Кодирование данных, передаваемых по радиоканалам.

Спецификация пакетирования данных, предусмотренная стандартом, предписывает разбивку данных на пакеты, снабженные контрольной и адресной информацией, она занимает около 30 байт, после этого следует блок длиной до 2048 байт, затем — 4-байтный CRC-код информационного блока. Стандарт рекомендует использовать пакеты в 400 байт для физического канала типа FHSS и 1500 или 2048 - для физического канала DSSS.

В стандарте предусмотрено обеспечение безопасности данных, которое включает аутентификацию узла, входящего в сеть, а также шифрование данных.

Для портативных компьютеров стандарт предусматривает режим энергосбережения.

Характерной особенностью RadioEthernet является режим роуминга, позволяющий клиентам сети передвигаться мевду точками доступа без потери соединения с сетью.

На физическом уровне стандарт предусматривает два типа радиоканалов и один инфракрасного диапазона. Оба типа радиоканалов используют технологию расширения спектра, позволяющую уменьшить среднее значение спектральной плотности мощности сигнала за счет распределения энергии в полосе частот, более широкой, чем необходимо для обеспечения заданной скорости передачи. Это позволяет уменьшить уровень помех, создаваемых другим пользователем, работающим в этом диапазоне, и обеспечивает повышенную помехоустойчивость.

Обе радиотехнологии используют ISM-диапазон частот 2,4-2,4835 ГГц, предназначенный в большинстве государств для безлицензионного использования в промышленности, науке и медицине. В России использование этого диапазона требует получения разрешения Госсвязьнадзора.

Первый тип радиоканала — Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Radio PHY — предусматривает скорость передачи 1 Мбит/с (опционально 2 Мбит/с), Версия 1 Мбит/с использует двухуровневую гауссовскую частотную модуляцию (2GFSK), а версия 2 Мбит/с - четырехуровневую (4GFSK). При скорости 1 Мбит/с частота сигнала изменяется на длительности символа сообщения, равной 1 мкс, по гауссовскому закону от номинального значения до значения +ДГ, и возвращается к номинальному значению. Для передачи нуля частота сигнала изменяется аналогично, но на величину -М. Для скорости 2 Мбит/с предусмотрено четыре уровня отклонения частоты, поэтому каждый символ переносит 2 бита сообщения. Ширина спектра сигнала при такой модуляции равна 1 МГц независимо от скорости передачи. Это дает возможность использовать для передачи 79 частотных позиций в диапазоне 2402-2480 МГц с шагом 1 МГц. Для повышения помехоустойчивости предусмотрена псевдослучайная смена частотных позиций (freguency hopping) не реже одного раза за 400 мс, при этом стандарт определяет, что пакет данных должен полностью передаваться на одной частоте.

Второй тип радиоканала — Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Radio PHY. В этом варианте предусматривается передача со скоростями 1 и 2 Мбит/с с расширением спектра сигнала по закону II-элементной последовательности Баркера. При скорости передачи 1 Мбит/с используется двоичная фазовая манипуляция — Binary Phase Shift Keying (BPSK) в сочетании с DSSS (рис. 1). Единичный бит представляется II-элементным кодом Баркера, а нулевой - инверсным. Код Баркера манипулирует по фазе колебание несущей частоты. Важно понимать, что элементарные символы кода Баркера не переносят информации, биты передаются сразу всем кодом - прямым или инверсным. Это позволяет придать сигналу свойства шума, что необходимо для обеспечения помехоустойчивости в сложной помеховой обстановке ISMдиапазона. Ширина спектра такого сигнала равна 2/Те, где Те — длительность элементарного символа, и при скорости передачи 1 Мбит/с составляет 22 МГц.

Для увеличения скорости передачи до 2 Мбит/с стандарт предусматривает использование квадратурной фазовой манипуляции - QPSK в сочетании с DSSS. На временном интервале, используемом для передачи 1 бита, в этом случае передается дибит — т.е. 2 бита сообщения. Для этого необходимо уже не 2, а 4 различных сигнала. Порядок формирования сигналов следующий. Совместно с основным несущим колебанием (синфазным) используется второе, сдвинутое относительно него на 90 (квадратурное). Каждое из этих колебаний манипулируется по фазе прямой или инверсной последовательностью Баркера, а затем синфазное и квадратурное колебания складываются. Таким образом, сигнал получает четыре степени свободы, позволяющие передавать дибит. При этом скорость передачи увеличивается вдвое при сохранении той же ширины спектра, что при двоичной передаче. На рис. 2 — процедура формирования двух символов сообщения QPSK-DSSS.

Для передачи сигнала DSSS используется одна из 13 перекрывающихся частотных полос, определенных стандартом в общей полосе частот 83,5 МГц.

Для инфракрасного канала (Infrared PHY) стандарт предусматривает скорость 1 Мбит/с (опционально 2 Мбит/с). В версии 1 Мбит/с используется импульсно-позиционная модуляция с 4 позициями (4-РРМ), в версии 2 Мбит/с - 16-РРМ.

Между кабельными сетями Ethernet и беспроводными сетями Radio Ethernet есть много общего, но много и различий. Это и понятно — разные среды передачи данных требуют принципиально различного подхода к способам передачи и кодирования данных, то есть к непосредственной подготовке данных для передачи. Поэтому основные различия между кабельными и беспроводными сетями сконцентрированы на так называемом физическом подуровне (Physical Layer, PHY) и подуровне доступа к среде передачи данных (Medium Access Control, MAC). В соответствии с эталонной моделью сетевых взаимодействий OSI (Open System Interconnection), именно на этих подуровнях данные формируются и кодируются нужным образом для дальнейшей передачи по сети.

Теоретические аспекты функционирования сетей Radio Ethernet регламентированы стандартами IEEE 802.11 и IEEE 802.11b. Именно в этих стандартах определяется порядок организации беспроводных сетей на уровне доступа к среде передачи данных (MAC-уровень) и на физическом уровне (PHY-уровень).

Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. В более поздней версии — IEEE 802.11b, фактически являющейся дополнением к основному стандарту, определяется скорость передачи 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с.

Подробное описание самого стандарта IEEE 802.11 потребовало бы не просто отдельной статьи — отдельной книги. Судите сами: стандарт IEEE 802.11 изложен более чем на 500 страницах, а его дополнение — 802.11b — это еще 100 страниц текста. Поэтому мы ограничимся лишь поверхностным рассмотрением общих принципов функционирования радиосетей, концентрируя внимание лишь на принципиальных для данной технологии моментах.

Физический уровень

Начнем с рассмотрения физического уровня. Стандартом IEEE 802.11b предусмотрено использование частотного диапазона от 2,4 до 2,4835 ГГц, который предназначен для безлицензионного использования в промышленности, науке и медицине. Разрешение выдается изготовителю и передается заказчику после приобретения продукта в виде сертификата. Здесь следует заметить, что в России использование этого частотного диапазона, кроме сертификатов, требует получения разрешения от Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) и Главгоссвязьнадзора РФ.

На физическом уровне стандартом IEEE 802.11 предусмотрено два типа радиоканалов (DSSS и FHSS), которые различаются способом модуляции, но используют одну и ту же технологию расширения спектра.

Поиск по сайту: