115
Zakład Systemów Radiowych (Z-1)
Prace dotyczące systemów radiokomunikacyjnych
III i następnych generacji
w szczególności dla potrzeb sieci inteligencji otoczenia
Praca nr 01 30 001 5
Warszawa, grudzień 2005
Statut_wn-76_05_et.doc
– str. 2 z 94 –
Tytuł pracy:
Prace dotyczące systemów radiokomunikacyjnych III i następnych
generacji w szczególności dla potrzeb sieci inteligencji otoczenia
Numer pracy:
01300015
Słowa kluczowe:
radiowe sieci lokalne; IEEE 802.11; RLAN; WLAN; Wi-Fi; WPAN;
kompatybilność systemów; zasięgi; projektowanie; optymalizacja;
wymagania; badania
Kierownik pracy:
mgr inż. Aleksander Orłowski
Wykonawcy pracy: mgr inż. Aleksander Orłowski
mgr inż. Krzysztof Kaczan (Z-1)
mgr inż. Rafał Pawlak (Z-1)
mgr inż. Przemysław Socha (Z-1)
Praca wykonana w Zakładzie Systemów Radiowych (Z-1) Instytutu Łączności w Warszawie
Kierownik Zakładu: mgr inż. Aleksander Orłowski
Niniejsze opracowanie może być powielane i publikowane wyłącznie w całości.
Powielanie i publikowanie fragmentów wymaga uzyskaniu zgody Instytutu Łączności.
© Copyright by Instytut Łączności, Warszawa 2005
– str. 3 z 94 –
SPIS TREŚCI
1.
Wstęp ..................................................................................................................................5
1.1.
Sieci inteligencji otoczenia ....................................................................................5
1.2.
Radiowe sieci lokalne ............................................................................................8
1.3.
Radiowe sieci osobistego otoczenia.......................................................................9
2.
Przegląd norm z serii IEEE 802.11...................................................................................11
2.1.
Wprowadzenie .....................................................................................................11
2.2.
Architektura radiowej sieci lokalnej ....................................................................15
2.3.
Hotspot .................................................................................................................17
2.4.
Sieci kratowe........................................................................................................18
2.5.
Wielodostęp .........................................................................................................19
2.6.
Techniki rozpraszania widma sygnału radiowego ...............................................20
2.6.1. Charakterystyka systemu FHSS wg normy 802.11 .............................................22
2.6.2. Charakterystyki systemu DSSS wg norm 802.11 i 802.11b ................................22
2.6.3. Charakterystyki systemu OFDM wg norm 802.11a i 802.11g ............................24
2.6.4. Wersje niestandardowe ........................................................................................27
2.6.5. Znak "Wi-Fi"........................................................................................................28
2.7.
Architektura urządzeń ..........................................................................................28
2.8.
Związek z charakterystykami kanału radiowego .................................................30
2.8.1. Wielodrogowość – skutki w dziedzinie czasu .....................................................30
2.8.2. Wielodrogowość – skutki w dziedzinie częstotliwości........................................31
3.
Podstawowe wymagania...................................................................................................32
3.1.
Wykorzystanie pasma 2,4 GHz............................................................................32
3.2.
Wykorzystanie pasma 5 GHz...............................................................................33
3.3.
Dołączanie anten zewnętrznych...........................................................................35
3.3.1. Problemy prawno-administracyjne ......................................................................35
3.3.2. Problemy techniczne ............................................................................................35
3.3.3. Lokalizacja anten zewnętrznych ..........................................................................36
3.3.4. Wybór kabli antenowych .....................................................................................37
3.4.
Anteny urządzeń przenośnych .............................................................................37
3.5.
Wymagane parametry odbiornika........................................................................39
4.
Propagacja fal radiowych..................................................................................................43
4.1.
Łącze radiowe punkt do punktu ...........................................................................44
4.1.1. Propagacja fal radiowych w otwartej przestrzeni ................................................44
4.1.2. Propagacja fal radiowych nad ziemią ..................................................................46
4.1.3. Modelowanie trasy LOS ......................................................................................47
4.2.
Obliczanie bilansu łącza radiowego.....................................................................49
4.2.1. Projektowanie łącza punkt-punkt.........................................................................50
4.2.2. Projektowanie łącza punkt do wielu punktów .....................................................56
– str. 4 z 94 –
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
Zasięg na zewnątrz budynków dla terminali noszonych......................................56
Tłumienie fali w pomieszczeniach.......................................................................57
Stosowanie odbioru zbiorczego ...........................................................................59
Zakłócenia wspólnokanałowe ..............................................................................60
Zakłócenia w sieci kratowej.................................................................................63
5.
Obsługa ruchu w radiowej sieci lokalnej ..........................................................................64
5.1.
Pojemność sieci RLAN........................................................................................65
5.1.1. Uwarunkowania systemowe ................................................................................65
5.1.2. Przypadek pojedynczego punktu dostępu ............................................................65
5.1.3. Sieć z wieloma punktami dostępu........................................................................69
5.2.
Wymagania dotyczące obsługi ruchu ..................................................................71
5.3.
Ocena ze strony użytkowników ...........................................................................74
6.
Przygotowanie projektu radiowej sieci lokalnej ...............................................................74
6.1.
Wybór standardu RLAN ......................................................................................74
6.1.1. Wydajność urządzeń 802.11g ..............................................................................75
6.1.2. Porównanie charakterystyk urządzeń 802.11a i 802.11b.....................................76
6.1.3. Zakłócenia w paśmie 2,4 GHz .............................................................................78
6.1.4. Parametry sprzętu.................................................................................................79
6.2.
Rozpoznanie miejsca instalacji ............................................................................80
6.3.
Programy wspomagające planowanie i utrzymania sieci ....................................81
6.4.
Testowanie pokrycia ............................................................................................85
7.
Podsumowanie ..................................................................................................................86
Podstawowe definicje ...............................................................................................................87
Wykaz literatury........................................................................................................................89
Akronimy ..................................................................................................................................92
– str. 5 z 94 –
1.
Wstęp
Niniejszy dokument jest wynikiem pracy wykonanej w ramach działalności statutowej
Instytutu Łączności, której celem było przygotowanie opracowania charakteryzującego
rozwój systemów bliskiego zasięgu, stosowanych w radiowych komputerowych sieciach
lokalnych. Zgodnie z zapisem w punkcie 8.3 wniosku nr 76/05 o realizację projektu
badawczego finansowanego ze środków działalności statutowej, temat potraktowano jako
pierwszy etap pracy, której kolejne etapy powinny dotyczyć: systemów stosowanych
w radiowych sieciach otoczenia osobistego, a docelowo w sieciach sensorowych i sieciach
inteligencji otoczenia.
We wstępie wyjaśniono podstawowe pojęcia związane z tytułem i zakresem pracy, a mianowicie:
– sieci inteligencji otoczenia,
– radiowe sieci lokalne (WLAN, RLAN /1),
– radiowe sieci osobistego otoczenia (WPAN),
oraz w zwartej formie opisano obecny i przewidywany zakres zastosowań tych systemów
i problemy z tym związane.
W rozdziale 2 omówiono tematykę bieżących prac IEEE i opublikowane dokumenty z serii
802.11 dotyczące radiowych sieci lokalnych. Opisano podstawowe charakterystyki warstwy
fizycznej (PHY) i dostępu do medium (MAC) systemów zgodnych ze standardami IEEE
z serii 802.11, architekturę radiowych sieci lokalnych, zagadnienia wielodostępu i odporności
na zakłócenie propagacyjne.
W rozdziale 3 przedstawiono podstawowe wymagania odnośnie parametrów urządzeń RLAN
wynikające z norm i zaleceń międzynarodowych oraz inne warunki mające wpływ na
projektowanie sieci.
Rozdział 4 dotyczy projektowania zasięgów radiowych łączy w sieciach lokalnych na
zewnątrz i wewnątrz pomieszczeń. Omówiono także zasady planowania częstotliwości dla
sieci RLAN i warunki kompatybilności.
Rozdział 5, w którym analizowano obsługę ruchu i pojemność sieci, ma ścisły związek
z rozdziałem 6, w którym zamieszczono praktyczne wskazówki dotyczące wyboru systemu,
urządzeń i informacje o dostępnych narzędziach wspomagających planowanie, testowanie
i utrzymanie sieci.
1.1.
Sieci inteligencji otoczenia
W ostatniej dekadzie nastąpił bezprecedensowy rozwój systemów telekomunikacyjnych
stosowanych w sieciach publicznych oraz w sieciach wewnętrznych różnych organizacji
i instytucji, a także użytkowanych przez osoby prywatne dla własnych potrzeb. Zaspokojenie
/1
Stosowane akronimy zestawiono na końcu opracowania.
– str. 6 z 94 –
i pogodzenie potrzeb gwałtownie wzrastającej liczby użytkowników, w tym znacznej liczby
użytkowników mobilnych, wprowadzenie nowych aplikacji wymagających coraz większej
przepływności kanałów transmisyjnych i zagwarantowanie wysokiej jakości usług, powodują
poszukiwanie rozwiązań technicznych, które mogą gwarantować uzyskanie pojemności sieci
wystarczającej do realizacji tych celów.
Nasycenie środowiska urządzeniami teleinformatycznymi pociąga za sobą ryzyko stresu
związanego z koniecznością szybkiego opanowania obsługi coraz to nowszych i bardziej
skomplikowanych urządzeń i nadmiaru uzyskiwanych informacji. Drogą do zmniejszenia
tego ryzyka jest stworzenie przyjaznego środowiska wyposażonego w interfejsy obsługiwane
intuicyjnie o łatwiejszej, niż stosowane obecnie, percepcji dla zmysłów. Innymi słowy celem
powinno być wyeliminowanie zbędnych manualnych i mentalnych czynności człowieka
i przesunięcie ich do sfery kontrolowanej w całości przez maszyny. Te założenie są podstawą
koncepcji sieci z inteligencją w otoczeniu (Ambient Intelligence, AmI), która jest postrzegana
jako jedno z kluczowych zagadnień wymagających rozwiązania w ramach programów
rozwoju Społeczeństwa Informacyjnego (Information Society).
Sieć z inteligencją w otoczeniu jest wizją fascynującą, ale niesie ze sobą wiele zagrożeń. Nie
można zapominać, że ze względu na ograniczenie kontroli ludzkiej i brak doświadczeń
w realizacji podobnych przedsięwzięć, wprowadzanie AmI będzie wiązać się ze zwiększonym
ryzykiem utraty kontroli nad fragmentem sieci, a ze względu na wzajemne powiązania sieci
zjawiska niekontrolowane mogą się rozprzestrzeniać w sposób trudny do przewidzenia. Sieć
AmI powinna więc gwarantować nie tylko odpowiednią jakość usług i niezawodność, ale
także odporność na narażenie stwarzane przez nieumiejętne postępowanie uprawnionych
użytkowników lub celowe działanie intruzów oraz na naturalne i wywołane działalnością
ludzi narażenia elektromagnetyczne. Jednocześnie powinna być obsługiwana i obsługiwać
"zwykłych użytkowników".
Projekt pod nazwą "sieci otoczenia" (Ambient Networks, AN) [http://www.ambientnetworks.org/] jest jednym z projektów finansowanych przez Komisję Europejską (European
Commission) w ramach 6-tego Programu Ramowego (6th Framework Programme), jako
jeden z tematów związanych z technologiami dla społeczeństwa informacyjnego. Projekt
dotyczy strategicznego celu "Systemy ruchome i radiowe następujące po 3G" (Mobile and
Wireless Systems Beyond 3G). Zakłada się, że w wyniku projektu zostaną stworzone
propozycje skalowalnych sieci radiowych dostarczających bogaty zestaw usług komunikacyjnych dostępnych dla wszystkich, funkcjonujących w środowisku radiowym tworzonym
przez mnóstwo urządzeń użytkowników indywidualnych i operatorów sieci.
Sieci otoczenia (AN) mają komponować i integrować sieci radiowe, takie jak np. sieci
osobistego otoczenie użytkowników (Wireless Personal Area Network, WPAN), sieci
w pojazdach komunikacji publicznej (vehicular network), lokalne sieci biurowe / hotelowe
(ambient office / hotel WLAN), sieci municypalne (ambient city hot-spot), sieci komórkowe
(ambient cellular service) i inne – dziś jeszcze nie znane.
AN tworzą zupełnie nową koncepcję dynamicznego komponowania sieci, pozwalającą
uniknąć rosnącej liczby niejednolitych rozszerzeń dodawanych do architektury istniejących
sieci telekomunikacyjnych. Zasada ta powinno zapewnić dostęp do każdej sieci, w tym
ruchomej sieci osobistej, poprzez chwilowe ustanowienie porozumienia pomiędzy sieciami.
Przyjęcie takich założeń prowadzi do konieczności projektowania systemów ruchomych
o strukturze poziomej, w której będą wspólne funkcje sterujące dla różnych aplikacji
i różnych technologii interfejsów radiowych. Radykalna zmiana koncepcji wymaga
zdefiniowania nowych interfejsów i standardów sieci ruchomych.
– str. 7 z 94 –
W wyniku projektu Ambient Networks powinna powstać kompletna, spójna propozycja
architektury dla samo-konfigurujących się elementów sieci radiowej, która zredukuje koszty
wdrażania i utrzymania sieci, a także pakiet protokółów do tworzenia sieci stanowiących
rozwinięcie IPv6. Wyniki uzyskane w ramach projektu powinny ułatwić stopniowe
wprowadzanie nowych usług i stymulować rozwój europejskiego sektora komunikacji
ruchomej.
W założeniach przewiduje się trzy fazy tego projektu. Pierwsza powinna określić ogólne
podejście i zawierać studium realizowalności. Planowane nakłady ponad 2000 osobo-miesięcy
w okresie dwóch lat (2006-2007) odzwierciedlają wagę przykładaną do strategicznych
i technicznych zadań związanych z projektem.
W ramach projektu AN określono następujące cele techniczne:
·
·
Zdefiniować i przeanalizować, z wykorzystaniem różnych scenariuszy, spójne rozwiązania
dla sieci otoczenia w tym:
–
architekturę, która umożliwia łatwą i dynamiczną kompozycję oddzielnych sieci
w środowisku ze stale rosnącą różnorodnością technologii i dostawców usług;
–
zestaw adaptacyjnych samo-konfigurujących się elementów sieci ruchomej, które
pozwolą zmniejszyć koszty planowania, wdrażania, konfigurowania i utrzymania sieci;
–
obszerny, zintegrowany program bezpieczeństwa, zapewniający ochronę sieci od
końca do końca (end-to-end) i odporność na ataki.
Zapewnić, żeby sieci otoczenia stanowiły nowe standardy dla przyszłościowych świadomych
kontekstu, wielo-domenowych sieci ruchomych przez następujące podstawowe elementy:
– nowe algorytmy do efektywnego zarządzania zasobami radiowymi w różnych
technologiach i w wielu domenach;
– zaprojektowanie innowacyjnej warstwy łącza dla łatwej adaptacji i objęcia
istniejących i nowych interfejsów radiowych;
– zestaw protokółów dla kompozycji sieci zapewniających: możliwość przyłączenia,
zarządzanie zasobami, bezpieczeństwo, wykrywanie konfliktów, sterowalność,
przenoszenie zawartości (content handling);
– obsługę dynamicznych uzgodnień międzysieciowych zapewniających abonentowi
dostęp do każdej sieci w każdym miejscu z uwzględnieniem jakości usługi "od końca
do końca" (end-to-end QoS);
– zarządzanie w wielu domenach mobilnością użytkowników i grup użytkowników
w różnorodnych radiowych sieciach dostępowych, z uwzględnieniem nowych
rodzajów sieci, takich jak sieci osobistego otoczenia (Personal Area Networks, PAN)
i sieci w pojazdach;
– efektywną obsługę dostarczania multimediów przez opracowanie sposobów
kierowania (rutingu) i transportu strumieni mediów przez domeny, wyważenie QoS
z uwzględnieniem właściwości różnych technologii, właściwości urządzeń końcowych
i wymagań odnośnie QoS ze strony strumieni mediów;
– sieci świadome kontekstu w celu zwiększenia efektywności transmisji i umożliwienia
nowych aplikacji;
– wspólne, skalowalne, bezpieczne interfejsy pomiędzy domenami sieci;
– innowacyjne samo-zarządzanie (self-management) nie tylko dla nowych węzłów sieci,
ale także niedawno utworzonych sieci.
– str. 8 z 94 –
·
Zapewnić komercyjną żywotność przez zidentyfikowanie aspektów biznesowych i koncepcji
wdrożenia.
·
Sprawdzić różne opracowane rozwiązania techniczne.
Projekt Ambient Networks może mieć zasadnicze znaczenie dla rozwoju sieci ruchomych
w przyszłości. Będzie mieć wpływ na rozwój telekomunikacji, usług informatycznych
i dostarczania zawartości (content delivery). Z tych względów przyczynia się do realizacji
wspomnianej na wstępie tego punktu wizji inteligencji otoczenia.
Udział Instytutu Łączności w pracach dotyczących sieci z inteligencją w otoczeniu wymaga
właściwego przygotowania kadry. Ze względu na szczupłe środki przeznaczane na prace
statutowe związane z rozwojem radiokomunikacji wydaje się, że łatwiejsze jest opanowanie
systemów o stosunkowo prostej architekturze, takich jak radiowe sieci lokalne (RLAN,
WLAN), radiowe sieci osobiste (WPAN) i radiowe systemy identyfikacji (RFID). Zdaniem
autorów pracy, po gruntownym zapoznaniu się ze stanem techniki, w tych obszarach można
poszukiwać miejsca dla prac badawczych Instytutu Łączności.
1.2.
Radiowe sieci lokalne
Radiowe sieci lokalne, nazywane w dokumentach organizacji normalizacyjnych albo: Radio
Local Area Networks, RLAN – określenie stosowane w dokumentach ITU-R, CEPT / ERO,
ECC i ETSI, albo: Wireless Local Area Networks, WLAN – określenie używane w dokumentach
IEEE /2, często utożsamiane z nazwą Wi-Fi, są zaliczane do grupy radiowych systemów
dostępowych (Wireless Access Systems, WAS). Systemy tego rodzaju są stosowane wewnątrz
i/lub na zewnątrz pomieszczeń, zwykle na ograniczonym obszarze geograficznym.
Obecnie RLAN znajdują zastosowanie we wszystkich spośród trzech zdefiniowanych przez
ITU-R kategoriach dostępu radiowego:
– w stacjonarnym (Fixed Wireless Access, FWA),
– w ruchomym (Mobile Wireless Access, MWA),
– w nomadycznym (Nomadic Wireless Access, NWA).
Przy czym dotychczas mobilność użytkowników RLAN jest ograniczona do obszaru zasięgu
pojedynczego punktu dostępu (AP) lub kilku AP zapewniających obsługę przenoszenia
połączeń (handover) w obrębie tzw. "hotspot".
Do rozpowszechnienia tej technologii przyczyniły się prace standaryzacyjne wykonane
i nadal prowadzone przez Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) w ramach
Grupy Roboczej 802.11 "Wireless LAN Working Group" [http://standards.ieee.org/]
(por. rozdział 2) i certyfikacja interoperacyjności sprzętu różnych producentów prowadzona
przez Wi-Fi Alliance [http://www.wi-fi.org/ ].
Ze względu na wyjątkowo korzystny stosunek oferowanej szerokości pasma do kosztów
sprzętu i eksploatacji sieci oraz powszechną dostępność kanałów radiowych sieci RLAN są
używane:
·
w budynkach biurowych – jako rozszerzenie lub alternatywa kablowych sieci lokalnych;
/2
Różnica wynika z tradycji językowej, ale jest bardzo istotna. Określenie "Radio LAN, RLAN" wskazuje
jednoznacznie, że w systemie wykorzystywane są fale radiowe. W konsekwencji do systemu i stosowanych
w nim urządzeń odnoszą się wszystkie przepisy prawa międzynarodowego i krajowego, które dotyczą
urządzeń radiowych. Określenie "Wireless LAN, WLAN" jest pojęciem szerszym, obejmuje wszystkie
systemy "bezprzewodowe" w zakresie fal radiowych, podczerwieni, światła widzialnego i in. W tym
kontekście rozpowszechnione w Polsce określenie "sieci bezprzewodowe" stosowane w odniesieniu do
urządzeń radiowych jest niepoprawne.
– str. 9 z 94 –
·
·
·
·
·
·
do tworzenia radiowych łączy punkt-punkt pomiędzy kilkoma siedzibami firmy;
w miejscach zgromadzeń, takich jak: centra konferencyjne, sale wykładowe, punkty
informacyjne, a także w hotelach, restauracjach i w kawiarniach, gdzie "hotspot" dla
potrzeb zainteresowanych osób instalują i udostępniają użytkownicy tych obiektów;
przez komercyjnych dostawców usług teleinformatycznych, takich jak operatorzy sieci
GSM / UMTS, którzy dostęp RLAN traktują jako wzbogacenie ich oferty instalując
"hotspot" w różnych masowo uczęszczanych miejscach, takich jak lotniska, centra
konferencyjne, dworce kolejowe i hotele;
przez lokalnych dostawców Internetu (Local Internet Service Provider, ISP) jako
najtańsza forma radiowej sieci dostępu do Internetu, zwłaszcza na obszarach wiejskich
i małych miast;
w mieszkaniach – jako przedłużenie łączy kablowych ADSL, umożliwiające umieszczenie
sprzętu komputerowego w dowolnym pomieszczeniu i współużytkowanie łącza ADSL
i wyposażenia, takiego jak drukarki, przez kilku domowników;
przez lokalne społeczności dla ich potrzeb.
