انواع پروتکل‌های ارتباط بیسیم

انواع پروتکل‌های بیسیم

شبکه‌های بیسیم از نظر وسعت جغرافیایی برقراری ارتباط به 4 ناحیه کلی تقسیم می‌شوند.

• WPAN: ناحیه‌های کاری کوچک را شامل می‌شود
• WLAN: در حد ارتباط LAN و شبکه‌های با وسعت متوسط را در بر می‌گیرد.
• WMAN: در حد ارتباطات کلان شهری می‌باشند. 
• Regional & Global: ارتباطی گسترده‌تر از شهرها را شامل می‌شوند.

در هر ناحیه کاری و با توجه به قابلیت‌ها و نیازهای آن ناحیه پروتکل‌های مختلفی ارائه شده است. رنج فرکانسی این ناحیه‌ها با توجه به موقعیت‌هایشان متفاوت است.

WPAN
Bluetooth معروفترین پروتکل این ناحیه کاری می‌باشد. 2-10 Mbps نرخ ارسال اطلاعات در این پروتکل است فاصله این پروتکل حدود 10 متر می‌باشد که با توجه به نکات بالا گزینه مناسبی برای تلفن‌های همراه می‌باشد و به صورت گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. 802.15 بعد از Bluetooth مرکز استاندارد سازی IEEE این پروتکل را منتشر کرد. این پروتکل در 4 نوع مختلف و با قابلیت‌های متفاوت ارائه شد. 802.15.3 با نرخ ارسال 10-55 Mbps و فاصله حدود 10 مترو 802.15.4 با نرخ ارسال 2-200 Kbps و فاصله حدود 10 متر می‌باشد. IrDA در این پروتکل رسانه مربوط به برقراری ارتباط امواج 3 مادون قرمز است این امواج با نرخ ارسال 9.4 Kbps-16 Mbps کار می‌کنند ولی فاصله تنها تا 2 متر یکی از دلایل عدم مقبولیت این پروتکل می‌باشد UWB این پروتکل از طرف 3 DRAPA سازمان مربوط به پرونده‌های نظامی امریکا معرفی شد با فاصله‌ای کمتر از 10 متر و سرعتی در حدود 100 Mbps  گزینه  مناسبی  در  این  محدوده  می‌باشد  نام  این  پروتکل Wide Band Ultra به این علت است که از محدوده فرکانسی بزرگ با توان مصرف یپایین استفاده می‌کنند DECT در سال 1992 بوسیله موسسه استاندارد سازی اروپا ETSI3 معرفی شد این پروتکل با نرخ ارسال 200 Mbps و فاصله 17 Km می‌تواند رقیبی برای 802.11 و حتی Bluetooth باشد در حالی که محدوده فرکانسی 1.9GHz که این پروتکل دارد در بسیاری از کشورها ممنوع بوده و به همین دلیل نتوانست وارد رقابت جدی با پروتکل‌های دیگر شود.

WLAN
Home RF در سال 1991 معرفی شد و سپس در سال 1999 SWAP3 را معرفی کرد در سال 2001 آخرین نسخه SWAP وارد بازار شد این پروتکل قابلیت‌های DECT را به همراه رنج فرکانسی 2.4 GHz عرضه کرد. SWAP1 با فاصله حدود 10 متر و نرخ ارسال اطلاعاتی حدود 1.6 Mbps و Home RF2 با نرخ 10 Mbps کار می‌کنند اخیرا Home RF3 معرفی شده است که سرعتی معادل 100 Mbps را دارد. HIPER LAN در سال 1991 معرفی شد. ETSI3 نسخه کامل‌تری را در سال 1996 معرفی کرد که سرعتی معادل 200Mbpsو فاصله‌ای حدودا 30-50m. نسخه بعدی این پروتکل HIPE LAN2 سرعتی معادل 54 Mbps و با روش مدوبلاسیون OFDM کار می‌کند. Open Air در سال 1996 معرفی شد که به علت ساختار آن مورد توجه واقع نشد.

