оңай бөліне алады. Үлкен трафикті құрылымдарда трафигі кiшi көлемді құрылымға қарағанда ұзағырақ интервалдар белгiленедi.

Дегенмен уақытша тығыздау әдiсі аналогты желiлерде қолданыла алмайды, бастапқы деректерi аналогты болса да, оларды цифрлық жүйеге аударуын және дестелерге бөлiктеуді талап етедi. Жеке дестенің тарату жылдамдығы әдеттегiдей, бастапқы цифрланған мәлiметтердiң тарату жылдамдығынан айтарлықтай асып түседi. Е1 арналар арқылы телефон трафигiнiң магистралдық жіберу әдiсі (желiлерде) уақытша тығыздауды қолдануға тән мысал. Тораптағы АТС-да әрбiр аналогты телефондық арна 64 кбит/с  жылдамдықты деректер ағынына айналады (цифрланған 8 рарядтық, 8кГц iрiктеу жиiлiгі). 8 бит бойынша 32 арналардың ішінен (30 телефон және 2 қызметтiк) бөлiктер циклдердi құрастырады. Әрбiр циклдың ұзақтығы - 125 мкс, сәйкесiнше, деректердi жіберу жылдамдығы — (32 х 8бит)/125мкс = 2048кбит/с (2048000бит/с). Осы ағын магистралдық арналар бойынша хабарландырылады және қабылдау соңында (демультиплексирленеді) қалпына келедi.

Күштi бөгеттер әсерінен арнада синхронизацияның қасақана немесе кездейсоқ  мәлiметтiң лездiк жоғалуы уақытша тығыздау жүйелерiнiң негiзгi кемшiлiгi. Дегенмен TDM жүйесін пайдаланудағы табысты тәжiрибесi атақты - GSM стандартының телефон желілерi, уақытша тығыздау жүйелерінің жеткiлiктi сенiмдiлiгi туралы куәландырады.

Кодтық бөлiнумен тығыздау (Code Division Multiplexing, CDM) мультипликсирлеудің соңғы түрі болып табылады. Бастапқыдан iске асырудың күрделiлiктермен байланысты осы сұлба әскери-соғыс мақсаттарына қолданылады, бiрақ артынан азаматтық жүйелердегi өз орнын тапты. Тiптi  арналардың бөлiнуіне негiзделген CDM атымен (CDMA - CDM Access) IS-95a ұялы телефон байланысының стандарты аталған, сонымен қатар ұялы байланыс жүйелерiнiң үшiншi ұрпақ стандарттарының қатарыда (cdma2000, WCDMA, тағы басқаларды) аталған. Осы сұлбада барлық хабарлағыштар ылғи бiр t уақытымен s облысында  жиiлiкпен, бiрақ әртүрлi ci кодтарымен сигналды жібереді.

Кодтық тығыздау қағидасының мысалы ретінде, бiр бөлмеде көп кiсi әртүрлi тiлдерде сөйлесетiн сияқты. Сонымен әр адам нақты тек бiр тiлді түсiнедi. Түсiнiксiз тiлдегi сөздерді әр адам өзі үшiн мағынасыз шу сияқты қабылдайды. Ал, ол осы шудың ішінен өзіне түсінікті тілдегі ақпарат ағынын қабылдайды.

CDM сұлбасында әрбiр хабарлағыш бастапқы деректер ағынының әрбiр битiн CDM-символымен алмастырады. Символ ұзындығы  11, 16, 32, 64 бит т.б. кодтық тiзбек (оларды чиптар деп атайды). Кодтық тiзбек әрбiр хабарлағышқа бірегей беріледі және екi кез келген CDM кодтың корреляциясы ең төмен болатындай етiп тередi (кейде, фазалық ығысу болған жағдайда CDM кодтың автокорреляциясы максималды болуы үшiн). Егер «1» бастапқы деректер ағындарындағы алмастыруға белгiсiз CDM-код қолданатын болса, онда әдеттегiдей, «0» алмастыру үшін  сол кодтың айналдырылған түрін қолданады.

Қабылдағыш қабылдау керек болатын хабарлағыштың CDM-кодын бiледi. Ол барлық сигналдарды үнемi қабылдайды, оларды цифрлайды. Содан соң  арнайы құрылымында (коррелятор) CDM-кодпен және оның инверсиясымен белгiлi онымен кiретiн цифрланған сигналдың (жинақталумен көбейту) орамының операциясын өндiрiп алады. Бұны CDM-кодпен кiретiн сигналдың векторының скалярлық көбейтуi және вектордың операциясы сияқты ықшамдалған түрде көруге болады. Егер коррелятордың шығуындағы сигнал белгiсiз қойылған табалдырықты деңгейден асса, қабылдағыш 1 немесе 0 қабылдағанды санайды. Хабарлағыштың қабылдауының ықтималдығын үлкейту үшiн әрбiр биттiң жiберуiн қайталай алады. Сонымен қатар басқа CDM-кодтарымен хабарлағыштар сигналдарын қабылдағыш аддитивтiк шу сияқты қабылдайды. Қолданылған сигналдың қуаты (әрбiр бит чиптарының ондықтарымен ауыстырылады) арқасында шудың үлкен артықшылығы интегралды қуатымен салыстырылатын бола алады. CDM ұқсастықтар - (гаусс ) кездейсоқ шуға сигналдары CDM қолдана - генератор туған псевдо кездейсоқ тiзбектердiң кодтары дегенiне жетедi. Мұндай кодтық тiзбектерді «шулы сияқты» деп атайды, сәйкесiнше, олар модульдеген сигналдарды «шулы сияқты сигналдардың сигналдары» (ШСС). ШСС арқылы жібергенде бастапқы мәліметтің спектрi көп рет кеңейеді. Сондықтан осы әдiсті кейде тiзбектiң түзуi арқылы сигналдың спектрiн кеңейту әдiсі (DSSS Direct Sequence Spread Spectrum) деп атайды, спектрдi кеңейту туралы кейін айтылады.

Осы тығыздаудың өте керек жағы, жоғарғы қорғаныс және деректердi таратудың жасырушылығы болып табылады: кодты бiлмей сигналды алу мүмкiн емес, кейде оның бар екенін де бiлдiрмеуі мүмкін. Бұдан басқа, тығыздаудың жиiлiк сұлбасымен салыстырғанда кодтық кеңiстiк ерекше қажет, ол жеке өз кодын әрбiр хабарлағышқа ерекше мәселесiз тағайындауға мүмкiндiк береді. Қабылдағыштардың техникалық iске асыру күрделiлiгi және дестені алуына кепiлдiк беру үшін  хабарлағыш пен қабылдағыштың дәл синхронизациясын қамтамасыз ету қажеттiлiгі осы уақытқа дейiн кодтық тығыздаудың негiзгi мәселесі болып табылды.

Кодтық және жиiлiк тығыздау әдiстерiнiң тағы бiр маңызды туындысы – ортогональді тасымалдау арқылы мультипликсирлеу механизмі (OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Оның мәнi: барлық жиiлiк диапазонды көп бөліктерге бөледi (жүздерден бастап бiрнеше мыңға дейін). Бiр байланыс арнасына (қабылдағыш және хабарлағыш) нақтылы заң бойынша көптеген жиынын таңдап, бiрнеше мұндай бөліктерді тағайындайды. Тасымалдау барлық бөліктер бойынша бiр уақытта өтеді, яғни әрбiр хабарлағышта шығу деректер ағыны N ағындарға бөлiнедi, N – осы хабарлағышқа тағайындалған бөліктердің саны. Жұмыс барысында бөліктердің үлестiрiлуі динамикалық өзгере алады, бұл процесс уақытша тығыздау әдiсімен салыстырғанда осы механизмнің кем емес екендігін көрсетеді.

OFDM технологиясының таратылуын осы уақытқа дейiн оның аппаратты iске асыру күрделiлiгi баяулатты. Дегенмен бүгiн жартылай өткiзгiш технологияларының дамуымен, бұл ендi бөгет болып табылмайды. Нәтижесінде, бүгiн OFDM әдiсi байланыс жүйесiнде қолданыла бастады, әсіресе IEEE 802.11a/g сияқты әйгiлi стандарттарда көбiрек қолданылады.

OFDM сұлбасының бiрнеше артықшылықтары бар. Бiрiншiден, селективтік өшулікке барлық сигнал емес, тек қана кейбiр арнаның бөліктері ұшырайды. Егер деректер ағыны қателердiң тура дұрыстауы кодпен қорғалған болса, онда осы өшулікпен күресу оңай. Ең маңыздысы, OFDM көпсәулелі ортада символаралық интерференцияны басуға мүмкiндiк бередi. Символаралық интерференция деректердi жіберу жылдамдығы үлкен болғанда түбегейлi ықпал етеді, өйткенi биттердiң (немесе нышандардың) арасындағы қашықтық аз болады. OFDM сұлбасында деректердi беру жылдамдығын N ретке азайтсақ нышанның берiлуi уақыттын N ретке үлкейтуге мүмкiндiк береді. Егер бастапқы ағынға арналған нышанның берiлуiн уақыт Ts-ты құраса, онда OFDM-ның сигналының мерзiмi NTs-қа тең болады. Бұл символ аралық бөгеттердiң ықпалын азайтуға айтарлықтай мүмкiндiк бередi. Жүйелерді жобалауда кезінде N-ді таңдаудың,  NTs шамасы арнаның тоқтаулары орташа квадраттық шашылудан едәуiр артық болуы керек.

 

1.2 Кеңейтілген спектр технологиясы

 

Кеңейтілген спектр әдiсі бастапқыда барлау және әскери-соғыс мақсаттары үшін жасалған. Сигналдың басуын немесе ұстап қалуын күрделендiруге едәуiр мүмкiндiк беру үшін радиодиапазонның кең жолағы бойынша ақпараттық сигналды бөлiп беру - әдiстiң ең негiзгi идеясы. Кеңейтілген спектр сұлба бойынша ең бiрiншi игерiлген әдіс - жиiлiктiң қайта құрылу әдiсі болғаны белгілі. Кеңейтілген спектрдiң қазiргі сұлбасы бiртiндеп тура тізбектелген кеңейту әдiсі болып табылады. Әртүрлi стандарттарда және сымсыз байланыс өнiмдерiнде әдістердің екеуі де қолданылады.

 

1.2.1 Жиiлiктi секiрiс тәрiздi қайта құру арқылы спектрiн кеңейту.

Жиiлiктiң секiрiс тәрiздi қайта құру арқылы спектрдi кеңейту (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) әдiстiң идеясы Ұлы Отан соғыс уақытында пайда болды. Сол кезде құпия келiссөздер және әскери объекттілерді басқаруға (мысалы торпедалар) радио кең қолданылған болатын. Радио байланысты таржолақты шумен ұстап немесе басып алмау үшін кең диапазонды жиiлiктер шектерiмен сигналды тұрақты алмастыру арқылы жіберу туралы ұсыныс жасалған. Нәтижесінде, сигналдың қуаты барлық диапазон бойынша жiктеледi де,  нақты жиiлiкті тыңдаған кезде тек қана кішкентай шуды бередi. Жиiлiктердiң тiзбегi тек қана хабарлағышқа және қабылдағышқа белгiлi болып псевдокездейсоқ сайланды. Сонымен бiрге кез келген тар диапазонда болса, ондағы сигналдың басу талпынысы шамалы басым болды, өйткенi мәлiметтiң тек қана кіші бөлiгiн нашарлатты.

1.3-шi сурет бұл әдiстiң идеясын көрсетеді. Жиiлiктердiң қайта құру тiзбегі :

1.3 Сурет - Жиiлiктi секiрiс тәрiздi қайта құру арқылы спектрiн кеңейту

 

Жіберілу нақтылы бекiтiлген уақыт интервалының ішінде өзгерiссiз жиiлiкте жүреді. Дискреттi мәлiметтi жіберу үшiн әрбiр жиiлiкте FSK немесе PSK сияқты модуляция әдiстерi қолданылады. Қабылдағыш пен хабарлағыш арасында синхронизация пайда болуы үшін, жіберілудің әрбiр периодын тіркеу үшiн біраз уақыт ішінде биттер берiледi. Дегенмен, бұл әдiстiң пайдалы жылдамдығы азаяды, себебі артынан синхронизацияны қосымша тұрақты кодтауға уақыт шығыны көп кетеді.

Алгоритм арқылы алынатын псевдокездейсоқ сандарда, жиiлiкті арна бөліктерінің нөмiрлерiмен сәйкестіріле тасмалдаушы жиiлiк те өзгередi. Псевдокездейсоқ тiзбегі кейбір параметрден тәуелдi болады, оны бастапқы сан деп атайды. Егер бастапқы санның алгоритмі және мәнi, қабылдағышқа және хабарлағышқа белгiлi болса, онда олар жиiлiктiң псевдокездейсоқ қайта құру деп аталатын, бiрдей тiзбекпен өзгертедi.

Егер арна бөліктерінің ауысу жиiлiгi, арнада деректердi беру жылдамдығымен салыстырғанда төмен болса, онда мұндай әдісті  спектрдi ақырын кеңейту деп атайды (1.4,a – суретті қара); басқа жағдайда біз спектрдi тез кеңейтуге ие боламыз (1.4,б- суретті қара).

Тез кеңейту спектр әдісі бөгеулікке басым тұрақты болады. Өйткені  таржолақты бөгеуіл нақты арна бөліктерінде сигналды басып отырады, оның мәнi биттiң жоғалуына, тағыда әр түрлi жиiлiктік арна бөліктерінде бірнеше рет қайталанылады. Осы режімде символ аралық интерференцияның тиімділігі айқындалмайды, өйткені сигналдың бір жол бойымен кідірісі келу уақытында  жүйе басқа жиiлiкке өтуге үлгереді.

Спектрді ақырын  кеңейту әдісі мұндай қасиетке ие болмайды, бiрақ та оны жүзеге асыру оңай және қосымша шығындары аз болады.

FHSS әдiстері Bluetooth және IEEE 802.11 сымсыз технологияларында қолданылады.

Басқа кодтау әдісі сияқты, FHSS әдiсiндегі жиіліктік диапазонды қолдану мұндай емес. Тиімді тар жолақты қолданудың орнына қол жеткізу диапазонын толығымен қолдану. Сырттай қарағанда бұл өте тиімді емес сияқты, бірақ  әрбiр уақыт мезетінде тек ғана бiрақ арна жұмыс iстейдi. Дегенмен соңғы бекiту әрдайым әдiл емес - кең спектрлі кодтарды кең диапазонда бiрнеше арнаны мультипликсирлеу үшін қолдануға болады. Кейде әр арна әр уақытта өз жиілігінде жұмыс жасау үшін, FHSS әдiсi әрбір арна үшін псевдокездейсоқ тізбекті таңдау арқылы бірнеше арналардың бірге жұмыс істеуін ұйымдастыра алады. (Әрине, бұны жасау үшін арналардың саны жиілікті арна бөліктерінің санынан көп болмауы керек.)

 

 

а)

 

б)

а чиптің жылдамдығы деректердi беру жылдамдығы жоғарыда,

б чиптің жылдамдығы деректердi беру жылдамдығы төменде.

 

1.4 Сурет –  Деректердi беру жылдамдығы және арна бөліктерінің ауысым жиiлiгiнiң аралығындағы байланыс

 

1.2.2 Тікке спектр тізбектерін кеңейту

Сонымен қатар  спектрдi тікке бiртiндеп кеңейту әдiсінде (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) бiр сымсыз байланыс торапқа арналған барлық жиiлiкті диапазон қолданылады. FHSS әдiсiне қарағанда барлық жиiлiк ауқымы жиiлiктен жиiлiкке ауыстырып қосу емес, мәлiметтiң әрбiр битi N биттермен ауыстыру арқасында толықтырылады, сондықтан сигналды тактілі тасымалдау жылдамдығы N ретке көбейеді. Бұл өз кезегiнде, сигнал спектрiнің N ретке кеңитілінеді. Сигналдың спектрi барлық диапазонды толтыру үшiн деректердi беру жылдамдығын және  N мәнін тиiстi түрмен таңдау жеткiлiктi. FHSS және DSSS әдiстерінің кодтау мақсаттары бірдей - бөгеттерге орнықтылығын жоғарлату. Сигнал спектрімен диапазонды толығымен қамту үшін N мәнімен мәліметтерді тарату жылдамдығын сәйкес таңдап алу қажет.

DSSS әдісінің кодалау мақсаты FHSS әдісі сияқты бөгеулікке тұрақтылықты ұлғайту болып табылады. Таржолақты бөгеулік сигнал спектрінің нақты жиілігінде ғана бұрмаланылады. Сондықтан, қабылдағыш үлкен деңгейлі ықтималдықпен берілген ақпаратты дұрыс табады.

Бастапқы мәлiметтiң екiлiк бiрлiгi арқылы ауыстырылатын код - кеңейтетiн тiзбек деп аталады, мұндай тiзбектiң әрбiр битi – чип деп аталады. Сәйкесiнше, қорытынды кодты тасымалдау жылдамдығын чиптік жылдамдық деп атайды. Екiлiк нөл кеңiтетiн тiзбектiң инверсия мәнiмен кодталады. Қабылдағыштар берiлетiн мәлiметтi түсiну үшiн хабарлағыш қолданатын кеңiтетiн тiзбектi бiлуi керек.

Кеңiтетiн тiзбектегi биттерiнiң саны бастапқы кодтың кеңейту коэффициентiн анықтайды. FHSS-тың жағдайы сияқты қорытынды кодтың биттерiн кодтау үшiн модуляцияның кез келген түрi қолданыла алады, мысалы BFSK.

Кеңейту коэффициенті үлкейген сайын қорытынды сигналдың спектрi кеңiрек және бөгеттердi жою дәрежесі көбiрек болады. Бірақ бұл жағдайда арнамен атқаратын спектр диапазоны өседi. Әдетте кеңейту коэффициентінің мәнi 10-нан 100-ге дейін болады.

Кеңiтетiн тiзбектiң мысалы ретінде 11 биттен тұратын Баркер (Barker) тiзбегін алуға болады: 10110111000. Егер хабарлағыш бұл тiзбектi қолданса, онда үш биттерiнiң 110 жіберілуі келесi биттердiң жіберілуіне  бағытталалады:

10110111000 10110111000 01001000111.

Баркер тiзбегі хабарлағыш пен қабылдағыш арасында жылдам синхронизациялауға мүмкiндiк бередi, демек тiзбектiң басын берiк айқындау. Қабылдағыш мұндай оқиғаны тiзбектiң үлгiсi бар алынатын биттерi кезекпен салыстыра анықтайды. Шындығында, егер Баркер тiзбегін осындай тізбекпен  салыстырсақ, бiр битке солға немесе оңға жылжытылған, онда біз биттер мәндерiнiң сәйкес келуі жартысынан да азын аламыз.

Демек, тiптi бiрнеше биттердiң бұрмалануы болған жағдайда қабылдағыш тiзбектiң басын дұрыс анықтай алу ықтималдығы үлкен, сондықтан алынатын мәлiметтi дұрыс түсiндiрiп бере алады.

DSSS әдiсі спектрдi тез кеңейтуi әдiсіне қарағанда бөгеттерден кiшiрек қорғалынған, себебі қуатты таржолақты бөгет спектр бөлiгіне демек, бiрлiктер немесе нөлдердi айырып тану нәтижесіне де ықпал етеді.

 

2 IEEE 802.11 архитектурасы

 

IEEE 802.11 сымсыз жергiлiктi жүйелердегі ең әйгiлi стандарт. Бұл облыста тағы басқа стандарттар бар болғанын байқаймыз (Нақты алғанда, ETSI институты HIPERLAN 1 стандартын жасады), дегенмен өндiрушiлердiң көпшiлiгi жабдықтарды IEEE 802.11 спецификациялармен сәйкес шығарады [2].

 

2.1 IEEE 802.11 хаттамаларының стегі

 

IEEE 802.11 стандарттың хаттамаларының стегi 802 комитеттiң стандарттарының жалпы құрылымына сәйкес келедi, демек LLC деңгейi жұмыс iстейтiн физикалық деңгей және MAC деңгейiнен құрылады. 802 технологияларының барлығында 802.11 технологиясы төменгi екi деңгей арқылы физикалық деңгеймен және MAC деңгейiмен анықталады, ал LLC деңгейi LAN функцияның барлық технологияларына ортақ өз стандартын орындайды. Сымсыз ортада өткiзгiш ортаға қарағанда кадрлардың бұрмалауының ықтималдығы үлкенірек болғандықтан, LLC деңгейi LLC2 режімінде қолданылуы керек. Бiрақ ендi бұл 802.11 технологиядан тәуелдi болмайды, LLC деңгейiнiң жұмыс тәртiбi жоғарғы деңгейдегі хаттамалармен алынады.

IEEE 802.11 құрылымы 2.1 – суретте көрсетілген.

 

2.1 Сурет – IEEE 802.11 хаттамаларының стегі

 

Физикалық деңгейде қолданылатын жиілік диапазонда, кодтау әдісінде және деректерді беру жылдамдығында айырмашылығы болатын спецификацияның бірнеше нұсқасы бар. Физикалық деңгейдiң барлық нұсқасы ылғи бiр MAC деңгейiнiң алгоритмімен жұмыс iстейдi, бiрақ MAC деңгейiнiң кейбiр уақыттық параметрлерi қолданылатын физикалық деңгейден тәуелдi болады.

 

 

2.2 802.11 стандартының ортаға қосылу деңгейi

 

802.11 желiлерде MAC деңгейі бөлетiн ортаға қосылудың екi режімді қамтамасыз етедi: орнатылған режім DCF (Distributed Coordination Function) және  орталықтандырылған режім PCF (Point Coordination Function).