W większości komputerów przenośnych (klasy "laptop"), znajdujących się obecnie w ofercie
producentów, moduł RLAN (Wi-Fi) stał się standardowym wyposażeniem. W wielu PDA
instalowane są moduły dualne RLAN / GSM-GPRS.
Wg Alcatel Telecommunications Review 4-th Q, 2003, już w 2003 r. ponad 75% osób
podróżujących służbowo zabierało ze sobą laptopa, 62% z tej liczby korzystało z Internetu
w hotelu, dziennie wykorzystując średnio 2,3 połączenia, każde po 30 min. Osoby takie są
potencjalnymi klientami operatorów hotspot (portów lotniczych, sieci hoteli, ...).
W niniejszej pracy skoncentrowano się na wykorzystaniu RLAN przez instytucje i osoby
prywatne głównie dla własnych potrzeb. Nie rozwinięto zagadnienia budowy "hotspot" przez
operatorów sieci komercyjnych.
1.3.
Radiowe sieci osobistego otoczenia
Sieciami osobistego otoczenia (Personal Area Network, PAN) są nazywane sieci działające
w najbliższym sąsiedztwie użytkownika, typowo w granicach od kilku centymetrów do 10 m.
Tym otoczeniem może być np. mieszkanie, dom wraz z przyległym ogrodem, samochód.
Radiowe sieci osobistego otoczenia (Wireless Personal Area Network, WPAN) należą do
dynamicznie rozwijające się kategorii urządzeń radiowych bliskiego zasięgu. Badania i prace
standaryzacyjne w tej dziedzinie są prowadzone przez liczne stowarzyszenia i instytucje,
m.in.: Bluetooth Special Interest Group (SIG) [http://www.bluetooth.com/bluetooth/]; IEEE
w ramach Grupy Roboczej 802.15 "Wireless Personal Area Network (WPAN)"
[http://standards.ieee.org/]; ZigBee Alliance, Inc. [http://www.zigbee.org/] i wiele innych.
Osobiste urządzenia elektroniczne, takie jak telefony komórkowe, komputery kieszonkowe
i elektroniczne notesy (PDA), kamery cyfrowe, odtwarzacze MP3, zestawy słuchawkowe,
konsole do gier i inne, których popularność rośnie w ślad za tym, jak urządzenia te stają się
mniejsze, lżejsze, tańsze, mogą być łączone w sieci między sobą i z urządzeniami
zewnętrznymi, takimi jak biurkowy PC. Jednakże połączenie ich za pośrednictwem kabli jest
uciążliwe. Przed przesłaniem informacji należy najpierw połączyć ze sobą dwa urządzenia, co
oznacza konieczność częstego manipulowania kablami (uszkodzenia mechaniczne)
i zabierania ze sobą wszędzie: do domu, do biura i w podróż służbową, wszystkich
potrzebnych kabli, złącz i adapterów. Wyposażenie tego rodzaju urządzeń w nadawczoodbiorcze moduły radiowe bliskiego zasięgu, zgodne z jednym standardem obejmującym
– str. 10 z 94 –
transmisję danych i głosu, pozwalającym na utworzenie w dowolnym miejscu sieci ad-hoc
o zasięgu kilku metrów, eliminuje skutecznie problemy okablowania.
Za pomocą łączy radiowych można również połączyć w spójnej sieci domowe urządzenia
telemetryczne, sterujące klimatyzacją, alarmowe i inne. Sieć domowa będzie więc siecią
wzajemnie połączonych inteligentnych czujników i inteligentnych urządzeń przetwarzających
informacje i urządzeń wykonawczych.
Jednym z kluczowych założeń odnośnie WPAN jest włączanie (plug in) urządzenia do sieci.
W idealnym scenariuszu wymaga się, aby dwa urządzenia tej samej sieci WPAN, które
znajdują się odpowiednio blisko siebie (np. w granicach kilku metrów), mogły komunikować
się tak, jakby były połączone kablem. Powinna istnieć możliwość rozbudowy i modyfikacji
sieci – wprowadzania / usuwania urządzeń oraz modyfikowania programu sterowania. Ze
względu na obecność urządzeń należących do innych sieci cechą zapobiegającą
nieuprawnionemu dostępowi do informacji oraz wzajemnym zakłóceniom jest selektywne
poszukiwanie uprawnionego urządzenia.
Ze względu na środowisko pracy, system radiowy zastosowany w radiowej sieci domowej
powinien charakteryzować się wyjątkowo dużą odpornością na zakłócenia propagacyjne
występujące w tym środowisku oraz zakłócenia elektromagnetyczne stwarzane przez
urządzenia gospodarstwa domowego i inne sieci radiowe.
Pobór mocy
Złożoność
Granice podziału pomiędzy radiowymi sieciami osobistego otoczenia (WPAN) i radiowymi
sieciami lokalnymi (WLAN) są nieostre, rys. 1. Klasyfikacja ma związek z trzema atrybutami
urządzeń. Urządzenia WLAN na ogół są przeznaczone do przesyłania danych z większą
szybkością i na większe odległości, są bardziej złożone i pobierają większą moc ze źródła
zasilania. Ta ostatnia cecha jest krytyczna, ponieważ w wielu zastosowaniach urządzeń
WPAN zakłada się wielomiesięczny, a nawet wieloletni okres pracy bez konieczności
wymiany baterii. Ponadto WPAN, zgodnie z nazwą, w zasadzie zaspakajają indywidualne
potrzeby określonej osoby, natomiast WLAN przeważnie potrzeby zbiorowe o charakterze
lokalnym - sieć w biurze, sali konferencyjnej lub publiczny "hotspot".
802.11.a
802.11.h
802.11.g
802.11.b
802.11
802.15.1
Bluetooth
802.15.4
WPAN
WLAN
Szybkość transmisji
Rys. 1: Klasyfikacja radiowych sieci bliskiego zasięgu
Uwaga. 802.11 i 802.15 są symbolami norm IEEE [1 ÷ 7, 11 ÷ 15].
Grupa urządzeń zaliczanych do WPAN nie jest jednorodna. Technologie znane od kilku lat,
takie jak Bluetooth (IEEE 802.15.1), dla wielu zastosowań są zbyt skomplikowane i za
drogie, a w przypadku innych potrzeb nie gwarantują wymaganej przepływności.
– str. 11 z 94 –
Dla potrzeb automatyki domowej i podobnych stworzono podgrupę urządzeń o bardzo małej
szybkości transmisji (Low Rate WPAN, LR-WPAN) i bardo małym poborze prądu zasilania.
Przykładami specyfikacji technicznych tego rodzaju produktów jest norma IEEE 802.15.4
i specyfikacja produktów o nazwie handlowej "Zigbee", o szybkości do 250 kbit/s. Sieć tego
rodzaju może tworzyć dowolną strukturę (gwiazda, drzewo, krata) zawierającą do 255
urządzeń (węzłów).
Dla potrzeb multimedialnych sieci radiowych bliskiego zasięgu opracowano normę IEEE
802.15.3, w której zakłada się możliwość uzyskiwanie szybkości transmisji do 55 Mbit/s.
Aktualnie w wielu ośrodkach są prowadzone prace dotyczące sieci ultra-szerokopasmowych
(Ultra Wideband, UWB), m.in. przez IEEE w ramach projektu 802.15.3a.
Zakłada się, że tematyka WPAN będzie przedmiotem kolejnego etapu pracy statutowej
prowadzonego w 2006 r.
2.
Przegląd norm z serii IEEE 802.11
2.1.
Wprowadzenie
W latach dziewięćdziesiątych wiele firm opracowało i promowało własne szerokopasmowe,
radiowe systemy transmisji danych przeznaczone do zastąpienia kablowych sieci LAN, albo
tak jak w przypadku systemu HomeRF, wspólnej inicjatywy firm Compaq, IBM, HP i in., do
zastąpienia okablowania pomiędzy domowymi urządzeniami teleinformatycznymi (laptop,
biurkowy PC, PDA, telefony), a domowym punktem dostępu do sieci telekomunikacyjnej.
Jednakże faktyczną podstawą masowego rozwoju systemów radiowych sieci lokalnych stały
się opracowywane przez Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) normy
z serii 802.11.
Pierwszą normę dotyczącą bezprzewodowych sieci lokalnych w IEEE przyjęto w 1997 r.,
a jej poprawioną wersję w 1999 r. Dokument IEEE o symbolu 802.11-1999 [1] zawiera opis
systemu wykorzystującego podczerwień oraz dwóch wersji systemu radiowego z widmem
rozproszonym: FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) oraz DSSS (Direct Sequence
Spread Spectrum), zaprojektowanych do pracy w paśmie częstotliwości 2,4 GHz. W systemie
tym zdefiniowano dwie szybkości transmisji: 1 Mbit/s i 2 Mbit/s. Krótkie opisy technik
modulacji FHSS i DSSS stosowanych w tych systemach zawierają punkty 2.2.1 i 2.2.2.
System wykorzystujący podczerwień nie znalazł praktycznych zastosowań.
W latach 1999 ÷ 2005 wprowadzono istotne rozszerzenia i zmiany tego podstawowego
standardu zawarte w dokumentach o symbolach kolejno 802.11a, 802.11b, 802.11g, …,
mające na celu zwiększenie szybkości transmisji danych w warstwie fizycznej, dostosowanie
systemów do specyficznych wymagań administracyjnych obowiązujących w różnych rejonach
świata, wzmocnienie ochrony informacji, uwierzytelnienia użytkowników, kontrolę dostępu do
sieci oraz wprowadzenie mechanizmów definiowania jakości usług (Quality of Service, QoS).
Prace dotyczące dokumentów z tej serii nie są zakończone, dotyczą udoskonalania
i koniecznych zmian w ww. zatwierdzonych dokumentach oraz zupełnie nowych zagadnień.
Poniżej wymieniono tematy projektów, których dotyczą normy i przewodniki IEEE z serii
802.11 /3:
·
802.11a [2] norma definiująca RLAN w paśmie 5 GHz z szybkością do 54 Mbit/s, bliższą
charakterystykę zawiera punkt 2.2.3, (1999, urządzenia dostępne od 2001);
/3
Dokumenty – tematy wymieniono w kolejności alfabetycznej. Kolejność ta nie ma związku z kolejnością
publikacji, np. normę 802.11b zatwierdzono i opublikowano wcześniej niż normę 802.11a.
– str. 12 z 94 –
·
802.11b [3, 4] norma definiująca RLAN w paśmie 2,4 GHz z szybkością do 11 Mbit/s
i opcjonalnie 22 Mbit/s, bliższą charakterystykę zawiera punkt 2.2.3, (1999);
·
802.11c norma dotycząca interoperacyjności w radiowych punktów dostępu lub mostów
(wireless bridge). Jest uzupełnieniem 802.1D. Prace te są obecnie częścią IEEE 802.1D,
polegają na modyfikacji podstawowego standardu 802.11 w części dotyczącej warstwy
MAC, (2001);
·
802.11d norma definiująca możliwości zmian konfiguracji sieci na poziomie warstwy
MAC (dostępu do medium) w celu dostosowania do wymagań kraju, w którym sieć ma
być stosowana, (2001);
·
802.11e [9] norma, która umożliwia definiowanie jakości usług (QoS) i obsługę multimediów
w istniejących sieciach 802.11a, 802.11b, 802.11g, (2005);
·
802.11F, zalecenia dotyczące protokółu dostępu między różnymi AP (Inter Access Point
Protocol, IAPP), istotne ze względu na możliwość roamingu użytkowników między
różnymi sieciami, (2003);
·
802.11g [6] norma definiująca RLAN w paśmie 2,4 GHz z szybkością do 54 Mbit/s,
bliższą charakterystykę zawiera punkt 2.2.3, (2003);
·
802.11h [7], uzupełnienie 802.11a polegające na uwzględnieniu wymaganych w Europie,
mechanizmów obsługi dynamicznego wyboru częstotliwości (DFS) i sterowanie mocą
nadajnika (TPC) w celu zapewnienia koegzystencji pomiędzy RLAN i innymi służbami
użytkującymi pasmo 5 GHz, bliższą charakterystykę zawiera punkt 2.2.3, (2003);
·
802.11i [8] norma określająca nowe mechanizmy bezpieczeństwa dla sieci 802.11
związane z rozszerzeniami MAC. Stosuje Advanced Encryption Standard (AES)
i usprawnia zarządzanie kluczami, uwierzytelnienie użytkowników (802.11x) oraz
integralność nagłówków, (2004);
·
802.11j specyfikacja obejmująca japońskie wymagania dotyczące mocy nadajnika RF,
trybów pracy, rozmieszczenia kanałów i poziomów emisji niepożądanych, (2004);
·
IEEE 802.11n, temat dotyczący zdefiniowanie standardu sieci radiowych o dużych
przepływnościach, co najmniej 100 Mbit/s;
W ramach dyskutowanego projektu pojawiły się propozycje sięgające 540 Mbit/s. Zakłada
się wykorzystanie modulacji OFDM i techniki MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output)
ze zwielokrotnionymi odbiornikami i zwielokrotnionymi nadajnikami zarówno
w urządzeniach klienckich jak i w punktach dostępu. System jest postrzegany jako
standard RLAN następnej generacji. Oczekuje się przyjęcie tego standardu w 2007 r.
·
IEEE 802.11p, temat nazwany "WAVE" (Wireless Access for the Vehicular
Environment), dotyczący radiowego środowiska w samochodach osobowych;
·
IEEE 802.11r, temat dotyczący szybkiego roamingu;
·
IEEE 802.11s, temat odnoszący się do sieci o strukturze kratowej (Extended Service Set
Mesh Networking);
·
IEEE 802.11T, temat dotyczący metod przewidywania i miar wydajności sieci radiowej.
·
IEEE 802.11u, temat dotyczący współpracy z innymi sieciami wg standardów serii 802…
·
IEEE 802.11v, temat dotyczący zarządzania sieciami radiowymi.
Dla analizy stanu techniki, która jest celem niniejszej pracy, spośród wymienionych istotne są
dokumenty o symbolach: 802.11-1999 – podstawowa norma tej serii, 802.11b i 802.11g jej
– str. 13 z 94 –
rozszerzenia dotyczące usprawnień wykorzystania pasma częstotliwości 2,4 GHz, 802.11a jej
rozszerzenie dotyczące wykorzystania pasma częstotliwości 5 GHz oraz 802.11e norma
definiująca mechanizmy QoS i 802.11i norma wprowadzająca skuteczniejsze zabezpieczenia
sieci.
W normach serii IEEE 802.11, podobnie jak w innych normach dotyczących sieci lokalnych
z serii IEEE 802.x, zawarto tylko opisy warstwy fizycznej (Physical layer, PHY) oraz
warstwy dostępu do medium (Medium Access Control, MAC), tj. dwóch najniższych
z siedmiu warstw modelu OSI. Przy czym we wszystkich normach 802.11 stosowany jest
wspólny protokół MAC, a podstawowe różnice dotyczą realizacji warstwy fizycznej, tab. 1
i rys. 2.
Uwaga. W dalszej części opracowania skoncentrowano się na charakterystykach urządzeń
radiowych w wersjach przeznaczonych na rynek europejski, w dokumentach IEEE
oznaczanych "ETSI" lub "CEPT", które pod względem liczby i częstotliwości
kanałów radiowych oraz maksymalnej mocy nadajnika mogą różnić się od wersji
przeznaczonych na rynek USA, w dokumentach IEEE oznaczanych "FCC".
W celu uzyskania szybkości transmisji 11 Mbit/s oraz 5,5 Mbit/s w systemie wg specyfikacji
802.11b-1999 zastosowano modulację nazywaną CCK (Complementary Code Keying).
Zachowano możliwość pracy z modulacją DSSS z szybkościami transmisji 2 Mbit/s oraz
1 Mbit/s zgodnie ze specyfikacją 802.11. Urządzenia dynamicznie dostosowują szybkość
transmisji do właściwości wykorzystywanego kanału radiowego (Adaptive Rate Selection)
w granicach od 11 Mbit/s do 1 Mbit/s. W rozszerzonej specyfikacji 802.11b-1999
zdefiniowano także dodatkowe tryby pracy – opcje PBCC (Packet Binary Convolutional
Code), jednak nie zyskały one takiej popularności jak wersja podstawowa. Możliwość
korzystania z ogólnie dostępnego pasma częstotliwości, uzyskania szybkości transmisji
kilkukrotnie większej niż w pierwotnej wersji standardu i jednocześnie znaczna obniżka cen
urządzeń zgodnych z 802.11b-1999 spowodowały bardzo szybki rozwój zastosowań tej
technologii w lokalnych sieciach wewnątrz i na zewnątrz budynków.
Warstwę fizyczną systemu 802.11a-1999 zaprojektowano do stosowania w paśmie
częstotliwości 5 GHz. Wykorzystanie tego pasma umożliwia uzyskanie większej liczby
kanałów radiowych. 802.11a od wersji poprzednich różni się również sposobem modulacji
i rozpraszania widma częstotliwości radiowych. Zastosowano technikę OFDM (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing), dzięki której uzyskano możliwość zwiększenia szybkości
transmisji do 54 Mbit/s oraz jednocześnie zwiększenia odporności na zakłócenia odbioru
spowodowane propagacją wielodrogową. Podstawowe informacje nt. tej techniki modulacji
zawiera punkt 2.2.3.
Z kolei w rozszerzeniu standardu o symbolu 802.11g-2003 zdefiniowano warstwę fizyczną
z OFDM dla pasma 2,4 GHz z możliwością zachowania kompatybilności wstecz
z urządzeniami systemu 802.11b.
W standardzie wersji 802.11h-2003 w porównaniu z 802.11a wprowadzono dodatkowo
funkcje dynamicznego wyboru częstotliwości (Dynamic Frequency Selection, DFS) i regulacji
mocy nadajnika (Transmitted Power Control, TPC), wymagane w Europie ze względu na
potrzebę współużytkowania pasma częstotliwości z innymi służbami radiokomunikacyjnymi.
– str. 14 z 94 –
Tab. 1: Charakterystyki warstwy fizycznej w normach z serii IEEE 802.11
Wersja normy
802.11
802.11b
802.11a
802.11g
802.11h
Rozproszenie widma
FHSS;
DSSS
DSSS;
(CCK)
OFDM
OFDM;
DSSS
OFDM
2,4
2,4
5
2,4
5
3
3
8 +11
Uwaga 2.
3
8 +11
Uwaga 2, 3.
1; 2
1; 2;
5,5; 11
6; 9; 12; 18;
24; 36; 48;
54
OFDM jak
802.11a;
DSSS jak
802.11b
jak 802.11a
Pasmo częstotliwości [GHz]
Liczba kanałów
Uwaga 1.
Szybkość w warstwie
fizycznej [Mbit/s]
Uwagi
1.
2.
3.
W wersji europejskiej (ETSI). Kanały niezachodzące na siebie.
8 kanałów w zakresie częstotliwości 5150 ÷ 5350 MHz
oraz 11 kanałów w zakresie częstotliwości 5470 ÷ 5725 MHz.
Z dynamicznym wyborem częstotliwości (DFS) i regulacją mocy nadajnika (TPC).
Rys. 2: Warstwy fizyczna i dostępu do medium w normach z serii IEEE 802.11
Warstwa MAC dla wszystkich wymienionych wersji warstwy fizycznej 802.11, ze względu
na konieczność sterowania transmisją radiową, różni się od warstwy MAC sieci kablowych
opisanej w normie IEEE 802.3 (Ethernetu).
W warstwie fizycznej norm serii 802.11 wyróżnia się dwie podwarstwy, rys. 3:
– podwarstwę fizyczną zależną od medium (Physical Medium Dependent, PMD),
– podwarstwę procedury konwergencji warstwy fizycznej (Physical Layer Convergence
Procedure, PLCP).
Warstwa łącza danych (LLC)
Warstwa MAC
Warstwa fizyczna
Podwarstwa PLCP
Podwarstwa PMD
Rys. 3: Model odniesienia dla systemów z serii IEEE 802.11
– str. 15 z 94 –
Podwarstwa PMD odpowiada za nadawanie i odbiór danych poprzez medium radiowe między
dwoma, lub więcej, urządzeniami pracującymi w tym samym kanale radiowym
i używającymi tej samej metody modulacji.
Podwarstwa PLCP dostosowuje możliwości systemu zależne od medium do usług
wymaganych od warstwy fizycznej. Definiuje metodę odwzorowania jednostek danych usług
podwarstwy fizycznej (PHY sublayer Service Data Units, PSDU) w formacie ramek
odpowiednim do nadawania i odbioru danych użytkownika. Wskutek istnienia podwarstwy
PLCP funkcje warstwy MAC wszystkich systemów 802.11 wymienionych w tab. 1 są
w małym stopniu zależne od wersji podwarstwy PMD, czyli od stosowanego zakresu
częstotliwości radiowych (pasmo 2,4 GHz lub 5 GHz), techniki modulacji i kodowania
(FHSS, DSSS, OFDM).