WMAN
LMDS این پروتکل بیسیم به صورت ثابت کار می‌کند یعنی هم فرستنده و هم گیرنده ثابت هستند و فقط تنها محیط انتقال بیسیم می‌باشد. این پروتکل در محدوده‌ای حدود 5 Km کار می‌کند MMDS این پروتکل بیسیم هم به صورت ثابت کار می‌کند یعنی هم فرستنده و هم گیرنده ثابت هستند و فقط تنها محیط انتقال بیسیم می‌باشد. 3802.16 در سال 1996 معرفی شد انواع مختلفی از این پروتکل انتشار داده شده است. 802.16.1 برای انتقال یک به چند و با نرخ انتقالی معادل 90 Mbps مورد استفاده قرار می‌گیرد. 802.16a در میانه سال 2002 انتشار داده شد و از 2-11 GHz نرخ رنج فرکانسی آن است. 802.16b نسخه قدیمی‌تر 802.16a می‌باشد. 8.216.2 به همراه 802.16.2a از دیگر نسخه‌های این پروتکل می‌باشند.
FSO محدودیت‌های باران، برف، مه و … روی انتقال با این پروتکل اثر می‌گذارد در این پروتکل رسانه انتقال لیزر است که نرخ ارسال بالایی را در حدود 10 Gbps دارد.

Regional & Global wireless network
2G3 & 2.5G & 3G
GSM3
i Mode این پروتکل در سال 1999 به 3 جهان معرفی شد کاربردهای اصلی این پروتکل انتقال Email صورتحساب‌های بانکی و اخبار و اطلاعاتی از این قبیل استفاده می‌شود و سرعتی معادل 9.6 Kbps دارد. SMS روی 2G3 و 2.5G تلفن‌های همراه قابل پیاده سازی است که برای انتقال پیام‌های کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرد CDPD در سال 1990 با سرعتی معادل 9.2 Kbps. ولی به علت رواج تکنولوژی‌های دیگر مورد قبول واقع نشد.

معرفی استاندارد 802.11
در سال 1997 اولین نسخه استاندارد WLAN با نام 802.11 منتشر شد و سپس در سال 1999 802.11b با سرعتس معادل 5.5-11 Mbps به بازار معرفی شد و سپس استانداردهای کامل‌تری منتشر شد این استاندارد برای پیاده‌سازی شبکه بیسیم در لایه‌های فیزیکی و دسترسی به شبکه طراحی شده است (MAC & PHA). موسسه WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) وظیفه معرفی و بررسی وسیله‌هایی که با این استاندارد مطابقت دارند را برعهده دارد. اصطلاح WiFi (wireless fidelity) توسط این موسسه انتشار داده شد به معنی وسیله‌هایی که با این استاندارد مطابقت دارند. آزمایش‌های WECA بر اساس استاندارد 802.11 است. که لیست کامل این استانداردها در زیر آمده است.

• 802.11 لایه شبکه و انتقال داده بیسیم
• 802.11a لایه شبکه و انتقال داده بیسیم در محدوده 5 GHz
• 802.11b لایه شبکه و انتقال داده بیسیم در محدوده 2.4 GHz
• 802.11c عملیات‌های میانی در لایه انتقال داده 802.11
• 802.11d بسط 802.11 برای ناحیه‌های کاری مرتب
• 802.11e QOS در 802.11
• 802.11f بررسی ارتباطات AP در 802.11
• 802.11g ارتباط سریع‌تر در 802.11
• 802.11h بالا بردن انتخاب کانال‌ها و توان کنترلی
• 802.11i بررسی امنیت و احراز هویت در 802.11

این استاندارد برای پیاده سازی شبکه بیسیم در لایه‌های فیزیکی و دسترسی به شبکه طراحی شده است (MAC & PHA). موسسه WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) وظیفه معرفی و بررسی وسیله‌هایی که با این استاندارد مطابقت دارند را برعهده دارد. اصطلاح WiFi (wireless fidelity) توسط این موسسه انتشار داده شد به معنی وسیله‌هایی که با این استاندارد مطابقت دارند. آزمایش‌های WECA بر اساس استاندارد 802.11 است.

