Bezprzewodowa sieć WiFi

jest systemem komunikacji zaprojektowanym, jako alternatywa lub uzupełnienie sieci tradycyjnej kablowej. Wykorzystuje ona jako medium transmisyjne fale radiowe o odpowiedniej częstotliwości, minimalizując tym samym konieczność użycia połączeń kablowych.

Sieci bezprzewodowe mają bardzo szerokie zastosowanie. Mogą być wykorzystane w sieciach domowych, medycynie, handlu, produkcji i magazynowaniu. Elastyczność uzyskaną dzięki zastosowaniu różnych bezprzewodowych komponentów sieciowych doceniają zwłaszcza użytkownicy komputerów przenośnych. W ten sposób, bez uciążliwego kładzenia kabli, możemy tworzyć całe sieci łączące wielu użytkowników w bardzo krótkim czasie. Jest to szczególnie atrakcyjne dla firm, gdzie często zachodzi potrzeba zmiany miejsca pracy lub dla pragnących uniknąć problemów w kładzeniem kilometrów kabli.

Transmisja Wi-fi wykorzystuje głównie:

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) jest to jedna z technik rozpraszania widma w systemach szerokopasmowych przy pomocy ciągów kodowych.

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) metoda rozpraszania widma w systemach szerokopasmowych. W tłumaczeniu wprost jest to skakanie sygnału po częstotliwościach w kolejnych odstępach czasu, w dostępnym widmie (paśmie).

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) zwielokrotnianie w dziedzinie częstotliwości) metoda zwielokrotnienia w dziedzinie częstotliwości polegająca na jednoczesnej transmisji wielu strumieni danych na ortogonalnych częstotliwościach nośnych. (w 802.11 a i g).

Fala fali nierówna

W różnych krajach obowiązują odmienne przepisy dotyczące transmisji radiowej, co dodatkowo komplikuje i ogranicza możliwości budowy uniwersalnych bezprzewodowych sieci. Bezprzewodowe sieci Wi-Fi ustandaryzowane przez międzynarodową organizację IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) działają na dwóch częstotliwościach. Na całym świecie zastosowanie mają tylko częstotliwości z przedziału 2,4-2,5 GHz (pasmo ISM - Industry, Science & Medicine). Dlatego też obecnie najpopularniejsze standardy sieci Wi-Fi, czyli IEEE 802.11b i IEEE 802.11g, pracują właśnie na tej częstotliwości. W USA można spotkać urządzenia zgodne ze standardem IEEE 802.11a, który do transmisji korzysta z pasma 5 GHz (pasmo UNII - Unlicensed National Information Infrastructure). Jednak ta częstotliwość w Europie zarezerwowana jest dla celów wojskowych, dlatego też standard 802.11a nie może być używany bez ograniczeń (np. w Polsce dopuszcza się jego stosowanie, ale tylko wewnątrz budynków, sygnał nie może się wydostawać poza ich obręb)

Najbardziej znanymi standardami z tej grupy są:

802.11

Standard wykorzystuje częstotliwości z zakresu 2,4-2,4835GHz. 802.11 zapewnia prędkość transmisji danych do 1 lub 2Mb/s. Niemal natychmiast pojawiły się głosy że oferowane prędkości są zbyt niskie więc rozpoczęto prace nad szybszymi standardami. W komitecie powstał rozłam, przez który w roku 1999 utworzono dwa nowe standardy: 802.11a oraz 802.11b. Aktualnie urządzenia 802.11 mimo niskiej ceny są praktycznie niespotykane, wynika to zapewne z bardzo małych maksymalnych prędkości transmisji oraz z tego że nie są one już produkowane.