 

DCF қосылуының орнатылған режімі

 

DCF орнатылған режіміне қосылуын қамтамасыз етуді қарап шығамыз. Осы режімде «тасымалдайтынды бақылаумен және қайшылықтардың болмауын сақтап қалумен көптiк қосылу» (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA ) әдiсi жүзеге асырылады. Сымсыз желiлердегі тиiмсiз CSMA/CD әдiсi бойынша қайшылықтарды бірден анықтаудың орнына, олардың жанама анықталуын қолданылады. Ол үшiн әрбiр жіберілген кадр тағайындау стансасымен жiберiлетiн дұрыс кадрменен расталуы керек. Егер белгілі уақыттың (тайм-аут) ішінде растау түспесе, онда жіберетін стансада қайшылық пайда болған деп санайды.

DCF қосылу режімі стансалардан синхронизациясын талап етедi. 802.11 спецификацияларда бұл мәселе әдемi шешілді - уақыт аралықтары кезектi кадрдың тасымалдауы аяқтаған моментінен санала басталады (2.2- суретті қара).  Бұл ешқандай арнайы синхрондаушы сигналдардың жіберілуін талап етпейдi және слоттың өлшемiмен пакеттiң өлшемiне шек қоймайды, себебі слоттар тек кадрдың жіберуін бастау туралы шешiм қабылдаудан ғана қабылданады.

2.2 Сурет DCF

 

Кадр жібергісі келген станса алдын ала ортаны естуге мiндеттi. IEEE 802.11 стандарты арнадағы белсендiлiкке бақылаудың екi механизмді ескередi (тасымалдаушының табылуы): физикалық және виртуалды. Бiрiншi механизм физикалық деңгейде iске асырылған, антеннадағы сигнал деңгейiн анықтау және оны табалдырықты шамамен салыстыру. Тасымалдаушының табылу виртуалды механизмі кадрмен жіберілген мәлiметтерде және RTS/CTS бағдарлаушы кадрларында пакеттiң (немесе пакеттердiң тобы) жіберілуіне және растауды алуға қажеттi уақыт туралы мәлiметтің болуына негiзделген. Желiнiң барлық құрылымдарын  жіберу туралы мәлiметтердi алады және арнаның қанша уақыт бос болмауын анықтай алады, демек байланысты орнатқанда құрылым барлығына қай кезде арнаны резервтеуін хабарлайды. Станса, кадрдың жіберілуі аяқтағанын бекiткенде, ол кадраралық интервалға тең (IFS) уақыт интервалын есептеуге мiндеттi. Егер IFS өткеннен кейiн орта әлi де еркiн болса, онда ұзақтығы бекiтiлген слоттардың есептеуi басталады. Орта бос болған кезде, кадрды бастапқы слоттардың біреуімен ғана таратуға болады. Станса жіберу үшін қиық  экспоненциалды екiлiк кейiнге қалдыру алгоритм негізінде слоттарды таңдап алады, CSMA/CD әдiсінде де осыны қолданады. Слоттың нөмiрi бiр қалыпты таратылған интервалдан [0, CW] кездейсоқ бүтiн сан болып алынады, бұл жерде CW - Contention Window (бәсекелестiк терезе) екенін бiлдiреді.

Слоттың өлшемi мен бәсекелестiк терезенiң шамасын таңдау туралы сәл кейінірек айтылады. Ендi бұл қарапайым емес қосылу әдiсiн мысал арқылы қарап шығамыз (2.2 – суретті қара). Станса жіберу үшін қиық  экспоненциалды екiлiк кейiнге қалдыру алгоритміне негізделген 3-шi слотты таңдаған болсын. Сонымен бiрге ол кейiнге қалдыру таймердің мәнін 3-ке тең деп алады да (оның тағайындауы ары қарай сипаттамада болады), әрбiр слоттың басында ортаның күйiн тексередi. Егер орта бос болса, онда кейiнге қалдыру таймердiң мәнiнен 1-ге шегередi, ал егер нәтиже нөлге тең болса, онда кадрдың жіберілуі басталады.

Осылайша, барлық слоттардың таңдалғанды қоса, бос болу шарты қамтамасыздандырылады. Бұл жіберілудің басталуы үшiн негізгі шарт болып табылады.

Егер кез келген слоттың басында орта бос болмаса, онда бiрлiктiң алуы болмайды да, таймер «тоңазытылады». Осы жағдайда станса тек тасымалдау үшін слотты таңдау алгоритмін өзгертіп ғана ортаға қосылудың жаңа циклiн бастайды. Алдыңғы циклдегiдей станса ортаны қадағалайды және оның босаған кезінде  кадр аралық интервалдағы уақытқа үзiлiс жасайды. Егер орта бос қалса, онда станса слоттың нөмiрi ретiнде «тоңазытылған» таймердiң мәнiн қолданады және жоғарыда айтылғандай бiрлiктердiң алумен еркiн слоттарды тексеру процедурасын кейiнге қалдыруды таймердiң «тоңазытылған» мәнiнен бастап орындайды.

Cлоттың өлшемi сигналды кодалау әдiсіне тәуелдi болады; осылайша, FHSS әдiсi үшін слотының өлшемi 28 мкс-ке тең болады, ал DSSS әдiсі үшін 1 мкс. Слоттың өлшемi желі ішінде кез келген екi стансаның арасындағы сигналды тарату уақытынан, оған қоса станса ортаның босалуына тексеруге жұмсалатын уақытынан асып түсуі үшiн таңдалады. Егер мұндай шарт сақталса, онда желi ішіндегі әрбiр станса слоттарды тыңдағанда кадр жіберілуінің басын дұрыс анықтай алады. Бұл өз кезегiнде, келесiні бiлдiредi.

Қайшылық тек бiрнеше стансалар жіберуге арналған бiрдей слотты таңдаған жағдайда ғана бола алады.

Осы жағдайда кадрлар бұрмалайды да, алушы стансаларынан түбіртек қағаздары келмейдi. Жiберушiлер түбіртек қағазы белгiлi бiр уақытта алынбаса, қайшылықты бекiтедi және өз кадрларын жаңадан жіберуге тырысады. Әрбiр кадрды жіберген сайын қайтадан сәтсiз талпыныстан кейін слоттың нөмiрiн таңдайтын  интервал [0, CW] екi есе өседi. Мысалы, егер терезесiнiң бастапқы өлшем 8-ге (демек CW=7) тең  таңдалған  болса, онда бiрiншi қайшылықтан кейiн терезенiң өлшемi 16-ға (CW=15) тең бол болуы керек, екiншi қайшылықтан кейiн - 32 т.с.с. CW-ның бастапқы мәні сымсыз жергiлiктi жүйеде қолданылатын физикалық деңгейдiң түрiне байланысты 802.11 стандартымен сәйкес таңдалуы керек.

CSMA/CD әдiсiнде сияқты, осы әдісте де бiр кадрдың сәтсiз жіберу талпыныстарының саны шектелген, бірақ 802.11 стандарты бұл жоғарғы шектiң дәл мәнiн бермейдi. N талпыныстардағы жоғарғы шегi жеткенде, кадр серпiледi, ал қайшылықтардың есептеуiшi нөлге бекiтiледi. Сонымен бiрге, егер бірнеше сәтсiз талпыныстардан кейiн кадр ойдағыдай жіберілсе, онда есептеуiш бұл жағдайда да нөлге бекiтiледi.

 

Жасырын терминалдың мәселесi

 

Сымсыз желiлерде (А және B) екi құрылым алыс және бiр-бiрiн естiмейтін жағдай болуы мүмкiн, бірақ екеуі де үшiншi С құрылымның қамту аймағына кіреді. Оны жасырын терминал мәселесi деп атайды (2.3 – суретті қара). Егер екi құрылғы тасымалдауды бастаса, онда олар пакеттердiн неге өтпейтiндігін және даулы жағдайды анықтай алмайды.

 

2.3 Сурет - Жасырын терминал мәселесiнiң иллюстрациясы

 

DFC қосылу режімінде жасырын терминалдың тиімділігін жоюға арналған шаралары қолданылады. Ол үшiн ортаны алғысы келген және суреттеп айтылған алгоритммен сәйкес станса нақтылы слоттағы кадрдың жіберуін бастайды, біріншіден мәлiметтік кадрдың орнына  RTS (Request To Send - жіберілуге сұрау салу) қысқа қызметтiк кадрын алушы стансаға жiбередi. Осы сұрау салуға алушы станса  CTS (Clear To Send - берiлуге еркiн) қызметтiк кадрмен жауап беруi керек, содан кейін  жіберуші станса мәлiметтiк кадрын жiбередi. CTS кадры сол стансаның сигналының аймақтарынан тыс болатын стансаларға ортаның алуы туралы хабарландыруы керек, бiрақ алушы стансаның аймағында, демек жіберуші станса үшін жасырын терминал болып табылады.

802.11 мәлiметтік кадрдың максимал ұзындығы 2346 байтқа тең, RTS-кадрының ұзындығы - 20 байт, CTS-кадрының - 14 байт. CTS пен RTS кадрлар мәлiметтік кадрға қарағанда анағұрлым қысқа болғандықтан, қайшылығының нәтижесінде CTS пен RTS кадрлардың деректерді жоғалтуы мәлiметтік кадрларының деректерді жоғалтуымен салыстырғанда анағұрлым аз. CTS пен RTS кадрлар арасында айырбастау процедурасының керегі жоқ. Желiнiң ептеген жүктемесі арқылы одан бас тартуға болады, себебі осындай жағдайда қайшылықтың болуы сирек, демек, CTS пен RTS кадрлар арасындағы айырбастау процедурасын орындауына қосымша уақытты босқа шығарудың керегі жоқ.

 

Фрагментациялау

 

Фреймнiң фрагментациясы - бұл MAC деңгейiнде атқарылатын функция. Оның мақсаты - сымсыз орта арқылы фреймдердiң жіберілуінің сенiмдiлiгін жоғарлату. Ішкі -фрагментация түсінігін фреймді ұсақ бөлшектерге бөлуі және осы бөлшектерді бөлек жіберуі деп түсінуге болады (2.4-шi сурет). Кiшi бөлiктiң шу болған сымсыз орта арқылы табысты жіберілуінің ықтималдылығы жоғары деп есептейдi. Фреймнiң әрбiр бөлiгiнiң алуы бөлек расталады; демек, егер фреймнiң бөлiгi қандай болмасын қатемен тапсырылса немесе қайшылыққа кiрген болса, онда барлық фреймді емес тек осы бөлік қайтадан жiберіледі. Бұл ортаның өткiзу қабiлетiн үлкейтедi.

 

2.4 Сурет  Фреймнің фрагментациясы

 

Бөлiктiң өлшемiн желiнiң администраторы бере алады. Бөлшектеуге тек қана бiр адрестi фреймдер қаралады. Көп адрестi немесе кең хабарлағыш фреймдер бiржола берiледi. Бұдан басқа, фреймнiң бөлiктерi DCF ортасына қосылу механизмінің итерациясын қолдану дестесімен жіберіледі.

Фрагментация арқылы сымсыз жергiлiктi жүйелерде фреймдердiң жіберілу сенiмдiлiгін арттырсақ та, ол 802.11 стандартты МАС-хаттаманың «қосымша шығындардың» үлкеюіне алып келедi. Фреймнiң әрбiр бөлiгi 802.11 MAC басында болатын мәлiметтi қосады, сонымен бiрге тиiстi растау фреймнiң жіберілуін талап етедi. Бұл МАС-хаттаманың қызметтiк сигналдарының санын үлкейтедi және сымсыз стансаның нақты өнiмдiлiгiн төмендетедi. Фрагментация – бұл сенiмдiлiк пен ортаның өнiмсiз жүктеуiнiң аралығындағы баланс.

 

PCF қосылудың орталықтандырылған режімі

 

Желiлерде қосылу нүктесiнiң функциясын орындайтын станса болған жағдайда трафиктiң басты қызмет көрсетуiн қамтамасыз ететiн PCF қосылудың орталықтандырылған режімі де қолданылады. Осы жағдайда қосылу нүкте ортаның төресiнiң рөлiн ойнағаны деп айтады.

802.11-шi желiлердегi PCF қосылу режімі DCF режімімен қатар тіршілік етеді. Екеуі де кадраралық интервалдардың үш түрiнiң көмегiмен үйлестiредi (2.5 - сурет).

 

2.5 Сурет PCF және DCF режімдерінің қатар тіршілік етуі

 

Ортаның бос болғаннан кейін әрбiр станса тұрып қалған уақытты санайды, оны үш мәндермен салыстыра :

- кадраралық қысқа интервал (Short IFS, SIFS);

- PCF режімінің кадраралық интервалы (PIFS);

- DCF режімінің кадраралық интервалы (DIFS).

DCF таралған процедурасының көмегiмен ортаның алуы тек қана DIFS-ке қарағанда тең немесе көп уақыттың аралығында сол орта еркiн жағдайда болғанда ғана мүмкiн. Демек, DCF режімінде IFS ретiнде үшеуінен ең ұзақ периодты болғандықтан, бұл режімге ең кішкентай басымдылықты  беретін - DIFS интервалын қолдануы керек.

SIFS кадр аралық интервалының мәні ең кiшi, түбіртек қағаздарымен немесе басталған кадрды жіберуді немесе жалғастыратын ортаның бiрiншi кезектегi қамтуы үшін жауап CTS-кадрларымен қызмет көрсетедi.

PIFS кадр аралық интервалының мәнi SIFS-ке қарағанда көбiрек, бiрақ DIFS-ке қарағанда аз. PIFS және DIFS аяқтауының аралығымен уақыт аралығында ортаның төресiн пайдаланады. Осы аралықта ол тексерiлетiн период басталатының барлық стансаларға хабарлайтын арнайы кадрды жібере алады. Бұл кадрды алғаннан кейін, ортаны алу үшін DCF алгоритмін пайдаланғысы келетiн стансалар бұны жасай алмайды, олар тексерiлетiн периодтың аяқталуын күтуі керек. Бұл периодтың ұзақтығы арнайы кадрда жарияланады, бiрақ бұл период егер стансада трафиктiң тоқтауларына сезгiштігі жоқ болса, ертерек бiте алады. Төре осы жағдайда DCF тәртiбi DIFS интервалының өтуiнен кейiн жұмыс iстеген қызметтiк кадрды алып бередi.

Басқарылатын интервалда PCF орталықтандырылған қосылу әдiсi жүзеге асырылады. Арбитр (төре) әрбір мұндай стансаларға кезекпен ортаны қолдануға құқығын тағайындауға сұрау процедурасын орындайды да, оған арнайы кадрды  жібереді. Станса, мұндай кадрды қабылдағаннан кейін арнайы кадрдың қабылдауын растайды және бiр уақытта мәлiмет жібере алады (өтпелi тасымалдауға арналған төренiң мекенжайы бойынша немесе тiкелей стансаға).

Ортаның қандай да болса үлесі асинхрондық трафикте қалу үшiн тексерiлетiн периодтың ұзақтығы шектелген. Оның аяқталуынан кейiн төре тиiстi кадрды жібереді және тексермелетiн период басталады.

Әрбiр станса PCF режімінде жұмыс iстей алады, ол үшiн бұл қызметтi желiге қосылғанда қол қою керек.

 

MAC кадры

 

2.6, а суретте, 802.11 кадрдың форматы көрсетiлген. Келтiрiлген жалпы құрылым барлық ақпараттық және бағдарлаушы кадрлар үшiн қолданылады, бірақ барлық жағдайларда өрiстердің барлығы қолданылмайды. Ортақ кадрдың өрiсiн санап шығамыз:

-        Кадрмен басқару. Кадрдың түрi көрсетiледi және  басқарушы мәлiмет жеткiзiлiп берiледi (төменде түсіндірілген).

-        Қосудың ұзақтығының идентификаторы. Егер ұзақтықтың өрiсi қолданылса, MAC кадрын табысты жіберу үшін арнаны ерекшелеуге керек уақыт (микросекундтердегi) көрсетiледi. Кейбiр басқару кадрларындағы бұл өрiсте қауымдастық немесе қосу идентификаторы көрсетiледi.

-        Адрестер. Адрестердің сан және өрiс мәнi контексттен тәуелдi болады. Адрестің келесi түрлерi болуы мүмкiн: көз, тағайындау, жiберушi станса, қабылдаушы станса.

-        Кезектiлiкпен басқару. Фрагментациялау және қайтадан құрастыру үшін қолданылатын 4-биттен тұратын ішкі алаң фрагмент нөмiрінен және қабылдағышпен хабарлағыш арасындағы мәлiмет берiлетiн кадрларды нөмiрлеу үшін қолданылатын 12-бит реттiк нөмiрден тұрады.

 

2.6 Сурет MAC IEEE 802.11 кадрының форматы

 

-        Кадр денесi. MSDU модулі немесе MSDU бөлiгiнен тұрады. Осы жағдайда MSDU -  бұл LLC хаттамаларының мәлiметтік модулі немесе MAC басқарушы мәлiметi.

-        Кадрдың бақылау тiзбегi. Артықшылығы бар жұптықтың 32-бит тексеруi.

2.6, б - суретте көрсетілген кадрмен басқарушы өрiс, келесi өрiстерден тұрады.

-        Хаттаманың түрі. 802.11 түрі, қазіргі түрі - 0.

-        Түр. Кадрдың түрiн анықтаймыз: бақылау, басқару немесе мәлiметтер.

-        Iшкi түр. Кадрдың функцияларының ары қарай теңестiрілуi. Түрлер және iшкi түрлердiң шешiлген тiркестерi 2.1 кестеде атап көрсетiлген.

-        DS-ке. Егер кадр таратушы жүйеге арналса, MAC басқарушы функциясы 1-шi мәндi бұл битке тағайындайды.

-        DS-тен. Егер кадр таратушы жүйеден шықса, MAC басқарушы функциясы 0-шi мәндi бұл битке тағайындайды.

-        Бөлiктері көбiрек. Егер бөлiктiң мәлiметiнен соңынан бiрнеше бөліктер келсе, онда  1 бит болады.

-        Қайталау. Егер кадр мәлiметі қайтадан тарату алдыңғы болып табылса,  онда 1 бит.

-        Қуатпен басқару. Егер жiберушi станса күту режімінде болса, онда 1 бит.

-        Мәлiметтер көбiрек. Станса барлық емес мәлiметтердi тапсырғанды көрсетедi. Әрбiр мәлiметтік блок бiр кадр ретiнде немесе бiрнеше кадрлардағы бөлiктерiнiң тобы ретінде жіберіле алады.

2.1 Кесте –  Түр және iшкi түрдiң шешiлген комбинациялары

Түрдің мағынасы

 Түрдің бейнеленуі

Кіші түрдің мағынасы

Кіші типтің бейнеленуі

00

Басқару

0000

Ассоциацияны сұрау

00

Басқару

0001

Ассоциацияны сұрауға жауап

00

Басқару

0010

Қайта ассоциацияны сұрау

00

Басқару

0011

Қайта ассоциацияны сұрауға жауап

00

Басқару

0100

Тестік сұрау

00

Басқару

0101

Тестік сұрауға жауап

00

Басқару

1000

Сигналды кадр

00

Басқару

1001

Трафиктін бар болғанын хабарлау          

00

Басқару

1010

Ассоциацияның үзілуі

00

Басқару

1011

Аутентификация

00

Басқару

1100

Аутентификацияны бұзу

01

Бақылау

1010

PS-сұрауы

01

Бақылау

1011

Тасымалдауға сұрау

01

Бақылау

1100

"Тасымалдауға дайын"

01

Бақылау

1101

Растау

01

Бақылау

1110

ЖарыссызF)-соңы

01

Бақылау

1111

CF-соңы + CF-растау

10

Мәлiметтер

0000

Мәлiметтер

10

Мәлiметтер

0001

Мәлiметтер + CF-растау

10    

Мәлiметтер

0010

Мәлiметтер + CF-сұрау

10   

Мәлiметтер

0011

Мәлiметтер + CF-растау + CF-сұрау

10

Мәлiметтер

0100

Нөлдік функция (мәліметтерсіз)

10     

Мәлiметтер

0101

Мәлiметтер + CF-растау

10

Мәлiметтер

0110

Мәлiметтер + CF-сұрау

10

Мәлiметтер

0111

Мәлiметтер + CF- растау + CF- сұрау

 

-        WEP. Егер (wired equivalent privacy WEP) өткiзгiш баламаның оңашалығының алгоритмі iске асырылса, онда 1 бит. WEP хаттамасы шифр кiлттерiнiң қауiпсiз мәлiмет алмасуда қолданылады.

-        Рет. Егер кадрлар орын-орнымен қатал түрде өңделетін болса, адресатты  көрсетушi қатал реттiлеулер қызметтi қолданылса, онда  ол 1 битті құрайды.

Ендi MAC кадрларының әртүрлi түрлерiн қарап шығамыз.

 

Бақылау кадрлары

 

Бақылау кадрлары ақпараттық кадрлардың сенiмдi жеткiзулерiне мүмкiндiк туғызады. Бақылау кадрларының алты iшкi түрi бар.

-        Сұрау (PS - сұрау) үнемдi режімнен шығуынан кейiн. Кадр мәлiмет қосылу нүкте қосатын стансадан кез келген стансаға берiледi. Кадрда кадрдың жіберілуін сұрайды, станса қуат жинаған режімінде және осы уақытта қосылу нүктесiнiң буфер орналастырылған болғанда.

-        (RTS) берiлудi сұрау салу. Кадр деректердi сенiмдi жіберуге қамтамасыздандыруға қолданылатын мәлiмет төрттiктiң бiрiншiсi болып табылады. Бұл мәліметті жiберген станса адресатқа және осы мәліметті қабылдай алатын стансаларға ақпараттық кадрды жіберетін өз талпынысы туралы ескертедi.

-        «Жіберілуге дайын» (CTS). Төрт кадрлық сұлбаның екiншi кадры. Адресат стансадан жіберуші стансаға ақпараттық кадрдың жiберу құқығы келеді.

