مقدمه

       

IEEE اين استاندارد را براي پشتيباني از كاربردهايي با نرخ انتقال داده‌ی بالا و برد متوسط مانند شبكه‌هاي اترنت و ايستگاه‌هاي قابل حمل و سيار طراحي كرد. نرخ انتقال داده در اين استاندارد براي انتقال‌هاي بي‌سيم بين 1Mbps تا 2Mbps است. در سال‌هاي بعد، تغييرات زيادي در اين استاندارد پايه انجام شد كه اين اصلاحات را مي‌توان به‌صورت زير دسته‌بندي كرد:

  • سرعت بيشتر

براي افزايش نرخ انتقال داده‌ها، تغييراتي در لايه‌ی فيزيكي صورت مي‌گيرد و از روش‌هاي مدولاسيون مرتبه‌ی بالاتر استفاده مي‌شود.

  • اجراي بهتر

براي ايجاد قابليت كيفيت سرويس، تغييراتي در لايه‌ی MAC (روش سيگنال‌دهي بين فرستنده‌ها و گيرنده‌ها) انجام مي‌شود تا بتواند امكان كنترل پذيرش و دسترسي اولويت‌بندي شده به كانال را فراهم كند. برخي از كاربردها مانند صدا و تصوير به اجراي بهتر نياز دارند. كيفيت سرويس بهتر، عملكرد اين كاربردها و نيز ترافيك معمولي داده‌ها را بهبود مي‌بخشد.

  • امنيت بيشتر

اصلاحات امنيتي به‌دليل نيازمندي‌هاي امنيتي سازمان‌ها در شبكه‌هاي محلي بي‌سيم و براي كنترل دسترسي، احراز هويت، صحت و محرمانگي داده‌ها ايجاد مي‌شود.

  • كاربرد وسيع‌تر

اصلاحات تنظيمي، كاربرد استاندارد 802.11 را به ديگر فركانس‌ها مانند فركانس 4.9GHz در ژاپن و ديگر حوزه‌ها گسترش مي‌دهد. اين عمل، بازارهاي جديدي را به تكنولوژي Wi-Fi در بخش‌هاي بزرگي از اروپا و آسيا باز مي‌كند. در ادامه، سير تكاملي استاندارد 802.11 به اختصار توضيح داده می‌شود.

استاندارد 802.11a

استاندارد 802.11a (تصويب شده در سال 1999 میلادی)، يك لايه‌ی فيزيكي براي عمل در باندهاي فركانسي غيرمجاز 5GHz تعريف مي‌كند. به‌دليل اين‌كه باند فركانسي آن از 802.11b بالاتر است، برد كوتاه‌تري دارد. 802.11a براي حل اين مشكل از توان بالاتر و روش‌هاي رمزگذاري موثرتر براي داده‌ها استفاده مي‌كند. باند فركانسي 5GHz مزايايي دارد كه در باند فركانسي پايين‌تر 2.4GHz كه تلفن‌هاي بي‌سيم و بلوتوث از آن استفاده مي‌كنند، وجود ندارد. مهم‌ترين مزيت آن سرعت است. طيف 802.11a به 8 كانال‌ با پهناي 20MHz تقسيم مي‌شود. هر يك از اين كانال‌ها مسوول تعدادي از گره‌هاي شبكه است. هر كانال از 52 حامل با پهناي 300KHz ساخته شده است و مي‌تواند سرعتي حداكثر برابر با 54Mbps ارائه دهد. از ديگر مشخصه‌هاي 802.11a، استفاده از روش مدولاسيون OFDM مي‌باشد. در سيستم OFDM، نرخ انتقال داده‌ها مي‌تواند بين 6Mbps تا 54Mbps باشد.

استاندارد 802.11b

استاندارد 802.11b (تصويب شده در سال 1999 میلادی)، از باند فركانسي تنظيم نشده‌ي 2.4GHz استفاده مي‌كند. در اين باند، تلفن‌هاي بي‌سيم و بلوتوث نيز كار مي‌كنند. بنابراين، ممكن است تداخل به‌وجود آيد. براي جلوگيري از اين تداخل بايد تجهيزات 802.11 را در مسافتي دورتر از ديگر تجهيزات نصب كرد. 802.11b از مدولاسيون CCK استفاده مي‌كند و نرخ انتقال داده‌هاي خام در آن حداكثر برابر با 11Mbps است. از مزاياي استاندارد 802.11b مي‌توان به هزينه كم و برد مناسب آن اشاره كرد. بايد به اين نكته توجه داشت كه 802.11b كاملا ناسازگار با استاندارد 802.11a است.