Norma IEEE 802.11i rozszerza i zastępuje mechanizmy bezpieczeństwa zaprojektowane
w warstwie MAC normy 802.11. Ze względu na kompatybilność z tą normą zachowano
stosowany poprzednio algorytm kryptograficzny WEP (Wired Equivalent Privacy), który jak
się okazało ma wiele słabych punktów, lecz ma on obecnie status opcji, której się nie zaleca.
Jako jedno z rozwiązań akceptowano wprowadzony przez Wi-Fi Alliance algorytm WPA
(Wi-Fi Protected Access). Jego wersją zatwierdzoną przez IEEE nazwa się często WPA2.
W 802.11i jako zalecany zastosowano znany z normy 802.1X [10] protokół uwierzytelnienia
EAP. Jako sposób zarządzania kluczem i zapewnienia integralność wiadomości wprowadzono
protokół nazwany CCMP (oparty na standardowym algorytmie AES), w którym stosuje się
dynamiczne negocjacje algorytmu uwierzytelniania i szyfrowania. W protokóle tym ważnym
elementem procesu uwierzytelniania są cztery etapy wymiany potwierdzeń (Four-Way
Handshake) pomiędzy stacją ruchoma i punktem dostępu.
Zastosowanie algorytmu WPA2 w starszych urządzeniach RLAN wymaga uaktualnienie
wewnętrznego oprogramowania (firmware) i/lub sterownika w systemie operacyjnym PC
(zwykle dostępne na internetowej stronie producenta).
Norma 802.11e, opublikowana w 2005 r., umożliwia definiowanie jakości usług (QoS). Ma
istotne znaczenie dla rozszerzenia wykorzystania RLAN zgodnych ze standardami serii 802.11
dla potrzeb aplikacji wrażliwych na opóźnienie, takich jak komunikacja głosowa w radiowej sieci
IP (Voice over Wireless IP, VoWIP) oraz multimedia. Dotyczy modyfikacji i rozszerzenia
funkcji warstwy MAC urządzeń, polegającego na definiowaniu klas priorytetów
obsługiwanego ruchu. 802.11e umożliwia realizację wprowadzonej przez Wi-Fi Alliance
specyfikacji WMM (Wi-Fi Multimedia). WMM wprowadza w sieci RLAN możliwość
optymalizacji ich wydajności oraz przyznawania priorytetów, gdy o dostęp do zasobów sieci
rywalizuje wiele aplikacji, z których każda ma inne wymagania dotyczące opóźnienia
i przepływności. Zastosowanie WMM pozwala użytkownikowi sieci domowej lub
administratorowi sieci korporacyjnej decydować, który strumień danych jest najważniejszy
i przyznawać mu najwyższy priorytet ruchu.
2.2.
Architektura radiowej sieci lokalnej
W specyfikacjach z serii 802.11 zakłada się możliwość stosowania dwóch podstawowych
konfiguracji sieci radiowej:
– sieć organizowaną ad-hoc,
– sieć z infrastrukturą.
– str. 16 z 94 –
W sieci ad-hoc każde z radiowych urządzeń transmisji danych może komunikować się
z dowolnym innym kompatybilnym urządzeniem, które jest w jego zasięgu (sieć peer-topeer), rys. 4.
Rys. 4: Struktura sieci RLAN zorganizowanej ad-hoc
BSS
AP
1 0 0 B as e T
Rys. 5: Infrastruktura sieci RLAN z jednym punktem dostępu
BSS2
BSS1
PC
AP2
AP1
Hub
ESS
Serwer
Rys. 6: Infrastruktura sieci RLAN z wieloma punktami dostępu
– str. 17 z 94 –
W sieci z infrastrukturą, nazywanej w specyfikacji 802.11 BSS (Basic Service Set), są
stosowane stacjonarne punkty dostępu (Access Point, AP), rys. 5. Wszystkie urządzenia
użytkowników sieci (np. stacje robocze, telefony VoIP) muszą znajdować się w zasięgu AP,
a komunikują się pomiędzy sobą lub z urządzeniami poza obrębem tej sieci wyłącznie za
pośrednictwem AP. AP i wszystkie skojarzone z nim urządzenia użytkowników wykorzystują
do nadawania i odbioru ten sam kanał radiowy. Przypadek, gdy RLAN obejmuje więcej niż
jeden punkt dostępu, jest nazywany ESS (Extended Service Set). W takiej sieci urządzenie
użytkownika sieci może komunikować się z każdym AP należącym do ESS, rys. 6.
2.3.
Hotspot
Hotspot RLAN jest urządzeniem, które umożliwia dostęp do Internetu za pośrednictwem
radiowej sieci lokalnej. Hotspot, rys. 7, składa się z rutera RLAN, który z jednej strony ma
radiowy punkt dostępu (AP), a z drugiej obsługuje szerokopasmowe połączenie kablowe (np.
ADSL) z siecią dostawcy usług internetowych (Internet Service Provider, ISP). Za
pośrednictwem ISP oferowany jest dostęp do światowej sieci Internet. Obok środków
technicznych realizujących dostęp do Internetu ruter może być wyposażony w moduł
naliczania opłat realizujący funkcje identyfikacji, autoryzacji i rozliczeń (Authentication,
Authorisation Accounting, AAA). Dostęp do Internetu może być darmowy lub za opłatą,
w tym przypadku dostawca usługi wymaga nazwy użytkownika i hasła, które mogą
obowiązywać tylko dla jednego Hotspot i na określony czas.
Ruter RLAN
AP
ISP
PC
Ruter
PC
Internet
AAA
PC
RLAN Hotspot
Rys. 7: Hotspot lokalnego dostawcy Internetu
Hotspot
AAA
Hotspot
Hotspot
Przełącznik
Intranet
Hotspot
Ruter
WISP
Rys. 8: Radiowa sieć dostępu do Internetu (WISP)
Internet
– str. 18 z 94 –
W przypadku operatora świadczącego usługi internetowe drogą radiową (Wireless Internet
Service Provider, WISP) kilka hotspot może tworzyć sieć wyposażona w centralną jednostkę
AAA, która obsługuje wszystkie hotspot sieci, rys. 8. Użytkownik (abonent usługi) może
korzystać na tych samych zasadach z dowolnego hotspot. W sieci WISP rozliczenia są
prowadzone centralnie i za okres, np. raz w miesiącu, na podstawie czasu używania lub ilości
pobranych danych. Często w ramach promocji usługi wstępny okres jest za darmo.
Ogólnodostępne, lokalne hotspot są instalowane na lotniskach, w hotelach, dworcach
i w restauracjach. Dla osób podróżujących istotne jest uzyskiwanie dostępu do RLAN
w dowolnym miejscu, bez dodatkowych czynności, = roaming do sieci WISP w innych
miejscowościach i krajach i regulacja należności za usługi u własnego operatora.
2.4.
Sieci kratowe
Sieć kratowa może być realizowana w oparciu o infrastrukturę i/lub stacje klienckie. Jednakże
najkorzystniejsze jest wykorzystanie obu trybów jednocześnie. Szkielet infrastruktury
kratowej tworzą stacjonarne punkty dostępowe dołączone do sieci kablowej i stacjonarne
rutery radiowe.
Radiowe stacje klienckie mogą tworzyć pomiędzy sobą radiowe sieci peer-to-peer nie
wymagające żadnej infrastruktury. Tego rodzaju stacje klienckie mogą pośredniczyć
w przesyłaniu informacji pomiędzy innymi stacjami klienckimi (przejmują rolę ruterów lub
stacji przekaźnikowych).
Połączenie w jednej sieci (rys. 9) okablowanych punktów dostępowych, stacjonarnych ruterów
radiowych oraz ruchomych stacji klienckich, które mogą przejmować funkcję ruterów,
umożliwia stworzenie skalowalnej sieci, w której każda kolejna dołączana stacja kliencka
zwiększa pojemność i/lub zasięg sieci.
Wyposażenie urządzeń tego rodzaju sieci w oprogramowanie pozwalające na automatyczną
adaptację konfiguracji do aktualnego rozmieszczenia stacji klienckich, pozwala stworzyć sieć
odporną na przeciążenia i uszkodzenia węzłów.
Stacje klienckie mogą tworzyć rozległą sieć peer-to-peer praktycznie wszędzie i w dowolnym
czasie, bez potrzeby instalowania jakiejkolwiek infrastruktury w miejscu prowadzenia akcji.
Technika ta pozwala na tworzenie radiowych sieci LAN lub PAN, również wewnątrz
pomieszczeń, w sposób szybki, wg potrzeb, np. w miejscu wypadku. Sieć kratowa może być
wykorzystana:
·
przez dostawców Internetu do rozszerzenia zakresu usług;
·
jako sieć dostarczająca usługi RLAN dla pasażerów komunikacji publicznej;
·
przez organizacje zajmujące się bezpieczeństwem i ochroną mienia;
·
do monitorowania rejonów zagrożenia za pomocą kamer, czujników itp.;
·
podczas organizowanych ad-hoc akcji ratunkowych;
·
do lokalizacji i śledzenie osób lub przesyłek;
·
do organizowania ruchomej usługi transmisji danych i wideo;
·
do szerokopasmowej komunikacji z centrum dyspozytorskim.
Przykładem komercyjnego zastosowania tej koncepcji jest MeshNetworks Enabled Architecture
(MEA) firmy Motorola. W rozwiązaniu tym wykorzystano elementy radiowej sieci LAN
w paśmie 2,4 GHz. Motorola oferuje maksymalną szybkość 6 Mbit/s wzdłuż trasy pojazdu
poruszającego się z szybkością do 180 mil/godz.
– str. 19 z 94 –
Rys. 9: Przykład wykorzystania sieci kratowej
2.5.
Wielodostęp
We wszystkich systemach zgodnych ze standardami 802.11 jako protokół dostępu do medium
zastosowano protokół CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance),
w którym stacje radiowe monitorują przydzielony kanał radiowy (medium) i podejmują próbę
nadawania tylko wtedy, gdy kanał ten wydaje się wolny. Brak potwierdzenia odbioru pakietu
stanowi dla stacji nadającej informację, że nastąpiła kolizja z transmisją innej stacji. Jeżeli
stacja jest skonfigurowana w ten sposób, że powinna uzyskać potwierdzenie każdego
przesłanego pakietu, podejmuje kolejną próbę nadawania (retransmisji) nieodebranej ramki.
Dodatkowo, oprócz wymiany ramek z potwierdzeniem, aby zmniejszać prawdopodobieństwo
kolizji podczas długich transmisji, zdefiniowano opcjonalną sygnalizację gotowości do
nadawania i potwierdzanie odbioru. Urządzenie, które uzyskuje możliwość nadawania
najpierw wysyła krótką wiadomość sygnalizującą gotowość do nadawania RTS (Ready To
Send), a urządzenie do którego wiadomość jest adresowana odpowiada komunikatem CTS
(Clear To Send). Po jego odebraniu urządzenie inicjujące sesję komunikacji może nadawać
dane, a urządzenie odbierające powinno potwierdzić odbiór każdego pakietu.
Stosowane wymiany wiadomości RTS / CTS zwiększają odporność protokółu warstwy MAC
w środowisku, w którym obok siebie funkcjonuje wiele urządzeń radiowych. Przy
zastosowaniu tego mechanizmu kolizja jest wykrywana po wymianie krótkich komunikatów
RTS/CTS, a nie po zakończeniu transmisji długiego pakietu.
Wymiana wiadomości RTS / CTS jest konieczna w przypadku problemu tzw. "ukrytego
węzła" (hidden node), który występuje, gdy urządzenia radiowe użytkowników sieci są od
siebie dostatecznie daleko, np. po przeciwnych stronach obszaru zasięgu punktu dostępu, albo
są oddzielone jakąś przeszkodą tak, że wzajemnie nie wykrywają swojej transmisji.
Urządzenia, które są wzajemnie ukryte, błędnie oceniają, że kanał jest wolny, podejmują
próby transmisji, powodując kolizje z transmisją innego urządzenia. Ukryte węzły mogą być
przyczyną bardzo częstych kolizji. Jednakże wymiana RTS / CTS ma sens tylko w sieciach
o dużym ruchu, w których są przewidywane długie sesje transmisji przez poszczególne stacje.
W przeciwnym wypadku czas oszczędzony wskutek uniknięcia kolizji będzie tracony na
wymianę komunikatów RTS / CTS.
– str. 20 z 94 –
W specyfikacji systemu 802.11 zdefiniowano cztery typy odstępu między ramkami (Inter
Frame Space, IFS):
– krótki IFS (Short IFS, SIFS),
– IFS punktu koordynującego (Point Coordination Function IFS, PIFS),
– zdecentralizowany IFS (Distributed (Coordination Function) IFS, DIFS),
– rozszerzony IFS (Extended IFS, EIFS).
IFS określa minimalny czas, jaki urządzenie powinno oczekiwać zanim oceni, że medium jest
wolne. Im mniejszy IFS, tym większy priorytet. W przypadku kolizji w konkurowaniu do
medium jest stosowany algorytm z wykładniczo ustalanym czasem zakazu nadawania.
Standardowy protokół 802.11 oferuje niewielkie możliwości (opcje) definiowania zasad
dostępu do medium. W specyfikacji tej, dla obsługi ruchu wrażliwego na parametry czasowe
transmisji, zaprojektowano funkcję koordynacji dla punktu dostępowego (Point Coordination
Function, PCF), która działa w sposób deterministyczny. AP obsługujący tę funkcję odpytuje
urządzenia klienckie i rezerwuje medium dla transmisji zorganizowanych wg określonego
harmonogramu. Jednakże opcja ta nie zyskała jak dotąd szerszego uznania i przeważnie cały
ruch w sieci jest traktowany tak samo.
Podstawowy protokół MAC ze specyfikacji 802.11 nie obejmuje możliwości definiowania
jakości usług (Quality of Service, QoS). W rzeczywistości różne rodzaje ruchu wymagają /
dopuszczają różne wartości opóźnienia i utraty pakietów. Wprowadzenie QoS staje się
konieczne dla przypadków, gdy sieć jest wykorzystywana do transmisji głosu, wideo lub
innych aplikacji wymagających przesyłania danych z małym i zdefiniowanym opóźnieniem.
W celu uzupełnienie tej luki opisywaną serię norm IEEE uzupełniono dokumentem 802.11e
[9]. Protokół 802.11e pozwala zróżnicować wymagania i uzależnia udostępnianie medium od
rodzaju ruchu.
W warstwie MAC 802.11e, w celu definiowania jakości usług (QoS), dodano nową funkcję
dla koordynacji ruchu w sieci: Hybrid Coordination Function (HCF), działającą w dwóch
trybach:
– EDCA (Enhanced Distributed Channel Access),
– HCCA (HCF Controlled Channel Access).
EDCA jest rozszerzeniem oryginalnej, podstawowej procedury dostępu, która zapewnia
zróżnicowanie dostępu do zasobów radiowych poprzez zmiany: czasu, w którym stacja
obserwuje, czy kanał jest wolny, czasu, w którym jest wyłączona oraz czasu, w którym po
uzyskaniu dostępu do medium stacja może nadawać.
W HCCA usunięto znane niedogodności wcześniejszego protokółu PCF. Jeżeli wymagane
jest przesyłanie danych wrażliwych na opóźnienie, AP przejmuje sterowanie dostępem do
medium i wysyła zapytania QoS do stacji klienckich odczekując krótki czas pomiędzy
transmisjami.
2.6.
Techniki rozpraszania widma sygnału radiowego
Techniki modulacji z widmem rozproszonym (Spread Spectrum) definiuje się jako techniki,
w których:
–
szerokość pasma sygnału nadawanego jest znacznie większa niż szerokość pasma
wiadomości, która ma być nadana;
oraz
– str. 21 z 94 –
–
szerokość pasma sygnału nadawanego jest określona przez szerokość pasma wiadomości,
która ma być nadana i pomocniczy sygnał zwany kodem rozpraszającym.
W technikach modulacji z rozproszonym widmem, na skutek nadawania energii wiadomości
w paśmie częstotliwości znacznie szerszym niż wymagane minimum, uzyskuje się dwie
korzystne cechy sygnału radiowego: małą gęstość mocy w odniesieniu do jednostki pasma
i redundancję.
Mała gęstość mocy sygnału radiowego wynika z faktu, że energia sygnału jest rozpraszana
w szerokim paśmie, a wskutek tego energia przypadająca na jednostkę pasma jest mała.
Sygnał o charakterze zbliżonym do szumu i małej gęstości mocy w mniejszym stopniu
zakłóca działanie innych systemów pracujących w tym samym zakresie częstotliwości. Jest to
cecha wymagana w przypadku systemów, które mają być używane powszechnie.
Redundancja odnosi się do faktu, że wiadomość może być wysłana równocześnie na różnych
częstotliwościach i odtworzona mimo występowania zakłóceń (np. selektywnego zaniku fali)
w części wykorzystywanego zakresu częstotliwości.
Zasady transmisji danych wykorzystujące modulację z rozpraszaniem widma w systemach
FHSS i DSSS zobrazowano na rys. 10. Na modulację z rozpraszaniem widma składają się
dwa procesy: rozpraszanie widma i modulacja danymi wiadomości.
W przypadku systemu FHSS częstotliwość fali nośnej jest zmieniana skokowo w regularnych
odstępach czasu. W przykładzie (dla ilustracji) założono, że czas przebywania na jednej
częstotliwości (dwell time) reprezentuje czas trzech bitów wiadomości. Częstotliwość fali
nośnej jest periodycznie zmieniana. Częstotliwości kolejnych fal nośnych wytwarzanych
przez nadajnik na rysunku oznaczono: Fx, Fy, Fz, … Modulacja fali nośnej polega na
kluczowaniu częstotliwości aktualnie wytwarzanej fali nośnej (FSK) i powoduje generację
wąskopasmowego sygnału na tej nośnej. Kodem rozpraszającym jest lista częstotliwości,
które może mieć fala nośna – ciąg FH. Widmo tego rodzaju sygnału, obserwowane w czasie
dłuższym niż okres ciągu FH, zajmuje szerokie pasmo i nie musi być ciągłe, co pozwala na
"omijanie" częstotliwości, na których występują zakłócenia.
Nadawana wiadomość
Sygnał modulujący częstotliwość
fali nośnej w systemie FHSS
Fx
Fy
Fz
Sygnał modulujący fazę fali
nośnej w systemie DSSS
0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0
Rys. 10: Sygnały modulujące falę nośną w systemie z rozpraszaniem widma
Redundancja modulacji w systemie FHSS polega na możliwości retransmisji zakłóconej
wiadomości na innej częstotliwości w jednym z kolejnych skoków.
– str. 22 z 94 –
W przypadku systemu DSSS częstotliwość fali nośnej jest stała, a każdy bit wiadomości jest
zastępowany ciągiem bitów utworzonych metodą sumowania modulo dwa bitów wiadomości
z bitami ciągu rozpraszającego, w celu podkreślenia różnicy między elementami tego ciągu
a bitami wiadomości nazywanymi "chips". Następstwem tego jest zastąpienie każdego bitu
oryginalnej wiadomości ciągiem "chips". Przy czym dla potrzeb transmisji radiowej bit "0"
wiadomości jest zastępowany ciągiem identycznym z ciągiem rozpraszającym, a bit "1"
wiadomości jest zastępowany inwersją tego ciągu bitów. Ciąg utworzony tym sposobem
moduluje fazę (PSK) fali nośnej. W przykładzie (dla ilustracji) założono, że ciąg
rozpraszający składa się z pięciu bitów: 10110….
Redundancja modulacji w systemie DSSS polega na tym, że bit wiadomości jest kodowany
w wielu bitach kodu rozpraszającego. Nawet jeżeli pojedyncze bity tego kodu zostaną
zakłócone, odbiornik rozpoznaje ciąg albo jako "dostatecznie bliski 0", albo jako "dostatecznie
bliski 1" i może podjąć właściwą decyzję.
2.6.1.
Charakterystyka systemu FHSS wg normy 802.11
W normie IEEE 802.11 [1] modulację FHSS zdefiniowano w zbiorze 79 częstotliwości
nośnych, wyznaczonych co 1 MHz w zakresie od 2402 MHz do 2480 MHz.
Każda z tych nośnych jest modulowana metodą GFSK (Gaussian FSK), z szerokością pasma
1 MHz. W standardzie przewidziano dwie szybkości transmisji: 1 Mbit/s i 2 Mbit/s.
W zbiorze 79 częstotliwości nośnych zdefiniowano 78 ciągów skoków częstotliwości, każdy
wykorzystujący 79 częstotliwości, zgrupowanych w trzech podzbiorach po 26 ciągów. Ciągi
z tego samego podzbioru odznaczają się minimum prawdopodobieństwa kolizji i mogą być
przydzielone dla systemów o wspólnej lokalizacji. Teoretycznie 26 systemów może istnieć na
tym samym obszarze. Jednak w praktyce, ze względu na liczbę kolizji, liczbę
niezsynchronizowanych systemów w jednej lokalizacji ogranicza się do ok. 12. Dodatkowym
czynnikiem, który należy tu brać pod uwagę, jest minimalne odstrojenie pomiędzy
chwilowymi częstotliwościami różnych systemów. Ze względu na selektywność odbiorników
odstrojenie powinno być rzędu 6 MHz.
