شبکه های بیسیم - فصل دوم

تاریخچه

فناوری بیسیم از سالها پیش مورد توجه و حتی استفاده بوده است . بطور مثال ارسال اطلاعات لازم به رزم ناوهای جنگی درخلال جنگهای جهانی دوم بخصوص توسط ارتش آمریکا ، نقش استفاده از فن آوری بیسیم را از همان ابتدا نقشی اساسی و تعیین کننده تعریف نمود.
اولین شبکه بیسیم که واقعا بصورت شبکه عمل مینمود در سال 1971 توسط دانشگاه هاوائی بکار گرفته شد.در آن سال متخصصان دانشگاه مزبور موفق شدند کامپیوتر های پراکنده در جزایر مختلف هاوائی را به سرور مرکزی مستقر در دانشکده اصلی مستقر در جزیره مرکزی از طریق فن آوری بیسیم متصل نمایند.
با این حال آنچه نسل امروزی شبکه های بیسیم میدانیم از سال 1997 حیات خود را آغاز نموده است. در ماه ژوئن سال 1997 انجمن مهندسان برق و الكترونيك (IEEE) استاندارد IEEE 802.11-1997 را به عنوان اولين استانداردِ شبكه‌های محلی بی‌سيم منتشر ساخت. اين استاندارد در سال 1999 مجدداً بازنگری شد و نگارش روز آمد شده آن تحت عنوان IEEE 802.11-1999 منتشر شد. استاندارد جاری شبكه‌های محلی بی‌سيم يا همانIEEE 802.11 تحت عنوان ISO/IEC 8802-11:1999، توسط سازمان استاندارد سازی بين‌المللی (ISO) و مؤسسه استانداردهای ملی آمريكا (ANSI) پذيرفته شده است. تكميل اين استاندارد در سال 1997، شكل گيری و پيدايش شبكه سازی محلی بی‌سيم و مبتنی بر استاندارد 802.11 یا همان استاندارد شبکه های بیسیم را به دنبال داشت.

تعریف و استاندارهای تعریف شده

تعریف شبکه بیسیم
شبکه ای که با استفاده از فرکانسهای رادیوئی (که به آن RF نیز میگویند) و روشهای مدولاسیوناستاندارد اطلاعات را بین سیستمهای موجود جابجا میکند.

استانداردهای تعریف شده
استاندارد 1997، پهنای باند 2Mbps را تعريف می‌كند با اين ويژگی كه در شرايط نامساعد و محيط‌های دارای اغتشاش (نويز) اين پهنای باند می‌تواند به مقدار 1Mbps كاهش يابد. روش تلفيق يا مدولاسيون در اين پهنای باند روش DSSS است.(اولین روش مدولاسیون) بر اساس اين استاندارد پهنای باند 1 Mbps با استفاده از روش مدولاسيون FHSS (روش دیگر مدولاسیون )نيز قابل دستيابی است و در محيط‌های عاری از اغتشاش (نويز) پهنای باند 2 Mbpsنيز قابل استفاده است. هر دو روش مدولاسيون در محدوده باند راديويی 2.4 GHz عمل می‌كنند. يكی از نكات جالب توجه در خصوص اين استاندارد استفاده از رسانه مادون قرمز(روش سوم مدولاسیون) علاوه بر مدولاسيون‌های راديويی DSSS و FHSS به عنوان رسانه انتقال است. ولی كاربرد اين رسانه با توجه به محدوديت حوزه عملياتی آن نسبتاً محدود و نادر است. گروه كاری 802.11 به زير گروه‌های متعددی تقسيم می‌شود.
هر زیر گروه سعی دارد تا بخش مربوط به خود را رشد داده و موجبات تسهیل و اطمینان بیشتر برای استفاده کنندگان از این تکنولوژی را فراهم نماید.