استاندارد 802.11d

استاندارد 802.11d (تصويب شده در سال 2001 میلادی)، لايه‌ی فيزيكي و MAC را توسعه داده و امكان عمل در حوزه‌هاي تنظيمي ديگر كشورها را فراهم مي‌كند. به‌دليل اين‌كه در كشورهاي مختلف از باند فركانسي 5GHz استفاده‌هاي متفاوتي مي‌شود، انجمن ارتباطات بين‌الملل ، مجموعه‌ی قوانين هماهنگي را پيشنهاد كرده است تا فرستنده‌هاي راديويي غيرمجاز نيز بتوانند در كنار ديگر تجهيزات مجاز مانند سيستم‌هاي رادار نظامي در اروپا در اين باند كار كنند.

استاندارد 802.11e

استاندارد 802.11e (تصويب شده در سال 2005 میلادی)، كيفيت سرويس استاندارد پايه‌ی 802.11 را ارتقا مي‌دهد. پياده‌سازي‌هاي اوليه اين استاندارد بر قابليت صف چندگانه متمركز شده است. اين كار باعث مي‌شود كه ترافيك‌هاي حساس به زمان (مانند صدا) بتوانند سريع‌تر از ترافيك‌هاي داده كه از سرويس بهترين تلاش استفاده مي‌كنند، به رسانه دسترسي پيدا كنند. در نتيجه، عملكرد برنامه‌هايي مانند ويدئو، جريان‌هاي چند رسانه‌اي و صدا بهبود مي‌يابد.

استاندارد 802.11g

استاندارد 802.11g تعميم يافته‌ی استاندارد 802.11b مي‌باشد و نرخ انتقال داده‌ها در آن با استفاده از روش مدولاسيون OFDM يا CCK حداكثر برابر با 54Mbp است. استانداردهاي 802.11g و 802.11a به‌صورت اسمي نرخ انتقال داده‌‌ی بالاتري را نسبت به استاندارد 802.11b ارائه مي‌دهند كه براي تحقق اين نرخ انتقال به‌صورت عملي، سلول‌هايي با تراكم بالاتر نياز است. براي مثال، یک نقطه دسترسی مي‌تواند نرخ انتقال 54Mbps را حداكثر تا ده‌ها فوت فراهم كند، درصورتي‌كه، نرخ انتقال 11Mbps تا صدها فوت قابل گسترش است. زيرا براي فراهم‌ساختن نرخ‌ انتقال بالاتر، نسبت سيگنال به نويز بايد در گيرنده‌ها بالا باشد.

استاندارد 802.11h

استاندارد 802.11h (تصويب شده در سال 2003 میلادی)، مانند استاندارد 802.11d، در نتيجه‌ی اصلاحات تنظيمي در استاندارد پايه‌ی 802.11 به‌وجود آمده است. اين استاندارد، مكانيزم‌هايي مانند كنترل توان انتقال و انتخاب فركانس پويا را معرفي مي‌كند. اين قوانين به فرستنده‌هاي غيرمجاز اين امكان را مي‌دهد كه بتوانند با به‌كارگيري نسخه‌هاي پيچيده‌تري از "listen-before-talk" به تنظيم توان انتقال پرداخته و به‌طور هوشمند كانال عملياتي خود را انتخاب كنند. بدين ترتيب، علاوه بر استفاده موثرتر از طيف موجود، از تداخل سيگنال‌ها نيز جلوگيري مي‌شود.

استاندارد 802.11i

WEP، پروتكل امنيتي موجود در استاندارد پايه‌ی 802.11 است كه آسيب‌پذيري‌هاي بسياري دارد. اين مساله نگراني سازمان‌ها در مورد امنيت شبكه‌هاي بي‌سيم را به‌دنبال داشته است. بنابراين IEEE، استاندارد 802.11i (تصويب شده در سال 2004 میلادی) را براي رفع برخي از مشكلات WEP معرفي كرد. اين استاندارد از مكانيزم‌هاي قدرتمند احراز هويت EAP و كنترل دسترسي 802.1x استفاده مي‌كند. در اين استاندارد، براي مديريت كليد از 802.1x/EAP و براي پشتيباني از رمزنگاري قوي و محرمانگي داده‌ها از TKIP و AES استفاده مي‌‌شود. اين استاندارد كه با عنوان WPA2 شناخته مي‌شود، در بخش‌هاي بعدي بيشتر توضيح داده مي‌شود.