802.11a

Standard został wprowadzony 16 września 1999 roku. Określa on zupełnie inną technikę transmisji w nowym paśmie częstotliwości. Pasmo to zajmuje częstotliwości w zakresie 5,15-5,35GHz oraz 5,725-5,825GHz. Konsekwencją pracy na wyższych częstotliwościach jest zmniejszenie zasięgu o około połowę. Maksymalna prędkość transmisji w tym standardzie wynosi 54Mb/s i jest ona główną zaletą tego sprzętu, główną wadą jest brak zgodności z najpopularniejszym standardem 802.11b.

802.11b

Standard został wprowadzony tak jak 802.11a 16 września 1999 roku. Ten typ sieci upowszechnił się z kilku ważnych powodów. Ma on niemal siedmiokrotnie większy zasięg niż 802.11a oraz dość dobrą przepustowość. Używa tego samego pasma częstotliwości co 802.11, lecz innej modulacji częstotliwości co umożliwia mu osiąganie prędkości do 11Mb/s. Bardzo ważną zaletą tego sprzętu jest jego powszechność i bardzo niska cena.

802.11g

Standard ten powstał w wyniku "połączenia" techniki modulacji z 802.11a oraz pasma częstotliwości z 802.11b w listopadzie 2001 roku. Umożliwia transmisję danych z prędkością 54Mb/s (tak jak 802.11a), działa na częstotliwościach 2,4-2,4835GHz (jak 802.11b). Standard ten jest w pełni zgodny z 802.11b, wykorzystuje te same anteny i kable antenowe co bardzo ułatwia przebudowę sieci.

802.11n

To nowa, przełomowa technologia umożliwiająca sieciom bezprzewodowym znacznie szybszą transmisję danych na dalsze odległości. Zapewnia bardzo dobre połączenia umożliwiając transmisję danych wewnątrz sieci i korzystanie z jej zastosowań multimedialnych. Standard 802.11n spełnia wymagania nowoczesnych produktów i zastosowań umożliwiając daleki zasięg transmisji i dużą przepustowość sieci.

Podstawowe cechy produktów spełniających wymagania standardu 802.11n:

• Silny sygnał bezprzewodowy o dużym zasięgu (np. w całym domu)

• Możliwość współdzielenia łącza internetowego przez całą rodzinę, bez utraty jakości sygnału

• Szerokie pasmo umożliwiające transmisję dźwięku oraz wysokiej rozdzielczości obrazu między urządzeniami domowymi

• Lepsza jakość rozmów poprzez sieć, korzystania z gier internetowych i innych zastosowań multimedialnych

• Szybkie tworzenie kopi zapasowych dużych plików

• Kompatybilność urządzeń różnych producentów

Urządzenie transmituje dane z fizyczną szybkością do 300Mb/s. Rzeczywisty transfer z jakiego korzysta końcowy użytkownik przekracza 160Mb/s i jest prawie 6 razy szybszy w porównaniu do zastosowań w standardach 802.11a i 802.11g.

Pojawienie się standardu 802.11n zostało w przemyśle wykorzystane w większym zakresie, niż w tradycyjnych sieciach komputerowych. Umożliwiło obsługę odtwarzaczy HD i SD, urządzeń PVR, systemów gier, serwerów mediów.

802.11ac

Został opracowany głównie po to, aby znacząco zwiększyć szybkość transmisji bezprzewodowych sieci Wi-Fi. W porównaniu z najpopularniejszym obecnie IEEE 802.11n wprowadzono w nim wiele usprawnień oraz dopuszczono stosowanie licznych metod przyspieszania wymiany dużych ilości danych przez sieć radiową. Teoretycznie w przyszłości nowy standard ma pozwolić na transmisję z prędkością bliską 7 Gb/s; na razie pojawiają się pierwsze urządzenia obsługujące tryb wymiany danych z szybkością 1,3 Gb/s.

Lista istotnych nowości wprowadzonych w 802.11ac jest na tyle długa, że trudno spośród nich wybrać te najważniejsze. W sumie na tej liście znajdują się usprawnienia dotyczące zarówno wykorzystania dostępnego pasma radiowego, jak i dopuszczenia do swobodniejszego korzystania z niego.