آشنائی با زیر گروههاوکمیته های کاری 802.11
كميته 802.11e كميته‌ای است كه سعی دارد قابليت QoS اِتـِرنت را در محيط شبكه‌های بی‌سيم ارائه كند. توجه داشته باشيد كه فعاليت‌های اين گروه تمام گونه‌های 802.11 شامل a، b، و g را در بر دارد. اين كميته در نظر دارد كه ارتباط كيفيت سرويس سيمی يا Ethernet QoS را به دنيای بی‌سيم بياورد.
كميته 802.11g كميته‌ای است كه با عنوان 802.11 توسعه يافته نيز شناخته می‌شود. اين كميته در نظر دارد نرخ ارسال داده‌ها در باند فركانسی ISM را افزايش دهد. باند فركانسی ISM يا باند فركانسی صنعتی، پژوهشی، و پزشكی، يك باند فركانسی بدون مجوز است. استفاده از اين باند فركانسی كه در محدوده 2400 مگاهرتز تا 2483.5 مگاهرتز قرار دارد، بر اساس مقررات FCC در كاربردهای تشعشع راديويی نيازی به مجوز ندارد. استاندارد 802.11g تا كنون نهايی نشده است و مهم‌ترين علت آن رقابت شديد ميان تكنيك‌های مدولاسيون است. اعضاء اين كميته و سازندگان تراشه توافق كرده‌اند كه از تكنيك تسهيم OFDM استفاده نمايند ولی با اين وجود روش PBCC نيز می‌تواند به عنوان يك روش جايگزين و رقيب مطرح باشد.
كميته 802.11h مسئول تهيه استانداردهای يكنواخت و يكپارچه برای توان مصرفی و نيز توان امواج ارسالی توسط فرستنده‌های مبتنی بر 802.11 است.
فعاليت دو كميته 802.11i و 802.11x در ابتدا برروی سيستم‌های مبتنی بر 802.11b تمركز داشت. اين دو كميته مسئول تهيه پروتكل‌های جديد امنيت هستند. استاندارد اوليه از الگوريتمی موسوم به WEP استفاده می‌كند كه در آن دو ساختار كليد رمز نگاری به طول 40 و 128 بيت وجود دارد. WEP مشخصاً يك روش رمزنگاری است كه از الگوريتم RC4 برای رمزنگاری فريم‌ها استفاده می‌كند. فعاليت اين كميته در راستای بهبود مسائل امنيتی شبكه‌های محلی بی‌سيم است.
اين استاندارد لايه‌های كنترل دسترسی به رسانه (MAC) و لايه فيزيكی (PHY) در يك شبكه محلی با اتصال بی‌سيم را دربردارد.

تقسیم بندی و انواع شبکه های بیسیم WWAN , WLAN , WPAN

تکنولوژی شبکه‌های بی‌سیم، با استفاده از انتقال داده‌ها توسط اموج رادیویی، در ساده‌ترین صورت، به تجهیزات سخت‌افزاری امکان می‌دهد تا بدون‌استفاده از بسترهای فیزیکی همچون سیم و کابل، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. شبکه‌های بی‌سیم بازه‌ی وسیعی از کاربردها، از ساختارهای پیچیده‌یی چون شبکه‌های بی‌سیم سلولی -که اغلب برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شود- و شبکه‌های محلی بی‌سیم (WLAN – Wireless LAN) گرفته تا انوع ساده‌یی چون هدفون‌های بی‌سیم، را شامل می‌شوند. از سوی دیگر با احتساب امواجی همچون مادون قرمز، تمامی تجهیزاتی که از امواج مادون قرمز نیز استفاده می‌کنند، مانند صفحه کلید‌ها، ماوس‌ها و برخی از گوشی‌های همراه، در این دسته‌بندی جای می‌گیرند. طبیعی‌ترین مزیت استفاده از این شبکه‌ها عدم نیاز به ساختار فیزیکی و امکان نقل و انتقال تجهیزات متصل به این‌گونه شبکه‌ها و هم‌چنین امکان ایجاد تغییر در ساختار مجازی آن‌هاست. از نظر ابعاد ساختاری، شبکه‌های بی‌سیم به سه دسته تقسیم می‌گردند : WWAN، WLAN و WPAN.

1. مقصود از WWAN، که مخفف Wireless WAN است، شبکه‌هایی با پوشش بیسیم بالاست. نمونه‌یی از این شبکه‌ها، ساختار بی‌سیم سلولی مورد استفاده در شبکه‌های تلفن همراه است. (شکل 1-1)
2. WLAN پوششی محدودتر، در حد یک ساختمان یا سازمان، و در ابعاد کوچک یک سالن یا تعدادی اتاق، را فراهم می‌کند.
3. کاربرد شبکه‌های WPAN یا Wireless Personal Area Network برای موارد خانه‌گی است. ارتباطاتی چون Bluetooth و مادون قرمز در این دسته قرار می‌گیرند.