Urządzenia zgodne z systemem 802.11 FHSS zyskały znaczną popularność pod koniec lat
dziewięćdziesiątych. Mimo wielu zalet, takich jak możliwość zastosowania kilkunastu
systemów na jednym obszarze, odporność na zaniki i wąskopasmowe zakłócenia, głównie ze
względu na ograniczoną do 2 Mbit/s szybkość transmisji danych, zostały wyparte przez
urządzenia zgodne z systemem 802.11b.
2.6.2.
Charakterystyki systemu DSSS wg norm 802.11 i 802.11b
W specyfikacjach 802.11 i 802.11b znamionowe częstotliwości fal nośnych Fc wyznaczono
z odstępem 5 MHz wg zależności (dotyczy środkowej częstotliwości kanału):
Fc = 2407 + n × 5 [MHz], gdzie n jest numerem kanału. Nie określono szerokości pasma
zajmowanego przez nadajnik, lecz szablon ograniczający poziom emisji pozapasmowych.
Szablon ten jest zdefiniowany względem maksimum energii sygnału na poziomie –30 dB przy
odstrojeniu poza ±11 MHz względem częstotliwości znamionowej Fc i na poziomie –50 dB przy
odstrojeniu poza ±22 MHz.
Z wymagań tych wynika faktyczne ograniczenie liczby kanałów możliwych do jednoczesnego
wykorzystywania (niezachodzących na siebie) w systemie DSSS wg 802.11b. Przyjmuje się,
że zmodulowany sygnał zajmuje pasmo kanału o szerokości 22 MHz. Z tych względów:
– str. 23 z 94 –
–
w USA zaleca się wykorzystywanie kanałów:
n = 1 (2412 MHz), 6 (2437 MHz), 11 (2462 MHz) – trzech niezachodzących na siebie,
lub opcjonalnie: 1 (2412 MHz), 3 (2422 MHz), 5 (2432 MHz), 7 (2442 MHz),
9 (2452 MHz), 11 (2462 MHz) – sześciu zachodzących na siebie;
–
w Europie, w tym także w Polsce, zaleca się wykorzystywanie kanałów:
n = 1 (2412 MHz), 7 (2442 MHz), 13 (2472 MHz) – trzech niezachodzących na siebie,
lub opcjonalnie: 1 (2412 MHz), 3 (2422 MHz), 5 (2432 MHz), 7 (2442 MHz),
9 (2452 MHz), 11 (2462 MHz), 13 (2472 MHz) – siedmiu zachodzących na siebie, rys. 11.
2400
KANAŁ 1
KANAŁ 7
2412
2442
KANAŁ 13
2472
[MHz]
2483,5
a) kanały niezachodzące na siebie
2400
2412
2422
2432
2442
2452
2462
2472
[MHz]
2483,5
b) kanały zachodzące na siebie
Rys. 11: Europejskie kanały urządzeń zgodnych z normą IEEE 802.11b
W podstawowej normie IEEE 802.11-1999 dla interfejsu radiowego DSSS zdefiniowano
dwie szybkości transmisji 1 Mbit/s i 2 Mbit/s. Przy 1 Mbit/s stosuje się binarne różnicowe
kluczowanie fazy (DBPSK). Przy 2 Mbit/s stosuje się kwadraturowe różnicowe kluczowanie
fazy (DQPSK). Do rozpraszania widma przy tych szybkościach transmisji stosuje się ciąg 11chipów (tzw. Barker code: +1, –1, +1, +1, –1, +1, +1, +1, –1, –1, –1) o szybkości (chipping
rate) 11 Mchip/s.
W normie rozszerzonej IEEE 802.11b -1999 zdefiniowano dwie dodatkowe szybkości transmisji
5,5 Mbit/s i 11 Mbit/s. Szybkość ciągu rozpraszającego wynosi 11 Mchip/s. Lecz ciąg jest
tworzony z kodów komplementarnych (Complementary Codes, CCK) o długość 8 chip.
Teoretycznie w przypadku DSSS wspólna lokalizacja wielu systemów (kolokacja)
pracujących w tym samym kanale radiowym mogłaby polegać na użyciu różnych ciągów
rozpraszających (kodów) dla każdego aktywnego systemu, czyli na wykorzystaniu zasady
wielodostępu CDMA (Code Division Multiple Access), pod warunkiem ortogonalności
zastosowanych ciągów rozpraszających. W takiej sytuacji każdy odbiornik dekodowałby
tylko informację dla niego przeznaczoną (odbiornik i nadajnik jednego systemu stosują ten
sam kod). Innymi słowy CDMA jest rozwiązaniem problemu kolokacji systemów DSSS, ale
pod warunkiem dostępności wielu ortogonalnych pseudolosowych ciągów rozpraszających
widmo. Liczba istniejących ciągów ortogonalnych jest ściśle związana z długością ciągu
(liczbą "chipów" w ciągu), tab 2.
– str. 24 z 94 –
Tab 2: Teoretyczna liczba możliwych kolokacji systemu DSSS
Długość ciągu [bit] Liczba ciągów ortogonalnych
15
2
31
6
63
6
255
16
1023
60
Z tablicy tej wynika, że w celu kolokacji np. do 16 systemów DSSS należałoby stosować ciąg
rozpraszający o długości 255 bitów.
Jednakże, jeżeli szybkość przesyłania wiadomości ma być 1 Mbit/s, lub większa, to
stosowanie techniki DSSS z ciągiem rozpraszającym o długości 255 bitów oznaczałoby
konieczność transmisji drogą radiową z szybkością 255 Mbit/s. To przy szerokościach
dostępnych kanałów radiowych i wymaganiach dotyczących odporności na opóźnienia
sygnału RF sprawia, że zastosowanie wielodostępu CDMA jest nierealne.
Ponieważ w systemie DSSS zdefiniowanym w normie 802.11 jest używany ciąg rozpraszający
o długości 11 bit, dlatego zastosowanie wielodostępu kodowego CDMA jest niemożliwe,
a kolokacja musi polegać na przydziałach osobnych kanałów radiowych. Dla transmisji
z ciągiem rozpraszającym 11 Mbit/s konieczne jest pasmo o szerokości 22 MHz.
Biorąc pod uwagę nierealizowalność "idealnego" procesu modulacji w rzeczywistości należy
zakładać potrzebę zwiększenia szerokości pasma rezerwowanego dla każdego systemu
o odstępy ochronne, rys. 11 a). Z tego względu w zakresie 2400 ÷ 2483,5 MHz można
wyznaczyć maksimum trzy niezachodzące na siebie kanały radiowe dla systemów DSSS, np.
dla trzech punktów dostępu. Jeżeli zastosowane kanały nakładają się na siebie, to zachowanie
każdego z systemów będzie zależne od mocy zakłóceń przypadających na pasmo jego
odbiornika.
Uwaga. W normie 802.11b-1999 zdefiniowano również opcję DSSS tzw. PBCC, polegającą
na wykorzystaniu binarnego 64-stanowego kodu splotowego (Binary Convolutional
Code, BCC), która pozwala uzyskać szybkość transmisji do 22 Mbit/s, jednakże nie
zyskała ona większej popularności. Urządzenia obsługujące ten protokół oferuje
m.in. firma D-Link.
Urządzenia zgodne z systemem 802.11b stanowią obecnie najliczniejszą grupę spośród
oferowanych na rynku. Stopniowo są wypierane przez urządzenia zgodne z systemem 802.11g.
2.6.3.
Charakterystyki systemu OFDM wg norm 802.11a i 802.11g
Sposób rozpraszania widma i modulacji zastosowany najpierw w normie IEEE 802.11a [2],
a następnie w specyfikacjach IEEE 802.11g [6] i IEEE 802.11h [7], polega na rozłożeniu
strumienia danych na wiele osobnych elementów, którymi moduluje się ortogonalne
podnośne (ortogonalność ma na celu eliminację wzajemnych zakłóceń pomiędzy tak
wytworzonymi sygnałami), rys. 12. Ze względu na to, że szybkość przesyłania danych na
każdej z podnośnych stanowi ułamek całkowitej szybkości transmisji urządzenia, czas trwania
pojedynczego bitu modulującego podnośną jest odpowiednio wielokrotnie większy niż czas
bitu wiadomości oryginalnej i jest znacznie większy niż dyspersja czasu opóźnienia transmisji
spowodowana wielodrogową propagacją fali radiowej. W ten sposób zmiany warunków
propagacji wskutek wielokrotnych odbić sygnału i selektywny zanik pojedynczych
podnośnych degradują jedynie część strumienia przesyłanych danych. W celu uzyskania
– str. 25 z 94 –
kompromisu pomiędzy wysoką efektywnością modulacji (wyrażaną liczbą bitów / Hz),
a odpornością transmisji radiowej na zakłócenia, dla modulacji podnośnych OFDM wprowadzono możliwość stosowania różnych rodzajów modulacji (tab. 3): amplitudowej 64-QAM
(6 bitów na symbol modulacji), 16-QAM (4 bity na symbol modulacji) lub fazowej QPSK
(2 bity na symbol modulacji), BPSK (1 bit na symbol modulacji) oraz różne stopnie
splotowego kodowania nadmiarowego (1/2, 2/3, 3/4) do korekcji błędów transmisji.
Urządzenia zgodne ze specyfikacją 802.11a/g analizując jakość odbioru dobierają największą
z możliwych szybkości transmisji.
Amplituda
Podnośne
Częstotliwość
Rys. 12: Struktura widma sygnału OFDM
Proces modulacji OFDM jest realizowany przy zastosowaniu odwrotnej transformaty
Fouriera (IFFT), zaś demodulacji przy zastosowaniu transformaty Fouriera (FFT). Dla
transformaty stosuje się następujące parametry:
– częstotliwość próbkowania 20 MHz w 64 punktach,
– długość ramki OFDM 80 chips, z tego 64 chips dla danych, a 16 przeznaczono na prefiks.
Podstawowe charakterystyki sygnału OFDM stosowanego w systemach 802.11a/g/h są
następujące:
–
–
–
liczba podnośnych dla danych: 48;
liczba podnośnych sygnałów pilota: 4;
łączna liczba podnośnych: 52,
(z 64 teoretycznie możliwych – pozostałe 12 nie jest wykorzystywane);
Uwaga. Podnośne o numerach: –26 do –22, –20 do –8, –6 do –1, 1 do 6, 8 do 20, 22 do 26 są
modulowane sygnałem danych, a podnośne: –21, –7, 7, 21 tzw. sygnały pilotujące,
są używane do detekcji ramki, oszacowania offsetu częstotliwości fali nośnej i oceny
kanału. Podnośna "0", o częstotliwości fali nośnej, jest pomijana.
–
–
odstęp częstotliwości między podnośnymi: 0,3125 MHz (20 MHz / 64),
odpowiadający w dziedzinie czasu impulsowi prostokątnemu o szerokości 3,2 µs;
czas trwania pojedynczego symbolu BPSK-OFDM: 4,0 µs.
Zespolony sygnał OFDM wytwarzany w paśmie podstawowym jest przesuwany drogą
przemiany częstotliwości na odpowiednią częstotliwość radiową pasma 5 GHz (system
802.11a), rys. 13, lub pasma 2,4 GHz (system 802.11g).
– str. 26 z 94 –
Rys. 13: Kanały radiowe (wersja ETSI) systemu OFDM wg normy IEEE 802.11a
W Europie dla radiowych sieci lokalnych w paśmie 5 GHz zarezerwowano podzakresy
częstotliwości: od 5150 MHz do 5250 MHz, od 5250 MHz do 5350 MHz oraz od 5470 MHz
do 5725 MHz. Korzystając z publikacji zagranicznych dotyczących RLAN pracujących
w paśmie 5 GHz należy pamiętać, że przepisy dotyczące wykorzystania tego pasma
w Europie, por. punkt 3.2, różnią się znacznie od stosowanych w USA.
Znamionowe częstotliwości kanałów radiowych w paśmie 2,4 GHz używanych w systemie
802.11g są takie same, jak w przypadku systemu 802.11b, por. rys. 11.
Tab. 3: Charakterystyki modulacji sygnału OFDM
Szybkość danych
[Mbit/s]
Rodzaj
modulacji
podnośnych
Współczynnik
kodu
(R)
6
9
12
18
24
36
48
54
BPSK
BPSK
QPSK
QPSK
16-QAM
16-QAM
64-QAM
64-QAM
1/2
3/4
1/2
3/4
1/2
3/4
2/3
3/4
Liczba bitów
kodowanych na
podnośną
(NBPSC)
1
1
2
2
4
4
6
6
Liczba bitów
kodowanych na
symbol OFDM
(NCBPS)
48
48
96
96
192
192
288
288
Liczba bitów
danych na
symbol OFDM
(NDBPS)
24
36
48
72
96
144
192
216
Z tab. 3 wynika, że:
–
w wersji 6 Mbit/s w procesie kodowania i modulacji bity danych są grupowane po
24 bity, każda grupa jest przekształcana w symbol OFDM zawierający 48 bitów (jest
stosowany splotowy kod nadmiarowy umożliwiający korekcję błędów), każdy z symboli
jest nadawany na jednej z 48 podnośnych z modulacją BPSK (1 bit na symbol) przy
szybkości 250 kHz;
24 bity danych × 250 kHz => 6 Mbit/s. Czas przesłania 1472 bajtów jest równy 2012 µs.
– str. 27 z 94 –
–
w wersji 9 Mbit/s bity danych są grupowane po 36 bitów, każda grupa jest przekształcana
w symbol OFDM zawierający 48 bitów, każdy z symboli jest nadawany z modulacją
BPSK (1 bit na symbol) przy szybkości 250 kHz;
36 bitów danych × 250 kHz => 9 Mbit/s. Czas przesłania 1472 bajtów jest równy 1344 µs.
… itd.
–
w wersji 54 Mbit/s bity danych są grupowane po 216 bitów, każda grupa jest przekształcana
w symbol OFDM zawierający 288 bitów, każdy z symboli jest nadawany z modulacją 64QAM przy szybkości 250 kHz;
216 bitów danych × 250 kHz × 6 bitów => 54 Mbit/s.
Czas przesłania 1472 bajtów jest równy 224 µs.
W systemie 802.11a/g szybkość transmisji danych na każdej podnośnej jest proporcjonalnie
mniejsza w porównaniu z systemem, w którym dane są przesyłane na jednej fali nośnej RF,
takim jak 802.11b. Umożliwia to wielokrotne zwiększenie czasu pojedynczego symbolu
modulacji OFDM, a w konsekwencji zwiększa odporność transmisji na skutki propagacji
wielodrogowej, por. punkt 1.4.
System 802.11g różni się od 802.11a nie tylko zakresem częstotliwości RF. W przypadku
802.11g założono konieczność kompatybilności wstecz z urządzeniami systemu 802.11b.
Każdy AP i każde urządzenie użytkownika sieci może zmienić tryb pracy z OFDM na DSSS.
W ten sposób w paśmie 2,4 GHz "nowe" terminale użytkowników, zgodne z 802.11g, mogą
być obsługiwane przez "starą" infrastrukturę, zgodną z 802.11b, a "nowa" infrastruktura może
obsługiwać "stare" i "nowe" terminale.
Ze względu na to, że urządzenia 802.11b nie wykrywają obecności radiowego sygnału OFDM,
w systemie 802.11g, w którym dopuszcza się używanie urządzeń 802.11b, konieczne jest
wykorzystanie sygnałów RTS / CTS nadawanych w trybie DSSS. Zatem każdy terminal,
który zamierza nadawać dane najpierw wysyła komunikat RTS w trybie zgodnym z 802.11b.
Sygnał ten odbierają: punkt dostępu (AP) i niektóre terminale. W odpowiedzi AP posyła
komunikat CTS w trybie zgodnym z 802.11b, który odbierają wszystkie terminale w sieci.
Następnie terminal, który zainicjował komunikację, nadaje pakiet w trybie OFDM, a AP
potwierdza odbiór także w trybie OFDM, por. rys. 14.
Nadmiar związany z tą dodatkową transmisją powoduje zauważalne zmniejszenie
przepustowości w komórce 802.11g pracującej w trybie kompatybilnym z 802.11b.
CCK/Barker CTS
OFDM ACK
Pakiet OFDM
CCK/Barker RTS
Rys. 14: System 802.11g wymiana pakietów w trybie zgodnym z 802.11b
Wielu producentów oferuje urządzenia pracujące w dwóch pasmach częstotliwości:
– w paśmie 5 GHz zgodne ze standardem 802.11a,
– w paśmie 2,4 GHz zgodne ze standardem 802.11g/b.
2.6.4.
Wersje niestandardowe
Niektórzy producenci zestawów układów scalonych do stosowania w sprzęcie RLAN oferują
niestandardowe rozwiązania firmowe bazujące na technologii OFDM wykorzystywanej
– str. 28 z 94 –
w standardach IEEE. Np. firma Atheros Communications ma własne rozwiązanie "Super G",
które może być wykorzystywane w punktach dostępu i kartach PC. Formując sygnał OFDM
zajmujący pasmo wszystkich kanałów radiowych w paśmie 2,4 GHz, uzyskano możliwość
zwiększenia szybkości transmisji do 104 Mbit/s i jednocześnie ok. czterokrotnie zasięgu
transmisji. Podobne rozwiązanie pod nazwą handlową "AfterBurner" oferuje również firma
Broadcom Corporation.
2.6.5.
Znak "Wi-Fi"
Ze względu na to, że IEEE ustanawia standardy, często z możliwością wyboru opcji, ale nie
bada zgodności z tymi standardami, istnieje potrzeba weryfikacji zgodności. Stowarzyszeniem,
które stawia sobie za cel certyfikację interoperacyjności produktów RLAN wykorzystujących
specyfikacje serii 802.11x, w tym również wprowadzanych ostatnio usprawnień odnoszących
się do bezpieczeństwa dostępu: Wi-Fi Protect Access (WPA) zawartych w normie 802.11i
oraz jakości usług: Wi-Fi Multimedia Enhancements (WME) zawartych w normie 802.11e
jest Wi-Fi (Wireless Fidelity) Alliance, nazywane także WECA (Wireless Ethernet
Compatibility Alliance), patrz http://www.wi-fi.org/.
Oznakowanie "Wi-Fi" polega na badaniach zgodności ze specyfikacją
zainteresowanych producentów. Tym samym znak certyfikacji Wi-Fi
zgodność protokółów (warstwy fizycznej i MAC) ze specyfikacjami IEEE
zakupiony produkt będzie poprawnie współpracował z innymi w ten
i oznakowanymi produktami.
2.7.
opłacanych przez
ma poświadczać
i gwarantować, że
sposób badanymi
Architektura urządzeń
Jak wspomniano wcześniej różnice pomiędzy systemami transmisji danych zdefiniowanymi
w normach serii 802.11 dotyczą warstwy fizycznej i polegają na stosowaniu różnych
sposobów modulacji i rozpraszania widma (FHSS, DSSS, OFDM) i różnych zakresów
częstotliwości (pasmo 2,4 GHz i/lub 5 GHz).
W radiowych sieciach lokalnych (RLAN) występują dwa podstawowe rodzaje urządzeń:
–
punkty dostępu (AP), nazywane czasem stacjami bazowymi, zwykle dołączone do
kablowej sieci lokalnej (LAN),
oraz
–
stacje robocze użytkowników (klientów sieci) komunikujące się z AP w obrębie ich
zasięgów radiowych.
Należy podkreślić, że wszystkie urządzenia funkcjonujące w sieci systemu 802.11
wykorzystują do nadawania i odbioru ten sam, wspólny sieciowy kanał radiowy (dupleks
w dziedzinie czasu). Tym samym czas wykorzystania tego kanału musi być współdzielony
pomiędzy AP i wszystkie aktywne stacje użytkowników, a w danym momencie może
nadawać tylko jedno urządzenie: AP lub jedna ze stacji roboczych.
Z punktu widzenia projektanta urządzeń radiowych oznacza to, że pod względem sprzętowym
(hardware) zespoły radiowe wbudowane do AP i do stacji użytkowników mogą być takie
same, a różnice sprowadzają się do funkcji realizowanych programowo (software). Schemat
blokowy uniwersalnego modułu radiowego RLAN przedstawiono na rys. 15.
– str. 29 z 94 –
Rys. 15: Schemat blokowy typowego modułu RLAN
Moduł radiowy jest dołączany do jednostki głównej (host processor), którą może być np. PC
(biurkowy lub laptop), PDA lub punkt dostępu, za pośrednictwem interfejsu jednego ze
standardów stosowanych w technice komputerowej, takiego jak PCI, mini PCI, USB, PC
(PCMCIA) i in. Ten interfejs jest specyficzny dla producenta modułu radiowego i wymaga
instalowania specyficznych sterowników (driver, = w systemie Windows pliki *.dll). Poprzez
ten interfejs z jednostki głównej przesyłane są dane i polecenia sterujące pracą modułu
radiowego. Moduł radiowy może być zaprojektowany jako wyposażenie dodatkowe
dołączane na zewnątrz PC, albo jego elementy mogą być wprost umieszczone na płycie
obwodu drukowanego jednostki głównej (zintegrowane).