-        Растау (АСК). Басқарушы кадр немесе PS кадрының - алдыңғы мәлiметтердiң қабылдағанын растау.

-        Жарыссыз (СF)-соңы. Жарыссыз периодтың аяғын жариялайды; таралған қосылу режімін қолдану стратегиясының бөлiгi.

-        CF - соңы + CF - растау. CF – соңы кадрды растайды. Бұл кадр периодты жарыссыз бiтiредi және стансаларды бұл периодпен байланысты болған шектеулерден босатады.

 

Ақпараттық кадрлар

 

-        Екi топқа жиылған ақпараттық кадрлардың сегiз iшкi түрi бар. Алғашқы төртеуінің iшкi-түрі бастапқы стансадан станса адресатқа жоғарғы деңгейлі мәлiметтерді тасымалдайтын кадрларды анықтайды. Бұл кадрларды айтып шығамыз.

-        Мәлiметтер. Жай ғана ақпараттық кадр. Жарыс периодында да жарыссыз периодында да қолданыла алады.

-        Мәлiметтер + CF-растау. Тек жарыссыз периодында ғана жіберіле алады. Осы кадрдың ішінде мәлiметтен басқа бұрын қабылданған мәлiметтің растауы да болады.

-        Мәлiметтер + CF-сұрау. Жылжымалы стансаға мәлiметтерді жеткiзу және оның буферiнде болатын жылжымалы стансадан ақпараттық кадрына сұрау салуға арналған нүктелiк координатор болып қолданылады.

-        Мәлiметтер + CF-растау + CF-сұрау. жоғарыда айтылған екi кадр функцияларын бiр кадрға бiрлестiредi.

Қалған төрт ақпараттық кадрлардың iшкi-түрлері iс жүзiнде қолданушының мәлiметтерiн тасымалдамайды. «Нөлдiк функция» ақпараттық кадр мәлiметтерді де, сұрау салуларды да, растауларды да тасымалдамайды. Ол тек кадрды басқару өрiске қоректенудi басқаратын биттi қосылу нүктесiне тасымалдау үшін ғана қолданылады, сонымен бірге стансаның төмендетiлген энергия тұтынуы режіміне өткендігін көрсетеді. Қалған үш кадрдың да (CF-растау, CF-сұрау салу, CF-растау + CF-сұрау салу) жоғарыда айтылған кіші кадрларын (мәлiметтер + CF-растау, мәлiметтер + CF-сұрау салу, мәлiметтер + CF-растау + CF-сұрау салу) сияқты функциялары бар, бiрақ қолданушы мәлiметтерді тасымалдамайды.

 

Басқару кадрлары

 

Басқару кадрлары стансалар және қосылу нүктелерiнiң арасындағы байланысты басқаруда қолданылады. Келесi iшкi түрлері болады:

-        Қауымдастықтың сұрау салуы. Қызметтердiң негiзгi жиыны (Basic Service Set, BSS) бар осы желi арқылы қауымдастықтан сұрау салу мақсатымен қосылу нүктесiне стансамен жiберіледi. Кадрда, мысалы, шифрлауды қолдануға мүмкiн бе немесе станса сұраққа жауап беруге қабiлетi бар ма екенін хабарлайтын   мүмкiндiктер туралы мәлiметтерден тұрады.

-        Қауымдастықтың сұрауға жауабы. Қосылу нүктесiмен қайтарылады және қауымдастықтың сұрау салуы қабылданғанын көрсетедi.

-        Қайтадан қауымдастықтың сұрау салуы. Қосылу нүктесi болатын қауымдастықты жаңа BSS-те орнатуға керек болған жағдайда BSS аралығында өткенде стансамен жiберіледi. Жай қауымдастық ғана емес, қайтадан қауымдастықты пайдалану арқылы жаңа қосылу нүктесiне ескi нүктемен ақпараттық кадрлардың жаңа адреспен жіберу туралы уәделесуге мүмкiндiк бередi.

-        Қайтадан қауымдастықтың сұрауға жауабы. Қосылу нүктесiмен қайтарылады және қайтадан қауымдастықтың сұрау салуы қабылданғанын көрсетедi.

-        Сынақ сұрау салу. Басқа стансадан немесе қосылу нүктесiнен мәлiметтi алу үшін стансамен қолданылады. Кадр IEEE 802.11 стандартты BSS-ті таратпаушылық үшін қолданылады.

-        Сыналатын сұрау салуға жауап. Сыналатын сұрау салуға жауап беру.

-        Сигналдық кадр. Периодпен жіберіледі, жылжымалы стансаларға BSS-ты белгiлеуге және таратпаушылыққа мүмкiндiк бередi.

-        Трафиктiң бар болуын хабарлау. Жылжымалы станса бұл стансаның буферiнде басқаларға бағытталған кадрлар бар екенін басқаларға (төмендетiлген энергия тұтыну режімінде бола алатын) ескерту мақсатымен жiбередi.

-        Қауымдастықтың үзiлуi. Станса қауымдастықты жою үшін қолданады.

-        Аутентификация. Стансаларды аутентификациялау үшiн көптiк кадрлар қолданылады.

-        Аутентификацияның жойылуы. Қауiпсiз  байланысты тоқтату үшін жіберіледі.

 

 

 

2.3 IEEE 802.11 стандарттың физикалық деңгейiнiң технологиялары

 

802.11 MAC төменгi деңгейiмен қолдануға мүмкіндік беретін 802.11 стандарттардың жиынтығы физикалық деңгейдегі (PHY) технологиялардың бiр қатарын анықтайды. Бұл бөлім төменде аталатын PHY деңгейінің әрбiрiн қарайды:

- 2,4 ГГц диапазонында (frequency hopping) жиiлiктiң секiрiс тәрiздi қайта құруымен 802.11-шi стандарттың PHY-сы деңгейі;

- 2,4 ГГц диапазонында (direct sequence) тiзбектiң тура әдiсі арқылы спектрдi кеңейтумен 802.11-шi стандарттың PHY-сы деңгейі;

- 2,4 ГГц диапазонында қошеметтi кодалаумен 802. 11b-шi стандарттың PHY-сы деңгейі;

- 5 ГГц диапазонында (orthogonal frequency division multiplexion, OFDM) ортогональды жиiлiктік мультиплексирлеумен жасауымен 802.11-шi стандарттың PHY -ның деңгейi;

- 2,4 ГГц диапазонында 802.11g стандарттың ((ERP) layer) extended rate physical) ұлғаймалы физикалық деңгейi.

802.11 стандарттың физикалық деңгейлерiнiң негiзгi тағайындалуы - MAC төменгi деңгейге арналған сымсыз берiлудiң механизмдері, сонымен қатар  қамтамасыз ететін MAC-тың төменгi деңгейi туралы хабарлау және сымсыз ортаның күйiн бағалайтын қатынас екiншi функциялар орындалуын қолдауды айтады. МАС және PHY деңгейлерi олар тәуелсiз болатындай етiп жасалды. MAC және PHY төменгi деңгей аралығындағы тәуелсiздiк  802.l1b, 802.11 және 802.11g стандарттардағы айтылған қосымша өте жылдам физикалық деңгейлердi қолдануға мүмкiндiк бердi.

802.11 стандарттың физикалық деңгейлерiнің әрбiрi төменгi екi деңгейден тұрады:

-        (PLCP) Physical Layer Convergence Procedureлер. Физикалық деңгейдiң күйiн анықтайтын процедура.

-        (PMD) Physical Medium Dependentтер. Физикалық деңгейдiң ішкідеңгейі тарату ортадан тәуелдiлігі.

Бұл төменгi деңгейлердің бір-бірімен және жоғарғы деңгейлермен қатынасы бар екені  2.7 - суретте көрсетiлген.

 

2.7 Сурет PHY деңгейiнiң төменгi деңгейлерi  және ашық жүйелерде  (Open System Interconnection, OSI) өзара әрекеттесу үлгiлері

 

PLCP негiзiндегі төменгi деңгей МАС аралығында (MAC protocol data units, MPDU) MAC хаттамасының мәлiмет элементтерiнiң орын ауыстыруымен iске асатын (handshaking layer) өзара әрекеттесуді қамтамасыз ететін деңгей болып табылады. Жіберу және мәлiметтердi қабылдау әдiсі не бiр сымсыз орта арқылы жүзеге асырылатын PMD төменгi деңгейді қолданатын стансалар жүзеге асырылады. PLCP және PMD төменгi деңгейлер стандарттың әртүрлi нұсқаулары үшiн 802.11 айырмашылығы болады.

Физикалық деңгейді қарастырудың алдында, осы уақытқа дейін айтылмаған физикалық деңгейдің құраушысының біреуі скрембрлеуді қарастырамыз.

 

Скрембрлеу

 

Осы таңдағы хабарлағыштардың негізгі бір ерекшілігіне байланысты мәліметтерді жоғарғы жылдамдықпен таратуға болады. Бұл болжау, хабарлағыш көз қарасына байланысты берілетін мәліметтер кездейсоқ түрде келіп түседі.

Осы болжаусыз көптеген жетістіктер физикалық деңгейдің қалған құраушысын қолдану арқылы алатын мәліметтер жүзеге асырылмай қалар еді. Бірақ, машақтануда көбінесе, қабылданған мәліметтер қайталанатын жиынтықтан және бір мен нөлден тұратын ұзақ тізбектен тұратын жиі кездесетін жағдай болады. Скрембрлеу (элементтердің орыналмасуы) – бұл әдіс, кездейсоқ мәнге ұқсап жасалынатын қабылданған мәліметтер болып саналады. Сондықтан құрылымдағы мәндерді кездейсоқ мәндерге айналдыру болып табылады.

Бұл процедураны мәліметтер ағыныны актеу (whitening) деп атайды. Дескремблердің (descrambler) мақсаты – қабылдағышта осы кездейсоқ тізбектерді бастапқы тізбектерді алу үшін қайта түрлендіреді.

Скрембрлеудің көптеген тәсілдерден айырмашылығы өзін-өзі синхрондауға жатады; бұнымыз дескрембрлеу өзінше скремблермен синхрондалады.

 

IEEE 802.11 стандартының физикалық деңгейі

 

802.11 бастапқы стандарт физикалық деңгейдегi үш жіберілу әдiсін анықтайды :

-        Инфрақызыл толқындар диапазонында тасымалдау;

-        2,4 ГГц диапазонының (FHSS) жиiлiктiң жолымен секiрiс тәрiздi қайта құруын спектрдi кеңейту технологиясы;

-        2,4 ГГц диапазонының (DSSS) кең жолақты модуляцияның тiзбектi түзу әдiс арқылы спектрдi кеңейту технологиясы.

Бiрiншi нұсқада орта диапазоны  850 нм инфрақызыл толқындары болып табылады, олар жартылай өткiзгiш лазерлі диодпен немесе (LED) жарық диодымен генерацияланады. Өйткені инфрақызыл толқындар қабырғадан өте алмайды, LAN-ның қамту аумағы тура көру зонасымен шектелінеді. Стандарт сәуле шығрудың үш нұсқасын қарастырады: бағытталмаған антенна, төбедегі көрініс және фокустық бағытталған сәулелену. Бірінші жағдайда, тар сәуле линза жүйесi арқылы шашырайды. Фокустық бағытталған сәулелену екi нүктелi байланыс, мысалы, екi ғимарат арасында байланысты ұйымдастыруға  арналған.

 

Секiрiс тәрiздi қайта құрылу жиiлiгі бар (FHSS) сымсыз жергiлiктi жүйелер

 

FHSS сымсыз жергiлiктi желілер 1 және 2 Мбит/с жіберу жылдамдықтарын қолдайды. Аты айтып тұрғандай FHSS құрылғылары алдын - ала тағайындалған сұлба бойынша жиiлiктiң секiрiс тәрiздi қайта құрылуын жүзеге асырады. FHSS құрылғылары олардың жұмыстарына орналған жиілік жолақтарын  2,402-ден 2,480 ГГц-ке дейін 79 жабылмаған арнаға бөледі (бұл Солтүстік Америкаға және Еуропаның көп бөлігіне сәйкес келеді). Әрбір  79 арнаның ені 1 МГц-тi құрайды, сондықтан да FHSS сымсыз жергiлiктi желілерi символдарды таратудың  жоғары  жылдамдығы 1 МГц және арнадан арнаға қайта құрудың өз жылдамдығын қолданады.

Жиіліктің қайта құру тізбегі келесі параметрлерге ие болу керек: (6 МГц) 6 арна аралығында минимум секундына 2,5 реттен кем емес. Жапсарласатын қамту аймақтары арасындағы қайшылықтардың (коллизия) санын минимизациялау үшін, мүмкін болатын секірулер тізбегін  үш тізбек жиынтығына бөлуі қажет, яғни Солтүстік Американың және Еуропаның көп бөлігінде ұзындығы 26 –ны құрайды. 2.2 – кестеде минималды қайта құруды қамтамасыз ететін секіріс тәрiздi жиіліктің қайта құрылуы көрсетілген.

 

2.2  К есте - Солтүстік Америка және Еуропа үшiн FHSS сұлбасы

Жиын

Секiрiс тәрiздi қайта құрылу сұлбасы

1

{0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60,63,66,69,72,75}

2

{1,4,7,10,13,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46,49,52,55,58,61,64,67,70,73,76}

3

{2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,72,77}

 

Секiрiс тәрiздi қайта құру жиiлiгінің  сұлбасы мүмкін болатын бірінші арнадан екінші арнаға жай ауысуды қамтамасыз етеді, осылай әр секірістен кейін минимум 6 МГц–ке тең жиілік жолағы қамтылады. Осының нәтижесінде көп ұяшықты желілерде қайшылықтар (коллизия) туу мүмкіндігі азаяды.

 

PLCP төменгi деңгейiндегі FHSS

 

MAC–фрейімді өткізгіштен кейінгі MAC деңгейi, яғни жергілікті  сымсыз желiлерiндегі FHSS,  сонымен бiрге PLCP мәлiметтерінің  қызметтiк элементі немесе PSDU (PLCP service data unit –ден қысқарту),  PPDU фреймiн осылайша құрастыру үшін  PLCP төменгi деңгейiнiң  фрейм басына 2 өріс қосады (ескертемiз, PPDU – PLCP хаттамасының мәлiмет элементі. 2.8 – суретте PLCP төменгi деңгейiнiң  FHSS фреймiнiң форматы көрсетілген.

 

 

2.8 Сурет  PLCP төменгi деңгейiндегі FHSS фреймiнiң форматы

 

PLCP преамбуласы екі төменгі өріс астылардан тұрады:

-        80 бит өлшеміндегі Sync өріс астысы. 0 және 1-ден кезектесіп  алмасатын жол, жол 0 басталады. Қабылдау стансасы жиiлiктiң шығуын түзетiп (frequency offset) және (packet timing) дестелердің үлестiрiлуiн синхронизациялануға қолданады да, осындай мүмкiндiк болған жағдайда антеннаны таңдау туралы шешiм қабылдау үшiн осы өрiсті пайдаланады.

-        16 биттi өлшемі бар фреймнің басты жалауының астысы (start of frame delimiter, SFD). Қабылдау стансасы үшін  фреймдер синхронизациясын (frame timing) қамтамасыз етудің ерекше жолдарынан тұрады (0000110010111101, шеткi сол жағында бiрiншi).

PLCP фреймiнiң тақырыптамасы үш төменгі өрістен тұрады:

-        12 битті өлшемі бар PLCP (PSDU), PSDU length word (PLW) мәлiметтерінің қызметтiк элементiнiң ұзындығының сөзi, октеттердегi MAC (PSDU) фреймiнiң өлшемiн көрсетедi;

-        4 битті өлшемі бар PLCP (signaling field PLCP, PSF) сигналдық өрiсi. Нақты фреймнiң деректердi беру жылдамдығын көрсетедi.

PLCP (PSDU) мәлiметтердің қызметтiк элементi кіс биттердiң тiзбегін ақтау (randomizacia) мақсатында скрембрлеу операциясы арқылы өтеді. Нәтижесінде шыққан PSDU 2.9 - суретте көрсетілген. Толтыратын нышандар (stuff symbols) барлық 32-нышандық блоктардың арасына қойылады. Бұл толтыратын нышандар деректердегі кез – келген жүйелік ауытқуларды (bias) жояды, мысалы, бiрлiктер қашан мәлiметтерiндегi кез келген жүйелi түрде ауытқулары нөлге қарағанда бірлік көбiрек немесе керiсiнше. Мұндай ауытқулар әрі қарай өңдеу барысында жағымсыз эффектілерге әкеледі.

 

 

2.9 Сурет FHSS технологиясында PSDU төменгі деңгейінде скрембрленген

 

PLCP төменгi деңгейі фрейімді бит ағынына түрлендіреді де оны PMD төменгi деңгейiне жібереді. FHSS технологиясының PMD төменгi деңгейi бұрын қарастырғандай гаусстік жиiлiктік модуляцияға (Gaussian frequency shift keying, GFSK)  негiзделген модуляцияны қолдану арқылы  деректер ағынын модуляциялайды.

 

Түзу тiзбек әдiсін қолдану арқылы спектрi кеңейтілген DSSS кең жолақты модуляциясын қолданатын сымсыз жергiлiктi желілер

 

802.11 стандартының спецификациясында басқа да физикалық деңгейді қолдану туралы айтылған. Ол (DSSS) түзу тiзбек әдiсiн қолдану арқылы спектрдi кеңейтілген кеңжолақты модуляция технологиясына негiзделген. 1997 жылы өңделген 802.11 стандартында көрсетілгендей  DSSS технологиясы  1 және 2 Мбит/с тарату жылдамдығын қамтамасыз етеді.

1997 жылы жұмысшы тобы 5,5 және 11 Мбит/с тарату жылдамдығын қолдауға мүмкiндiк беретiн 802.11b стандарттын бекiттi. 802.11b стандартының DSSS физикалық деңгейi қазiргi 802.11 стандарттының WLAN –мен қатар қолданамыз. 802.11b стандарттың DSSS технологиясындағы PLCP төменгi деңгейi 802.11 стандартты сияқты, бірақ қосымша тақырыппен қысқа преамбуланы қолданады.

DSSS сымсыз жергілікті желілер ені 22 МГц  болатын арнаны бірге қолданады, сондықтан көптеген WLAN сондағы қамту аймағы бар жерлерде жұмыс iстей алады. Солтүстік Америкада және Еуропаның көптеген бөлігі, арнаның ені 22 МГц болатын 2,42,483 ГГц үш бірін - бірі жаппайтын тарату арнасын  жасауға мүмкiндiк жасаған. Бұл арналар 2.10 - суретте көрсетiлген.

 

2.10 СуретDSSS технологиясында қолданылатын арналар

 
802.11 стандартының DSSS технологиясы

 

PPDU құрастыру үшін FHSS технологиясында қолданылатын PLCP деңгей  асты тәрізді 802.11 стандартының DSSS технологиясының   PLCP деңгей астысы МАС фреймге 2 жолды қосады: PLCP преамбуласын және PLCP тақырыбын.

2.11 - суретте фрейм қалпысы көрсетілген.

 

 

2.11 Сурет - 802.11 стандарттың DSSS PPDU фреймнiң форматы

 

PLCP преамбуласы 2 жоластыдан тұрады:

        Бірліктерден тұратын жол түріндегі ені 128 биттік жоласты Sync. Бұл жоластының мақсаты – қабылдау стансасын синхранизациямен қамтамасыз ету;

        Ені 16 бит SFD жоластысы; онда OxF3A0  ерекше жолдар бар; оның мақсаты – қабылдау стансасының таймингпен (timing) қамтамасыз ету.

PLCP тақырыбы 4 жоластыдан тұрады:

-          екі 8 бит signal жоластысы, ол осы фреймнің модуляция типін және тарату жылдамдығын көрсетеді;

-          екі 8 бит service жоластысы, бос емес. Яғни стандарт құру уақытында ол белгісіз болып қалды;

-          МАС фреймнің бөлігін таратуға қажетті микросекундтардың сапасын көрсететін (16-216-1 аралығы бойынша) екі 16 бит Length жоластысы;

-          16 биттік СRC жоластысы соңғы сумма.

PLCP жоластысы фреймді биттер ағынына түрлендіреді және PMD жоластысына мәліметтерді таратады.

Скремблирленген преамбула PLCP әрқашан 1Мбит/с жылдамдықпен таралады, ал скремблирленген фрейм МРDU signal жоластысында көрсетілген жылдамдықпен таралады. PMD жоластысы мына модуляция тәсілдерін қолдана отырып, биттердің ағартылған ағынын модуляциялайды:

-          1 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін екілік қатынастық фазалық модуляция (differential binary phase shift keying, DBPSK);

-          2 Мбит/с тарату жылдамдығы үшін квадраттық қатынастық фазалық модуляция (differential quadrature phase shift keying, DQPSK).

 

IEEE 802.11b стандартының физикалық деңгейі

 

Физикалық деңгейде МАС кадрларға (МРDU) преамбула және PLCP тақырыптан тұратын физикалық деңгейдің тақырыбы қосылады (2.12 – суретті қара). Преамбула қабылдағышты өзгерту үшін қолданылатын старттық синхрокезектен және кадрдың басталуы (SFD) 16 биттік -F3A016 саны. PLCP тақырыбы SIGNAL (модуляция типі және жылдамдығы туралы ақпарат), SERVICE (қосымша ақпарат, соның ішінде PBSS модуляциясының және жоғарғы жылдамдықты көбейту) және LENGTH (тақырыптан кейін таратылатын кадр бөлігінен кейін, уақыт микросекундтарда). Тақырыптың барлық 3 жолы 16- биттік CRC соңғы суммасымен қорғалады.