شبکه های AD HOC
شبکه های : AD HOCدرشبکه‌های Ad hoc، یک سخت‌افزار، به‌محض ورود به فضای تحت پوشش آن، به‌صورت پویا(DYNAMIC) به شبکه اضافه می‌شود. مثالی از این نوع شبکه‌ها، Bluetooth است.مثالی مشابه از این نوع شبکه ها سرویس DHCP در شبکه های LAN است،در حالتی که این سرویس فعال باشد روی شبکه سرویس گیرندگان نیاری به تنظیم و تخصیص دستی IP ADDRESS ندارند و بطور خودکار به آنها IP تخصیص می یابد.تجهیزات مختلفی از جمله صفحه کلید، ماوس، چاپگر، کامپیوتر کیفی یا جیبی و حتی گوشی تلفن همراه، در صورت قرارگرفتن در محیط تحت پوشش، وارد شبکه شده و امکان رد و بدل داده‌ها با دیگر تجهیزات متصل به شبکه را می‌یابند. تفاوت میان شبکه‌های Ad hoc با شبکه‌های محلی بی‌سیم (WLAN) در ساختار مجازی(VIRTUAL) آنهاست. به‌عبارت دیگر، ساختار مجازی شبکه‌های محلی بی‌سیم بر پایه‌ی طرحی ایستاست(STATIC) درحالی‌که شبکه‌های Ad hoc از هر نظر پویا هستند یعنی بصورت خودکار کد شناسائیIP گرفته و یکدیگر را شناسائی میکنند. طبیعی‌ست که در کنار مزایایی که این پویایی برای استفاده کننده‌گان فراهم می‌کند، حفظ امنیت(SECURITY) چنین شبکه‌هایی نیز با مشکلات بسیاری همراه است. با این وجود، عملاً یکی از راه حل‌های موجود برای افزایش امنیت در این شبکه‌ها، خصوصاً در انواعی همچون Bluetooth، کاستن از شعاع پوشش سیگنال‌های شبکه است. در واقع مستقل از این حقیقت که عملکرد Bluetooth بر اساس فرستنده و گیرنده‌های کم‌توان استوار است و این مزیت در کامپیوترهای جیبی برتری قابل‌توجه‌یی محسوب می‌گردد، همین کمی توان سخت‌افزار مربوطه، موجب وجود منطقه‌ی محدود تحت پوشش است که در بررسی امنیتی نیز مزیت محسوب می‌گردد. به‌عبارت دیگر این مزیت به‌همراه استفاده از کدهای رمز(AUTHENTICATION CODES) نه‌چندان پیچیده، تنها حربه‌های امنیتی این دسته از شبکه‌ها به‌حساب می‌آیند.جدول زیر دو نود با تکنولوژی AD HOC را که قرار است به یکدیگر متصل شوند با هم مقایسه میکند:

نکته: شبکه‌های WPAN در دسته‌ی شبکه‌های Ad Hoc نیز قرار می‌گیرند.
Access Role
برای یک شبکه بیسیم اتصال آن شبکه به یک شبکه سیمی امری معمول میباشد.در این حالت محل اتصال شبکه بیسیم به شبکه سیمی را access role گویند. در شکل زیر این مسئله به خوبی نشان داده شده است.نکته قابل تامل آنکه نباید مفهوم access role را با access point( نقطه دسترسی در خود شبکه بیسیم ) اشتباه نمود.

توپولوژی های شبکه و کاربرد آنها در فن آوری بیسیم

تعریف توپولوژی : به طرح فیزیکی شبکه توپولوژی آن شبکه میگویند.بطور مثال اگر قرار باشد دو کامپیوتر را از طریق یک کابل به یکدیگر متصل نمائیم .همانگونه که میدانیم توپولوژی های مختلفی در شبکه های مختلف بکار گرفته میشوند.اما شبکه های بیسیم با توجه به وضعیت خاص خود از شرایط ویژه ای پیروی میکنند . جدول زیر به توپولوژی های مختلف بصورت مختصر و مفید اشاره میکند:

شاید سوال مهم برای هر علاقمند به شبکه های بیسیم این باشد کدام توپولوژی در شبکه های بیسیم مورد توجه میباشند؟
جدول زیر مقایسه ای بنیادین را در این مورد انجام میدهد:

خلاصه:
در این فصل آموختیم که شبکه های بیسیم رسما" از سال 1997 بکار گرفته شدند و اولین استانداردی که دراین مورد تدوین شد استاندارد 802.11 بود.این استاندارد توسط انجمن مهندسان برق و الکترونیک که به انجمن IEEE معروف است ارائه گردید. شبکه های بیسیم به صورت شبکه هائی که با استفاده از امواج رادیوئی و تکنیک های مدولاسیون اطلاعات را انتقال میدهند تعریف شد.همچنین دانستیم که در اولین نگارش شبکه های بیسیم پهنای باند ایده آل 1mbs بود که در شرایط ایده آل تا 2mbs هم توانائی ارسال دارد.همچنین اولین روش مدولاسیون را DSSSتعریف نمودیم . و روش دوم مدولاسیون بکار رفته در استاندارد شبکه های بیسیم را FHSS دانستیم .با کمیته های کاری که روی استاندراد 802.11 کار میکنند آشنا شدیم .این کمیته ها شامل :802.11a,b,g,d,x,i,h میباشند.وظایف هر کمیته شرح داده شد و به مفهوم WEP نیز اشاره شد .الگوریتم RC4 را الگوریتم رمز نگاری بکار رفته در WEP دانستیم .با سه نوع شبکه های بیسیم با نامهای WWAN , WLAN , WPAN آشنا شدیم و با توجه به تعریف شبکه AD HOC نوع WPAN از انواع شبکه های بیسیم را جزء تکنولوژی AD HOC دانستیم.

واژگان کلیدی:
• IEEE
• WIRELESS
• ISO
• ANSI
• 802.11
• RF
• DSSS
• FHSS
• SECURITY
• AUTHENTICATE
• QOS
• ETHERNET
• ISM
• FCC
• OFDM
• PBCC
• WEP
• RC4
• MAC
• PHY
• TRANSMISSION
• QUALITY
• POWER
• DOMAIN
• DYNAMIC
• STATIC
• BLUETOOTH
• AD HOC
• VIRTUAL
• WLAN
• WWAN
• WPAN
• STAR
• BUS
• FULL MESH
• LINE
• TREE
• RING
• PARTIAL MESH

زبان تخصصی:
AD HOC: The mode in which a wireless device connects to another wireless device directly without an access point conducting the connection.
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol. This is a protocol that allows a client to automatically receive networking parameters (address, mask, gateway, DNS) from a server (typically the router or wireless gateway).
IEEE:
Institute of Electrical and Electronics Engineers. A nonprofit U.S. engineering organization which develops, defines, and reviews standards within the electronics and computer science industries.

سوالات بخش1:

1. اولین نگارش تصحیح شده شبکه های بیسیم توسطIEEE در چه سالی منتشر شد؟ a)1971 b)1997 c)1999 d)ژوئن 1997
2. نام اختصاری موسسه استانداردهای ملی آمریکا چیست؟ a)IEEE b)ISO c)ANSI d)FCC
3. روش جانشین اولین روش مدولاسیون استاندارد 802.11 چه نام دارد؟ a)DSSS b)FHSS c)OFDM d) PBCC
4. کدام کمیته روی توان مصرفی استاندارد بیسیم عمل مینماید؟ a)802.11a b)802.11g c)802.11e d)802.11h
5. کدام نوع شبکه مربوط به شبکه های بیسیم با پوشش و برد بالا میباشند؟ a)WWAN b)WPAN c)WLAN d)هرسه گزینه صحیح میباشند.
6. این تو پولوژی قابل استفاده در شبکه های بیسیم میباشد اما به ندرت مورد استفاده قرار میگیرد.a)bus b)mesh c)ring d) partial mesh
7. در مورد هر یک از واژگان کلیدی به اختصار توضیح دهید.

شبکه های بیسیم - فصل دوم

مطالب مشابه :

شبکه های بیسیم چیست؟

شبکه های بیسیم - فصل دوم

تکنیک های مکان یابی شبکه حسگر بی سیم (ادامه)

شبکه های بیسیم شهری

پوشش در شبکه های سنسوری بیسیم

شبیه سازی الگوریتم های فازی شبکه های حسگر بیسیم در متلب

چالش های مسیریابی در شبکه حسگر بی سیم 2