امواج رادیویی
امواج رادیویی طیف گسترده‌ای را به خود اختصاص می‌دهند. هر کدام از این امواج با توجه به قابلیت‌هایشان در موقعیت‌های مخصوص به خود استفاده می‌شوند بعضی از این امواج آزاد و برای بعضی گرفتن مجوز از طرف دولت‌ها الزامی است.
این محدوده شامل 3 ناحیه زیر می‌باشد:
30.9-0.93 GHz
2.4-2.48 GHz3
5.73-5.85 GHz3
لایه فیزیکی و انتقال داده در 802.11

این استاندارد از 5 نوع رسانه برای انتقال داده استفاده می‌کند.
امواج مادون قرمز infrared3
امواج رادیویی DSSS3
امواج رادیویی FHSS
مدولاسیون OFDM3
مدولاسیون CCK3
استفاده از امواج مادون قرمز با اقبال عموم مواجه نشد و در اغلب پیاده سازی‌های بیسیم از امواج رادیویی استفاده می‌کند.
معرفی روش باند گسترده Speared Spectrum در اغلب پیاده سازی‌های بیسیم از این روش استفاده می‌شود. ساختار این روش به این ترتیب است که رنج فرکانسی بزرگتری از آنچه که مورد نیاز است استفاده می‌شود. در این روش یک سیگنال باند باریک narrow band را می‌گیرد آن را بین محدوده‌ای از فرکانس‌ها تقسیم می‌کند در نتیجه سیگنال پهنای باند بیشتری خواهد داشت که بلندتر هم خواهد شد و در طرف گیرنده دریافت این سیگنال راحت‌تر شده و امکال استراق سمع این روش هم سخت‌تر می‌شود چون باید جلوی پهنای باند بیشتری را بگیرد.

FHSS
از یک کد از پیش تعیین شده برای انتقال شیفت فرکانسی استفاده می‌شود. برای پیاده‌سازی این روش نیاز به 79 کانال 1 MHz می‌باشد. البته این کانال‌ها در کشورهای مختلف متفاوت است. نکته‌ای که وجود دارد این است که نرخ تغییر سیگنال در انتقال با نرخ ارسال اطلاعات فرق می‌کند. در صورتی که نرخ جهش فرکانس سریع‌تر از نرخ تغییر سیگنال باشد fast hop system یا سیستم جهش سریع نام می‌گیرد. درحالی که اگر نرخ جهش فرکانس کندتر از نرخ بیت سیگنال باشد فناوری سیستم جهش کند نام می‌گیرد. این گونه برقراری ارتباط برای ارتباطات نظامی مناسب است.

DSSS
در این روش سیگنالی که می‌خواهد ارسال شود بوسیله یک کد دیجیتالی به نام chip یا chipping code با نرخ بزرگتری از سیگنال داده تغییر می‌کند. کد chipping یک کد بیتی تکراری می‌باشد که هر بیت سیگنال را به چند بیت تبدیل می‌کند و با بزرگتر شدن کد chipping سیگنال داده ارسالی هم بزرگتر می‌شود. که با بزرگتر شدن باعث دریافت راحت‌تر می‌شود و امکان تصییح خطا بوجود می‌آید. استراق سمع این گونه کدها به راحتی امکان پذیر نمی‌باشد.

Topologyهای مختلف بیسیم
Ad hoc: در این روش هیچ نود ثابتی وجود ندارد و همگی نودها در حال حرکتند. در این روش مسیریابی توسط خود نودها انجام می‌شود و دستگاه مستقلی به نام مسیریاب یا سرور وجود ندارد. در این روش از خود نودها برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود.
(Access point) Infrastructure: در این روش یک نقطه دسترسی وجود دارد. این نقطه دسترسی وظیفه انتقال داده‌ها را دارد و به عنوان یک مسیریاب یا پل عمل می‌کند که می‌تواند ثابت یا متحرک حتی می‌تواند نرم افزاری یا سخت افزاری باشد. در صورت متحرک بودن نقطه دسترسی وظیفه انتقال بر عهده این دستگاه است که با روش قبل متفاوت می‌باشد.