 

2.12 Сурет - 802.11b PHY-деңгейлі желінің кадрының құрылымы

 

IEEE 802.11b стандартында тақырыптың 2 типі қарастырылған: ұзын және қысқа (2.13 - суретті қара). Оларр синхрокезек ұзындығымен  (128 және 56 бит), оның генерациясымен, сонымен қатар қысқа тақырыптағы кадр басын символы кері ретпен таратылады. Сонымен қатар ұзын тақырыптың барлық жолдары  1 Мбит/с жылдамдықпен таратылатын болса, онда қысқа тақырып кезіннде преамбула 1 Мбит/с жылдамдықпен трансляцияланады, ал тақырыптың басқа жолдары 2 Мбит/с жылдамдықпен таратылады. Кадрдың қалған бөлігін SIGNAL және SERVICE жолдарында көрсетілген кез келген стандартқа сәйкес жылдамдықпен тарату мүмкін. Желінің өткізу жолағын көбейту үшін IEEE 802.11b спецификациясында қарастырылған физикалық деңгейдің қысқа тақырыптары үшін.

 

 

2.13 Сурет - 802.11b желісіндегі кадрлардың қысқа тақырыпшасы

 

IEEE 802.11 байланыс желісінің іс-шараларының анықтамасы бойынша, бұл стандарттағы қосымша шығындар  Ethernet сымды байланыс желісіндегіден жоғары екені көрініп тұр. Сондықтан арнада ақпаратты тасымалдаудың жоғары жылдамдықты болуын қамтамасыз ету керек. Арнаның өткізу жолағын жоғарылату үшін модуляцияның әдістерін қолдану арқылы жетуге болады. Ескертейік: бастапқы кезде IEEE 802.11 стандарты, ұзындығы 11 бит: B1=(10110111000) болатын баркер тізбегін пайдалана отырып, DSSS режіміндегі жұмыс ретінде қарастырылады. Әрбір ақпараттық бит екі модулі бойынша («НЕМЕСЕНІ жоятын» операция) берілген тізбекпен өзінің өндірісімен орналасады, яғни әрбір ақпараттық бірлік B1-ге ауысады, әрбір нөл -  B1 инверсиясына ауысады. Нәтижесінде бит 11 чиптер тізбегімен орын басады, содан кейін сигнал екілік - немесе төрт позициялық фазалық модуляциямен кодталады ( DBPSK немесе DQPSK, әр символға бір немесе екі чиптен). Тасушы модуляцияның  11МГц  жиілік кезінде жалпы жылдамдық модуляцияның түріне байланысты 1 және 2 Мбит/с құрайды. 

IEEE 802.11b стандарты қосымша 11 және 5,5 Мбит/с тарату жылдамдығын қарастырады. Ол үшін ССК (Complementary Code keying – комплементарлық кодпен кодалау) деп аталатын модуляция қолданылады. Осы әдістің негізіне Intersil (ертеректе – Harris Semiconductor) және Agere Systems (жартылай өткізгіштік бөлімше, Lucent Technologies-тан бөлінген) компанияларының мамандарының жұмыстары көп үлес қосты.

ССК-ны қолдану арқылы  5,5 және 11 Мбит/с жылдамдықтарды алу, қол жеткізу үшін спектрді кеңейту механизмі 1 және 2 Мбит/с жылдамдықты қолданатын әдістерге жатады, ол өз алдына ерекше. Екі жағдайда да кеңейту әдісі пайдаланылады, бірақ ССК модуляциясын қолданған кезде кеңейтілген код 8 комплексті чиптерді ұсынады (complex chip), сол уақыттағы 1 және 2 Мбит/с жылдамдықтармен жұмыс кезінде 11-разрядтық код пайдаланылады. 8-чиптік код немесе 4 немесе 8 биттермен анықталадыол ақпаратты тарату жылдамдығына байланысты. Чиптерді тарату жылдамдығы 11 Мчип/с, бұл 8 комплекстік чиптер кезінде 4 немесе 8 биттер символдарында ақпаратты тасымалдау жылдамдығын 5,5 және 11 Мбит/с дейін қол жеткізуге болады.

Aқпараттарды 5,5 Мбит/с жылдамдығымен жіберу үшін, скремблирленген биттер ағынын 4 битпен (b0, b1, b2 және bЗ) топтастыру керек. Соңғы екі бит (b2 және bЗ) кешенді чиптердің, 2.3 кестеде көрсетілгендей, мұнда {cl, с2, сЗ, с4, с5, с6, с7, с8} тізбектерін ұсынады, ол 8 тізбекті анықтау үшін пайдаланылады. 2.3 кестеде j жобалы сан, 1–ден квадраттық түбір, ол жобалы түрде болады немесе комплексті жазықтықтың квадраттық осі түрінде жиналады.

 

2.3 К есте- ССК чиптерінің тізбегі

(b2, bЗ)

С1

С2

С3

С4

С5

С6

С7

С8

00

J

1

J

-1

J

1

-1

1

01

-j

-1

-j

1

J

1

-j

1

10

-j

1

-j

-1

-j

1

j

1

11

J

-1

J

1

-j

1

j

1

        

Енді, (b2, bЗ) биттермен анықталған чиптердің тізбегіне ие бола отырып, алғашқы екі (b0, b1) биттердің фазасының айналуын анықтау үшін пайдалануға болатын, DQPSK әдісі бойынша модуляциясы кезінде тізбекке қолданылады (2.4 - кесте). Сонымен қатар, сіз 0-ден бастап, кестемен сәйкес жұп, әлде тақ символды түрлендіретініңізді анықтау үшін, әр 4-биттік PSDU символын нөмірлеуіңіз керек. QPSK емес, DQPSK-ны қолдану керек болғандықтан, кестеде көрсетілген фазаның өзгерулері алдыңғы символға байланысты есептеледі немесе PSDU бірінші символы жағдайында алдыңғы DQPSK символының соңғы символына байланысты болады, 2 Мбит/с жылдамдығымен жіберілетінін ескерген жөн.

 

2.4 К есте- ССК модуляциясы кезіндегі фазаның бұрылысы

(b0,b1)

Жұп символдарының фазасының өзгеруі    

Тақ символдарының фазасының өзгеруі    

00

0

01

-

11

0

10

-

 

Фазаның бұл айналымы символдың 8 кешенді чипіне байланысты қолданылады, содан кейін қажетті тасушы жиілікте модуляция орындалады.

11 Мбит/с жылдамдықпен ақпаратты жіберу үшін PSDU биттерінің скремблирленген тізбегі 8 символдан тұратын топтарға бөлінеді. Соңғы 6 бит 8 комплексті чиптерден тұратын бір тізбекті таңдайды.

ССК-модуляциясының артықшылығы неде? Себебі, символ чипі Уолш-Адамар тізбегінің негізінде анықталады. Уолш-Адамар тізбегі жақсы меңгерілген, өте жақсы автокорреляциялық қасиеттерге ие. Айта кету керек, әрбір тізбек фазалық ығысу кезінде өз-өзін аз корреляциялайды — кері шағылысқан сигналдармен күрес кезінде пайдалы сипат. ССК-модуляциясының теориялық операциялық күшейткіші — 3 дБ (екі есе), себебі 11 Мбит/с жиілікті QPSK-модуляцияланған кодалаусыз сигнал 22 Мбит/с жібере алатынын байқау қиын емес. Көрініп тұрғандай, ССК-модуляциясы блоктық код түрі болып табылады, сондықтан аппараттық іске асыру кезінде бұл қарапайым. Бұл қасиеттердің жиынтығы нәтижесінде ССК IEEE 802.11b стандартында негізгі модуляция түрі ретінде орын алды.

Практикада операциялық күшейткіш қана маңызды емес. Фазалық кеңістікте символдардың бірқалыпты таралуы маңызды рөл атқарады — олар өздерінің детектрленуінің қателіктерін азайту үшін араларын барынша алшақтатуы керек. Және осы көзқарастан, ССК-модуляциясы оңтайлы болып көрінбейді, оның реалды операциялық күшейткіші 2 дБ-ден аспайды. Сондықтан алдын ала модуляцияның бастапқы түрі жасалынды — РВСС пакетті бинарлы түйіндік кодалау (Packet Binary Convolutional Coding). Бұл әдіс IEEE 802.11b стандартына қосымша (міндетті емес) опция ретінде кірді. РВСС механизмі (2.14 – суретті қара) 2000 жылы Texas Instruments компаниясының құрамына кірген Alantro Communications фирмасының мамандарымен ұсынылды. РВСС IEEE 802.11b желілерінде 5,5; 11 және 22 Мбит/с жылдамдықты өткізу қабілетіне қол жеткізуге мүмкіндік береді.

 

 

2.14 Сурет - РВСС-модуляциясының жалпы сұлбасы

 

Атына сәйкес, әдіс түйіндік кодалауға негізделген. 5,5 және 11 Мбит/с жылдамдықтары үшін ақпараттық биттер ағыны сумматорлармен алтыразрядты жылжымалы регистрге келіп түседі (2.15.а - суретте). Уақыттың бастапқы моментінде жылжымалы регистрдің барлық триггерлері нөлмен белгіленеді. Нәтижесінде әр бастапқы d бит кодалық тізбектің екі битімен ауыстырылады (c0, c1). 11 Мбит/с жылдамдығы кезінде с0 және c1 төртпозициялық QPSK-модуляциясының бір символын береді. 5,5 Мбит/с жылдамдығы үшін, c0 және с1 кодалық биттерін кезекпен жібере отырып, екіпозициялық BPSK-модуляциясы қолданылады. 22 Мбит/с жылдамдығы керек болған жағдайда кодалау сұлбасы күрделенеді (2.15.б - суретте): үш кодалық бит (c0-c2) 8-позициялық 8-РSК-модуляциясындағы бір символды анықтайды.

PSK-символдары пайда болғаннан кейін скремблирлеу орындалады. s сигналына (2.9 – суретті қара ) байланысты символ өзгеріссіз қалады (s = 0) немесе оның фазасы -ге өзгереді (s = 1). s мәні S-тің 256-биттік циклдық қайталаушы тізбегін анықтайды. Нөлдер және бірлер саны бірдей, ол U=338Bh бастапқы векторы негізінде пайда болады.

 

а)

б)

а — 5,5 және 11 Мбит/с жылдамдықтары үшін;

б —22 Мбит/с жылдамдығы үшін

2.15 Сурет - ВСС-кодалау сұлбасы

 

11 және 5,5 Мбит/с жылдамдықтағы РВСС-те қолданылатын алтыразрядты жылжымалы регистрдің 64 мүмкін шығыс күйлері бар. Сондықтан модуляция кезінде РВСС ақпараттық беттері фазалық кеңістікте, ССК-модуляциясына қарағанда, бір-бірінен анағұрлым алыста болады. Сондықтан РВСС бір және басқа да қосылыстардың сигнал/шу және қателіктер деңгейіне СКК жағдайына қарағанда жіберілісті үлкен жылдамдықпен енгізуіне мүмкіндік береді. (2.16 – суретті қара). Бірақ одан да тиімді кодалаудың ақысыберілген алгоритмнің аппаратты іске асыруының қиындығы. Соған қарағанда, сигналды цифрлық өңдеу процессорларын шығаратын алдыңғы қатарлы компания Texas Instruments РВСС-модуляциясын жайдан жай өткізе бастаған жоқ.

2.16 Сурет Модуляцияның әртүрлі тәсілі кезіндегі байланыс қашықтығы және арнадағы жөнделген өшу

(Texas Instruments компаниясының ақпараттарының ИС АСХ100 қолданысы туралы материалдары бойынша)

 

Texas Instruments-тің үлестеріне қарамастан, 22 Мбит/с режімі IEEE 802.11b стандартына «IEEE 802.11b+» белгіленуі пайда болғанның өзінде де кіре алмады және АСХ100-ге негізделген құрылғыны D-Link және NDC сияқты ірі компаниялар шығара бастады. 22 Мбит/с жылдамдықты желілер де таратуды ала алмады. Соған қарағанда, бұл жерде екі мәселе маңызды рөл атқарады. Бәрінен бұрын, стандартизация іс-шарасы — бұл кімнің технологиясы стандартқа сай болса, соның лицензиялық қомақты қаржылық табысты алу бәсекелестігіне ие болады. Бұл жағдайда жартылайөткізгіштік индустрияның екі гигантының қызығушылығы түйісті. Олар — Intersil және Texas Instruments компаниялары. Бір уақытта екі түрлі модуляция түрін қабылдап отыру қаржылық және техникалық қатынаста қиын болғандықтан, ССК-әдісі қабылданды.

Басқа жағынан, 22 Мбит/с жылдамдығы тұтынушыларға қызық емес болды, себебі олардың алдарына 54 Мбит/с дейінгі жаңа келешектер ашылды.

 

IEEE 802.11а стандартының физикалық деңгейі

 

IEEE 802.11а стандарты IEEE 802.11b стандартымен бір уақытта 1999 жылдың қыркүйегінде шықты. Бұл спецификация 5 ГГц диапазонындағы жұмысқа арналған және жоғарыда көрсетілгеннен бөлек, мәліметтерді кодтау механизміне – ортогональды тасушы (OFDM) арқылы жиілікті мултиплексирлеуге негізделген. Ресейде 802.11а стандартты құрылғыны және 400 МГц жиіліктер жолағындағы Hiper LAN 2 (2.17 – суретті қара) қолдану рұқсат етілген. Бұл жолақтар елдің бүкіл территориясында толыққанды радиоқатынастық желілерін құруға жарамды.

 

2.17 Сурет - IEEE 802.11а стандартты құрылғысы үшін жиілік жолақтарының ұлттық таратуы

 

802.11a стандарты сигнал тарату көп шағылыстардың кесірінен көпсәулелі таратуы кезінде кеңселік немесе қалалық шарттарда қолданылатын құрылғы сипаттамаларын анықтайды.

IEEE 802.11а стандартында әрбір кадр 52 ортогональді тасушы арқылы жіберіледі, әрқайсысының жолақ ені 300 кГц (20 МГц/64). Бір арнаның ені — 20 МГц. Тасушы BPSK, QPSK арқылы модуляцияланады, сонымен қатар 16- және 64-позициялық квадратуралық амплитудалық модуляция (QAM) арқылы. Кодтаудың әртүрлі жылдамдықтар жиынтығы нәтижесінде r (1/2 и 3/4, 64-QAM үшін — 2/3 және 3/4) жіберу жылдамықтарының жиыны 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 және 54 Мбит/с пайда болады. 2.5 кестесінде ақпаратты таратудың қажетті жылдамдығы OFDM таратқышының қолайлы түйіндік параметрлеріне ауысады.

52 тасушының ішінен 48-і ақпаратты символдарды жіберуге арналған, қалған 4 — қызметтік. Физикалық деңгейдің тақырыптық  құрылымы IEEE 802.11b спецификациясында қабылдануынан ерекшеленеді, бірақ айқын емес (2.18 – суретті қара). Кадр преамбуланы қосады (синхротізбектің 12 символы),  физикалық деңгей тақырыбы (PLCP-тақырыпша) және МАС-деңгейде жасалған ақпараттық өріс. Тақырыпшада кодтау жылдамдығы, модуляция түрі және кадр ұзындығы туралы ақпарат беріледі. Преамбула және тақырып минималды мүмкін жылдамдықпен жіберіледі (BPSK, кодалау жылдамдығы r = 1/2), ал ақпараттық өріс — алмасу шарттарына байланысты тақырыпта көрсеткендей максималды жылдамдықпен таратылады

OFDM-символдары әрбір 4 мкс сайын жіберіледі, сонда ұзындығы 3,2 мкс әрбір символға 0,8 мкс қорғаныс интервалы беріледі (символдың қайталанатын бөлігі). Соңғысы сигналдың көпсәулелі таралуымен күресу үшін керек — шағылысқан және шектелумен келген символ қорғаныс интервалына түседі және келесі символға әсер етпейді.

 

2.5 Кесте - 802.11а стандартының таратуының параметрлері

Ақпараты тарату жылыдамдығы

(Мбит/с)

Модуляция

Кодтау жылдамдығы

Тасушыға арналық биттер саны

Символға арналық биттер саны

OFDM символына арналық биттер саны

6

BPSK

1/2

1

48

24

9

BPSK

3/4

1

48

36

12

QPSK

1/2

2

96

48

18

QPSK

3/4

2

96

72

24

16-QAM

1/2

4

192

96

36

16-QAM

3/4

4

192

144

48

64-QAM

2/3

6

288

192

54

64-QAM

3/4

6

288

216

 

 

 2.18 Сурет - IEEE 802.11а стандартының физикалық деңгейінің тақырыбының құрылымы

 

Әрине, OFDM-символдарын декодалау Фурьенің тез өзгеруі нәтижесінде орындалады (кері/тура, ОБПФ/БПФ). Қабылдау/жіберу трактілерінің функционалды сұлбасы (2.19 - суретті қара) бұл әдіс үшін стандартты болып келеді және де бұған кодер, қайта орнықтыру механизмі (пакетті қателіктерден қорғау) және ОБПФ процессоры қосылады. Фурье-процессор сомалық сигналды жасап шығарады, одан кейін символға қорғаныс интервалы қосылады, соңында OFDM-символы шығады және конвертердің квадратуралық модулятор көмегімен берілген жиіліктік облысқа аударылады. Қабылдау кезінде барлығы кері ретпен орындалады.

 

2.19 Сурет - IEEE 802.11а стандартының қабылдау/тарату тракттарының функционалды сұлбасы

IEEE 802.11g стандартының физикалық деңгейі

 

IEEE 802.11g стандарты шын мәнінде 802.11а-да өз-өзін жақсы көрсеткен OFDM модуляциясы сұлбасының орын ауыстыруы болып табылады, 5 ГГц диапазонынан 2,4 ГГц-ке 802.11b стандартының функционалдылықты құрылғыларының сақталуы. Бұл мүмкін, себебі 802.11 стандарттарына 2,4 және 5 ГГц диапазоны ұқсас. 22 МГц 30 және 20 дБ деңгейімен, 28 дБ деңгейімен арна маскасы 802.11а ені 40 МГц спектр жолағын болдыртады.

802.11g спецификациясының негізгі талаптарының бірі ол 802.11b құрылғыларының кері сәйкестігі. Бұл талап Intersil және TI компаниясының қызығушылығының соқтығысына әкелді. Шынында да, 802.11b стандартында модуляцияның маңызды әдісі ретінде ССК сұлбасы қабылданды (Complementary Code Keying), ал қосымша мүмкіндік ретінде PBSS модуляциясы жіберіледі. Соңғысына TI компаниясы аса қызығушылық танытты. 802.11g өңдеушілігі ССК-модуляциясын 11 Мбит/с жылдамдықпен және OFDM-тің аса жоғары жылдамдықтары үшін алдын ала қарастырды. Бұнымен барлығы келісті. 802.11 стандартының желілері жұмыс кезінде CSMA/CA принципін ұстанады — көп қатынастық байланыс арнасына  бақылауды және коллизияны жоққа шығару. Бір де бір 802.11  құрылғысы басқа да құрылғылардың сол диапазонында жоқ екеніне көз жеткізбей, таратуды бастамау керек. Егер де естілу алаңында 802.11b және 802.11g құрылғылары болса және де алмасу 802.11g құрылғылармен OFDM арқылы болса, онда 802.11b құрылғысы желідегі басқа құрылғылардың алмастыру жүргізіп жатқанын түсінбей қалып, көрсетуді қайта бастауы мүмкін. Арғы жағы белгілі.

Мұндай жағдайды болдыртпау үшін, CCK-OFDM аралас режімінде жұмыс жасау қабілеті қарастырылған. 802.11 желісіндегі ақпарат кадрлар арқылы беріледі. Әр ақпараттық кадр екі негізгі алаңды қосады: тақырыбы бар преамбула және ақпараттық алаң (2.20 – суретті қара). Преамбуланың синхротізбегі және кадр бастамасының коды бар, тақырыбы – қызметтік ақпаратты, соның ішінде модуляция типі, кадрды таратудың жылдамдығы мен ұзақтығы туралы ақпарат құрайды. CCK-OFDM режімінде преамбула және тақырып ССК әдісімен модульденеді (расында да — DSSS спектрінің тікелей кеңеюінің нәтижесімен Баркер жүйелілігі қолданады, сондықтан  802.11g стандартында бұл режім DSSS-OFDM деп аталады), ал ақпараттық алаң — OFDM әдісі арқылы. Сондықтан, барлық 802.11b құрылғылары, әрқашан «естілетін» эфир болады және кадрлардың тақырыптарын қабылдап қанша уақыт 802.11g кадрлары көрсетілетінін таниды. Бұл периодта олар  «үндемей» тұрады. Әрине, желінің өткізгіштік қабілеті төмендейді, себебі преамбула және тақырыптың тарату жылдамдығы — 1 Мбит/с.

 

2.20 Сурет - IEEE 802.11g модуляциясының түрлі режімдеріндегі кадрлар

 

Соған қарағанда, берілген қатынас PBSS технологиясының лагерь жақтастарының көңілінен шықпады және 802.11g стандартының ортақ шешіміне жету үшін 802.11b қосымша мүмкіндіктерін енгізді. Міндетті емес режімPBSS, оның ішінде тақырыпшасы және преамбуласы ССК - дағыдай беріледі, ал ақпараттық алаң PBSS сұлбасындағыдай модульденеді  және 22 немесе 33 Мбит/с жылдамдығында беріледі. 802.11g  стандартының құрылғысының нәтижесінде  802.11b құрылғысы барлық модификациясының құрылғыларымен сәйкес келу керек және өзара бөгеттер тудырмауы қажет. Олардың жылдамдықтарының диапазонын қолдауы 2.6 - кестесінде көрсетілген, жылдамдығының тәуелділігі модуляция типіне байланысты 2.21 - суретте.