W torze nadawczym modułu radiowego dane pasma podstawowego (baseband) są
przetwarzane, modulują częstotliwość pośrednią (IF), następnie wskutek przemiany
częstotliwości są przesuwane do odpowiedniego kanału radiowego (RF) w paśmie 2,4 GHz
lub 5 GHz i przez wzmacniacz mocy (PA) i przełącznik antenowy (switch) sterują antenę
nadawczą.
W torze odbiorczym modułu sygnał radiowy z jednej lub dwóch anten (gdy stosowany jest
odbiór zbiorczy – diversity), jest poprzez przełączniki podawany na wejście niskoszumnego
wzmacniacza (LNA), następnie po przemianie częstotliwości jest wzmacniany i po
demodulacji przesuwany do pasma podstawowego.
Spotyka się również urządzenia z tzw. zerową częstotliwością pośrednią (ZIF), gdzie po
stronie nadajnika przetworzony sygnał pasma podstawowego moduluje bezpośrednio falę RF,
a po stronie odbiornika sygnał radiowy podlega przemianie na sygnał wzmacniany
i przetwarzany w paśmie podstawowym.
Antena, a w przypadku stosowania odbioru zbiorczego dwie anteny, por. punkt 4.5, jest
przełączana pomiędzy wejściem odbiornika a wyjściem nadajnika.
Interfejs radiowy modułu RLAN może być zgodny z jednym, lub więcej, standardem z serii
IEEE 802.11. Istnieją urządzenia przeznaczone do pracy tylko w paśmie częstotliwości
2,4 GHz (802.11b lub 802.11g), tylko w pasmach częstotliwości 5 GHz (802.11a) oraz
dwupasmowe (stanowiące kombinację 802.11g i 802.11a).
Zwłaszcza w przypadku terminali noszonych zasilanych z wbudowanej baterii, istotne jest
ograniczenie poboru prądu przez moduł radiowy, który nie jest zaangażowany w aktywnym
połączeniu radiowym. W specyfikacji systemu 802.11 [1] przewidziano specjalny tryb
oszczędzania energii (power-save mode), który polega na tym, że AP może zarządzać listą
terminali użytkowników pracujących w trybie oszczędzania energii i może buforować pakiety
wysłane do tych urządzeń. AP wysyła te pakiety do urządzeń, jeżeli terminal użytkownika
– str. 30 z 94 –
sieci żąda otrzymania pakietów wysyłając zapytanie, albo gdy zmienia swój tryb pracy. AP
okresowo wysyła informacje o tym, dla których urządzeń będących w trybie oszczędzania
energii buforuje pakiety. Urządzenia powinny się okresowo włączać w trybie odbioru na czas
nadawania tej informacji. Jeżeli terminal uzyska informację o oczekujących adresowanych do
niego pakietach, to pozostaje włączony i w celu uzyskania swoich pakietów powinien wysłać
zapytanie do AP.
2.8.
Związek z charakterystykami kanału radiowego
Kanał radiowy jest medium, w którym następują zmiany spowodowane równocześnie
wieloma zjawiskami fizycznymi. W drodze pomiędzy anteną nadajnika i anteną odbiornika
fale radiowe są tłumione, ulegają rozproszeniu i wielokrotnym odbiciom. Zjawiska te
omówiono szerzej w punkcie 4.
2.8.1.
Wielodrogowość – skutki w dziedzinie czasu
W środowisku, w którym następują odbicia fali radiowej, do anteny odbiorczej różnymi
drogami dociera wiele składowych tego samego sygnału nadajnika (echo). Ze względu na
różnice długości przebytych tras składowe sygnału odbieranego są względem siebie
opóźnione. Opóźnienie jest funkcją losową o parametrach charakterystycznych dla środowiska
propagacji fali. Rozrzut opóźnienia fali wewnątrz pomieszczeń wynosi 20 ÷ 30 ns, a na dłuższej
trasie w przestrzeni nad powierzchnią przewodzącą nawet 200 ÷ 400 ns /4. Jeżeli czas
opóźnienia kolejnej składowej jest porównywalny lub większy niż czas jednego elementu
sygnału cyfrowego, a jej amplituda dostatecznie duża, to wskutek interferencji pomiędzy
symbolami sygnału odbieranego określona ich liczba może zostać zniekształcona, jak
pokazano na rys. 16.
W systemie 802.11b pracującym z szybkością transmisji 11 Mbit/s jest wytwarzany sygnał
CCK nałożony na kwadraturową fazową modulację fali nośnej QPSK z szybkością 11 Megasymboli/s, a więc czas pojedynczego symbolu wynosi ≈ 91 ns.
W systemie FHSS zdefiniowanym w 802.11 przy 1 Mbit/s symbole sygnału mają czas 1 ms,
ok. 11 razy dłuższy niż symbole CCK transmisji 802.11b. W tym przypadku opóźnienie
wynoszące kilkadziesiąt ns praktycznie nie ma znaczenia.
Fala
bezposrednia
Pierwsza fala
odbita
Druga fala
odbita
S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
SN
S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
Opóźnienie
pierszej fali
S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Opóźnienie
drugiej fali
Rys. 16: Interferencje symboli spowodowane odbiorem wielodrogowym
W systemie OFDM zdefiniowanym w 802.11a/g czas jednego symbolu wynosi 4 µs, jest
ok. 44 razy dłuższy niż symbole CCK transmisji 802.11b. Ponadto symbol OFDM zawiera
/4
Różnica dróg o 10 m powoduje opóźnienie ≈ 33 ns, o 100 m powoduje opóźnienie ≈ 333 ns.
– str. 31 z 94 –
odstęp ochronny (guard interval) o długości 800 ns, a więc większej niż największy
oczekiwany czas opóźnienia. Odstęp ten jest wypełniony informacją, która ułatwia
synchronizację odbiornika i jest pomijana przy dekodowaniu. Pozostałe 3200 ns jest
traktowane jako symbol danych (tej szerokości impulsu OFDM w dziedzinie częstotliwości
odpowiada 1/3200 ns = 312,5 kHz – odstęp pomiędzy podnośnymi).
Z tej prostej analizy wynikają oczywiste wnioski odnośnie środowiska stosowania systemów
DSSS. Ze względu na wielodrogowość sygnału radiowego systemy DSSS mogą być stosowane:
– na niewielkich obszarach / odległościach, np. RLAN w pomieszczeniu (opóźnienia mniejsze
niż czas symbolu CCK),
– w łączach punkt-punkt wyposażonych w anteny o dużej kierunkowości, skutecznie
dyskryminujące składowe sygnału przychodzące z kierunków innych niż pożądany.
2.8.2.
Wielodrogowość – skutki w dziedzinie częstotliwości
Sumowanie się składowych sygnału radiowego o różnych fazach i amplitudach powoduje, że
niektóre wzajemnie się znoszą, a inne sumują w fazie zgodnej. Skutkiem tego zjawiska jest
selektywny zanik obserwowany na niektórych częstotliwościach używanego pasma, rys. 17.
Nadawany sygnał DSSS
Głęboki zanik
Pasmo sygnału
Fala nośna
Fala nośna
Pasmo sygnału
Zniekształcony odebrany sygnał DSSS
Rys. 17: Głębokie zaniki spowodowane odbiorem wielodrogowym
Jeżeli w następstwie zaniku sygnału średnia moc sygnału odbieranego w systemie DSSS
będzie mniejsza niż wartość progowa, to odbiornik ten przestanie pracować. Ze względu na
wymaganą energię sygnału względem poziomu szumu transmisja 11 Mbit/s jest najbardziej,
a 1 Mbit/s najmniej podatna na zakłócenia spowodowane odbiorem wielodrogowym.
Jeżeli zanik dotyczy selektywnie jednej lub kilku częstotliwości nośnych w systemie FHSS,
to emisja może być powtórzona na innych częstotliwościach.
W systemie OFDM, por. tab. 3, w trakcie kodowania bity informacji są grupowane,
a następnie rozkładane jednocześnie w sygnałach modulujących wielu podnośnych. Jeżeli
zanik dotyczy selektywnie jednej lub kilku podnośnych, to ze względu na stosowany nadmiar
kodowy istnieje duże prawdopodobieństwo odtworzenia utraconej informacji.
Zatem systemy FHSS i OFDM (przy szybkościach 18 Mbit/s i niższych) wykazują większą
odporność na selektywne zaniki sygnału niż DSSS. Przy tym FHSS zgodnie ze standardem
zapewnia maks. szybkość 2 Mbit/s, a system OFDM znacznie większą i powinien być
preferowany.
Podobną analizę można przeprowadzić dla przypadku występowania w paśmie kanału
radiowego RLAN wąskopasmowego sygnału zakłócającego o dużym poziomie. Występowanie
takiego długotrwałego zakłócenia w zasadzie eliminuje system DSSS. W przypadku systemu
FHSS blokowana będzie jedna, najwyżej kilka sąsiednich nośnych, co przeważnie tylko
zmniejsza jego przepływność.
– str. 32 z 94 –
System FHSS do poprawnej pracy wymaga stosunku sygnału do szumu SNR (Signal to Noise
Radio) rzędu 18 dB. DSSS z modulacją BPSK może pracować przy SNR nie mniejszym niż
12 dB. Oznacza to, że przy identycznej mocy nadajnika system DSSS powinien osiągać
większy zasięg transmisji.
Jednakże z drugiej strony szerokopasmowe zakłócenie w paśmie o szerokości 22 MHz, np.
pochodzące z innej sieci RLAN, może całkowicie zablokować urządzenie wykorzystujące
kanał DSSS lub OFDM, a w przypadku FHSS zablokuje tylko ok. 1/3 pojemności systemu
i system taki powinien nadal pracować, chociaż z mniejszą przepływnością.
3.
Podstawowe wymagania
Pasmo częstotliwości 2,4 GHz, w którym pracują najbardziej dziś popularne urządzenia
RLAN zgodne z normami IEEE 802.11b/g [3, 6], jest jednym z pasm częstotliwości
przeznaczonych w Regulaminie Radiokomunikacyjnym dla potrzeb urządzeń przemysłowych,
naukowych i medycznych (Industry, Scientific, Medical, ISM). Pasma częstotliwości ISM
z definicji nie są pasmami chronionymi. Oznacza to, że użytkownicy systemów pracujących
w paśmie ISM muszą się liczyć z występowaniem zakłóceń radioelektrycznych, których
konsekwencją może być znaczne obniżenie jakości transmisji radiowej, a nawet przerwy
w łączności. Natomiast istotną zaletą pasma 2,4 GHz jest fakt, że jest ono udostępnione
w większości uprzemysłowionych krajów świata. Z tego powodu urządzenia zgodne
z normami IEEE 802.11b/g stanowią jeden z nielicznych przykładów produktów radiowych,
które mogą być dostarczane zarówno na rynek europejski jak i amerykański. Ta zbieżność
regionalnych wymagań przyczyniła się do masowego rozwoju rynku tych produktów.
Ze względu na potrzebę uzyskania bardziej niezawodnych łączy radiowych, zwiększenia
szybkości przesyłania danych i pojemności tworzonych radiowych sieci lokalnych, konieczne
stało się uzgodnienie i przydzielenie w skali międzynarodowej dla wspólnego użytkowania
przez systemy RLAN innych zakresów częstotliwości, bardziej przydatnych do tego celu niż
pasmo częstotliwości ISM.
Z tego powodu w trakcie Światowej Konferencji Radiokomunikacyjnej (WRC-03) w 2003 r.
przyjęto rezolucję ITU-R Resolution 229 o wykorzystaniu zakresów częstotliwości:
5150 ÷ 5250 MHz, 5250 ÷ 5350 MHz oraz 5470 ÷ 5725 MHz przez służby ruchome dla
realizacji radiowych systemów dostępowych (Wireless Access Systems, WAS), w tym
radiowych sieci lokalnych (Radio Local Area Networks, RLAN).
3.1.
Wykorzystanie pasma 2,4 GHz
Podstawowe ustalenia dotyczące przeznaczenia zakresu częstotliwości 2400 ÷ 2483,5 MHz,
nazywanego pasmem 2,4 GHz, dla radiowych sieci lokalnych (RLAN) zawiera decyzja
Europejskiego Komitetu Radiokomunikacyjnego ERC/DEC/(01)07 [16]. Jednym ze skutków
tej decyzji jest zobligowanie krajów CEPT do odstąpienia od indywidualnego
licencjonowania urządzeń RLAN pracujących w tym zakresie częstotliwości, które spełniają
podstawowe wymagania podane w tej decyzji.
Wymagania określone w ww. decyzji powołuje się również w Zaleceniu ERC Rec. 70-03 [17]
dotyczącym urządzeń radiowych bliskiego zasięgu oraz w normie ETSI EN 300 328 [18].
Wymagania te stawiają następujące ograniczenia:
·
moc nadajnika RF:
– 100 mW e.i.r.p.,
– maksymalna gęstość mocy urządzeń z modulacją DSSS: –20 dBW/1 MHz,
– str. 33 z 94 –
–
maksymalna gęstość mocy urządzeń z modulacją FHSS: –10 dBW/100 kHz;
·
rodzaj anteny: zintegrowana (bez złącza antenowego) lub dedykowana;
·
odstęp międzykanałowy: brak ograniczeń, system może wykorzystywać cały zakres
częstotliwości.
·
minimalna szybkość transmisji: 250 kbit/s;
·
współczynnik aktywności nadawania (Duty cycle) [%]: brak ograniczeń.
Urządzenia spełniające podane wymagania zgodnie z decyzją Komisji Europejskiej
2000/299/WE (Commission Decision 2000/299/EC) są zaliczane do urządzeń klasy 1, tzn.
mogą być bez ograniczeń sprzedawane i stosowane na obszarze UE. Należy zwrócić uwagę,
że w tych wymaganiach ERC/CEPT nie ma żadnego odniesienie do standardów IEEE
omówionych w punkcie 1. W konsekwencji, każde urządzenie, które spełnia podane wyżej
kryteria powinno być traktowane jako szerokopasmowe, radiowe urządzenie do transmisji
danych i jako takie może być swobodnie stosowane na obszarze UE.
Należy także pamiętać, że wymagania wymienione powyżej nie wyczerpują kwestii tzw.
wymagań zasadniczych w rozumieniu dyrektywy 1999/5/EC.
3.2.
Wykorzystanie pasma 5 GHz
Aktualne ustalenie odnośnie rezerwacji podzakresów częstotliwości 5150 ÷ 5350 MHz oraz
5470 ÷ 5725 MHz dla potrzeb szerokopasmowych radiowych systemów dostępowych, w tym
RLAN, wynikają z decyzji ECC/DEC/(04)08 [19].
Wymagania zawarte w decyzji znajdują się również w Zaleceniu ERC Rec. 70-03 [17],
dotyczącym urządzeń radiowych bliskiego zasięgu oraz w normie ETSI EN 301 893 [20],
dotyczącej urządzeń RLAN przeznaczonych do pracy w tych zakresach częstotliwości.
Ustalenia te opierają się na wynikach prac studialnych dotyczących kompatybilności RLAN
z innymi służbami radiokomunikacyjnymi. /5
Podstawowe wymagania dotyczące RLAN wykorzystujących podzakresy pasma 5 GHz są
następujące.
·
Podzakres częstotliwości 5150 ÷ 5350 MHz jest przeznaczony tylko dla urządzeń
pracujących w pomieszczeniach, moc promieniowana do 200 mW e.i.r.p. W podzakresie
częstotliwości powyżej 5250 MHz jest wymagane stosowanie dynamicznego wyboru
częstotliwości (DFS) oraz sterowania mocą nadajnika (TPC).
·
Podzakres częstotliwości 5470 ÷ 5725 MHz jest przeznaczony dla urządzeń pracujących
w pomieszczeniach lub na otwartym powietrzu, moc promieniowana do 1 W e.i.r.p. Jest
wymagane stosowanie dynamicznego wyboru częstotliwości (DFS) oraz sterowania mocą
nadajnika (TPC).
Dopuszczenie stosowania urządzeń tylko wewnątrz pomieszczeń odnosi się do budynków
mieszkalnych lub wykorzystywanych komercyjnie, których konstrukcja zapewnia tłumienie
potrzebne do ochrony innych służb radiowych wykorzystujących to samo pasmo. Obowiązek
stosowania DFS i TPC dotyczący urządzeń WAS/RLAN pracujących w paśmie 5 GHz, które
wykorzystują zakres częstotliwości powyżej 5250 MHz.
/5
W wielu krajach zakres częstotliwości 5250 ÷ 5850 MHz jest wykorzystywany przez radary meteorologiczne
i wojskowe. Natomiast zakres pomiędzy 5250 ÷ 5350 MHz rezerwowano dla satelitarnych systemów
eksploracji Ziemi i kosmosu.
– str. 34 z 94 –
Podane wyżej wymagania, dotyczące mocy e.i.r.p., odnoszą się do pojedynczego systemu
WAS/RLAN. W zasadzie możliwe są dwa typy konfiguracji sieci:
– system zcentralizowany, w którym wiele urządzeń łączy się drogą radiową za
pośrednictwem urządzenia nadrzędnego – punktu dostępu,
– system niezcentralizowany, w którym wiele urządzeń znajdujących się na małym
obszarze komunikuje się ze sobą bezpośrednio (ad-hoc) bez udziału stacji centralnej.
Systemy WAS/RLAN przeważnie mają architekturę punkt do wielu punktów ze stacjonarnym
punktem dostępu (AP) i z przenośnymi lub noszonymi urządzeniami użytkowników, takimi
jak PC, PDA, telefony VoIP. W przypadku AP stosuje się przeważnie anteny z sektorową
charakterystyką promieniowania o maksimum leżącym w płaszczyźnie poziomej. Sieci
wewnątrz pomieszczeń składają się przeważnie z małych komórek o promieniu rzędu 50 m
lub mniejszym. Komórki na zewnątrz pomieszczeń powinny zazwyczaj mieć większy
promień, z tego względu dla tego rodzaju sieci dopuszczono moc 1 W e.i.r.p.
Warunek dotyczący wykorzystania częstotliwości w zakresie 5150 ÷ 5350 MHz tylko
wewnątrz pomieszczeń wprowadzono dla ochrony służb satelitarnych.
Każde urządzenie WAS/RLAN pracujące w zakresach częstotliwości 5150 ÷ 5350 MHz oraz
5470 ÷ 5725 MHz powinno wykorzystywać mechanizm DFS z funkcją detekcji zakłóceń
radarowych (Radar Interference Detection) o poziomie przewyższającym wartość progową
ustaloną w zaleceniu ITU-R M.1652 [21].
DFS powinien gwarantować równomierne wykorzystanie pasma co najmniej 330 MHz
(w przypadku urządzeń wykorzystujących oba podzakresy), lub 255 MHz (w przypadku
urządzeń wykorzystujących wyłącznie podzakres 5470 ÷ 5725 MHz).
Ze względu na stosowanie mechanizmu DFS urządzenie WAS/RLAN może pracować albo
w trybie "master" (jako sterujące), albo w trybie "slave" (jako sterowane). Urządzenia
pracujące w trybie "slave" mogą pracować tylko w sieci sterowanej przez urządzenia
WAS/RLAN pracujące w trybie "master".
Każde urządzenie w trybie "master" powinno w czasie normalnej pracy wykorzystywać
funkcję detekcji zakłóceń radarowych w celu wykrywania każdego wspólnokanałowego
sygnału radarowego, oraz mechanizm wyboru kanału zapewniający równomierny rozkład
obciążenia w dostępnym zakresie częstotliwości. Urządzenie w trybie "slave" nie powinno
nadawać zanim nie odbierze odpowiedniego sygnału zezwalającego ze strony właściwego
urządzenia pracującego w trybie "master". Urządzenia "slave" o mocy 200 mW e.i.r.p., lub
większej, powinny mieć własną funkcję detekcji zakłóceń radarowych.
Z punktu widzenia potrzeby stosowania DFS wymagania dla sieci ad-hoc są takie same,
a urządzenia stosowane w zakresach 5250 ÷ 5350 MHz oraz 5470 ÷ 5725 MHz powinny
używać DFS. Tylko w zakresie 5150 ÷ 5250 MHz urządzenia pracujące w trybie ad-hoc nie
muszą wykorzystywać DFS.
Należy dodać, że w zakresie częstotliwości 5150 ÷ 5250 MHz maksymalna średnia gęstość
mocy e.i.r.p. nie powinna przekraczać 0,25 mW / 25 kHz w każdych 25 kHz pasma.
W zakresie częstotliwości 5250 ÷ 5350 MHz maksymalna średnia gęstość mocy e.i.r.p. nie
powinna przekraczać 10 mW / 1 MHz w każdym 1 MHz pasma. W zakresie częstotliwości
5470 ÷ 5725 MHz maksymalna średnia gęstość mocy e.i.r.p. nie powinna przekraczać
50 mW / 1 MHz w każdym 1 MHz pasma.
