Wi-Fi. Беспроводная сеть - Джон Росс

Для беспроводных служб передачи данных нелицензированный диапазон 2,4 ГГц делится на 75 подканалов шириной в 75 МГц. Поскольку каждый частотный скачок будет небольшой задержкой для потока данных, передача на основе FHSS осуществляется относительно медленно.

В технологии DSSS для передачи радиосигнала по одному каналу шириной 22 МГц без изменения частот используется метод, называемый 11-символьной последовательностью Баркера (Barker). Каждая связь с применением DSSS использует только один канал без каких-либо скачков между частотами. Как показано на рис. 1.3, при DSSS-передаче задействуется большая полоса частот, но меньшая мощность, чем при традиционном сигнале. Цифровой сигнал слева представляет собой традиционную передачу, при которой мощность концентрируется в пределах узкой полосы частот. DSSS-сигнал слева использует то же количество мощности, но распределяет эту мощность на более широкий диапазон радиочастот. Очевидно, что DSSS-канал с шириной 22 МГц является более широким, чем каналы с шириной 1 МГц, используемые в FHSS-системах.

DSSS-передатчик разбивает каждый бит в исходном потоке данных на серии двоичных битовых моделей, называемых чипами, и передает их на приемник, который восстанавливает из чипов поток данных, идентичный исходному.

Поскольку наибольшая помеха, скорее всего, занимает более узкую полосу частот, чем DSSS-сигнал, и каждый бит делится на несколько чипов, приемник обычно может идентифицировать шум и аннулировать его перед декодированием сигнала.

Аналогично другим сетевым протоколам DSSS беспроводная связь осуществляет обмен сообщениями о квитировании (handshaking) в пределах каждого пакета данных для подтверждения того, что приемник может распознать каждый пакет. Стандартная скорость передачи данных в DSSS сети 802.11b составляет 11 Мбит/с. Когда качество сигнала падает, передатчик и приемник используют процесс, называемый динамическим сдвигом скорости (dynamic rate shifting) для ее снижения вплоть до 5,5 Мбит/с. Скорость может снижаться из-за наличия источника электрического шума рядом с приемником или по причине того, что передатчик и приемник расположены слишком далеко друг от друга. Если величина 5 Мбит/с по-прежнему слишком велика для управления связью, скорость падает снова, вплоть до 2 Мбит/с или даже 1 Мбит/с.

Рис. 1.3

По международному соглашению участок радиочастотного спектра около 2,4 ГГц предполагается резервировать под нелицензированные промышленные, научные и медицинские службы, включая беспроводные сети для передачи данных с расширенным спектром. Однако в разных странах власти принимают несколько отличающиеся частотные диапазоны для точного распределения частот. В табл. 1.1 представлены распределения частот в нескольких зонах.

Таблица 1.1. Распределение нелицензированных частот 2,4 ГГц с расширенным спектром

Регион — Частотный диапазон, ГГц

Северная Америка — 2.4000 2,4835 ГГц

Европа — 2.4000 2,4835 ГГц

Франция — 2,4465 2.4835 ГГц

Испания — 2,445 2,475 ГГц

Япония — 2.471 2,497 ГГц

Любая из стран мира, не включенных в данную таблицу, также использует один из этих диапазонов. Несущественные отличия в распределении частот не являются особо важными (если вы не планируете вести передачу через границу между Францией и Испанией или кем-нибудь, отличающимся в равной степени), поскольку большинство сетей работают целиком в пределах одной страны или региона, а нормальная зона покрытия сигнала обычно лежит в пределах нескольких сотен метров. Существует также достаточное перекрытие между различными национальными стандартами, чтобы позволить одному и тому же оборудованию легально работать в любой точке мира. Вы можете настроить свой сетевой адаптер на другой номер канала, когда находитесь за границей, но почти всегда имеется возможность подключения к сети в пределах диапазона вашего адаптера.

В Северной Америке Wi-Fi-устройства используют 11 каналов. Другие страны авторизуют 13 каналов, в Японии их 14, а во Франции — только 4. К счастью, во всем мире набор номеров каналов один и тот же, поэтому канал № 9 в Нью-Йорке использует в точности такую же частоту, что и канал № 9 в Токио или Париже. В табл. 1.2 представлены каналы различных стран и регионов.