 

2.6 Кесте - IEEE 802. 11g спецификациясындағы мүмкін болған жылдамдық және модуляция түрі

Жылдамдық, Мбит/с

Модуляция түрі

 

Міндетті түрде

Рұқсат етіледі

1

Баркер жүйелілігі

 

2

Баркер жүйелілігі

 

5,5

CCK

РВСС

6

OFDM

CCK-OFDM

9

 

OFDM, CCK-OFDM

11

CCK

РВСС

12

OFDM

CCK-OFDM

18

 

OFDM, CCK-OFDM

22

 

РВСС

24

OFDM

CCK-OFDM

33

 

РВСС

36

 

OFDM, CCK-OFDM

48

 

OFDM, CCK-OFDM

54

 

OFDM, CCK-OFDM

 

2.21 СуретӘртүрлі жіберілу технологиясының қашықтығына байланысты жылдамдықтың тәуелділігі. Қашықтық пайызбен келтірілген, 100% —  11 Мбит/с жылдамдығында ССК модуляциясының жіберілу қашықтығы

 

IEEE 802.11g стандартарының құрылғыларына 802.11b құрылғыларымен бір желіде көп уақыт жұмыс істеуге тура келеді, (ал өз массасындағы өндірушілер CCK-OFDM  режімінде және PBSS режімінде қолдайды) барлығына құрылғының бағасы келіп тіреледі. Сондықтан, жаңа стандарттың ең негізгі мәселесі — 802.11b/g  аралас желіде қақтығыссыз жұмыстарды қалай қамтамасыз ету.

Желідегі 802.11 жұмыстарының негізгі принципі — «таратудан бұрын - тыңдау». Бірақ 802.11b құрылғысы 802.11g құрылғысын  OFDM-режімінде ести алмайды. Жағдай жасырын стансалар мәселесіне ұқсас: екі құрылғы соншалықты келтірілген, бір - бірін естімейді және үшіншісіне хабарласуға тырысады, ол екеуінің есту аймағында орналасқан. Осындай жағдайдағы қарсыластықты болдырмау үшін 802.11-ге қорғаныс механизмін енгізген, ол ақпараттарды алмастыруды бастамас бұрын, қарастырып отырған қысқа кадрларын «таратуға тапсырыс» (RTS) және «жіберілуге болады» бекінісінің қабылдау кадрларын күтеді. (CTS). RTS/CTS механизмі 802.11b/g аралас желілерге қолданылады. Бұл кадрлар барлық құрылғыларды түсінетін ССК режімінде көрсетілу керек. Бірақ қорғаныс механизмі желінің өткізу қабілетін төмендетеді. Осылайша, физикалық жылдамдық 54 Мбит/с кезінде 802.11g гомогенді желінің өткізгіш қабілетінің шегі (барлық қызметтік және басқарушы ақпараттарды ескере отырып)              32 Мбит/с шамасында, ал көрсеткіштік құрылғының шын мәні — 24 Мбит/с дейін. Егер де желі аралас болса, онда RTS/CTS қорғаныс механизмі өткізу қабілетін 12 Мбит/с дейін төмендетеді. Ол біртекті 802.11b (~6 Мбит/с) желінің өткізу қабілетін екі есе асырады, бірақ әрқашан көп болғанын қалаймыз ғой. Сол үшін  RTS/CTS механизмінің орнына тек CTS кадрын пайдалануға болады. Ол әр OFDM-кадрының алдында жүреді. Нәтижесінде, өткізу қабілеті бірнеше есе өседі — 14,5 Мбит/с-қа дейін. Бірақ бұл механизм  желідегі құрылғылардың барлығы бір бірін есту алаңында болмаса қолайлы емес («жасырынды нүктенің» жалықтырған қиындығы).

Соған қарағанда, 802.11 желісінің АЖ шығарушылары істегі стандарттардың көлеміндегі тарату жылдамдығын көбейту үшін арнайы механизмдер жасайды. Осылайша, Atheros компаниясы  802.11а және g стандарттары үшін бір уақытта екі арнада ақпаратты тарату арқылы 108 Мбит/с дейінгі жылдамдығын екі есе жылдамдататын  Turbo Mode деп аталатын режім ұсынды. Turbo Mode-ты қолдау үшін компания AR5001X+ чипсет шығарды, ол AR5001X-дан  AR5212  модификацияланған процессорымен ерекшеленеді.

Intersil корпорациясы басқа жолмен кетті. Ол өзінің PRISM Nitro технологиясын ұсынды, ол екі маңызды элементтен тұрады: қорғаныс механизмі мен OFDM-кадрларының топтық таратуы. Қорғаныс механизмінің принципиалды жаңалығы жоқ және әрбір OFDM-кадрының алдында CTS кадрын таратады. Intersil бұл қорғаныс құралын 802.11g спецификациясына маңызды элемент ретінде енгізгенін жариялайды. OFDM-кадрының топтық таратуы компания мамандарының ойынша, 802.11b/g-нің аралас және біркелкі  желісінің өткізу жолағын жоғарылатады.

2.7 –  кестеде физикалық деңгейдегі жиынтықталған ақпарат берілген.

 

2.7 Кесте- Физикалық деңгейдің стандарттары

Параметр

802.11 DSSS

802.11 FHSS

802.11b

802.11а

802.11g

Жиіліктік диапазон (ГГц)

2,4

2,4

2,4

5

2,4

Ақпаратты таратудың максималды жылдамдығы (Мбит/c)

2

2

11

54

54

Технология

DSSS

FHSS

CCK

OFDM

OFDM

Модуляция түрі (таратудың максималды жылдамдығы үшін)

QPSK

GFSK

QPSK

64-QAM

64-QAM

Жаппайтын арналардың саны

3

3

3

15

3

 

 

 

 

3 Антенналар

 

Антеннанны шағылысу үшін немесе кеңістіктегі энергияны ұстау үшін пайдаланатын көмекші құрал ретінде қолданады. Сигналды тарату үшін таратушының радиожиіліктік электрлік импульсі антеннаның көмегімен электрмагниттік энергияға айнала алады. Ал ол қоршаған ортаға таралады. Сигналды қабылдау кезіндегі антеннаға түсетін электрмагниттік толқындар энергиясы радиожиіліктік импульстерге айналады, одан кейін қабылдағышқа жеткізіледі [2,3].

Ережеге сай, екіжақтық байланыс кезінде сол бір антеннаны сигналды қабылдағыш ретінде және таратушы ретінде қолдануға болады. Осындай жағдай бола алады, себебі бірдей тиімділігі бар әркелкі антенна энергияны қоршаған ортадан қабылдағыш терминалдарына  және тарату терминалдарынан қоршаған ортаға жеткізеді.

 

3.1 Бағыттауыш диаграммасы және оның негізгі антенна түрлері

 

Бағыттауыш диаграммасы

 

Антенналар энергияны барлық бағытта таратады. Бірақ көп жағдайларда бүкіл бағытқа тарату сигналының тиімділігі әртүрлі. Антеннаның тиімділігін анықтайтын тәсілдің кең тараған түрібағыттауыш диаграмма. Ал ол кеңістіктік кординаталардан бағынышты сәулелену қасиетін көрсетеді.

Қарапайым диаграмма түрінің бірі изотропты антенна деп аталатын идеалды жағдайға сәйкес келеді. Изотропты антенна деп бүкіл бағытқа бірдей энергия тарататын кеңістіктегі нүктені айтады. Изотроптық антенна үшін бағыттық диаграмма сфера тәріздес болады. Ал оның центрі антеннаның жағдайымен сәйкес келеді. Антеннаның бағытталған диаграммасы үшөлшемдік диаграмманың екіөлшемдік көлденең қиығы сияқты. Осындай изотроптық антеннаға арналған диаграмма 3.1, а - суретте көрсетілген. Антеннадан бағытталған диаграмманың кез келген нүктесіне дейінгі қашықтық берілген бағытта шағылысқан антеннаның энергиясына тура пропорционал. 3.1, б - суретте тағы бір идеалды жағдай — бір ерекшеленген бағыттық шағылысумен бағыттық антенна көрсетілген (көлденең осін жағалай).

Бағытталған антеннаның мөлшері әркелкі бола алады. Тек маңыздысы, әрбір бағыттың пропорциясы сақталу керек. Қатысты қашықтықтың негізінде берілген бағыттағы келтірілген қуатты бекітілген антенна нүктесінен бағытталған диаграмманың қиылысына дейін сәйкес бұрышта тік жолақты өткізеді. 3.1 - суретте екі антенна үшін сигналды таратудың екі бұрышы салыстырылады (А және Б). Изотроптық антеннаға бағытталмаған шеңберлі диаграмма сәйкес келеді. Көлеміне қарай А және Б векторы тең.

 

 

(а)  Изотропты антенна                            (б)  Бағытталған антенна

 

3.1 Сурет - Бағыттаушы диаграммалар

 

Сәуле ені (басқаша, жартылай қуат деңгейіндегі сәуле ені деп аталады) ол – бұрыш, оның шегіндегі шағылысу қуаты бағытталған қуаттың жартысынан азын құрайды. Сигналды қабылдауға арналған антенна қабылдауыш диаграммасымен сипатталады. Осындай диаграммалардың көптеген секторлары бағытын анықтайды, ол сигнал қабылдауға қолайлы.

 

Антенналар түрі

 

Екі қарапайым антенна болып жартылайтолқындық диполь (Герц вибраторы деп аталады, 3.2, а – суретті қара) және ширектолқындық тік антенна (Маркони антеннасы, 3.2, б – суретті қара) табылады.

 

2

 

(а)  Жартылайтолқындық диполь        (б)  Ширектолқындық антенна

 

3.2 СуретҚарапайым антенналар

 

Жартылайтолқындық диполь кішкентай тесікпенен ажыратылатын сигнал түсетін бірдей ұзындығы бар екі тік коллинеарлықтан тұрады. Сигнал таратудың максималды тиімділігі толқын ұзындығының жартысына тең ұзындыққа сәйкес болғанда жетеді.

Тік ширектолқындық антенна автомобильдік және портативтік радиолаларда кең қолданылады.

Жартылайтолқындық диполь үшөлшемдік кеңістіктің бір өлшеміндегі бағытталмаған диаграммадай сипатталады. Басқа да екі диаграмманың жазықтығы «8» санына ұқсайды (3.3 – суретті қара).

 

3

Жанынан қарағандағы көрініс (xy-жазықтық). Жанынан қарағандағы көрініс (zy-жазықтық). Үстінен қарағандағы көрініс (xz-жазықтық)

 

3.3 Сурет – Жартылай толқындық диполдың бағытталған диаграммасы

 

Бағытталған сигналдардың шағылысуында антенналардың күрделі түрлері де қолданылады.  Ондай антеннаның кеңтаралған бағытталған диаграммасының мысалы 3.4 - суретте көрсетілген. Бұл жағдайда қуаттың максимумы Х осі бағытында шағылысады.

 

4

Жанынан қарағандағы көрініс (xy-жазықтық). Жанынан қарағандағы көрініс (zy-жазықтық). Үстінен қарағандағы көрініс (xz-жазықтық)

 

3.4 СуретБағытталған сигналдардың бағыттаушы диаграммасы

 

Параболалық шағылысушы антенналар кең қолданылады, көбінесе, жерсеріктік байланыс үшін және де СВЧ-байланыстарының  жүйелері үшін.

Парабола – бұл кейбір фикстелген тіке жолақ және фикстелген нүктенің геометриялық орны, ол бұл жолаққа мүлдем жатпайды. Айтылып кеткен фикстелген нүкте фокус деп аталады; фикстелген жолақты директриса деп атайды (3.5, а-  суретті қара).

 

5

(а) Парабола                 (б) Параболалы антенналардың шағылысу қасиеті

3.5 Сурет - Параболалы шағылыстырғыш антенна

 

Параболаның өз осін айналу нәтижесінде параболоид деп аталатын бет пайда болады. Оның осіне параллель өткізілген параболоидтың көлденең қиығы, парабола деп аталады. Берілген оске перпендикуляр қиылыс кезінде шеңбер пайда болады. Осыған ұқсас беткейлер прожекторлар, оптикалық телескоптар, радиотелескоптар және де СВЧ антенналар жасау үшін қолданады.  Осылардың кең қолданысы келесі түрде түсіндіріледі: егер электрмагниттік энергияның көзін параболоидтың фокусына салып қойсақ және егер параболоидтың беті шағылыстырғыш болса,  онда толқындар параболоид осіне параллель шағылысады. 3.5б -- суретте көлденең қиықтағы ұқсас эффекттің түрі берілген. Теория жүзінде, параболоид осіне параллель нұр пайда болған кезде дисперсия болмайды. Бірақ практикада дисперсияның өз орны болады, себебі энергия көзінің аумағы бір нүктеден көбірек.

Осыған дейін келтірілген мына бекітіліс те дұрыс айтылған: егер қабылданатын толқындар шағылысу параболоидының осіне параллель болса, нәтижесіндегі сигнал фокуста концентрленеді.

 

3.2 Антенналардың поляризациясы

 

Антеннаның ең маңызды сипаттамасы болып поляризация табылады. Радиоқатынас жүйелерінде тік, көлденең және дөңгелек поляризациясы бар (оң және сол айналымы бар) антенналар пайдаланылады (3.6 – суретті қара).

Поляризацияны есепке алу электрмагниттік сыйысу тапсырмаларын шешуде, қызмет ету аймағын жоспарлау т.б. қосымша энергетикалық артықшылықтарды алуға көмектеседі. Белгілі бір кеңістікті шектік деңгейге

3.6 Сурет - Тік (а) және көлденең (б) поляризация

 

дейін радиомодемдермен толтыру кезінде, антенналардың поляризациясын өзгерткен дұрыс, одан кейін радиожеліні жалғастыра беруге болады. Себебі өзара радиобөгеттер желінің жұмысына кесел келтіреді.

Жазық электрмагниттік толқында вертикалды электрлік E векторы және  магниттік H алаңдары әр уақытта кеңістікте белгілі бір түрде анықталған. Электрмагниттік толқындардың поляризациясы оның кеңістікті-уақыттық сипаттамасы болып және траектория күйінде анықталады. Ал ол электрлік алаңның векторының сонымен көрсетілетін кеңістіктің фикстелген нүктесінде анықталады.

Шеңберлі немесе циклды поляризация кезінде электрмагнитті алаңы Х осінің айналасында белгілі бір циклмен немесе қадаммен айналады, сондықтан кеңістіктің әр нүктесінде вертикалды немесе горизонталды поляризацияны қабылдайды. Поляризацияның мұндай түрі салыстырмалы түрде аз қолданылады.

 

3.3 Әртүрлі антенналардың күшейту коэффициенті

 

Күшейту коэффициенті антеннаның бағытталу шарасы болып табылады.  Берілген параметр сигнал қуатын белгілі бір бағытта шағылысқан сигнал қуатының кез келген бағытта идеалды бағытталмаған антеннамен шағылысқан сигнал қуатына қатынасы сияқты анықталады. Антеннаның күшейту коэффициенті диполге қарағанда дБ (dB)-да болады, ал изотропты шағылыстырғышқа қарағанда дБи (dBi).

 

Өлшем бірліктері (дБ)

 

Алғаш рет сигналдың қарқындылығын өлшеу үшін пайдаланылған децибел өлшем бірлігі Александр Грэм Бэлл атағына берілген. Децибелдың көмегімен инженерлер ешбір қиындықсыз кіріс және шығыс энергияларын немесе кернеудің коэффиценттерін ала алды. Децибелдың нәтижесін логарифмдік бағана арқылы шығарады. Ал ол кернеу немесе қуаттың кең диапазонындағы сипаттамаларының спецификациясын қамтамасыз ете алады. 3.1 және 3.2.

                                            (3.1)

                                  (3.2)

мұнда  – өлшенген қуат (Вт),

 – эталонды қуат (Вт),

 – өлшенген  кернеу (В),

 – эталонды кернеу (В).

 

Сигналдың қарқындылығының күшеюі және төмендеуі, сонымен қоса оның қатысты деңгейі әдетте децибелмен дБ (dB) беріледі. Децибел деп екі сигнал деңгейлерінің арасындағы өлшемді айтады.

Мұндай таңдауға бірнеше себеп бар:

-  Сигнал қарқындылығы жиі логарифмдік заңмен төмендейді. Сондықтан логарифмдік бірліктер болып табылатын босаңсуды децибелмен көрсету оңайырақ.

-  Каскадты тарату арнасындағы соммалық күшейтуді немесе сигналдың нашарлауын қарапайым қосу мен азайту операцияларының көмегімен анықтауға болады.

Мысал 1: Егер тарату жолағының кірісінде сигнал қуатының деңгейі 100 мВт болса, ал кейбір қашықтықта 50 мВт, онда сигналдың нашарлауын келесі түрде бейнелеуге болады:

 

 

Децибелмен абсолютті емес қатысты сигнал айырмашылығы белгіленеді. 10 Вт-тан 5 Вт-қа дейінгі сигналдың нашарлауы 3 дБ-қа дейінгі нашарлау болып саналады.

 

Мысал 2: Децибелді жіберіліп жатқан элементтердің ретімен пайдалану қуатты күшейту немесе төмендеуін анықтаған кезде пайдалы. Қарастырайық, мысалы, элементтердің реті кірісінде 4 мВт қуаты беріледі, бірінші элемент болып 12 дБ өшуі бар кәбілді жинақ, екінші элемент - 35 дБ күшейткіші бар күшейткіш, ал үшінші - тағы бір 10 дБ өшуі бар кәбілді жинақ. Тракттың соммалық күшейткіші (-12+35-10)=13 дБ-ге тең. Шығысындағы қуатты есептейміз:

 

 

Децибелмен берілген мәндер қатысты амплитудалармен немесе амплитудалардың өзгеруімен байланысты, бірақ ешқандай абсолютті деңгеймен байланысты емес. Қуаттың абсолюттік деңгейін шығыс сигналына қатысты қуаттың төмендеуі немесе нәтиженің күшейткішін оңай есептеу үшін децибелді таныстырған ыңғайлы болар еді. дБВт немесе dBW  (децибел-ватт) бірлігі СВЧ радиожолақтарды есептеу үшін кең таралған. Эталонды деңгей ретінде 1 Вт өлшемі пайдаланылады және оған 0 дБВт мәні берілген. Децибел-ваттағы қуаттың абсолютті деңгейі келесі түрде анықталады:

Басқа да еркін өлшем кеңінен пайдаланыладыдБмВт (dBm) (децибел-милливат). Бұл жағдайда эталонды қуат деңгейі ретінде 1 мВт алынады0 дБмВт 1 мВт-қа тең.

 

 

Келесі қатынастарды есте сақтаған жөн:

 

+30 дБмВт = 0 дБВт

0 дБмВт = - 30 дБВт

 

Бір бағыттағы сигналдың қуатының үлкеюі тек басқа бағыттардың таралуының орнына жүруі мүмкін. Басқа сөзбен айтқанда, бір бағыттағы сигналдың қуатының үлкеюі өзімен бірге басқа бағыттағы қуаттың азаюын әкеледі. Күшейту коэффициентінің бағытталған сигналын сипаттайтынын ескеру қажет.

 

Антеннаның тиімділік алаңы

 

Антеннаның тиімділік алаңы оның алдындағы параметріне және көлемі мен түріне байланысты. Антеннаның бағытталған қозғалыс коэффициенті мен оның тиімділік алаңының қатынасын келесі түрде жазуға болады:

 

                                                        (3.3)

Мұнда

 – антеннаның бағытталған қозғалыс коэффициенті;

 – эффективті алаң;

 – тасушы жиілік;

 – жарық жылдамдығы ( м/с);

 – тасушы жиіліктің толқын ұзындығы.

3.1 - кестеде антеннаның күшейту коэффициентінің мәні мен кейбір кең таралған антенналар үшін тиімділік алаң түрлері келтірілген.

 

3.1 Кесте - Күшейту коэффициенті және кейбір антенна түрлерінің тиімділік алаңы

Антенна түрі

Тиімділік алаң , м2

Қуатты күшейту коэффициенті (изотропты антеннаға қатысты)

Изотропты

1

Шексіз кіші диполь немесе контур

1,5

Жартылай толқындық диполь

1,64

Рупорлы антенна, раструб алаңы

Беттік жазықтықтың парраболды алаңы

Турникетті (екі перпендикулярлы қиятын диполь)

1,15

 

 

4 Сигналды тарату

 

Тарату кезінде антеннадан шыққан сигнал жер бетін қамти алады, атмосфераның беткі қабатынан шағылыса алады немесе тікелей көріністік сызықтықтың бойымен тарала алады.

 

4.1 Электрмагниттік толқынның дифракциясы

 

Жер бетін қамтыған кезде (4.1 – суретті қара) сигналдың таралу жолы ғаламшардың контурын толық дәрежеде қамтиды. Тарату өзінен көп есе жоғарылаған тікелей көру шектігін өте алыс ара қашықтықта жүзеге асыра алады. Берілген эффект 2 МГц-ке дейінгі жиіліктерден орын алады. Берілген жиілікке жататын сигналдың қабілетіне жер бетінің кедір-бұдырын қайталауға электрмагниттік толқын дифракциясы факторы әсер етеді. Берілген құбылыс электрмагниттік толқынның кедергі бар кезіндегі жағдайына байланысты [2,3].

 

4.1 СуретЖер маңайындағы толқындардың таралуы

(2 МГц-ке дейінгі жиілік)

 

Берілген диапазондағы электрмагниттік толқынның таралуы атмосферада жердің беткі қабатына толқындар тимесе де  жүзеге асады.

 

4.2 Тікелей көріністегі сызықтықтың толқын бойымен таралуы

 

Егер радиодыбыстың жиілігі 30 МГц-тен асып кетсе, онда жер бетін онымен қамту және атмосфераның беткі қабатынан шағылыстыру мүмкін емес болады. Бұл жағдайда байланыс тікелей көрінетін жерде жүзеге асу керек (4.2 – суретті қара).

 

4.2 Сурет - Тікелей көрінетін сызықтық бойымен сигналдың

таралуы (30 МГц-тен жоғары жиілік)

 

Жерсеріктік  байланыс 30 МГц-тен жоғары жиілікте ионосферамен шағылыспайды. Мұндай сигнал жердегі стансадан жерсерікке  кері және егер жерсерік көкжиектің ар жағында орналаспаса беріле алады. Жердегі байланыс кезінде қабылдайтын және жіберілетін антенналар тікелей көрінетін тиімді сызықтың шамасында болу керек. "Тиімді" терминін қолдану, өте жоғары жиіліктегі толқындардың қисаюына және атмосферада бұрмалануына байланысты. Қисаюдың бағыты мен дәрежесі көптеген факторларға байланысты. Бірақ, ережеге сай өте жоғары жиілікті толқынның бұрмалануы жер бетінің кедір-бұдырын қайталайды. Сондықтан, ондай толқындар тікелей көрінетін оптикалық сызықтан асатын ара қашықтықта таралады.

  

5 Тікелей көрінетін сызықтың шамасындағы сигналды жіберу

 

Байланыс жүйесінің қандай түрі болса да мынадай бекіту қолайлы, қабылданатын сигналдың берілетін сигналдан айырмашылығы бар. Берілген эффект беріліс процесі кезіндегі түрлі бұрмаланудың себебі болып табылады. Аналогты сигналдың берілуі кезінде бұрмалау оның кездейсоқ өзгеруіне әкеліп соғады, ал ол байланыс сапасының шамалылығынан көрінеді. Егер де цифрлық берілгендер берілсе, онда қисықтық екі еселік қателіктің пайда болуын байқатады. Екілік бірлік нөлге және керісінше түрлене алады. Түрлі қисықтықтардың түрлерін қарастырайық, сонымен қатар олардың тікелей көріну шамасындағы байланыс арнасының өткізу қабілеттеріне қатыстығын тексерейік. Ең маңызды болып келесі шағылыстардың түрі саналады [2,3,4,6]:

-        өшу және сигналдың амлитудалық бұрмалануы;

-        бос кеңістіктегі шығын;

-        шуыл;

-        атмосфералық жұту;

-        бұрмалау көп жарықтың таралуының нәтижесі;

-        сыну.

 

5.1 Өшу

 

Кез келген ортада сигнал жіберу қарқындылығы оның ара қашықтығына байланысты азаяды. Изотропты ортада мұндай әлсіреу немесе өшу, жалпы жағдайда ара қашықтықтан логарифмге  тәуелді. Ережеге сай, изотропты ортаға, өшуді басқаша қарқындылықты әрқашан жоғалту деп айтуға болады (децибелда). Изотропты орта үшін өшу одан да күрделі қашықтықтың функциясы мен атмосфера құрамымен анықтала алады. Өшуді зерттеу үшін инженер-байланысшыға үш фактор маңызды:

-        қабылданған сигнал қабылдағыштың оны табуына сәйкес келетін қуаты болу кажет;

-        Сигналды қабылдаған кезде қателіктер болмас үшін сигналдың қуаты шуылды басатындай дәрежеде болу керек;

-        Сигнал жиілігі жоғарылаған сайын өшу көбейе береді, ол бұрмалануға әкеліп соғады.

Бастапқы екі фактор сигнал қарқындылығының өшуімен байланысты және күшейткіштер мен ретрансляторлардың пайдаланылуына байланысты. Екі нүктелік байланыс арнасы үшін беріліс сигналының қуаты мықты болуы кажет. Бірақ сигналдың қарқындылығы шамасынан өте жоғары да болмау керек, себебі бұл жағдайда қабылдағыш немесе таратқыштың контурында жүктемесі артып, бұрмалану пайда бола алады. Егер қабылдағыш пен таратқыштың ара қашықтығы тұрақты шамадан көп болса (ол жағдайда өшу қол жеткізбейтіндей биіктікте болады), бос кеңістікке берілген нүктелерге сигналды күшейту мақсатында ретранслятор мен күшейткіштерді қояды. Егер қабылдағыштардың саны көп болса және олар тұрақты емес болса, сигналды күшейту тапсырмасы қиындайды.

Үшінші фактор бізге амлитудалық бұрмалану деген атпен белгілі. Өшу жиіліктің функциясы болған себептен, қабылданған сигнал жіберілген сигналға қарағанда қатты бұрмаланады, ол қабылданудың сапасын төмендетеді. Қабылданатын және жіберілетін сигналдардың жиіліктік компонентінің қуаттық қатынасы бірдей емес. Бұл қиындықты жою үшін берілген жиілікте бұрмалануды түзету әдісі қолданылады. Бұл шараға бірден бір мүмкіндік ретінде үлкен жиіліктегі күшейткіштерді төмен жиілікті күшейткіштерге қарағанда пайдалану да болуы мүмкін.

 

5.2 Бос кеңістікте сигналдың жоғалуы

                                        

Сымсыз байланыстың кез келген түріне, берілетін сигнал оның кеңістікте таралуына байланысты тарқалады. Осыдан шығатыны тұрақты тиімді алаңнан қабылданатын антеннаның сигналының қуаты берілетін антеннаның қуатының жойылуына байланысты азаяды. Жерсеріктік байланыс үшін айтылып кеткен эффект сигналдың қарқындылығының төмендеуіне басты себеп. Егер де өшу мен босаңсудың болу себебін жоқ деп алғаның өзінде де, берілген сигнал бос кеңістікте таралуына байланысты өшеді. Мұның себебі – сигналдың үлкен қашықтықта таралуы. Мұндай өшудің түрі бос кеңістіктегі жоғалу деп аталады және шағылысқан  сигналдың қуаты мен қабылданған  сигналының қатынасын алады. Сол мәнді децибелмен шығарып көру үшін көрсетілген қатынастың ондық логарифмін алу керек, содан соң шыққан нәтижені 10-ға көбейту керек.

Бос кеңістіктегі идеалды изотропты антеннаның жоғалуына келесі өрнек:

 

                                                    (5.1)

 

        – берілетін антеннаның сигналының қуаты;

 – қабылдағыш антеннаға келіп түсетін сигналдың қуаты;

 – тасушы толқын ұзындығы;

 – екі антенна арасынан өткен сигналдың ара қашықтығы;

 – жарық жылдамдығы ( м/с).

 

Келтірілген ережені келесі түрде жазуға болады:

 

                  (5.2)

5.1 - суретте бос кеңістіктегі сигналдың жоғалуы өткен қашықтыққа тәуелді екендігі көрсетіледі.

 

5.1 Сурет - Сигнал қуатын жоғалту

 

Антеннаның басқа түрлеріне күшейту коэффициентін ескерген жөн. Теңдеудің нәтижесінде бос кеңістікте сигнал қуатын жоғалту келесі түрде жазылады:

 

                                           (5.3)

 

Мұнда

 – беріліс антеннаның күшейту коэффициенті;

 – қабылдағыш антеннаның күшейту коэффициенті;

 – беріліс антеннаның эффективті алаңы;

 – қабылдағыш антеннаның эффективті алаңы.

Екінші бөлшектен үшіншіге көшу, антеннаның күшейткіш коэффициентінің ескерілуімен және оның эффективті алаңымен орындалды, ол төмендегі (5.3) өрнекте көрсетілген. Бос кеңістіктегі жойылуды келесі өрнекпен көрсетуге болады:

 

                            (5.4)

 

Осыдан шығатыны, антеннаның мөлшері және оның бос кеңістіктегі таралуы өзгеріссіз қалса, тасушы толқынның ұзындығының үлкеюі ( тасушы жиіліктің төмендеуі) бос кеңістіктегі жиіліктің жоғалуының өсуіне әкеліп соғады.

(5.2) және (5.4) теңдіктерін салыстырайық. (5.2) теңдігінен біз жиілік өскен сайын бос кеңістіктегі жоғалулардың өсетінін байқаймыз, сол себептен радиосигналдың жоғары жиіліктерінде жоғалту байланыс үшін өте үлкен кедергі екенін көреміз. Бірақ (5.4) теңдігін зерттей отырып біз жоғалтулардың орнын антеннаның күшейту коэффициентін көбейту жолымен оңай толтыра аламыз деп айта аламыз. Шынында да, жоғары жиілікпен жұмыс жасаған кезде күшейту көбейеді, ол кезде байланыстың сапасына әсері бар басқа факторлар өзгеріссіз қала береді. (5.2) теңдеуінен мынаны түсінуге болады, қабылдағыш пен жібергіштің арасына бекітілген қашықтықта жиіліктің көбеюі бос кеңістіктегі жоғалулардың  өсуіне әкеледі. Бірақ антеннаның күшейту коэффициентін ескеретін болсақ және оның эффективті алаңын өзгеріссіз деп қарастырсақ, бос кеңістіктегі сигналдың қуатының жойылуы  құрайды. Осыдан шығатыны, ең үлкен жиілікті пайдаланғанда сигнал қуатының жойылуы төмендейді.

 

5.3 Шуыл

 

Ақпаратты тасымалдаудың қай түріне болмаса да мына бекіту дәл келеді,  қабылданған сигнал жіберілген сигналдың түрлі бұрмалауларының нәтижесімен модификацияланған түрінен тұрады, олар ақпаратты тасымалдаудың өзімен және беріліс нүктесінен қабылдағыш нүктесіне таралатын уақытта өзара қатынасатын қосымша артық сигналдармен енгізіледі. Бұл артық сигналдарды әдетте шуыл деп атайды. Шуыл - байланыс жүйесінде жұмысқа шектеу қоятын кедергі факторлардың бірі.

Шуылдарды төрт категорияға бөлуге болады:

-        жылулық шуыл;

-        интермодуляциялық шуылдар;

-        қиылыстық бөгеттер;

-        импульсті бөгеттер.

Жылулық шуыл - ол жылулық электрондардың қозғалыстарының нәтижесі. Берілген бөгет түрі электрлік құралдардың барлығына және электрмагниттік сигналдардың ортасына да әсері бар. Жылулық шуыл температура функциясы болып келеді және жиілік спектрінде біркүйлі таратылған, сондықтан бұл шуыл түрін басқаша ақ шуыл деп те айтады. Жылулық шуылды жою мүмкін емес, сондықтан ол байланыс жүйесіндегі ең жоғарғы шектікті анықтай алады. Жылулық шуыл жерсеріктік байланыс жүйесіне өте қатты әсерін тигізеді, себебі жерсеріктен алатын  сигнал өте әлсіз.

1 Гц жолағында бар жылулық шуыл басқа құрылғылар немесе жолсеріктерді құрайды:

 

 (Вт/Гц).

 

Мұнда

 – шуыл қуатының тығыздығы 1 Гц жолақта ваттпен;

 – Больцман тұрақтысы, ;

 – Кельвин температурасы (абсолюттік температура).

Шуыл жиілікке тәуелді емес деп есептеледі. Осыдан шыға, жылулық шуыл Гц-та болған диапазон жолағында келесі түрде өрнектеледі:

 

 

Осы өрнекті децибел-ватты пайдаланып, жазып алайық:

 

 

Егер де әртүрлі жиіліктегі сигналдар бір ортада берілсе, онда интермодуляциялық шуыл орын ала алады. Интермодуляциялық шуыл деп екі шығатын сигналдың жалпы саны, айырымы немесе жиілік өнімінің бөгетін айтады. Мысалы,  және жиілігінде берілетін екі сигналды араластыру,  сәйкесінше,  жиілігіндегі энергия беруіне әкеледі. Паразитті сигнал   жиілігінде беріліп жатқан байланыс сигналымен де қатынасы бола алады.

Интермодуляциялық шуыл қабылдағышта, таратқышта немесе аралық ақпаратты тасымалдау жүйесінде сызықсыздық пайда болғаннан болады. Бүкіл көрсетілген компоненттер жолақты жүйелер болып көрінеді, олардың шығыс қуаты кіріс қуатын бірнеше константаға көбейткенге тең. Сызықсыз жүйелер үшін шығыс қуаты кіріс қуатының функциясына қарағанда өте күрделі. Сызықсыздық кейбір жөнделмеген бөлшектерден, шектен тыс қуатты сигналды пайдаланғаннан немесе жай күшейткіш табиғатынан болу мүмкін. Келтірілген себептерге бөгеттер шығыс сигналының жиіліктерінің қосындысы немесе айырымына тең болады.

Қиылыстық бөгеттермен әрқайсысы кездеседі, ол егер телефонмен сөйлесу кезінде үзік - үзік басқа біреулердің дауысы естілген жағдайда. Мұндай бөгет сигналдарды беру кезінде артық тракттарды қосқанда болады. Мұндай қосылыс жақын орналасқан қос жұптың жалғануынан болуы мүмкін. Одан көптеген сигналдар беріледі. Қиылыстық бөгеттері АЖЖ диапазонының антеннасының бөгде сигналдарын қабылдаған кезде пайда болады. Берілген байланыс түріне жоғары бағытталған антеннаның пайдалануына қарамастан, тарату кезінде сигнал қуатының жоғалуын тойтару мүмкін емес. Ережеге сай, қиылысу бөгетінің қуаты жылулық шуылдың қуатына тең. Жоғарыда көрсетілген бөгет түрлері болжамды және тұрақты қуатты дәрежеде болып есептеледі. Мұндай түрмен, көрсетілген бөгеттерге қарсы тұратын сигнал тарату жүйесін проектілеу әбден мүмкін.

Бірақ жоғарыда айтылып кеткен бөгеттердің түрлерінен бөлек, тағы импульстік бөгеттер бар. Олар табиғатынан үзіктік болып келеді және тыңғылықты емес импульстерден немесе жоғары амплитудалық қысқа мерзімдік шуылдар жиынынан тұрады. Импульстік бөгеттердің пайда болу себебі өте көп, соның ішінде байланыс жүйесінің өзіндік сыртқы электрмагниттік әсерлері (мысалы, найзағай) немесе дефектілер (сынықтықтар) бола алады.

Ережеге сай, импульсік бөгеттердің  кері әсер етуі мәліметтердің аналогты тарату процесіне мән бермеуге болады. Мысалы, дыбыстық сигналды тарату кезінде ақпаратты тасымалдауға қатты әсері жоқ ұсақ артық дыбыстар естілуі мүмкін. Цифрлық мәліметтерді тарату кезінде болатын импульстік бөгеттер — ең маңызды қателер көзі болып табылады. Мысалы, ұзақтығы 0,01 сек.  басқа импульс дыбыстық сигналға еш әсер етпейді, бірақ 56 Кбит/с жылдамдықпен мәліметтерді тарату кезінде мұндай импульстің пайда болуы  560 бит ақпараттың жоғалғанын көрсетеді.

 

5.4  Цифрлық байланыс жүйесінде сигнал/шуылдың қатынасы

 

1 бит энергия сигналының 1 герц шуыл қуатының тығыздығына қатынасы  — цифрлық байланыс жүйесін өңдеуші ретінде қолданады. R бит/с жылдамдығымен берілетін, құрамында екілік цифрлық берілгені бар цифрлық немесе аналогты сигналды қарастырайық. Ескертеміз, 1 Вт = 1 Дж/с,  сигналдың бір битінің бөліктік энериясын шығарамыз: (мұнда  – сигнал қуаты;  – бір битті тасымалдауға кететін уақыт). R  мәліметтерді тарату жылдамдығын мына түрде өрнектеуге болады  . Осыдан,

 

.

 

Децибелмен өрнектелген қатынас келесі түрді қабылданады:

 

 қатынасы үлкен практикалық мәнге ие, себебі қате биттердің пайда болу жылдамдығы (кемімелі) берілген қатынастың функциясы болып табыладыбелгілі мән бойынша, келтірілген теңдікте керек деңгейді қателіктерді иелену үшін басқа да алуан параметрлерді таңдауға болады.  мәнін сақтау үшін, R мәліметтер алмастыру жылдамдығын көбейткенде шуға қатысты жіберілетін сигналдың қуатын арттыру керек.

Көбінесе, шуыл қуатының дәрежесі ақпараттардың бір битінің  мәнін өзгертеді. Егер де ақпаратты тасымалдау дәрежесін екі есе арттырса, биттер екі есе «жинақталған» болады  және сол бөгде сигнал екі бит ақпаратты жоғалтады. Осыдан, сигнал қуаты мен шуылды өзгертпегенде, ақпаратты тасымалдау жылдамдығын арттырумен қатар қателіктердің өсуіне әкеледі.

 

5.5 Атмосфералық жұтылу

 

Қабылдағыш және таратқыштың антенналарының арасындағы тағы да  сигналдың қосымша қуатының жоғалуының себебі атмосфералық жұту, сонымен қатар бұл әлсіздендіргішке су буы мен оттегі кіреді. 22 ГГц нүктесінің маңайынан сигналдың максималды қуатының жоғалуы байқалады, бұл су буының  қатынасынан деп есептеледі. 15 ГГц-тен төмен жиілікке қуатты жоғалту азырақ. 60 ГГц жақындығында электрмагниттік толқындар мен оттегінің қатынасында қуаттың жоғалуының шыңы болып табылады. 30 ГГц-тен төмен жиілікте жаңағы фактордың әсері әлсізденеді. Жаңбыр және тұман (ауада салмақсыздық деңгейде тұрған су тамшысы) радиотолқындардың таралуына кедергі келтіреді, нәтижесінде сигналдың әлсізденуіне де әкеледі. Көрсетілген факторлар сигналдың қуатының жоғалуының ең маңызды себебі болуы мүмкін. Осыдан, жаңбыр көп жауатын аймақта ақпарат алмастыру қашықтығын азайту немесе төмен жиілікті пайдалану керек.

 

5.6 Көпсәулелі тарату

 

Егер байланыс жүйесінде антенналардың орналасуы әркелкі болса, байланыс тракті мен ақпаратты қабылдағыш пен таратқыштың тікке көру жолағы сай келіп, осындай жағдай туындауы мүмкін (интерференцияға әкелетін кедергілердің болмаған жағдайында). Ережеге сай, жерсеріктік жүйеге немесе байланыс арнасының екінүктелік  жоғарыжиілігіне осындай қашықтық алынады. Қарама - қарсы себеп болып ұялы байланыс бола алады — бұндай жағдайда сигналды тарату жолында кедергілер көп кездеседі. Кедергілер сигнал тәріздес болып, оның бірнеше көшірмесі пайда болып, әртүрлі интервалдармен келіп түседі. Кейбір шамадан тыс кездерде шығыс сигнал мүлдем жоғалып кетуі де мүмкін. Тікке толқынның таралу  траекторияларының  және оның шағылысқан көшірмесінен айырмашылығына байланысты,  шағылысқан сигналдардың жалпы санынан біріншісінің қуаты көп немесе аз болады. Жақсы орналасқан стационарлық антеннасы бар байланыс жүйесінің және де жерсерік байланысы мен қозғалыссыз  стансасының шығыс сигналын күшейту жүзеге аса алады және көпсәулелі таратулардың кесірінен туындаған қосымша компоненттерді жояды. Жалғыз ерекшелік болып сигналдың су бетімен өтуі болады, оның шағылысқан беткі қабаты желден тұрақты емес. Ұялы телефон байланысы жүйелері үшін және де орналасуы дұрыс емес антенналар үшін сигналдың сапасына әсер ететін көпсәулелік тарату эффектісі негізгі фактор бола алады.

5.2 және 5.3 - суреттерінде сұлба түрінде көп сәулелі таратудың негізгі көрінісі берілген, жоғарыжиілікті қозғалыссыз типке және де  ұялы байланыс жүйесінде.

 

radar

 

5.2 Сурет - Жоғары жиіліктік визиялық жолақ

 

otraj

 

 5.3 Сурет - Ұялы радиобайланыс

 

Бірінші суретте тіке көру жолағынан басқа сигнал атмосферамен сына алады. Одан басқа жерден шағылыс алған сигналдардың компоненті бола алады. Ұялы байланыс кезінде беткі шағылысу болып ғимараттар және басқа да  объектілер бола алады.

 

 

5.7 Сыну

 

Атмосферада таралу кезінде радиотолқындар сынады (немесе майысады). Сыну ол атмосфераның немесе басқа да факторларының өзгеруінен болатын толқынның жылдамдығының өзгеру нәтижесі. Жақсы шарттарда сигнал жылдамдығы биіктікке қатысты артады, ол оның жерге қарай майысуына әкеледі. Бірақ ауа райының шарттарының нәтижесінен тарату жылдамдығы биіктікке қатысты басқа флуктуациялардан өте қатты ерекшеленеді. Қорытындысында, тіке көру жолағында жіберілетін тек толқынның жартысы ғана антеннаның қабылдағышына жетеді. Сигнал алынбайтын ахуал да болуы әбден мүмкін.

 

Мысал:

Сымсыз жолақта А және Б кеңселерінің жүйелік инфраструктурасын байлау кажет, 5.4 - сурет:

 

5.4 Сурет

 

5.4 - суретінен көріп отырғандай  Б кеңсесі А кеңсесінен тіке көру жолағында тұрған жоқ. WI-FI сымсыз желілер әдетте тіке көру жолағында жоқ байланысқа көңілі аумайды, ондайға тек шара жоқ кезде ғана келеді.

Б кеңсесі үш қабатты үйдің бұрышында орналасқандықтан, ретрансляторларды орнатпай-ақ сигналды жіберу үшін электрмагниттік толқынның физикалық қасиетін пайдаланамыз. Мысал үшін, пайдаланатын шағылысудың сипаттамасын аламыз: 2,4 ГГц жиілік диапазоны, 12 см толқын ұзындығы (802.11b(+) стандарты)

5.5 - суретте электрмагниттік толқындардың таралуының үш механизмі бейнеленген:

5.5 Сурет

 

1.      Егер кедергі көлемі кішкентай немесе толқын ұзындығына сай болса, таралу пайда болады. Шығыс сигналы бірнеше әлсіз сигналдарға бөлінеді. Әдетте ұялы байланыста қолданылатын аса жоғары жиіліктер үшін және ақпаратты тасымалдау сымсыз жүйелерінде таралу көп объектілерде болуы мүмкін, мысалы шам бағанасымен, ағаштармен, жол белгілерімен.