W zakresach 5250 ÷ 5350 MHz i 5470 ÷ 5725 MHz w urządzeniach należy stosować
regulację mocy nadajnika TPC (Transmitted Power Control), co najmniej o 3 dB względem
maksymalnej, dopuszczalnej mocy e.i.r.p. Jeżeli TCP nie jest stosowana, to maksymalna
– str. 35 z 94 –
dopuszczalna moc e.i.r.p. i odpowiednie podane wyżej wartości graniczne średniej gęstości
mocy e.i.r.p. powinny być zredukowane o 3 dB.
3.3.
3.3.1.
Dołączanie anten zewnętrznych
Problemy prawno-administracyjne
Jak podano w punktach 3.1. i 3.2. w wymaganiach europejskich określono maksymalną moc
promieniowaną (e.i.r.p.) urządzeń RLAN.
Jeżeli urządzenie RLAN jest fabrycznie wyposażone tylko w antenę zintegrowaną (lub dwie
anteny zintegrowane), to maksymalna moc promieniowana przez urządzenie jest ustawiana
przez producenta, a instalator i/lub użytkownik urządzenia nie może ustawić mocy większej.
Kwestia zgodności z wymaganiami zasadniczymi jest gwarantowana w procesie produkcji
i potwierdzana w formie deklaracji zgodności wystawionej przez producenta.
W przypadku, gdy urządzenie RLAN jest wyposażone w złącza antenowe, umożliwiające
dołączenia anteny zewnętrznej, pojawia się problem zgodności maksymalnej mocy
promieniowanej z wymaganiami zasadniczymi. Ponieważ moc promieniowaną (e.i.r.p.)
określa zależność: PEIRP = PT – LT + Gt, gdzie:
PT [dBm] moc na złączu antenowym nadajnika,
LT [dB] tłumienie połączenia nadajnika z anteną nadawczą,
Gt [dBi] zysk anteny nadawczej,
to spełnienie wymagań dotyczących ograniczenia mocy promieniowanej jest związane
z koniecznością określenia co najmniej trzech parametrów. Poziom PT może gwarantować
producent urządzenia RLAN. Pozostałe dwa faktycznie pozostają do dyspozycji instalatora /
użytkownika, o którym należy sądzić, że z reguły nie dysponuje aparaturą do pomiaru mocy
promieniowanej. Ten może polegać na informacjach w dokumentacji: anteny, złącz i kabla,
i starać się wykonać instalację tak, aby zapewnić zgodność z wymaganiami.
Producent może wykonać badania urządzenia RLAN z określonym typem anteny dołączanej
(tzw. anteną dedykowaną) i oferować zestaw złożony z urządzenia RLAN i dedykowanej
anteny, zwykle wyposażonej w kabel o ustalonej długości, potwierdzając w formie deklaracji
zgodności, że wymagania zasadnicze są spełnione. Jeżeli instalator / użytkownik tego zestawu
zastosuje się do instrukcji instalacji zestawu można domniemywać, że sprzęt spełnia
wymagania dotyczące ograniczenia mocy promieniowanej.
Jeżeli urządzenie RLAN ma złącze antenowe dostępne dla użytkownika, to jest oczywiste, że
praktycznie istnieje możliwość dołączenia dowolnej anteny zewnętrznej i utworzenia
zestawu, którego moc promieniowana wielokrotnie przekracza moc dopuszczalną.
W konsekwencji takich praktyk wzrasta nie tylko zasięg użytkowy, ale także zasięg
zakłóceniowy wykonanych instalacji, co skutkuje wzrostem poziomu zakłóceń w pasmach
częstotliwości RLAN i obniża jakość transmisji we wszystkich sieciach. Jest to problem,
z którym spotykają się wszystkie europejskie administracje łączności i ich służby kontrolne.
3.3.2.
Problemy techniczne
Produkowane obecnie moduły radiowe RLAN, por. punkt 2.3, są zwykle wyposażone
w miniaturowe lub subminiaturowe złącza RF o impedancji 50 Ω. Natomiast w instalacjach
zewnętrznych (w celu uzyskania małego tłumienia na jednostkę długości) stosuje się kable
antenowe o znacznie większej średnicy, zwykle zakończone złączem typu N. Ze względu na
wymiary, sztywność i dopuszczalny promień gięcia nie jest możliwe bezpośrednie dołączenia
kabli antenowych do modułu radiowego RLAN. Połączenie takie wykonuje się za
pośrednictwem elastycznego kable (tzw. pigtail), zakończonego z jednej strony odpowiednim
– str. 36 z 94 –
miniaturowym złączem RF dołączanym do modułu radiowego, a z drugiej złączem
kompatybilnym ze złączem kabla antenowego. W instalacjach, w których używa się kabli
o średnicy większej niż 3/8'', pomiędzy urządzeniem radiowym a tego rodzaju kablem stosuje
się dodatkowo odcinek kabla elastycznego (tzw. jumper). Należy jednak pamiętać, że każdy
dodatkowy adapter-łącznik zastosowany w celu zmiany standardu złącza (np. SMA / N),
każde dodatkowe złącze wprowadza do toru antenowego niejednorodność, pogarsza
wypadkowy współczynnik fali stojącej (VSWR) i zwiększa wypadkowe tłumienie połączenia
urządzenia z anteną. To dodatkowe tłumienie powinno być uwzględnione w bilansie
energetycznym projektowanego łącza.
Wybór charakterystyki kierunkowej, zysku i innych parametrów anteny zależy od
przeznaczenia łącza radiowego. Odnośnie wszystkich anten zewnętrznych wymaga się, aby
znamionowa impedancja wynosiła 50 Ω i zaleca wartość VSWR < 1,9.
W przypadku anten przeznaczonych do stosowania w instalacjach profesjonalnych, zwłaszcza
instalowanych na otwartym powietrzu, oprócz podstawowych parametrów elektrycznych,
takich jak:
– zysk w kierunku maksimum promieniowania,
– szerokość wiązki promieniowania na poziomie połowy mocy (HPBW),
– polaryzacja,
– współczynnik fali stojącej (VSWR),
– uziemienie,
należy zwrócić uwagę na wymagania dodatkowe związane z odpornością na wpływy
środowiska pracy, takie jak:
– stopień ochrony obudowy przed wnikaniem wody i pyłu (kod IP), nie gorszy niż IP 64,
– wytrzymałość mechaniczna (wiatr, oblodzenie),
– odporność powłok ochronnych lub osłony anteny na promieniowanie słoneczne,
zwłaszcza ultrafiolet.
Oferta anten do stosowania w łączach RLAN jest bardzo szeroka, jednakże doświadczenia
Laboratorium Badań Radiokomunikacyjnych Instytutu Łączności wskazują, że wiele
oferowanych produktów ma w rzeczywistości parametry znacznie gorsze niż przedstawione
w karcie katalogowej wyrobu, jest wykona niezgodnie z dobrymi praktykami inżynierskimi,
nieprofesjonalnie i niestarannie.
3.3.3.
Lokalizacja anten zewnętrznych
Jeżeli stacje bazowe różnych systemów, pracujących na różnych częstotliwościach,
współużytkują lokalizację lub infrastrukturę (wspólny maszt, instalacja na tym samym dachu)
lub znajdują się w bliskim sąsiedztwie, pojawia się ryzyko wzajemnych zakłóceń. Przyczyną
zakłóceń może być: emisja pozapasmowa nadajnika, intermodulacja lub tzw. blokowanie
odbiornika stacji.
Emisje niepożądane nadajnika jednego systemu (harmoniczne i intermodulacyjne kombinacje
nośnych) mogą znaleźć się w paśmie odbiornika stacji innego systemu, powodując
pogorszenie czułości lub zrywanie połączeń, a w konsekwencji obniżenie jakości usług.
Blokowanie odbiornika stacji ma miejsce, gdy na wejściu tego odbiornika pojawia się sygnał
stacji pracującej w innym paśmie, którego poziom przekracza wartość tolerowaną przez
odbiornik.
Oba wymienione rodzaje zakłóceń powodują degradację jakości łącza radiowego dla kierunku
od nadajników stacji klienckich do odbiornika stacji bazowej (uplink). Niebezpieczeństwo
zakłóceń jest tym większe, im odstęp pomiędzy zakresami częstotliwości jest mniejszy.
– str. 37 z 94 –
W większości norm ETSI zakłada się, że pomiędzy dwoma systemami antenowymi
o wspólnej lokalizacji (oddzielne tory antenowe, oddzielne anteny) minimalna separacja
wynosi 30 dB. Jednakże wymagania te zmieniają się ze względu na faktyczne zagęszczenie
stacji różnych systemów.
Środki zaradcze:
– wybór rodzajów anten, polaryzacji, sposobu montażu i/lub odległości między antenami
różnych systemów w sposób zapewniający wymaganą separację;
– planowanie częstotliwości pozwalające uniknąć kombinacyjnych zakłóceń w paśmie
odbiornika każdej ze stacji wskutek intermodulacji nadajników,
– stosowanie filtrów pasmowo-przepustowych lub pasmowo-zaporowych zaprojektowanych
dla konkretnej lokalizacji.
Faktycznie wymagana separacja pomiędzy dwoma systemami zależy od dwóch parametrów:
– maksymalnego dopuszczalnego poziomu emisji zakłóceń w paśmie odbiorczym, które
toleruje odbiornik,
– maksymalnego dopuszczalnego poziomu sygnału poza pasmem odbiorczym, który nie
powoduje blokowania odbiornika.
3.3.4.
Wybór kabli antenowych
Jednym z podstawowych składników bilansu łącza radiowego jest tłumienie kabli łączących
anteny z urządzeniami nadawczo-odbiorczymi. W pasmach częstotliwości wykorzystywanych
w radiowych sieciach lokalnych: 2,4 GHz, a zwłaszcza 5 GHz, wybór odpowiedniego kabla
wymaga dużej uwagi. Po pierwsze przy tych częstotliwościach zarówno w przewodach, jak
też materiałach dielektrycznych kabla, straty mocy są wielokrotnie większe niż np. przy
częstotliwości 150 MHz.
Kable produkowane dla stacji bazowych sieci komórkowych GSM (pasma 900 MHz lub
1800 MHz) nie są odpowiednie ze względu na sztywność i wymiary, a także zwłaszcza
w przypadku stosowania pasma 5 GHz z powodu istnienia tzw. częstotliwości odcięcia kabla
(cut-off frequency).
Normalnie w kablu współosiowym energia jest przenoszona przez falę TEM, w której
wektory pola elektrycznego i magnetycznego są prostopadłe do kierunku fali (osi kabla). Przy
zwiększaniu częstotliwości pojawia się punkt, w którym połowa długości fali w dielektryku
izolującym przewody jest równa średniemu obwodowi wewnętrznego i zewnętrznego
przewodu. Na tej częstotliwości i wyższych w kablu mogą powstawać fale innych modów
(TE i TM). Te niepożądane rezonanse, występujące na określonych częstotliwościach,
zwiększają gwałtownie tłumienie kabla na tych częstotliwościach powodując, że kabel staje
się nieprzydatny.
Ze względu na opisane zjawiska należy wybierać kable z dielektrykiem piankowym (foam
dielectric) lub z dielektrykiem powietrznym (air dielectric).
Oprócz tłumienia na częstotliwości roboczej istotnym parametrem kabli antenowych jest
napięciowy współczynnik fali stojącej VSWR. VSWR jest miarą dopasowania do impedancji
znamionowej. Im jest większy od 1 tym większe są odbicia w kablu antenowym i rośnie
prawdopodobieństwo, że mniejsza moc będzie dostarczana do obciążenia (anteny nadajnika /
wejścia odbiornika).
3.4.
Anteny urządzeń przenośnych
Środowisko pracy anten urządzeń przenośnych i noszonych, a także w wielu przypadkach
dotyczących anten montowanych w pomieszczeniach, różni się od środowiska anteny
– str. 38 z 94 –
urządzenia przewoźnego lub stacji bazowej. Zasada działania, dostrojenia do częstotliwości
roboczej, charakterystyka promieniowania, zysk itd. mogą być również zdefiniowane dla tych
anten, ale należy pamiętać o związku charakterystyk anteny z takimi czynnikami jak:
– materiał, z którego wykonano obudowę urządzenia (metal, plastik),
– wymiary obudowy urządzenia (wyrażone w funkcji długości fali) i kształt obudowy
(krótka i szeroka, długa i wąska),
– otoczenie, w którym antena jest stosowana (bliskość ścian lub elementów metalowych),
– oddziaływanie osoby obsługującej urządzenie na antenę, zwłaszcza antenę zintegrowaną.
Wszystkie wymienione czynniki mają wpływ na właściwości anteny i dlatego powinny być
brane pod uwagę w trakcie projektowania urządzeń, instalowania i użytkowania.
W zakresie częstotliwości pracy antena powinna być dostrojona do rezonansu, a poza tym
zakresem częstotliwości w zasadzie impedancja może być dowolna. Współczynnik fali
stojącej (VSWR), w Polsce używa się również skrótu WFS, lub tłumienie niedopasowania
określają część mocy, która ulega odbiciu od anteny.
Jeżeli używanym parametrem jest VSWR, to idealne dopasowanie ma miejsce, gdy
współczynnik fali stojącej wynosi 1,0:1. Np. jeżeli VSWR ma wartość 2,0:1, to moc
promieniowana jest mniejsza o ok. 10% (~0,5 dB).
Moc promieniowana jest częścią mocy doprowadzonej do anteny. W przypadku urządzeń
noszonych antena jest zwykle nieodłącznym elementem urządzenia i w zasadzie elementem
promieniującym energię RF staje się cała konstrukcja urządzenia.
Podczas projektowania anteny istotne jest uzyskanie charakterystyki kierującej
promieniowaną energię do anteny urządzenia odbiorczego. Anteny urządzeń noszonych i
przenośnych powinny mieć charakterystyki kierunkowe i polaryzację dostosowaną do
typowego położenia urządzenia w czasie pracy i zorientowane w kierunku urządzenia, z
którym mają się komunikować. Jednakże w odniesieniu do urządzeń z anteną zintegrowaną
wymieniane warunki bardzo często nie są spełnione.
Miejsce montażu anteny może mieć zasadniczy wpływ na te charakterystyki. Każda metalowa
powierzchnia w pobliżu anteny będzie zniekształcać charakterystykę promieniowania, dlatego
antena musi znajdować się poza ekranowaną obudową urządzenia, np. w części karty PCI
wystającej poza obrys obudowy komputera.
Należy również uwzględniać oddziaływanie ciała użytkownika na charakterystykę anteny.
Ciało użytkownika może rozstrajać antenę, a także pochłaniać część energii RF.
Anteny zewnętrzne urządzeń noszonych są montowane do obudowy za pośrednictwem złącza
RF lub w sposób uniemożliwiający odłączenie. Najczęściej używanymi antenami
zewnętrznymi takich urządzeń są:
–
dipol ćwierćfalowy (λ/4), jest często wykonany jako ćwierćfalowa antena helikalna.
Antena helikalna ma spośród anten stosowanych do urządzeń przenośnych i noszonych
charakterystykę najbardziej zbliżoną do izotropowej.
Antena helikalna jest wykonana z przewodu zwiniętego spiralnie. Właściwości zależą od
stosunku długości uzwojenia do jego średnicy.
Jeżeli długość uzwojenia jest duża w stosunku do średnicy antena promieniuje
w kierunku poprzecznym (broadside mode). Jeżeli długość uzwojenia w stosunku do
średnicy jest mała to antena promieniuje osiowo (axial mode) od strony przeciwległej do
punktu zasilania, z polaryzacją kołową o kierunku zależnym od kierunku wykonania
zwojów (prawoskrętna lub lewoskrętna).
– str. 39 z 94 –
Uwaga. Anteny ćwierćfalowe muszą mieć "ziemię odniesienia" w postaci metalowej
płaszczyzny, obudowy itp.
–
dipol półfalowy (λ/2) – konstrukcja stosowana, gdy antena jest dołączana za pomocą
odcinka kabla współosiowego.
Teoretycznie antena ta ma zysk 2,15 dBi (1,64 W/W). Jednakże w praktyce należy
zakładać nie więcej niż 1,0 – 2,0 dBi. Dipol półfalowy tłumi emisje niepożądane
nadajnika, które często są problemem przy stosowaniu anten krótszych.
Anteny wewnętrzne muszą mieć nie tylko właściwe parametry (często w dwóch pasmach
częstotliwości np. 2,4 GHz i 5 GHz), ale także kształt i wymiary dostosowane do obudowy
urządzenia, np. komputera kieszonkowego (PDA). W tym celu opracowano i opatentowano
wiele rozwiązań, np. [23], rys. 18:
–
Planer Inverted F Antenna (PIFA), szerokopasmowa antena ukształtowana z cienkiej
blachy, często stosowana w komputerach przenośnych. Zajmuje małą powierzchnię (dla
RLAN w paśmie 2,4 GHz ~43 mm × 11 mm), ale jest stosunkowo wysoka (~10 mm);
–
Microship Patch Antenna, płaska antena o kształcie zbliżonym do kwadratu. Jej zaletą są
małe wymiary (43 mm × 43 mm × 2 mm), ale wymaga dużej przeciwwagi (którą może
być metalowy ekran);
–
Meander Line Antenna, aktywny przewód antenowy wykonany jako meander
bezpośrednio na płytce obwodu drukowanego. Nie powinien znajdować się w pobliżu
dużych metalowych powierzchni.
Planer Inverted F
Dipol wykonany z odcinka przewodu
Microship Patch
Antena helikalna
Rys. 18: Przykłady anten urządzeń przenośnych [23]
3.5.
Wymagane parametry odbiornika
Wymagania odnośnie parametrów odbiornika omówione w tym punkcie nie wchodzą
w zakres wymagań zasadniczych w sensie dyrektywy 1999/5/EC i jako takie nie znalazły się
we wspomnianych normach ETSI dotyczących parametrów RLAN: EN 300 328 [18]
i EN 301 893 [20] oraz w wymaganiach krajowych [22]. Jednakże czułość odbiornika
(wartość progowa poziomu sygnału użytecznego), selektywność sąsiedniokanałowa
odbiornika i odporność odbiornika na blokowanie sygnałami pozapasmowymi są parametrami
podstawowymi z punktu widzenia potrzeb planowania sieci radiowej. Przyjęto następujące
określenia, por. publikacje ETSI [24] oraz CEPT [25]:
– str. 40 z 94 –
1. Czułość odbiornika
Czułość odbiornika jest to minimalny poziom mocy zmodulowanego sygnału fali nośnej,
o częstotliwości znamionowej, na wejściu urządzenia, który przy braku zakłócenia wytwarza
po zdemodulowaniu sygnał danych z określoną wartością BER lub FER.
Minimalne wymagania odnośnie czułości podano w punkcie 4.
2. Blokowanie
Blokowanie (lub odczulenie) jest miarą zdolności odbiornika do odbioru pożądanego sygnału
zmodulowanego, w obecności sygnału niepożądanego występującego poza pasmem systemu
odpowiednio 2,4 GHz lub 5 GHz, bez przekroczenia zadanego poziomu degradacji tego
sygnału.
Blokowanie, wyznaczone jako stosunek poziomów, dla wszystkich częstotliwości wewnątrz
określonego zakresu, z pominięciem tych częstotliwości, dla których zlokalizowano odbiór
niepożądany, nie powinno być mniejsze niż wartości odniesienia podane w punkcie 4.
3. Selektywność sąsiedniokanałowa
Selektywność sąsiedniokanałowa jest miarą zdolności urządzenia do odbioru pożądanego
sygnału zmodulowanego, w obecności sygnału niepożądanego, którego częstotliwość różni
się od częstotliwości sygnału pożądanego o wartość odstępu międzykanałowego, z którym
pracuje dane urządzenie, bez przekroczenia zadanego poziomu degradacji tego sygnału.
Dla systemu IEEE 802.11 wykorzystującego DSSS, kanał sąsiedni jest definiowany jako
nienakładający się kanał, który jest odległy co najmniej o 30 MHz od kanału sygnału pożądanego.
Dla systemów IEEE 802.11b/g kanał sąsiedni jest definiowany jako nienakładający się kanał,
który jest odległy co najmniej o 25 MHz od kanału sygnału pożądanego.
Dla systemów IEEE 802.11a/h kanał sąsiedni jest definiowany jako kanał, który jest odległy
o 20 MHz od kanału sygnału pożądanego.
Selektywność sąsiedniokanałowa nie powinna być mniejsza niż wartości odniesienia podane
w punkcie 4.
4. Standardowe wartości parametrów odbiornika
Minimalne wymagania dotyczące parametrów odbiornika dla poszczególnych wersji systemu
802.11 podano w tablicach, gdzie: PSDU oznacza jednostkę danych (SDU) protokółu
warstwy fizycznej (PLCP).