Na uwagę na pewno zasługuje to, że standard 802.11ac dotyczy pasma w okolicach częstotliwości 5 GHz, podczas gdy urządzenia 802.11n działają na częstotliwościach 2,4 GHz. Im jest ono szersze, tym szybciej można transmitować dane. fale elektromagnetyczne są różnie tłumione na różnych częstotliwościach. Niestety, pod tym względem pasmo 5 GHz nie wypada lepiej od 2,4 GHz, co wynika głównie z podstawowych zasad fizyki. Jednakf ale o wyższej częstotliwości są skuteczniej tłumione, więc przy tej samej mocy nadawczej będą emitowane na krótszą odległość.

Tabela. Zestawienie podstawowych parametrów standardu IEEE 802.11
Wersja
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n

Topologie sieci WiFi

Połączenie peer-to-peer

Sieci bezprzewodowe mogą być proste lub złożone. W najprostszej wersji, co najmniej dwa komputery wyposażone w karty radiowe tworzą niezależną sieć kiedy tylko znajdą się w swoim zasięgu. To nazywamy siecią peer-to-peer. Sieci takie jak w tym przykładzie nie wymagają administracji czy prekonfiguracji. W takim przypadku każdy użytkownik mógłby mieć dostęp do zasobów drugiego użytkownika.

              

Połączenie Punkt-Punkt

Jest to konfiguracja umożliwiająca połączenie dwóch sieci LAN znajdujących się w odrębnych budynkach. Przy użyciu anten kierunkowych o dużym zysku energetycznym możliwe jest ustawienie połączeń nawet do 30 km.

   

Połączenie Punkt-Wielopunkt

Jest to konfiguracja umożliwiająca połączenie wielu terminali abonenckich z jedną stacją bazową. Wówczas do stacji bazowej podłączona jest antena dookólna lub antena sektorowa natomiast terminale abonenckie są połączone z antenami kierunkowymi. Stacja bazowa zarządza transmisjami od i do terminali abonenckich, komunikując się kolejno ze wszystkimi (pooling) gromadzi informacje o zgromadzonych ilościach danych, które muszą zostać przesłane. Na tej podstawie poszczególnym terminalom przydziela najbardziej optymalną ilość czasu niezbędną do przesłania danych. Istnieje możliwość ograniczania maksymalnej przepustowości pomiędzy terminalem abonenckim a stacją bazową. Umożliwia to przydzielanie maksymalny przepustowości Klientom.

             

Połączenie LAN - WLAN

Punkt dostępowy włączony do szkitetu sieci

Punkt dostępowy może być podłączony do sieci kablowej - wtedy każdy użytkownik bezprzewodowy dostęp zarówno do serwera jak i do innych użytkowników. Każdy punkt dostępowy może obsłużyć wielu użytkowników; dokładna liczba zależy od ilości i rodzaju transmitowanych danych. Wiele pracujących aplikacji działa w konfiguracjach, gdzie jeden punkt dostępowy obsługuje od 15 do 50 użytkowników.

            

Kilka punktów dostępowych i roaming

Punkty dostępowe mają ograniczony zasięg, 300 metrów w pomieszczeniach i 30000 metrów na otwartej przestrzeni. W rozległych infrastrukturach, takich jak magazyny, hurtownie, czy osiedla mieszkaniowe, prawdopodobnie będzie potrzeba zainstalowania więcej niż jednego punktu dostępowego. Lokalizację punktów dostępowych określa się robiąc właściwe pomiary. Celem jest pokrycie obszaru z zachowaniem nakładania się zasięgu poszczególnych komórek tak by użytkownik mógł poruszać się po danym obszarze bez utraty dostępu do sieci. Taką możliwość poruszania się w zasięgu zespołu punktów dostępowych nazywamy roamingiem. Punkty dostępowe, jeden po drugim, przekazują sobie użytkownika w sposób niezauważalny dla niego, zapewniając stałą łączność.