2.      Электрмагниттік толқын өзінен көлемімен үлкен кедергіге кездескен кезде, шағылысу пайда болады.

3.      Өлшемі толқын ұзындығынан  біршама үлкен электрмагниттік өткізу мүмкіндігі жоқ объектілерде дифракция жүреді. Мұндай объект түскен кезде радиотолқындар әртүрлі бағытқа таралады. Бұл жағдайда дифракция жүретін нүктені өткізу көзі деп қарастыруға болады. Нәтижесінде, сигнал таратқыштың тіке көру жолағындағы емес қабылдағыштан алынуы мүмкін.

Егер де ауа райы қолайлы болмаған жағдайда, мысалы қатты бораған күнде жақсы байланыс сапасы байқалады. Ол толқын ұзындығы 2,4 ГГц диапазоны арқасында қол жете алады – 12 см қар, жаңбыр тамшыларынан, нөсерден, тұманнан әлдеқайда қалың, сондықтан  ақпаратты тарату жұмысына бұл құбылыстар ешқандай әсер бермейді (құйынды жауын сигналды 0,05 дБ/км қарқындылығымен төмендетеді, қалың тұман 0,02 дБ/км әлсіздетеді).

 

 

 

 

6 Сигналдың әсер ету аймағын есептеу

 

6.1 Сымсыз байланыс арнасының жұмыс істеу аралығын есептеу

 

График бойынша есептеу

 

Бұл әдістеме сымсыз байланыс арнасының жұмысының теориялық қашықтығын D-LINK құрылғыларында (және тек ол емес) 802.11 b және g  стандартымен құрылғанын байқатады (2.4 ГГц жиілік) және 802.11 а (5Г сағатына). Бірден мынаны ұйғарған жөн: формуладан алынған антенналардың арасындағы қашықтық – теориялық максималды жететін. Ал сымсыз байланысқа көптеген факторлар әсер ететін болғандықтан, бұндай қашықтықты жұмысты, әсіресе қала ішінде, өкінішке орай орындау мүмкін емес [2,3,6].

Байланыстың қашықтығын анықтау үшін тракттың соммалық күшейтуін есептеп алып, график бойынша бұл мәнге сай қашықтықты анықтау. Дб-дағы трактты күшейту мына формуламен анықталады:

 

                                 (6.1)

 

мұнда  – жібергіштің қуаты;

 – жіберу антеннаның күшейту коэффициенті;

 – қабылдау антеннаның күшейту коэффициенті;

 – қабылдағыштың шын сезімталдығы;

 – жіберу трактінде және коаксиальды сигналдардың жоғалуы;

 – қабылдау трактінде және коаксиальды сигналдардың жоғалуы;

 6.1 - суретте келтірілген сұлба арқылы, сымсыз байланыс арнасының керекті жұмыс қашықтығын табамыз.

6.1 Сурет

Мысалда әр параметрді талдаймыз:

 – жіберілгіш қуаты – сымсыз қолайлы нүкте немесе адаптер қуаты дБмВт- да. Бұл ақпаратты сіз құрылғының спецификациясында таба аласыз. D-LINK құрылғысына 15 dBm қарапайым қолайлы нүктесіне және 25 дБмВт дейінгі карталар сыртқы орындалуда DWL-2700AP и DWL-7700AP.

 – қабылдау антеннаның күшейту коэффициенті (дБи). D-LINK  ішкі және сыртқы қолданысқа 4-тен 21 дБи-ге дейін антенналар ұсынады.

 – қабылдау антеннаның күшейту коэффициенті  сияқты, бірақ радиолинктің басқа жағында.

  –қабылдағыштың сезімталдығы, оны да сіз құрылғының спецификациясында таба аласыз. Қабылдағыштың сезімталдығы «минус» таңбасымен жұмыс жасайтын құрылғыға байланысты.

,  – қабылдағыш немесе жібергіш тракттың коаксиалды кәбілінің жоғалуы. Жоғалуларды келесі түрде есептеуге болады: біз ұсынатын BELDEN 9880  кәбілінің 0,24 дБ/м өшулігі бар. Олай дегеніміз: 10-метрлік кәбіл ұзындығында өшу 2,4 дБ құрайды. Оған қоса, жоғалуларға ~ 0,5 - 1,5 дБ-дан қосып тұру қажет. Соңында, антенна мен қолайлы нүкте арасындағы 10-метрлік кәбіл  дБ жоғалуы бар.

Бізде екі DWL-900AP рұқсат нүктесі, + екі ANT24-0801 кеңжолақты антенна бар және олардың әрқайсысы өз антеннасына 10-метрлік кәбілімен қосылады деп ойлайық:

= 15 дБмВт; = 8 дБи; = 8 дБи; = -79 дБмВт; = 5.4 дБ; = 5.4 дБ;

 

Бұдан

 = 15+8+8-(-79)-5.4-5.4=99.2 дБ.

 

График бойынша (2.4 GHz-ға арналған қызыл қисық) бұл мәнге сәйкес қашықтықты анықтаймыз. ~300 метрге тең қашықтықты аламыз.

Біз 11 Mbps жылдамдығына есеп жүргізгенімізді ескертеміз.

1 Mbps жылдамдығында:

= -89 дБмВт;

онда:

 

 = 15+8+8-(-89)-5.4-5.4=109.2 дБ.

 

График бойынша (2.4 GHz-ға арналған қызыл қисық) бұл мәнге сәйкес қашықтықты анықтаймыз. ~1000 метрге тең қашықтықты аламыз.

Формула бойынша есептеу

Қашықтықты есептеу үшін қорытындысыз формула шығырамыз. Ол бос кеңістіктегі жоғалуының есептелуімен инженерлік формуладан алынады:

 

Мұнда FSL (free space loss) – бос кеңістіктегі жоғалу (дБ);

FБайланыс жүйесі жұмыс жасайтын арнаның орталық жиілігі (МГц);

D екі нүкте арасындағы ара қашықтық (км).

 

FSL жүйенің қосындысы күшейтумен анықталады. Ол келесі түрде есептеледі:

Қосындылық күшейту = жіберуші қуаты (дБмВт) + | Қабылдағыш сезімталдығы (–дБмВт) (модуль бойынша) | + жібергіш антеннасының күшейту коэф. + қабылдау антеннасының күшейту коэф.– жібергіштің антенно-фидерлік трактінің өшуі – қабылдағыштың антенно-фидерлік трактінің өшуі – SOM

Қабылдағыштың әр жылдамдығына арналған сезімталдық бар. Кішкентай жылдамдыққа (мысалы, 1-2 мегабит) сезімталдық аса жоғары: 90 дБмВт–тан  94 дБмВт–ға дейін. Жоғары жылдамдыққа сезімталдық азырақ. Мысал ретінде қарапайым 802.11a,b,g рұқсат нүктесінің сипаттамасын келтіреміз:

# 54 Мбит/с: -66 дБмВт

# 48 Мбит/с: -71 дБмВт

# 36 М

бит/с: -76 дБмВт

# 24 Мбит/с: -80 дБмВт

# 18 Мбит/с: -83 дБмВт

# 12 Мбит/с: -85 дБмВт

# 9 Мбит/с: -86 дБмВт

# 6 Мбит/с: -87 дБмВт  т.с.с.

Радиомодульдің маркасына байланысты максималды сезімталдық кішкене өзгере алады. Әртүрлі жылдамдыққа  максималды қашықтық та әртүрлі болатыны анық.

SOM (System Operating Margin) – радиобайланыстағы энергетиканың артығы (дБ). Байланыс қашықтығына жаман әсер ететін факторларды ескереміз:

-       Қабылдағыштың сезімталдығының және жіберушінің шығыс қуатының температуралық өзгеруі;

-       Ауа райының өзгеруі: тұман, қар, жаңбыр;

-       антеннаның, қабылдағыштың, таратқыштың  антенно-фидерлік трактпен байланысы үзілуі.

SOM  параметрі 15 дБ тең деп алынады.  Күшейтудің 15 децибелді қоры инженердің есептеуіне жарамды деп саналады.

Арнаның орталық жиілігі F 6.1 -кестесінен алынады.

Соңында байланыс қашықтығының формуласын аламыз:

 

.

 

6.1  Кесте- Орталық жиілікті есептеу

Арна

Орталық жиілік  (МГц)

1

2412

2

2417

3

2422

4

2427

5

2432

6

2437

7

2442

8

2447

9

2452

10

2457

11

2462

12

2467

13

2472

14

2484

 

 

6.2 Френель аймағын есептеу

 

Радиотолқын таралған процесте, кеңістікте эллипсоидалды айналым көлемін алады, оны біз Френель аймағы дейміз. (6.2 cуретті қара). Бұл кеңістікке түскен табиғи (жер, жар, талдар) және жасанды (ғимараттар, бағаналар) бөгеуілдер сигналды әлсіретеді.

 

fresnel1

 

6.2 Cурет - Френель аймағы

 

Френель аймағының бірінші радиусы ең кең бөлікте мына формуламен есептелінеді:

 

                                                (6.2)

 

мұнда  – Френель аймағының радиусы (м);

 – антеннааралық қашықтық (км);

 – жиілік (ГГц).

 

Ескерту:

- Әдетте 20% Френель аймағын блоктау арнаға аз ғана өшу әкеледі. 40%-дан жоғары болса, сигналдың өшуі байқалатындай болады, таралу жолына бөгеуілдердің түсуінен сақтанған жөн.

- Бұл есептеу жердің жазық екенін ескере отырып жасалған. Ол жер бетінің кедір-бұдырын ескермеген. Созылған арналарға  біріккен есептеу жасаған дұрыс, себебі бұл есептеу  рельефті және таралу кезіндегі табиғи бөгеуілдерді ескереді. Антенналар арасында үлкен қашықтық болған жағдайда, жер бетінің қисықтығын ескеріп, антеннаны жоғарырақ ілу кажет.

 

7 Сымсыз желілерді ұйымдастыру

 

Сымсыз желілер кеңейту және түр өзгерту кезінде аса иілгіш бола алады. Желілік құрылым жасаған кезде ол қосымша ретінде де, ауыстыру ретінде де қолданыла алады. [2,6.7].

Қолданушылар еркін орын ауыстыра алады, себебі сымсыз желілер компанияның желілік ресурстарына қатынасты әр жерден қамтамасыз ете алады.

Сымсыз желілер ұялы қатынасты ғана қамтамасыз етпейді, олар өз алдына ұялы, себебі желіні оп-оңай түрде басқа жерге көшіруге болады. Тез және оңай орын ауыстыру.

Сонымен қатар, сымсыз желілердің шектеуліктерін де ұмытпаған жөн. Бұл ережеге сай аз жылдамдық бөгеуілдердің әсері бар және берілетін ақпараттың сақтығын қамтамасыз етудегі күрделі сұлба.

WI-FI желісінің сегменті сымды да сымсыз да дербес желі болып немесе күрделі желілердің құрамында да пайдаланылады. WI-FI желі мыналар үшін қолданыла алады:

- желі пайдаланушыларға сымсыз қосылыс  үшін;

- кәбілді қосылыс болмайтын немесе мүмкін емес жерлердегі кеңістікте жайылған кішкентай желілерді бір үлкен желі астына жинау;

- Dialup қосылысының немесе желілік жолақтың орнына, желіге интернет-қызметінің провайдерін қосу үшін.

 

7.1 Сымсыз желілерді падалану алаңы

 

Сымсыз желілерді пайдалану алаңын атап көрсетейік:

-       Кеңсе ішілік желілер;

-       Үй желілері;

-       Көрме комплекстері немесе мәслихат залдары;

-       Қонақүйлерде, кітапханаларда, кафелерде, студенттік қалашықтарда интернет желісіне қатынас, т.с.с. – “hot spot”; 

-       Интернет провайдерлерінің желісі: кәбілді созуға мүмкін емес жерлерде клиенттерді қосу;

-       клиенттер үшін корпоративтік желілерге «Қонақтық» қатынасы.

 

7.2 Желілердің негізгі элементтері

 

Сымсыз желіні құру үшін WiFi қолданылады – адаптерлер және рұқсат нүктелері.

Адаптер (7.1 – суретті қара) өз бетімен PCI, CardBus, CompactFlash арқылы кеңейтілетін құрылғыны білдіреді. Одан басқа USB 2.0 порты арқылы қосылатын адаптерлар бар. WiFi–адаптеры сымды желідегі желілік картаның функциясын атқарады. Ол компьютерлерді сымсыз желіге қосу үшін пайдаланылады. Жаңа компьютерлерде құрылған WiFi–адаптеры болады. WiFi–адаптерлермен, ережеге сай, ДҚК қамтамасыз етілген, ол да өз алдына сымсыз желілердің қосылуына мүмкіндік береді.

dlink-adapter

 

7.1 Сурет - Адаптерлер

 

Сымсыз желілерге рұқсат алу үшін адаптер басқа да адаптерлермен байланыс орната алады. Ондай желі арнаулы (ad hoc) немесе жоспарланбаған желі деп аталады. Адаптер арнаулы құрылғы арқылы байланыс орната алады. Ол рұқсат нүктесі. Бұндай режім инфрақұрылым деп аталады.

Қосылудың тәсілін таңдау үшін адаптер ad hoc-ты пайдалану үшін бағытталған немесе инфрақұрылымдық режімде болу керек.

Қатынас  нүктесі (7.2 – суретті қара) құрылған микрокомпьютері және жіберу-қабылдау құрылғысы бар автономды болып келеді. Рұқсат нүктесі арқылы сымсыз адаптерлер арасындағы қатынас пен ақпараттар алмасу және де сымды сегменті бар желінің байланысы жүзеге асады. Рұқсат нүктесі концентратор рөлін атқарады.

7.2  Сурет - Рұқсат нүктесі

 

Рұқсат нүктесінің желілік интерфейсі (uplink port) болу керек, оның көмегімен бұл нүкте қарапайым сымды желіге қосу керек. Бұл интерфейс арқылы нүктенің өзгертулері жүзеге аса алады.

Рұқсат нүктесі оған клиенттерді қосу үшін де (базалық  режім - рұқсат нүктесінің режімі), басқа рұқсат нүктелеріне таралу желілерін (Wireless distributed system – WDS) құру қатынасы үшін де керек. Бұл сымсыз «нүкте-нүкте»  көпір режімі және «нүкте-көп нүкте», сымсыз клиент және қайталағыш.

Желіге рұқсат эфир арқылы кеңтарату сигналдарын жіберу жолымен қамтамасыз етеді. Бірнеше жіберуші стансалардың жұмыс жасау диапазонында қабылдағыш станса сигнал ала алады. Қабылдағыш-станса қабылданатын сигнал мен өзіне керегін таңдап алып сүзгілеу үшін  қызмет көрсету идентификаторын пайдаланады (service set indentifier, SSID).

Қызмет көрсету алаңы деп (service set, SS) сымсыз желіге қосылуды қамтамасыз ететін топталған құрылғыларды айтады.

Базалық  қызмет көрсету (basic service set, BSS) – ол 802.11 стансасының стандартымен бір топ басқа топпен сымсыз байланысы бар жұмыс жасайтын топ. BSS технологиясы ерекше қатынас нүктесі (access point) деп аталатын стансасы бар екенін болжайды. Қатынас нүктесінің желілік интерфейсі сымды желіге базалық қызмет көрсету алаңына қосылу үшін пайдаланылады (мысалы, Ethernet), сондықтан BSS-ді BSS инфрақұрылымы деп те атайды.

 

7.3 Режімдер және оларды ұйымдастырудың ерекшеліктері

 

7.3.1 AD HOC режімі

7.3 Сурет

 

Ad hoc режімінде (7.3 – суретті қара) клиенттер бір-бірімен байланыс орнатады. «Нүктеүкте» типті бір рангті қатынас орналады және компьютерлер қатынас нүктесінсіз қатынай алады. Соның өзінде сымды  желіге қосылу үшін интерфейсі жоқ, тек бір қызмет ету алаңы құрылады.

Тағайындау және пайдалану облысы. Берілген режімнің негізгі жетістігі – құрылымының қарапайымдылығы: ол қосымша құрылғыны қажет етпейді (қатынас нүктесі). Режім ақпараттарды жіберу үшін уақытша желілерді құруда пайдаланылады.

Бірақ мына жағдайды ескерген жөн, ad hoc режімі 11 мбит/сек-тан жоғары болмайтындай қолданылатын құрылғыға тәуелсіз жалғауларды орналастыруға мүмкіндік береді. Ақпаратты алмастыру жылдамдығы төмен болады және 11/N мбит/сек-тен аспайды, мұнда N – желідегі құрылғылар саны. Байланыс қашықтығы жүз метрден көп болмайды, ал ақпарат тарату жылдамдығы қашықтықтың көбеюімен азаяды.

Ұзақ уақытқа сымсыз желіні құру үшін инфрақұрылымдық режімді пайдаланған жөн.

 

7.3.2 Инфрақұрылымдық режім

Бұл режімде қатынас нүктесі клиенттердің компьютерлерінің байланысын қамтамасыз етеді. Қатынас нүктесін сымсыз концентратор ретінде қарастыруға болады. Клиенттік стансалар бір-бірімен тікелей байланыста болмайды, ал қатынас нүктесімен байланысты және ол пакеттерді адрестерімен бағыттайды ((7.4 – суретті қара).

 

 

7.4 Сурет

 

Қатынас нүктесі шығыс арнасының портына ие бола алады (uplink port), ол арқылы базалық қызмет көрсету алаңы сымды немесе аралас желіге – желілік инфрақұрылымға қосылады.

 

7.3.3 Сымсыз көпірдің режімі

Сымсыз көпірдің режімі, 7.5 - сурет, сымды көпірлер сияқты, кішкене желілерді жалпы үлкен желіге жинақтау үшін қолданылады. Сымсыз көпірлер көмегімен  көршілес ғимараттарда аз қашықтықта орналасқан және сол сияқты бірнеше километрдегі сымды LAN-дарды қосуға болады. Бұл әдіс филиалдарды және орталық кеңсені желіге біріктіреді және де клиенттерді Интернет провайдерының желісіне қосу үшін көмектеседі.

Сымсыз көпір кәбілді өткізуге болмайтын немесе мүмкіндік жоқ ғимараттарда қолданыла алады. Осы шешім әлдеқалай үнемдеуді жүзеге асыртады және бағыттаудың қарапайымдылығын қамтамасыз етеді.

Көпір режімінде жұмыс жасайтын қатынас нүктесіне сымсыз клиенттерді қосу мүмкін емес. Сымсыз байланыс тек көпір бола алатын жұп

2dlink

7.5 Сурет - Сымсыз көпір

 

нүктелер арасында мүмкін болады. Клиенттерді көпірлік жалғауға қосу үшін коммутациялық құрылғысымен немесе басқа қатынас нүктесімен көпір нүктелерінің сымды жалғауын пайдалану керек.

 

7.3.4 Сымсыз көпірдің нүкте – көп нүкте режімі (7.6 – суретті қара).

BRIDGE-M

 

7.6 Сурет - Сымсыз көпір нүктекөп нүкте

 

«Нүкте – көп нүкте» сымсыз көпір режімі екі және одан көп бірнеше километр қашықтықта орналасқан LAN сымды сегментін қосу үшін пайдаланылады. Бұл жағдайда қатынас нүктесінің біреуі «нүкте – көп нүкте» көпір режіміне ауысады және басқа нүктелерді қосу үшін қызмет етеді. «Жұлдыз» типті топология туындайды. Өткен жағдайдағыдай, клиенттерді көпірге қосу тек сымды интерфейс арқылы жүзеге асады.

 

7.4 Қайталауыш режімі

 

Қатынас нүктесін сымды инфрақұрылымға жалғау мүмкін емес немесе ыңғайсыз жағдайы туындауы мүмкін немесе қандай да бір бөгеу қатынас нүктесінің клиенттердің сымсыз стансаларының орналасқан жерімен тікелей байланысын іске асуын қиындатуы мүмкін (7.7 –суретті қара).

7.7 Сурет - Қайталауыш режімі

 

Сымды қайталағыш сияқты, сымсыз қайталағыш өзінің сымсыз интерфейсіне келіп түсетін тек пакеттерді кері жібереді. Бұл кері жіберілгіш қабылданған арнаның өзі арқылы іске асады. 

Қатынас нүкте-қайталағышты пайдаланар алдында мынаны ескерген жөн, кеңтарату домендерін қате жазу өткізу қабілетін екі есе қысқарта алады, себебі қатынас нүктесінің бастапқысы кері жіберілген сигналды «естиді». 

Қайталағыш режімі 802.11 стандартына қосылмаған, сондықтан оны іске асыру үшін біртипті құрылғыны және тек бір шығарушыдан (қайта тігуге дейін) қолданған дұрыс. WDS пайда болғаннан бастап бұл режім өз маңыздылығын жоғалтты, себебі WDS функционалы оның орнын ауыстырады. Бірақ оны қайта тігудің ескі түрінде және көне құрылғылардан көруге болады.

 

7.4.1 Клиент режімі

 

 

7.8 Сурет - Клиент режімі

 

Сымды архитектурадан сымсызға көшкен кезде кейде желілік құрылғылар Ethernet сымды желіні қолдайтынын байқауға болады, бірақ сымсыз желілік адаптердің интерфейстік кеңістігі болмайды. Мұндай құрылғыны сымсыз желіге қосу үшін клиентқатынас нүктесін  қолдануға болады. Клиент – қатынас нүктесінің көмегімен сымсыз желіге тек бір құрылғы қосылады (7.8 – суретті қара).

Бұл режім 802.11 стандартына қосылмаған және барлық шығарылушылармен қабылданбайды.

 

7.5 Роуминг

 

Роуминг – бұл радиоқұрылыстың базалық стансадан тыс ауып кету және «қонақтық» стансаның қызмет алаңында отырып, «үйдегі» желіге қол жеткізу мүмкіндігі.