Te wartości graniczne można zastosować dla potrzeb obliczania zasięgów użytkowych
i zakłóceniowych projektowanej sieci. Należy jednak zauważyć, że w rzeczywistości czułość
odbiornika urządzeń dostępnych na rynku jest o kilka dB lepsza niż wymagana
w specyfikacjach IEEE. Dlatego w środowisku bez zakłóceń wspólnokanałowych i natłoku
w sieci uzyskiwane zasięgi mogą być większe niż szacowane na podstawie bilansu łącza, do
którego wstawiono parametry odbiornika wg specyfikacji IEEE.
a) System IEEE 802.11 wersja FHSS
Parametr
Czułość odbiornika
Blokowanie
Selektywność sąsiedniokanałowa
Szybkość
transmisji
1 Mbit/s
2 Mbit/s
1 Mbit/s
2 Mbit/s
Wartość dla FER ≤ 3%
przy PSDU o długości 400 bajtów
< –80 dBm
< –75 dBm
40 dB
30 dB
nie dotyczy
– str. 41 z 94 –
b) Systemy IEEE 802.11 wersja DSSS oraz IEEE 802.11b
Parametr
Czułość odbiornika
Blokowanie
Selektywność sąsiedniokanałowa
Szybkość
transmisji
2 Mbit/s
11 Mbit/s
2 Mbit/s
11 Mbit/s
2 Mbit/s
11 Mbit/s
Wartość dla FER ≤ 8%
przy PSDU o długości 1024 bajtów
< –80 dBm
< –76 dBm
50 dB
50 dB
> 35 dB
> 35 dB
c) System IEEE 802.11g – praca OFDM
Parametr
Czułość odbiornika
Blokowanie
Selektywność sąsiedniokanałowa
Szybkość
transmisji
6 Mbit/s
9 Mbit/s
12 Mbit/s
18 Mbit/s
24 Mbit/s
36 Mbit/s
48 Mbit/s
54 Mbit/s
6 Mbit/s
54 Mbit/s
6 Mbit/s
9 Mbit/s
12 Mbit/s
18 Mbit/s
24 Mbit/s
36 Mbit/s
48 Mbit/s
54 Mbit/s
Wartość dla FER ≤ 10%
przy PSDU o długości 1000 bajtów
–82 dBm
–81 dBm
–79 dBm
–77 dBm
–74 dBm
–70 dBm
–66 dBm
–65 dBm
47 dB
30 dB
16 dB
15 dB
13 dB
11 dB
8 dB
4 dB
0 dB
–1 dB
Uwaga. Selektywność sąsiedniokanałowa ≤ 0 dB (w trybie OFDM przy szybkości ≥ 48 Mbit/s)
oznacza, że występujący w sąsiednim kanale sygnał zakłócający, o poziomie takim
samym jak sygnał użyteczny, będzie powodował błędy transmisji.
– str. 42 z 94 –
d) Systemy IEEE 802.11a i IEEE 802.11h
Parametr
Czułość odbiornika
Blokowanie
Selektywność sąsiedniokanałowa
Szybkość
Wartość dla FER ≤ 10%
transmisji przy PSDU o długości 1000 bajtów
6 Mbit/s
–82 dBm
9 Mbit/s
–81 dBm
12 Mbit/s
–79 dBm
18 Mbit/s
–77 dBm
24 Mbit/s
–74 dBm
36 Mbit/s
–70 dBm
48 Mbit/s
–66 dBm
54 Mbit/s
–65 dBm
6 Mbit/s
45 dB
54 Mbit/s
27 dB
6 Mbit/s
16 dB
9 Mbit/s
15 dB
12 Mbit/s
13 dB
18 Mbit/s
11 dB
24 Mbit/s
8 dB
36 Mbit/s
4 dB
48 Mbit/s
0 dB
54 Mbit/s
–1 dB
Uwaga. Selektywność sąsiedniokanałowa ≤ 0 dB (w trybie OFDM przy szybkości ≥ 48 Mbit/s)
oznacza, że występujący w sąsiednim kanale sygnał zakłócający, o poziomie takim
samym jak sygnał użyteczny, będzie powodował błędy transmisji.
5. Rzeczywista czułość odbiornika
W kilku tablicach poniżej zestawiono przykłady czułości odbiornika urządzeń dostępnych na
rynku, deklarowane w dokumentacji przez producentów.
Broadcom, Wireless LAN 802.11abg mini-PCI Card,
model BCM94309MP
Szybkość transmisji
[Mbit/s]
54
48
36
24
18
12
11
9
6
5,5
2
1
Czułość
[dBm]
–69
–72
–77
–81
–85
–87
–84
–88
–88
–88
–90
–92
– str. 43 z 94 –
Ambit Microsystems Corp.,
Mini PCI type IIIB 802.11b/g WLAN Card, model T60H786,
Szybkość transmisji
Czułość
[Mbit/s]
[dBm]
54
–70
48
–72
36
–78
24
–81
18
–81
12
–81
11
–83
9
–81
6
–81
5,5
–85
2
–86
1
–90
Hewlett Packard Company,
Access Point 420, p.n. J8131A,
Szybkość transmisji
[Mbit/s]
54
48
36
24
18
12
11
9
6
5,5
2
1
4.
Czułość
[dBm]
–70
–73
–75
–80
–82
–85
–87
–85
–87
–90
–90
–93
Propagacja fal radiowych
Dla potrzeb obliczeń propagacyjnych w systemach RLAN można wyróżnić trzy podstawowe
scenariusze:
a) łącza radiowe punkt-punkt, stosowane np. pomiędzy dwoma budynkami do połączenia
ich sieci kablowych, wyposażone w anteny o wąskiej charakterystyce promieniowania,
umieszczone na otwartym powietrzu;
b) łącza radiowe punkt do wielu punktów, stosowane np. jako osiedlowa sieć dostępu do
Internetu, pomiędzy stacją bazową (punktem dostępu), a stacjami indywidualnych
użytkowników, przeważnie stacjonarnymi; w tym przypadku stacje klienckie mają
zwykle anteny kierunkowe, a stacja bazowa dookólną lub sektorowe;
c) sieć punkt do obszaru, przeważnie wewnątrz budynku, przeznaczona do obsługi terminali
przenośnych (np. laptop lub PDA) lub ruchomych (np. telefon VoIP) przez jeden, lub
więcej, radiowy punkt dostępowy.
Przy tym dla obliczeń tłumienia trasy każde z łącz wymienionych w punkcie b) można
potraktować jako stacjonarne łącze punkt do punktu.
– str. 44 z 94 –
4.1.
Łącze radiowe punkt do punktu
4.1.1.
Propagacja fal radiowych w otwartej przestrzeni
W otwartej przestrzeni fala emitowana przez źródło punktowe będzie rozchodzić się
promieniście we wszystkich kierunkach, a tego rodzaju źródło nazywane jest anteną
izotropową.
Jeżeli antena ta promieniuje moc Prad [W], to w odległości d [m] od źródła gęstość mocy Pfs
wynosi:
P
Pfs = rad 2 [W/m2]
4π d
Jeżeli antena nadawcza nie jest izotropowa, to w dostatecznie dużej odległości od tej anteny,
w porównaniu z jej rozmiarem, moc promieniowana Prad może być zastąpiona iloczynem
zysku anteny nadawczej Gt i mocy dostarczonej do anteny Pt:
Prad = Gt Pt [W]
zatem gęstość mocy:
G P
Pfs = t t 2 [W/m2]
4πd
Uwaga. Zysk dipola półfalowego (λ/2) względem anteny izotropowej w kierunku
prostopadłym do dipola wynosi 1,64 (2,15 dB).
Czasem zamiast gęstości mocy sygnału radiowego Pfs [W/m2] wygodniej jest stosować
natężenie pola elektrycznego Efs [V/m]:
E fs = Z fs Pfs , gdzie: Z fs = 120 π » 377 Ω jest impedancją otwartej przestrzeni.
W dostatecznie dużej odległości od nieizotropowej anteny nadawczej natężenie pola
elektrycznego w otwartej przestrzeni wynosi:
30 P t Gt
PG
E fs = 120 π t t2 =
[V/m]
4π d
d
Moc nadajnika wymagana do wytworzenia natężenia pola o tej wartości wynosi:
2
(
E fs d )
Pt =
[W]
30 Gt
Jeżeli w miejscu, gdzie znajduje się antena odbiorcza natężenie pola elektrycznego wynosi
Erec lub gęstość mocy sygnału radiowego wynosi Prec, to maksymalna moc jaką może
przechwycić w tym miejscu antena izotropowa wynosi:
λ2
E2
Pr =
Prec [W], gdzie: λ jest długością fali, a Prec = rec
4π
Z fs
W przypadku nieizotropowej anteny odbiorczej o zysku Gr moc doprowadzona do
dopasowanego odbiornika wynosi:
2
2
æ E λö G
λ2
λ 2 Erec
Pr =
× Prec Gr =
×
× Gr = çç rec ÷÷ × r [W]
4π
4 π Z fs
è 2 π ø 120
Stosunek mocy odbieranej (Pr) do nadawanej (Pt) można wyznaczyć z zależności:
2
(
E fs d ) æ Erec ö æ λ ö
Pr æ Erec λ ö Gr
÷ ×ç
÷ G G
÷
=ç
¸
=ç
ç E ÷ ç4π d ÷ t r
Pt çè 2 π ÷ø 120
30 Gt
ø
è fs ø è
Ponieważ w otwartej przestrzeni w miejscu odbioru Erec = E fs , to:
2
2
2
– str. 45 z 94 –
2
2
æ λ ö
Pr æ λ ö
÷÷ G r Gt albo Pr = Pt çç
÷÷ Gr Gt [W]
= çç
Pt è 4 π d ø
è4πd ø
Formuła ta określa sposób obliczania mocy na wejściu odbiornika, jeżeli fala radiowa
rozchodzi się w otwartej przestrzeni.
Ze względów praktycznych tłumienie trasy pomiędzy anteną nadawczą i anteną odbiorczą jest
zwykle wyrażane w decybelach [dB] i w otwartej przestrzeni wynosi:
æ Pr ö
4πd ö
÷÷ = 20 log æç
L fs = -10 log çç
÷ [dB],
è λ ø
è Pt Gr Gt ø
a po przekształceniu do postaci wygodnej dla obliczeń inżynierskich:
æ 40 π d [km] × f [MHz] ö
L fs = 20 log ç
÷ , albo w decybelach:
3
è
ø
Lfs [dB] = 32,44 +20 log d [km] + 20 log f [MHz],
gdzie:
odległość między antenami d jest wyrażona w km,
a częstotliwość sygnału radiowego f w MHz, por. rys. 19.
Rys. 19: Tłumienie trasy w otwartej przestrzeni w funkcji odległości i częstotliwości fali
Przykłady. 1. Obliczone wg podanego wzoru średnie tłumienie fali w paśmie 2,4 GHz na
trasie 100 m w otwartej przestrzeni (f = 2450 MHz, d = 0,1 km) wynosi:
Lfs = 32,44 + 47,78 ≈ 80,2 dB, z nierównomiernością na krańcach zakresu
–0,18/+0,12 dB, którą dla celów praktycznych można pominąć.
W tym samym paśmie na trasie 1 km Lfs ≈ 100,2 dB.
2. W pasmach 5 GHz obliczone wg podanego wzoru średnie tłumienie fali
w otwartej przestrzeni wynosi odpowiednio:
·
(f = 5250 MHz, d = 100 m) ≈ 86,8 dB,
·
(f = 5600 MHz, d = 100 m) ≈ 87,4 dB,
a więc jest o 6,6 dB / 7,2 dB większe niż w paśmie 2,4 GHz.
– str. 46 z 94 –
4.1.2.
Propagacja fal radiowych nad ziemią
W rzeczywistym środowisku w radiokomunikacji lądowej, w odróżnieniu od otwartej
przestrzeni, fale radiowe na drodze pomiędzy anteną nadawczą i anteną odbiorczą napotykają
na przeszkody, które zmieniają ich bieg, wskutek zjawisk takich jak: odbicia, dyfrakcja
(ugięcie), refrakcja (rozpraszanie), propagacja duktowa, które wnoszą dodatkowe tłumienie
i powodują zaniki sygnału. Zatem faktyczne tłumienie trasy fali radiowej pomiędzy anteną
nadawczą a anteną odbiorczą jest zależne od charakterystyk środowiska i różni się znacznie
od obliczonego wyżej dla przypadku przestrzeni otwartej.
Tx
ELOS
Rx
ht
Ei
Er
Qi
hr
Qr
d
Rys. 20: Propagacja fali nad powierzchnią przewodzącą
gdzie: ELOS – składowa bezpośrednia (LOS),
Ei – składowa padająca na ziemię pod kątem Θi,
Er – składowa odbita od ziemi pod kątem Θr.
Nawet w najprostszym modelu polegającym na analizowaniu propagacji fali w terenie
otwartym, bez jakichkolwiek przeszkód nad płaską powierzchnią ziemi, do anteny odbiorczej
dociera fala bezpośrednia (po linii widoczności optycznej) o natężeniu pola ELOS i fala odbita
od powierzchni ziemi o natężeniu pola ER, por. rys. 20. Można wykazać [26], że dla odległości d,
dużej w porównaniu z wysokością zawieszania anteny nadawczej ht i odbiorczej hr, czyli przy
założeniu, że d >> ht hr stosunek mocy odbieranej (Pr) do nadawanej (Pt) wynosi:
Pr æ ht2 hr2 ö
÷ Gt Gr , a więc jest zależny od czwartej potęgi odległości pomiędzy antenami.
=ç
Pt çè d 4 ÷ø
Należy przyjąć, że charakter pokrycia terenu (zbiorniki wodne, zabudowania, las, istnienie
i rodzaj zabudowy) różnicuje lokalne warunki propagacji i może być uwzględniany jako
charakterystyczne tłumienie (uśrednione) trasy przebiegającej nad / przez tego rodzaju
środowisko.
Ogólnie dla potrzeb modelowania warunków propagacji z uwzględnieniem zmiany tłumienia
trasy w określonych środowiskach moc sygnału odbieranego Pr w funkcji długości trasy d
można wyrazić zastępując w podanym wcześniej wzorze na tłumienie trasy w wykładniku
potęgi liczbę 2 (otwarta przestrzeń), albo 4 (propagacja nad powierzchnią przewodzącą
odbijającą fale) liczbą charakterystyczną dla danego środowiska, czyli:
K
Pr = n , gdzie:
d
n = 2 dla otwartej przestrzeni (próżni),
3 ≤ n ≤ 4 typowo w sieciach komórkowych radiokomunikacji ruchomej,
– str. 47 z 94 –
4 ≤ n ≤ 6 w wysokiej zabudowie dużych miast i wewnątrz budynków.
Zależności te przedstawiono poglądowo na rys. 21. Niektórzy autorzy stosując taki uproszczony
model propagacji stosują dwie różne wartości n: mniejszą w strefie, gdzie występuje fala
bezpośrednia i drugą większą w części trasy, gdzie nie występuje fala bezpośrednia.
Moc odbierana (Pr)
[dBm]
Otwarta przestrzeń (próżnia)
Płaski, odkryty obszar
Wielkie miasto
Obszar podmiejski
Odległość (d)
Rys. 21: Wpływ charakterystyki terenu na zasięg sieci radiowej
Oczywiście oszacowanie tłumienia trasy za pomocą tak prostych modeli jest obarczone
bardzo dużymi błędami. Z tego powodu do projektowania sieci radiokomunikacji ruchomej
i łączy radiowych pomiędzy określonymi punktami, w różnych zakresach częstotliwości,
opracowano i zaleca się wiele modeli:
·
empirycznych – opartych na wnioskach z danych pomiarowych, w których uwzględnia
się zróżnicowane, statystyczne charakterystyki terenu,
·
semi-empirycznych, w których częściowo wykorzystuje się modele empiryczne, ale
uwzględnia również wiele innych informacji charakteryzujących trasę.
Stosowanie tych modeli wymaga bardzo wielu obliczeń, toteż w praktyce do projektowania
sieci komórkowych i tras linii punkt-punkt i punkt do wielu punktów oferowane są specjalne
pakiety oprogramowania, ich praktyczna użyteczność i równocześnie stopień komplikacji
rośnie, gdy są powiązane z cyfrowymi mapami terenu, w tym z mapami trójwymiarowymi.
Większość empirycznych i semi-empirycznych metod obliczania tłumienia trasy opisanych
w literaturze dotyczy zakresów częstotliwości pomiędzy 160 MHz a 1900 MHz, stosowanych
w sieciach ruchomych dyspozytorskich i publicznych. Brak zaleceń odnośnie prognozowania
w zakresach 2,4 GHz i 5 GHz w mikro- i pikokomórkach.
Uwaga. Modele te mają charakter probabilistyczny, pozwalają na obliczanie średniej
wartości natężenia pola z określonym prawdopodobieństwem. W rzeczywistości
lokalna wartość natężenia pola może znacznie różnić się od obliczonej średniej.
Odchylenie średniokwadratowe σ może wynosić od kilku do kilkunastu decybeli.
4.1.3.
Modelowanie trasy LOS
W przypadku częstotliwości mikrofalowych linia bezpośredniej widoczności (LOS) jest
pojęciem, które obejmuje obszar tzw. stref Fresnela. Strefy Fresnela są elipsoidami
otaczającymi linię widoczności optycznej poprowadzoną od anteny nadawczej do anteny
odbiorczej. Strefy Fresnela reprezentują w przestrzeni obszary, gdzie długość drogi fal od
anteny nadawczej do odbiorczej jest o n × λ/2 większa od całkowitej długości trasy wzdłuż
linii widoczności optycznej. (Składowe fali, których trasy różnią się o n × λ/2 sumują się albo
– str. 48 z 94 –
w fazie zgodnej albo przeciwnej, wzmacniając lub obniżając natężenie pola w miejscu
umieszczenia anteny odbiorczej).
Zasadnicza część energii fali radiowej skupia się w pierwszej strefie Fresnela (n = 1), a jej
promień można obliczyć z zależności:
d1 d 2
R1 =
λ
d1 + d 2
gdzie: d1, d2 są odległościami czoła fali odpowiednio od anteny nadajnika (Tx) i anteny
odbiornika (Rx), a λ jest długością fali, por. rys. 22.
Promień R1 przyjmuje największą wartość w połowie trasy i zgodnie z podanym wzorem
bliżej końców trasy jest mniejszy. Należy jednak pamiętać, że wzór ten wyprowadzono przy
założeniu, że d1, d2 >> R1. I nie należy sądzić, że przy d1 lub d2 = 0 promień strefy Fresnela
wynosi zero.
d2
Tx
d1
+λ
/2
d2
R1
Czoło
fali
Rx
Rys. 22: Obliczanie promienia pierwszej strefy Fresnela
Przykład.
Dla łącza punkt-punkt o długości 1 km maksymalny promień pierwszej strefy
Fresnela wynosi:
·
przy częstotliwości 2,4 GHz: ~5,6 m,
·
przy częstotliwości 5,5 GHz: ~3,7 m.
Każdy obiekt na trasie między anteną nadawczą a anteną odbiorczą, który przesłania pierwszą
strefę Fresnela, rys. 23, powoduje dyfrakcję fali radiowej i wprowadza dodatkowe tłumienie.
Wielkość tłumienia dyfrakcyjnego zależy od stosunku powierzchni wiązki przesłoniętej przez
przeszkodę do całkowitej powierzchni wiązki (strefy) oraz rodzaju samej przeszkody. Jeżeli
łącze pomiędzy dwoma punktami ma być traktowane jako łącze bez przeszkód, to zaleca się
by co najmniej 60% promienia pierwszej strefy Fresnela pozostawało wolne od przeszkód.
W podręcznikach i zaleceniach ITU-R [26 ÷ 30] można znaleźć wzory i nomogramy
umożliwiające obliczenie tego rodzaju tłumienia dla pojedynczych przeszkód modelowanych
klinem lub powierzchnią walca.
Tx
d1
d2
Rx
Przeszkody na trasie
Rys. 23: Potrzeba lokalizacji przeszkód w pierwszej strefie Fresnela
Należy przy tym pamiętać, że przekrój poprzeczny strefy Fresnela jest kołem, innymi słowy
że należy ją rozpatrywać w trzech wymiarach, a to oznacza, że nie tylko obiekty pod i nad
– str. 49 z 94 –
linią bezpośredniej widoczności, ale także znajdujące się po obu stronach tej linii, mogą
przesłonić trasę fali radiowej.
Ten aspekt projektowania łącza radiowego należy również uwzględniać w sytuacji, gdy
antena montowana na dachu musi być odsunięta od jego krawędzi. W określonych sytuacjach
(np. łącza radiowe RLAN do sąsiadujących niskich budynków) część strefy Fresnela może
zostać przesłonięta przez krawędź dachu.
Tym samym projektując łącze RLAN, np. punkt do punktu pomiędzy dwoma budynkami,
jako łącze dostępu do Internetu, należy brać pod uwagę nie tylko linię widoczności optycznej,
ale także wszystkie przeszkody znajdujące się w strefie Fresnela.
4.2.
Obliczanie bilansu łącza radiowego
Poziom sygnału dostarczanego na wejście odbiornika PR [dBm] powinien być odpowiednio
wyższy od progu czułości tego odbiornika (dla danej częstotliwości, szybkości transmisji
i rodzaju modulacji), por. punkt 3.5. Margines pomiędzy wartością progową czułości
odbiornika a poziomem sygnału odbieranego ma zapewniać wymagane prawdopodobieństwo
dostępności łącza z uwzględnieniem, zależnie od przyjętego modelu, jednego lub więcej
spośród z następujących czynników, por. rys. 24:
– szum własny odbiornika,
– losowe zmiany tłumienia fali między anteną nadajnika i anteną odbiornika,
– zakłócenia wspólnokanałowe (od innych RLAN lub z innych źródeł),
– stałości parametrów nadajnika i odbiornika oraz tolerancji wykonania (różnice między
egzemplarzami tego samego typu).