استاندارد 802.11j

اين استاندارد (تصويب شده در سال 2004 میلادی)، با معرفي الحاقات تنظيمي، امكان عمل در باندهاي فركانسي 4.9GHz و 5GHz در ژاپن را فراهم مي‌كند.

استاندارد 802.11n

استاندارد 802.11n، يك پروژه در حال پيشرفت در IEEE است كه هدف از توسعه‌ی آن، افزايش گذردهي خالص شبكه‌هاي بي‌سيم است. اين استاندارد در دو باند فركانسي 2.4GHz و 5GHz كه به‌ترتيب باندهاي فركانسي 802.11b/g و 802.11a هستند، كار مي‌كند و نرخ انتقال داده‌ها در كانال‌هاي ارتباطي آن به بيش از 150Mbps مي‌رسد كه اين نرخ بايد به 600Mbps برسد. 

در 802.11n، علاوه بر افزايش نرخ بيت، تغييرات ديگري شامل استفاده از MIMO و ارتقای راديويي و MAC نيز انجام شده است. MIMO اساس فناوری 802.11n است كه با استفاده از تكنيك‌هايي مانند beamforming، مسير چندگانه و چند آنتن در يك كانال واحد مي‌تواند نسبت دريافت سيگنال به نويز و در نتيجه، نرخ انتقال داده‌ها را افزايش دهد. بدين ترتيب، انعطاف‌پذيري بيشتري را براي طراحان شبكه‌هاي محلي بي‌سيم فراهم مي‌كند. تغييرات راديويي انجام شده در 802.11n براي افزايش گذردهي شامل افزايش اندازه كانال، نرخ مدولاسيون بالاتر و سربار كاهش‌يافته مي‌باشد. در استاندارد پايه‌ی 802.11 و 802.11b از كانال راديويي با پهناي 22MHz استفاده مي‌شود. 

استانداردهاي 802.11a و 802.11g از كانال راديويي با پهناي 20MHz استفاده مي‌كنند. اندازه‌ی (پهناي باند) يك كانال راديويي يكي از مهم‌ترين معيارهاي كارايي راديويي مي‌باشد كه به آن راندمان طيفي گفته مي‌شود. 802.11n از دو كانال 20MHz و 40MHz استفاده مي‌كند. در 802.11n، كانال‌هاي 40MHz از دو كانال مجاور 20MHz به‌هم پيوسته تشكيل شده است. در هر كانال، همواره بخش كوچكي از بالا و پايين آن براي كاهش تداخل با كانال‌هاي مجاور رزرو مي‌شود. اما هنگامي كه از كانال‌هاي 40MHz استفاده مي‌شود، ديگر نيازي به رزرو بخش پاييني كانال بالايي و بخش بالايي كانال پاييني نيست. بنابراين، از اين قسمت‌ها مي‌توان در انتقال اطلاعات استفاده كرد و در نتيجه، كارآيي را افزايش بخشيد. 

در استاندارد 802.11n، از روش‌هاي مدولاسيون متفاوتي براي جريان‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. برخي از جريان‌ها از روش 64 QAM ، برخي از روش QPSK و برخي ديگر از روش مدولاسيون 16 QAM استفاده مي‌كنند. استفاده از روش‌هاي مدولاسيون مختلف سبب افزايش تعداد نرخ‌هاي داده قابل استفاده مي‌شود. در اين استاندارد، براي اين‌كه فرستنده بتواند از يك روش مدولاسيون مناسب براي يك جريان خاص استفاده كند، بايد از گيرنده بازخورد بگيرد. 

يكي ديگر از تغييراتي كه استاندارد 802.11n در استاندارد پايه انجام داده ‌است، كاهش سربار ثابت موجود در پروتكل لايه‌ی MAC مي‌باشد. در پروتكل لايه‌ی MAC، در فضاي ميان فريم‌ها و در پيام‌هاي تصديق هر فريم منتقل شده، مقدار قابل توجهي سربار ثابت وجود دارد. اين سربار در بالاترين نرخ داده‌ها مي‌تواند بزرگتر از كل فريم داده باشد. همچنين، رقابت براي گرفتن كانال و تصادم‌ مي‌تواند حداكثر گذردهي موثر را كاهش دهد. به همين دليل، در استاندارد 802.11n تغييراتي در لايه‌ی MAC براي بهبود اين ناكارآمدي‌ها انجام شده است. در اين استاندارد براي كاهش سربار ثابت از دو روش متراكم‌سازي فريم، MSDU و MPDU استفاده مي‌شود.