Канада и некоторые другие страны пользуются тем же распределением каналов, что и Соединенные Штаты.

Таблица 1.2. Распределение каналов беспроводной Ethernet

Канал — Частота (МГц) и месторасположение

1 — 2412 (США. Европа и Япония)

2 — 2417 (США, Европа и Япония)

3 — 2422 (США, Европа и Япония)

4 — 2427 (США. Европа и Япония)

5 — 2432 (США, Европа и Япония)

6 — 2437 (США. Европа и Япония)

7 — 2442 (США, Европа и Япония)

8 — 2447 (США, Европа и Япония)

9 — 2452 (США, Европа и Япония)

10 — 2457 (США, Европа. Франция и Япония)

11 — 2462 (США, Европа, Франция и Япония)

12 — 2467 (Европа, Франция и Япония)

13 — 2472 (Европа, Франция и Япония)

14 — 2484 (только Япония)

Если вы не уверены в том, какие каналы используются в той или иной стране, проконсультируйтесь в местном органе управления для получения требуемой информации или используйте каналы № 10 или № 11, которые везде являются легальными.

Заметим, что частота, определенная для каждого из этих каналов, на самом деле является центральной частотой канала шириной 22 МГц. Поэтому каждый канал перекрывает несколько других, расположенных выше и ниже его. Полный диапазон 2,4 ГГц имеет пространство только для трех непересекающихся каналов, поэтому, если ваша сеть работает, скажем, на четвертом канале, а сосед использует пятый или шестой, каждая сеть будет детектировать сигналы из другой как помехи. Обе сети будут работать, но эффективность (отражающаяся в скорости передачи данных) не будет оптимальной.

Для минимизации помех такого рода попытайтесь скоординировать использование каналов с близлежащими сетевыми администраторами. По возможности каждая сеть должна использовать каналы, которые разделены по меньшей мере полосой 25 МГц или шестью каналами. Если вы пытаетесь устранить помехи между двумя сетями, используйте один канал со старшим номером, а другой — с младшим. В случае трех каналов наилучшим выбором будут № 1, 6 и 11, как показано на рис. 1.4. При работе в более чем трех сетях вам придется смириться с неким количеством помех, но можно свести их к минимуму, назначив новый канал в промежутке между имеющейся парой.

Рис. 1.4.

На практике дело обстоит немного проще. Вы можете оптимизировать эффективность вашей сети, держась подальше от канала, который используется кем-либо еще, но даже если вы и ваш сосед находитесь в смежных каналах, сети могут работать практически нормально. Более вероятно, что вы столкнетесь с проблемами помех от других устройств, использующих диапазон 2,4 ГГц, например беспроводных телефонов и микроволновых печей.

Спецификации 802.11 и различные национальные органы государственного регулирования (например, Федеральная комиссия связи в Соединенных Штатах) также устанавливают ограничения на значение мощности передатчика и коэффициента усиления антенны, которые может использовать беспроводное устройство Ethernet. Оно предназначено для ограничения расстояния, на которое может вестись связь, и, следовательно, позволяет большему количеству сетей работать в одних и тех же каналах без помех. Мы поговорим о методах обхода этих ограничений в мощности и расширении диапазона беспроводной сети без нарушения закона ниже.

Итак, у нас есть набор радиопередатчиков и приемников, которые работают на одних и тех же частотах и используют один и тот же вид модуляции (модуляцией в связи называется метод добавления некоторой информации, например голоса или цифровых данных, в радиоволну). Следующим этапом является отправка через эту радиоаппаратуру некоторых сетевых данных. Чтобы начать, давайте обозначим общую структуру компьютерных данных и методы, которые используются в сети для их передачи из одного места в другое. Это общеизвестная информация, но ее изложение займет у меня всего пару страниц. Тогда вам легче будет понять, как работает беспроводная сеть.

Биты и байты

Как известно, обрабатывающее устройство компьютера может распознавать только два информационных состояния: либо сигнал присутствует на входе устройства, либо его там нет. Эти два условия также обозначаются как 1 и 0, или «включено» и «выключено», или знак и пробел. Каждый пример 1 или 0 называется битом.