Сымсыз желілерде роуминг деген бір нүктеден екінші нүктеге еш қатынасты жоғалтусыз өту.

802.11 стандартының желісіндегі роуминг екі түрлі бола алады: “көшкіндік” және “тігіссіз” (7.9 – суретті қара).

роуминг

7.9 Сурет - WI-FI желілеріндегі “Көшкіндік” роумингі

 

“Көшкіндік” роумингті қолдану оңай, сондықтан ол кең қолданыс тапты. Оны құрған кезде роумингті қамтамасыз ететін бүкіл қатынас нүктесі қызмет алаңынын идентификаторына (SSID) бірдей пайдалануын конфигурацияланады. Бүкіл қатынас нүктелері бір кеңтарату доменіне немесе роумингтің бір доменіне жатады.

Уақыт моментін анықтайтын механизм роуминг процесін бастау керек кезде, 802.11 стандартында анықталмаған және осындай түрмен құрылғыны әкелетіндердің қарауына қалдырылды. Қарапайым кең таралған алгоритмнің жұмысы адаптер бір нүктемен сигналдың деңгейі рұқсат берілген деңгейден түсіп кеткенше қатынасады. Осыдан кейін бірдей SSID бар қатынас нүктелері және сигналдың максималды деңгейімен және оған қайта қосу ізделінеді.

Роуминг көп  процесті ізделінетін қатынас нүктесін қосады. Арналық деңгейдегі роумингте шешілу керек кейбір тапсырмаларды анықтаймыз:

-        Өткен қатынас нүктесі клиенттің оның аймағынан кеткенін анықтау керек.

-        Өткен қатынас нүктесі роумингті іске асыратын клиентке арналған ақпараттарды буферлеу керек.

-        Жаңа қатынас нүктесі өткен нүктені және клиенттің оның алаңына сәтті өткенін көрсету керек.

-        Өткен қатынас нүктесі жаңа нүктеге буферленген ақпараттарды жіберу керек.

-        Өткен қатынас нүктесі оның жұмыс алаңынан шыққанын анықтау керек.

-        Қатынас нүктесі МАС-адрестерінің сұлбасын инфрақұрылымның коммутаторында клиенттің ақпараттары жоғалуынан аулақ болу үшін жаңарту керек.

802.1 If спецификациялары қатынас нүктелерінің арасындағы іскерлік ақпаратпен алмасу хаттамасын сипаттайды (Inter-Access Point Protocol – IAPP), ол ақпаратты тасымалдауға арналған сымсыз желіге керек. Стандарт ретінде бұл спецификацияның бекіту датасы анықталмаған.

 

7.6 Wireless Distribution System технологиясы

 

WDS технологиясы (Wireless Distribution System) біруақытта сымсыз клиенттерді рұқсат нүктесіне, егер ол «сымсыз көпір» режімімен жұмыс жасалған болса жалғауға мүмкіндік береді (7.10 – суретті қара).

.

Dlink-WDS

 

7.10 Сурет - WDS режімін пайдалану

 

Бұл жағдайда клиенттерді қосу үшін сымсыз көпір режіміндегідей арнайы нүктелер керек емес.

WDS технологиясы 802.11 стандартымен сертификацияланбаған, сондықтан басқа өндірушілердің құрылғыларымен танылмауы мүмкін. WDS режімі AirPlus XtremeG (108 Мб/с)-ден бастап, D-Link-тің барлық құрылғыларымен таныла береді.

WDS режімі өзінде көпір режімін және рұқсат нүктелерін біріктіреді. Сол арқылы көпірдің іске асыруындағы клиенттердің қосылуларын мүмкін өтеді. Ол көрінетін үнемдеуге қол жеткізуге және желінің топологиясын жеңілдетуге қол тигізеді.

WDS технологиясының пайда болуы көпір режімінің көнеруіне және қайталануына әкеліп соқты, себебі ол толығымен олардың функциналдығын жүзеге асырады.

Бірақ WDS режімі үлкен кемшілікке ие: бұл жүйеге кіретін барлық құрылғылар бір жиілікте жұмыс істейді – бір «коллизияның доменінде». Нәтижесінде берілген жиіліктегі жолақтың толық өткізу мүмкіндігі барлық қосулы құрылғылар арасына бөлінеді.

Бұл жағдайдан шығу басқа жиілік жолағындағы көпірлік қосылысты іске асыру арқылы қосымша құрылғыны пайдалану болып табылады.

Бұндай қосылысты жүзеге асыру үшін WDS-ның екі жұмыс режімі қарастырылған:

- WDS with Access Point (WDS with AP). Бұл режімде қатынас нүктелері өзара сымсыз байланыс арқылы сымсыз көпір тудыра қосылады. Бұдан басқа, сымсыз байланыстың рұқсат нүктесіне клиенттер де қосылады. Осылайша, әр нүкте көпірдің де, рұқсат нүктесінің де функциясын бір уақытта іске асырады.

Сонда да, мынаны ескерген жөн,  бір WDS құрамындағы құрылғылар бір жиілікте жұмыс жасайды және өзара бөгеттер тудырады, ал ол 15-20 түйінге дейін клиент санын азайтады. Клиенттердің қосылуларын көбейту үшін WDS-желілердің бірнешесін жабылмайтын арнаның әртүрлілісіне және uplink-порттар арқылы жалғанған сымдармен пайдалануға болады.

- Point to Multi Point WDS (PTMP WDS). Бұл режімде қатынас нүктелері өзара сымсыз байланыс арқылы сымсыз көпір тудыра отырып байланысады. Соның өзінде де әр нүкте бірнеше басқа нүктелермен де жалғана алады. Клиенттерді қосу тек uplink-порттар нүктесі арқылы жүзеге асады.

Бұл режімдегі барлық нүктелер бірдей арнаны пайдалану керек. Сондықтан көпір жасауға көмектесетін нүкте саны шамадан тыс үлкен болмауы қажет.

Бұл режімдегі нүктелер арасындағы байланыс топологиясы ағаш типті  ацикликалық графты болып келеді. Графада циклдардың пайда болуын әкеліп соқтыру мүмкіндігі бар артық байланысты жою үшін, Spanning tree  алгоритмі іске асады. Оның жұмысы артық байланыстардың болмауына және блоктануына әкеледі. Желінің топологиясын өзгерткен кезде, мысалы – кейбір нүктелердің сөнуіне немесе арнаның жұмысына мүмкіндік жоқ кезде – Spanning tree  алгоритмі қайтадан басталады және оның алдында блокталып қалған артық байланыстар істемей қалғандардың орнына қолданыла алады.

  

8 Сымсыз желілердің жоспарлануы мен ұйымдастырылуы

 

Сымсыз желілердің құрылуының жалпы қағидалары

 

Жұмыстың сапасы мен қашықтығына көптеген физикалық факторлар әсер етеді: қабырғалар саны, кедергі және де басқа сигналдар өтетін объектілер[2,7,8]. Әдетте қашықтық материалдың түрі мен радиожиіліктік шуылға және сіздің кеңсеңіздегі басқа да электрқұрылғылардың болуына тәуелді болатын. Енгізілуді кеңейту үшін базалық қағидаларды ұстану керек:

1. Сымсыз байланыс абоненттерінің ортасындағы қабырғалар мен кедергілер санын азайту керек – әр қабырға және қаптама максималды радиустан  1м-ден 25м-ге дейін алады. Қатынас нүктелерін, радиошлюздарды және желі абоненттерін арасындағы кедергілер минималды болатындай етіп орналастыру керек.

2. Қолайлы нүктенің бұрышын радиошлюздармен және абоненттермен тексеру. 0,5м қалыңдықпен, 45 бұрышымен, радиотолқын үшін қабырға 1м  секілді болады. 2 градустық бұрышта қабырға 12м қалыңдықты кедергі болып саналады! Абоненттердің желілерін 90 градустық бұрышпен өтетін қылып орналастыру керек.

3. Құрылыс материалдары сигналдың өтуіне әрқалай әсер етеді – металдық есіктер немесе алюминді қаптама радиотолқындардың өтуіне кері әсер етеді. Абоненттердің арасында темір құрылғылар мен кедергілер болмаған дұрыс.

4. Бағдарламалық қамтамасыз ету көмегімен сигналдың қуатын тексеру үшін антеннаны жақсы қабылдау алаңында ұстау керек.

5. Сымсыз желілер абоненттерінен өшіру, 1-2 метрге электрқұралдарды, генерациялайтын радиобөгеттерді, микротолқынды пештер, мониторлар, электромоторлар, ИБП. Бөгеттер азаю үшін бұл құралдар жақсы жерленген болу керек.

6. Егер 2.4GHz стандартты сымсыз телефон немесе X-10 құрылғысы (мысалы, сигналдау жүйесі) пайдаланылса, онда сымсыз байланыстың сапасы нашарлауы немесе үзілуі мүмкін.

Қарапайым үйге байланыс қашықтығы аса маңызды қиындық тудырмайды. Егер үй маңында сенімсіздік байланыс пайда болса, онда қолайлы нүктені бөлмелер арасына орналастыру керек және ол сымсыз байланыс болуы қажет.

Іс-әрекет алаңына түскен сымсыз желіні және арнаны анықтап, олар жұмыс істейтін қолайлы нүктені табу үшін, Network Stumbler (http://www.stumbler.net/) бағдарламасын пайдалану керек. Оның көмегімен таңдалған сигналдардың сигнал/шуыл қатынасын бағалау.

Қарапайым сымсыз желі кішкентай кеңсе үшін немесе үйдегі қолданыс үшін (Small Office / Home Office - SoHo) қатынас нүкте негізінде құралуы мүмкін. Оған сымсыз адаптерлермен қамтамасыз етілетін  ДК қосуға болады (8.1 – суретті қара).

Кеңселік желі

 

dlink-soho

3-1

 

8.1 Сурет - Кішкентай кеңсенің желісі

 

Желіні орнату кезінде адаптерлер инфрақұрылым режіміне ауысады. Ал қолайлы нүкте – қолайлы нүкте режіміне ауысады. Бірақ оған қарамастан желідегі барлық пайдаланушылар отыратын жалпы бір қызмет ету алаңы пайда болады.

Кішкентай желіні ұйымдастыру кезінде қатынас нүктелерін орналастыруда бүкіл жұмыс орнында жақсы байланыс сапасын және нүктенің өзінің де ыңғайлылығын орналасуын   қамтамасыз ету керек. Типті шешім – қатынас нүктесін фальш-төбеге тікелей орнату, бірақ электр көзінің сымдары және өткізгіш желілер фальш-төбе үстімен немесе қорапта өткізіледі.

Назардан тыс шығармау керек: желінің өсуінен және пайдаланушылар саны артқан сайын байланыс жылдамдығы азая береді (пайдаланушылар санына пропорционалды). Ең көп дегенде пайдаланушылар саны 16-20 болады. Бұдан бөлек, байланыстың жылдамдығы мен сапасы клиент пен нүктенің қашықтығымен ескеріледі. Бұл өзгерістер базаның кеңейтілуін талап етуі мүмкін.

Кеңейту үшін қатынас нүктесінің uplink-порты пайдаланылуы керек. Ол желіде базалық алаңдарды қосу үшін де, сымды және сымсыз инфрақұрылымында ара қашықтықты сақтау үшін де пайдаланылады, мысалы, пайдаланушыны бөлек ресурстармен қамтамасыз ету үшін немесе Интернет желісіне қосу үшін.

 

Желіні кеңейту

 

Көбінесе сымсыз байланысты орау арнайы орындарға қызмет көрсетуден басталады, мысалы мәслихат залы. Әдетте бұндай орау нұсқалары ораудың бірме бір жол ретінде болады, ол кезде желіге ғимараттың бүкіл пайдаланушылары қол жеткізе алады.

Желіні кеңейту кезінде көршілес нүктелердің жиілігі жабылып қалмауы керек, әйтпесе бөгеттерден тарату жылдамдығы төмендейді. Бұған 1, 6 және 11 жабылмайтын көршілес арналардың реттелуімен, арналардың жиілігімен қол жеткізіледі. А 1, 6 және 11 арналарымен көршілес нүктелер теңбүйірлі үшбұрыштың шыңында болып, қандай алаң керек болса, сонша жерді жиілікке бөгетсіз, сымсыз байланыссыз да қамти алады.

 

Бірнеше кеңсе арасындағы желі

 

dlink-2office  dlink-2office2

 

8.2 Сурет - Бірнеше кеңсе арасындағы желілерді орнату

 

Сымсыз байланыс бөлек ғимараттарды біріктіруге көмек бере алады, мысалы – орталық кеңсе немесе бөлімше, яғни оның ішіне кәбіл салу тиімсіз болса (8.2 – суретті қара).

Ғимараттар арасындағы байланысты орнату үшін көпір режімінде жұмыс жасайтын сыртқы сымсыз нүктелер қолданылады. uplink-порт арқылы сыртқы нүкте қарапайым коммутаторға қосылады да, сол арқылы желідегі барлық компьютерлердің байланысы қамтамасыз етіледі.

Сымсыз сыртқы нүктелерде суөткізбейтін қасиеті бар термостаттық корпус, найзағайдан қорғаныс жүйесі, Power-on-Ethernet қайнар көз жүйесі болады. Ауысқыш антенна арқылы арнайы тарбағытталған антенналармен бірнеше қашықтықта дейін тұрақты радиобайланыс орнатуға болады.

Сыртқы сымсыз байланысты жүзеге асырған кезде, ең негізгі назар ақпаратты тарату кезіндегі қауіпсіздікті қамтамасыз етуде болу қажет, бұл оның ортада тыңдап қою қаупінің туындауына қатысты, сол сияқты тікелей физикалық қатысына да байланысты. Сондықтан, сыртқы қолданысқа арналған, аутентификацияны қолдануды мүмкін ететін, қолайлылықты бақылау және берілетін мәліметтерді шифрлеу үшін арналған қатынас нүктелерді пайдаланған дұрыс.

Назарды тағы да мынаған аударған жөн, сыртқы нүктеге лицензиялаудың аса күрделі іс-шарасы қарастырылған.

 

Соңғы миля, оны жоспарлау, үй желілерін қосу

 

Сымсыз байланысты ыңғайлы ақпараттық желіге (Интернет) қосу ретінде қарастыруға болады. Оған  провайдерлер («соңғы миля») қол жеткізе алады. Мұндай нұсқаның ыңғайлылығы провайдер үшін де, клиент үшін де айқын: провайдерге клиент үшін кәбіл төсеу қажет емес, ал клиенттер болса, өз алдына, көшіп қонуға, өндірістік және оған сәйкес арзан арнаны ұтып алады (8.3 – суретті қара).

 

   dlink-waves

 

8.3 Сурет - Сымсыз байланыс негізіндегі

соңғы миляны іске асыру

 

Бұнымен қоса, сымсыз байланыстың кемшіліктерін де білген жөн. Гигагерцті диапазоны бар радиотолқындар тек тіке көріністегі алаңда ғана тарайды және алдында кездескен ғимарат немесе құрылыс болса байланыс болмай қалу да мүмкін. Ғимараттан немесе судан кері шағылыс бөгеттердің болуына әкеледі және байланыс сапасын нашарлатады. Байланыс сапасына мезгілді климаттық ауа райы ықпалын тигізуі мүмкін. Жаңбыр, қар, мұз сигнал тарауына үлкен кедергі болады, ал үзікті жел тарбағытталған антенналарды есептелген бағыттан ауытқытып жіберуі мүмкін. Мынадай да жағдай туындауы мүмкін: жаз мезгілінде жасалынған желі басқа жыл мезгілдерінде іске аспауы мүмкін. Бұл жағдай аса мұқияттықпен қарап сымсыз желі қондыру немесе орау кезінде де сақтықта болуды ескереді.

Стационарлы клиенттерді қостыру үшін ғимаратта мынадай сұлба пайдаланылуы мүмкін. Ғимараттың шатырында көпір мақсатында сыртқы қолайлы нүкте орналастырылады. Ақпаратты қабылдау мен жіберу  сапасын жақсарту үшін керек кездерде таржолақты антенна қолданылады. Нүкте  коммутатор арқылы қабат кіріс пен шығыс есігіне қосылады. Олар шеткі клиенттерге қосылыс жету үшін ғимаратта кәбілді байланыс туындатады. Клиенттерді желіге қостыру үшін күнделікті сымды қосылыс та, бөлек нүктеден сымсыз қосылыс та жүзеге аса алады. 

WDS технологиясының құрылғысының провайдерінің көмегі арқылы клиент режімінде құрылғылардың тікелей қосылу мүмкіндіктері ашылады. 

Интернет-кафелерде, қонақүйде, т.с.с. (hot spot)  басқа жерлерде сымсыз шығысты кері ашқан кезде  жүйеде ақпараттарға рұқсат нүктесінің болмауымен, кейбір интернет серверлерге рұқсат нүктесінің болмауымен, қызметақыны есептеу, қосылулар мен қамтамасыз етуді қадағалау сияқты бір қатар қосымша тапсырмаларды шешу керек. Бұның бәрі корпоративті желідегі қолайлы қонақтық мекемелерге жатады.

Бұл мақсаттарға қарапайым қатынас нүктелері, маршрутизатормен жалғау сияқты, қолданылса, сол сияқты арнайы  қатынас нүктелері – сымсыз  шлюздар қолданылады.

 

Hot spot

HSPOT   wirelessall_5

 

8.4 Сурет - Hot Spot мекемесі

 

Сымсыз шлюз дегеніміз сымсыз жалпы немесе жеке байланысшыларға Интернетке кеңжолақты қолайлы біруақытты қол жеткізуге арналған Ethernet технологиясының негізінде құрылған маршрутизатор. Сымсыз шлюз, ережеге сай, өзіне қосылатын бірнеше Ethernet-портқа ие, сол сияқты жеке желі, қонақтық желі және Интернет желі. Жеке желі шлюзге коммутатор арқылы жалғануы мүмкін. Интернет желісіне қосылыс DSL-модем арқылы бола алады. Қонақтық желі қолайлы нүкте арқылы немесе сымсыз қосылысты пайдалану арқылы жүзеге асуы мүмкін (8.4 – суретті қара).

 

Көрме залдар мен мәслихаттардағы желілер

 

Сымсыз LAN (WLAN) желілерін кері ашу туралы шешім қабылданған кезде 802.11 хаттаманың жұмысының ерекшеліктерін ұмытпаған жөн, олар дегеніміз: ұялы түйіндердің мінез құлқы және ақпаратты қорғау туралы сұрақтар. Қолайлы нүтелерді кері ашу үшін кәбіл өткізу немесе құрылғыны жөндеуге қарағанда әлдеқайда көп жұмыс жасалады. Әр қолайлы нүктенің қапталыс алаңын, берілген аймақтың қатынас нүкте санын өткізу, әр арнаның параметрлерін орнату және шығу қуатын білу кажет. Одан басқа, сымсыз клиенттердің орналасу тығыздығын және олардың ұялылығын ескеру керек.

Желі әкімшілігі назарына сымсыз тапсырыскердің қолданысындағы роумингтің сызбанұсқасын және жұмыс түрін алу керек.

Осы ақпараттардың негізінде шешім қабылдау керек: аутентификация серверінікіндей қаншама қолайлы нүктелер пайдалану керектігін, алаңды басып алу саны қанша екендігін және бұдан да жоғары дәрежелі құрылғылардың орналасуын білу.

Сымсыз желілерді кері ашу үшін пайдаланып отырған жұмыстар әртүрлі әсер етуі мүмкін. Ең маңызды ықпал - ол:

– Бір клиентті есептегендегі жылдамдық;

– Пайдаланылып отырылған жұмыстың түрі;

– Ақпаратты тасымалдау кезіндегі кідіріс.

Әр клиенттің есептелінген жылдамдығы алаңға жаңа клиенттерді енгізу кезінде төмендейді.

Қолданылатын жұмыстардың түрлері тасымалданатын ақпараттардың көлеміне әсер етеді. Ағындық түрдің жұмысы, мысалға бейнетаспа немесе дыбыстаспа пошталық және Web-жұмыстық пульсті типтерден әлдеқандай айырмашылығы бар. Мысалы, әдеттегідей G.711 технологиясымен екіжақты сөйлесу орта есеппен 240 Кбит/с керек етеді. Электронды поштамен жұмыс жасау, Web немесе клиент/сервер сияқтылармен жұмыс жасауда ақпаратты тасымалдау жылдамдығына сұраныс төмен және бір нүктеге 25 клиент шектеме болып саналады.

Кешіктірудің болуы ортаға жетудің бәсекелестігінің барын көрсетеді. Ол жоғары деңгейлі мәжіліс хаттың уақыттық тоқталысының болуына және орындалып отырған жұмыстың байланысының үзілуіне әкеліп соғады. Байланыстың максималды жылдамдығын қамтамасыз ету керектігін немесе максималды алаң қапталысының керектігін біліп, соның тәуелдігінен пайдаланатын нүктелер санын таңдау және олардың ара қашықтығын есептеу керек.

  

Әдебиеттер тізімі 

1. Щербаков А. К. Wi-Fi: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить. Неофициальное пособие по глобальной системе местоопределения. - 2005. 352 с.

2. Пролетарский А.В., Баскаков И.В., Федотов Р.А., Бобков А.В., Чирков Д.Н., Платонов В.А. Организация беспроводных сетей.–М.: Издательство МГОУ, 2006.-180 с.

3. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 640 с.

4. Вишневский В., Ляхов А., Портной С., Шахнович И. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. - М.:Эко-Трендз, 2005. – 592 с.

5. Олифер В.Г.,. Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. – Спб.: Питер, 2006. – 958 с.

6. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа. – М.:Эко-Трендз, 2005. – 384 с.

7. Рошан Педжман, Лиэри Джонатан. Основы постороения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. : Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2004. - 304 с.

8. www.dlink.ru – компания сайты D-LINK.