Pt, Gt
LT
Nadajnik
PT
Pr, Gr
LR
PR
Odbiornik
Rys. 24: Podstawowe parametry bilansu łącza radiowego
Moc promieniowaną (e.i.r.p.) przez stację nadawczą wyraża zależność:
Pt + Gt, a przy tym Pt = PT – LT,
gdzie:
Pt [dBm]
Gt [dBi]
PT [dBm]
LT [dB]
– moc doprowadzona do anteny nadawczej,
– zysk anteny nadawczej,
– moc dysponowana na złączu antenowym nadajnika,
– tłumienie połączenia nadajnika z anteną nadawczą,
zatem moc wypromieniowana (e.i.r.p.) wynosi: PT – LT + Gt [dBm].
Moc doprowadzoną do wejścia odbiornika PR [dBm] wyraża zależność:
PR = Pr + Gr – LR ,
gdzie:
Pr [dBm]
– moc odbierana przez antenę izotropową,
Gr [dBi]
– zysk anteny odbiorczej względem izotropowej,
LR [dB]
– tłumienie połączenia anteny odbiorczej z odbiornikiem.
– str. 50 z 94 –
Jeżeli tłumienie trasy pomiędzy antenami wynosi LP [dB], to po przekształceniu:
PR = PT – LT + Gt – LP + Gr – LR [dB]
To równanie jest nazywane bilansem lub budżetem łącza radiowego (link budget). Obejmuje
parametry sprzętu, które można uzyskać z dokumentacji technicznej urządzeń RLAN, kabli,
złącz RF i anten oraz składnik LP, o charakterze zmiennej losowej, por. punkty 3.1 oraz 3.3
i 3.4. Łącze powinno być zrównoważone, tzn. marginesy PR w stosunku do wartości progowej
obliczone dla obu kierunków transmisji (downlink i uplink) powinny być takie same.
4.2.1.
Projektowanie łącza punkt-punkt
Poza wyborem wersji systemu projektowanie łącza punkt-punkt polega na obliczeniach
bilansu energetycznego łącza i optymalizacji parametrów zastosowanego sprzętu.
Podstawy teoretyczne do przeprowadzenia tego rodzaju obliczeń w zwartej formie znajdują
się w Zaleceniach ITU-R serii P, spośród których dla projektowania zasięgów użytecznych
podstawowym jest Zalecenie ITU-R P.530 [31], a dla projektowania zasięgów zakłóceniowych
Zalecenie ITU-R P.452 [32].
Oprócz lokalizacji stacji końcowych wyjściowymi parametrami do każdego projektu są:
·
istniejące ograniczenia:
– administracyjne – dotyczące np. maksymalnej mocy promieniowanej, umieszczania
masztów na budynkach i in.;
– techniczne – określające akceptowalne charakterystyki sprzętu w powiązaniu z kosztem
instalacji, np. rozmiar i masa anteny;
– techniczne – związane z ograniczeniami fizycznymi, np. wartość progowa poziomu na
wejściu odbiornika dla określonego rodzaju modulacji.
·
zakładana dostępność (availability) łącza.
Uwaga. Dostępność zalecana dla łączy profesjonalnych nie powinna być mniejsza niż
99,995% w roku dla jednego kierunku transmisji.
Projektanci mogą korzystać z różnych narzędzi wspomagających obliczanie. Proste programy
bazujące na obliczaniu tłumienia trasy w otwartej przestrzeni udostępnia na swoich stronach
wiele firm oferujących sprzęt dla radiowych sieci dostępowych.
Bardziej zaawansowane, jak opracowany w Instytucie Łączności "TrasaZ" [33], umożliwiają
obliczenie tłumienia trasy z uwzględnieniem: wysokości zawieszenia anten, tłumienia trasy
wynikającego z wielodrogowości i rodzaju terenu, tłumienia dyfrakcyjnego związanego
z przeszkodami w pierwszej strefie Fresnela i wpływu zjawisk atmosferycznych specyficznych
dla klimatu Polski, oraz obliczenie statystycznej dostępności łącza w okresie najgorszego
miesiąca i średnio w skali roku. W przypadku najbardziej zaawansowanych programów profil
trasy uzyskuje się z cyfrowych map terenu po wprowadzeniu współrzędnych punktów
końcowych trasy.
– str. 51 z 94 –
Przykład 1.
Wykorzystano program dostępny pod adresem:
http://www.antennspecialisten.se/en/support/WDT_linkbudget.html
Założenia:
Obliczanie bilansu łącza dla trasy w paśmie 2,4 GHz.
Długość trasy: 1 km.
System: 802.11g, standardowe wartości czułości odbiornika (por. punkt 3.5).
Margines dla zaników: 3 dB.
Uwaga. Program oblicza tłumienie trasy jako tłumienie w otwartej przestrzeni
(por. punkt 4.1.1, przykład dla 2,45 GHz & 1 km => FSPL = 100,2 dB).
Punkt A:
–
moc na złączu nadajnika: 13 dBm,
–
antena dookólna o zysku: 6 dBi,
–
kabel główny typu C2FCP o dł. 20 m: 4,86 dB
+ jumper z kabla RG223 o dł. 1 m: 0,9 dB
+ pigtail: 0,3 dB,
–
razem połączenie kablowe: 6,06 dB.
Punkt B:
–
moc na złączu nadajnika: 13 dBm,
–
antena panelowa o zysku: 12 dBi,
–
razem połączenie kablowe: 1 dB.
– str. 52 z 94 –
Rys. 25: Przykład ekranu programu wspomagającego projektowanie łącza RLAN
Legenda:
· kolor zielony – warunki właściwe,
· kolor żółty – zbyt mały margines dla zakłóceń,
· kolor czerwony – warunki niewłaściwe, brak komunikacji.
Wyniki symulacji przedstawione na rys. 25 wskazują na:
–
–
–
–
przekroczenie dopuszczalnej mocy promieniowanej w punkcie B (24 dBm),
poziom wejściowy gwarantujący pracę z szybkością transmisji 6 i 9 Mbit/s,
zbyt mały margines tłumienia łącza do pracy z szybkością 12 i 18 Mbit/s,
poziom wejściowy poniżej progu czułości dla większych szybkości transmisji.
Wniosek. Należy zmienić założenia projektu.
– str. 53 z 94 –
Przykład 2.
Wykorzystano: program firmy TIL-TEK:
Założenia:
Projektowanie łącza punkt-punkt między budynkami odległymi w linii prostej o 300 m.
System 802.11b.
Oszacowane tłumienie spowodowane dyfrakcją: 5 dB.
Pozostałe założenie i wyniki na wydruku ekranu (rys. 26), a objaśnienia w tablicy na następnej
stronie.
Ref.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Description
Data
Data
Site Name
Antenna Type
Antenna Gain (dBi)
Transmission Line Type
Transmission Line Loss (dB/100m)
Transmission Line Length (m)
Transmission Line Loss (dB)
Connector Loss (dB)
Divider / Combiner Loss (dB)
Equipment Tolerances (dB)
Punkt dostêpu
Omni 1
9
LMR-400
21,950
20
4,39
0,5
0
0,5
Klient nr xx
Panel 1
9
LMR-400
21,950
10
2,20
0,5
0
0,5
11
12
13
14
15
16
17
Path Length (Km)
Frequency (GHz)
Free Space Attenuation (dB)
Diffraction Loss (dB)
Radio Type
Transmitter Power (dBm)
Free Space Receive Signal Level (dBm)
Access Point
16
-72,36
Terminal
13
-69,36
18
Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) (dBm )
19,61
18,81
19
20
21
Receiver Threshold Criteria (BER)
Receiver Threshold Level (dBm)
Thermal Fade Margin (dB)
BER 10 EXP-6
-76
3,64
BER 10 EXP-6
-76
6,64
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Refractivity Gradient Below -100N/km PL (%)
Site A Altitude (ASL) (m)
Site B Altitude (ASL) (m)
Site Latitude (oN or oS)
Longitudinal Coefficient Clon (dB)
Ste A Antenna Height (AGL) (m)
Site B Antenna Height (AGL) (m)
Worst Month Availability (%)
Worst Month Outage Time (sec.)
One Way Annual Availability (%)
One Way Annual Outage Time (sec.)
0,30
2,45
89,78
5
5
600
605
605
600
52
3
20
12
99,999194
21,18
99,999971
9,13
12
20
99,999998
0,04
100,000000
0,02
Rys. 26: Przykład ekranu programu wspomagającego projektowanie łącza punkt-punkt
– str. 54 z 94 –
Objaśnienia do rys. 26.
Ref.
1
2
3
4
Description
Site Name
Antenna Type
Antenna Gain [dBi]
Transmission Line
Type
5 Transmission Line
Loss [dB/100m]
6 Transmission Line
Length [m]
7 Transmission Line
Loss [dB]
Opis
Nazwa obiektu dla potrzeb identyfikacji
Typ zastosowanej anteny, dla potrzeb identyfikacji
Znamionowy zysk anteny zastosowanej w danym obiekcie
Rodzaj kabla antenowego, który ma być użyty do połączenia
anteny nadawczej / odbiorczej
Tłumienie kabla antenowego [dB/100 m] na częstotliwości
roboczej (wg danych producenta)
Długość kabla antenowego [m] użytego do połączenia
nadajnika / odbiornika z anteną
T ×L
Tłumienie kabla antenowego obliczone wg wzoru: L T ,
100
gdzie: TL tłumienie [dB/100 m], LT długość kabla [m].
8 Connector Loss [dB]
Oszacowane tłumienie złącza RF użytego do połączenia kabla
z nadajnikiem / odbiornikiem, – jeżeli brak danych producenta.
Należy przyjąć nie mniej niż 0,25 dB / złącze.
9 Divider / Combiner
Jeżeli w systemie jest układ rozdzielający moc na dwie anteny
Loss [dB]
lub sumujący moc dwóch urządzeń radiowych należy wpisać
tłumienie pomiędzy jego portami wejścia / wyjścia wg danych
producenta.
10 Equipment Tolerances Parametr obejmuje tolerancje parametrów zależnie od
[dB]
egzemplarza (±∆ względem wartości znamionowej) oraz nie
uwzględnione tłumienie innych elementów.
11 Path Length [km]
Długość trasy [km]
12 Frequency [GHz]
Częstotliwość [GHz] zwykle środkowa częstotliwość pasma.
13 Free Space Attenuation Tłumienie w otwartej przestrzeni [dB]:
[dB]
92,4 + 20log(d) + 20log(F), gdzie:
d – długość trasy [km]
F – częstotliwość [GHz]
14 Diffraction Loss [dB] Jeżeli trasa jest przesłonięta należy oszacować i wpisać
tłumienie wnoszone wskutek dyfrakcji. Jeżeli pierwsza strefa
Fresnela jest wolna w co najmniej 60% wpisać 0.
15 Radio Type
Miejsce na wpisanie typu urządzenia (opcja)
16 Transmitter Power
Moc wyjściowa nadajnika [dBm]
17 Free Space Receive
Poziom sygnału oczekiwany na wejściu odbiornika [dBm]
Signal Level
przy uwzględnieniu następujących składników budżetu łącza:
– mocy nadajnika [dBm],
– sumy zysków anteny nadawczej i odbiorczej [dBi],
– sumy tłumienia kabli antenowych [dB],
– sumy tłumienia wszystkich złącz kablowych [dB],
– sumy tłumienia dzielników / sumatorów mocy [dB],
– tłumienie otwartej przestrzeni [dB],
– tłumienie wskutek dyfrakcji [dB].
18 Effective Isotropic
Równoważna moc promieniowana izotropowo przez antenę.
Radiated Power
Parametr istotny ze względu na istniejące ograniczenia
[EIRP]
administracyjne.
P (e.i.r.p.) [dBm] jest obliczana jako suma mocy nadajnika
[dBm] i zysku anteny [dBi] minus suma tłumienia wszystkich
– str. 55 z 94 –
złącz kablowych, kabli, dzielników / sumatorów mocy
i tolerancji wykonania [dB].
19 Receiver Threshold
Wartość progowa poziomu sygnału [dBm] przyjęta dla danego
Criteria [BER]
BER jako czułość odbiornika.
20 Receiver Threshold
Wartość progowa poziomu sygnału [dBm] przyjęta jako
Level [dBm]
czułość odbiornika dla danego BER
21 Thermal Fade Margin Różnica pomiędzy poziomem sygnału oczekiwanym na
[dB]
wejściu odbiornika, a wartością progową określa margines
poziomu sygnału [dB] ponad wartością wymaganą
pozostawiony dla uniknięcia skutków sporadycznych zaników.
22 Refractivity Gradient Określa procent czasu, pomiędzy 0 a 100%, gdy względny
Below
współczynnik refrakcji w danym rejonie geograficznym jest
–100N/km (PL) [%]
poniżej –100 N/km.
Parametr konieczny dla obliczenia dostępności wg zalec.
ITU-R P.530.
23 Site A Altitude
Wysokość ponad poziomem morza stacji A. Parametr
(AMSL) [m]
potrzebny do policzenia kąta nachylenia trasy i kąta padania
wg zalec. ITU-R P.530.
24 Site B Altitude
Wysokość ponad poziomem morza stacji B. Parametr
(AMSL) [m]
potrzebny do policzenia kąta nachylenia trasy i kąta padania
wg zalec. ITU-R P.530.
25 Site Latitude [ºN or ºS] Szerokość geograficzna w stopniach. Parametr potrzebny do
obliczenia dostępności wg zalec. ITU-R P.530.
26 Longitudinal
Współczynnik zależny od lokalizacji geograficznej [dB],
Coefficient (Clon)
w Europie 3 dB.
[dB]
Parametr potrzebny do obliczenia dostępności
wg zalec. ITU-R P.530.
27 Site A Antenna Height Wysokość zawieszenia anteny A nad poziomem gruntu
(AGL) [m]
Parametr potrzebny do obliczenia dostępności
wg zalec. ITU-R P.530.
28 Site B Antenna Height Wysokość zawieszenia anteny B nad poziomem gruntu
(AGL) [m]
Parametr potrzebny do obliczenia dostępności
wg zalec. ITU-R P.530.
29 Worst Month
Procent czasu [%], w którym poziom sygnału oczekiwany na
Availability [%]
wejściu odbiornika, dla danej lokalizacji stacji, jest powyżej
wartości progowej podczas zaników najgorszego miesiąca
Obliczenie wg zalec. ITU-R P.530.
30 Worst Month Outage
Czas niedyspozycji w najgorszym miesiącu [sek]. Oszacowany
Time [sec]
czas w sekundach, w którym poziom sygnału oczekiwany na
wejściu odbiornika podczas zaników najgorszego miesiąca jest
poniżej wartości progowej.
31 One Way Annual
Roczna dostępność w jednym kierunku.
Availability [%]
Procent czasu [%], w którym poziom sygnału oczekiwany na
wejściu odbiornika, dla danej lokalizacji stacji, jest powyżej
wartości progowej wskutek zaników w okresie roku
Obliczenie wg zalec. ITU-R P.530.
32 One Way Annual
Łączny czas niedyspozycji w ciągu roku dla jednego kierunku.
Outage Time [sec]
Oszacowany czas [sek], w którym poziom sygnału oczekiwany
na wejściu odbiornika wskutek zaników w ciągu roku jest
poniżej wartości progowej.
– str. 56 z 94 –
4.2.2.
Projektowanie łącza punkt do wielu punktów
Każde łącze w sieci punkt do wielu punktów (PMP) można traktować jako osobne łącze
punkt-punkt i obliczyć dla niego bilans energetyczny. W tym sensie proces projektowania
takiej sieci nie różni się od opisanego w punkcie 3.2.1 projektowania łącza punkt-punkt.
Istotna różnica w stosunku do obliczeń stosowanych dla łącza punkt-punkt polega na tym, że
należy uwzględnić charakterystykę kierunkową promieniowania anteny punktu dostępowego,
ponieważ w przypadku stosowania anteny sektorowej azymuty stacji użytkowników mogą nie
pokrywać się z kierunkiem maksymalnego promieniowania anteny. Zatem jeżeli AP jest
wyposażony w antenę kierunkową, to do bilansu każdego łącza sieci PMP należy wprowadzić
dodatkowe tłumienie LΘ zawiązane z kątem Θ pomiędzy azymutem stacji użytkownika,
a kierunkiem, dla którego wyznaczono zysk anteny.
W Instytucie Łączności w Warszawie opracowano program [33] do obliczania tras naziemnych
mikrofalowych linii radiowych o nazwie "TrasaZ". Program ten może być wykorzystany do
obliczania tłumienia trasy w łączach punkt-punkt i punkt do wielu punktów.
Ze względu na szerszy kąt promieniowania anten trudniejsza staje się koordynacja zasięgów
zakłóceniowych.
W przypadku sieci punkt do wielu punktów ze stacjami wyposażonymi w anteny montowane
na zewnątrz budynków może być konieczne wyznaczenie całkowitej mocy zakłóceń (Total
Interfering Power, TIP), obliczonej dla pasma odbiornika z uwzględnieniem jego
selektywności wg Zalecenia ECC/REC 01-05 [34] wg formuły:
j=m
æ i=n
(Pa j / 10) ö
÷ [dBm], gdzie:
TIP = 10 log çç å 10 (Pc i / 10) + å 10
÷
i
=
1
j
=
1
è
ø
Pci [dBm] całkowita moc "i-tego" zakłócenia wspólnokanałowego spośród n uwzględnianych,
Paj [dBm] całkowita moc "j-tego" zakłócenia sąsiedniokanałowego spośród m uwzględnianych.
Zaleca się analizowanie wpływu wszystkich źródeł zakłóceń w zakresie częstotliwości
±250% odstępu kanałowego odbiornika metodą określania gęstości mocy osobno dla każdego
1 MHz pasma.
4.3.
Zasięg na zewnątrz budynków dla terminali noszonych
Przykładem modelu semi-empirycznego opracowanego do obliczeń tłumienia tras w małych
komórkach w warunkach rzeczywistych [27, 28] jest model COST 231 – Walfisch-Ikegami
(COST 231-WI), /6 w którym uwzględnia się charakterystyki zabudowy miejskiej, wysokość
budynków, szerokość ulic, odległość między budynkami i kierunek dróg względem kierunku
trasy radiowej, przy wysokości zawieszenia anteny nadawczej między 4 a 50 m, odbiorczej
między 1 a 3 m, odległość między nadajnikiem i odbiornikiem 0,02 do 5 km.
W modelu COST 231-WI wyróżnia się dwa przypadki:
·
bezpośredniej widoczności anten (LOS), dla takiej trasy tłumienie oblicza się według
zależności:
LLOS [dB] = 42,6 +26 log d [km] + 20 log f [MHz]
/6
Model optymalizowany dla zakresu częstotliwości 800 MHz do 2000 MHz. Tu wskazany jako jeden
z możliwych do wykorzystania modeli semi-empirycznych.
– str. 57 z 94 –
braku bezpośredniej widoczności anten (NLOS), dla takiej trasy tłumienie oblicza się
według zależności:
·
LNLOS [dB] = Lfs + Lrts + LMSD, gdzie:
Lfs [dB] = 32,44 +20 log d [km] + 20 log f [MHz] jest tłumieniem w otwartej przestrzeni,
a Lrts, LMSD są funkcjami wielu parametrów, por Zalecenie ITU-R P.1411 [30], przy czym:
Lrts – opisuje tłumienie między anteną stacji bazowej (na dachu), a poziomem ulicy
(roof-to-street loos),
LMSD
– opisuje tłumienie wskutek wielokrotnej dyfrakcji (multi-diffraction loss).
4.4.
Tłumienie fali w pomieszczeniach
Propagację fal radiowych wewnątrz budynków charakteryzują [35]:
– na ogół małe odległości pomiędzy przeszkodami, różnorodność i zmienność przeszkód
(ściany, stropy, meble i inne wyposażenie),
– zmienność sytuacji (drzwi otwarte / zamknięte, przechodzące osoby),
– zmienność otoczenia na małej odległości,
– małe odległości między komunikującymi się urządzeniami.
Ze względu na wielokrotne odbicia sygnału radiowego od podłogi, sufitu, ścian i wyposażenia
pomieszczeń, rys. 27, jest to środowisko "niepowtarzalne", trudne do odwzorowania za
pomocą uniwersalnych modeli propagacji fal radiowych, które dają się stosować w postaci
formuł przydatnych do obliczeń inżynierskich.
Fa
l
a
Fal
ao
zp
dbi
oś
ta
re
dn
Fala odb
ia
ita
be
Rys. 27: Odbicia sygnału od ścian i wyposażenia pomieszczeń
W dostępnej literaturze przedstawiono kilka metod oszacowania tłumienia trasy wewnątrz
pomieszczeń.
W zaleceniu ITU-R P.1238-3 [35] zakłada się, że AP i terminal znajdują się w tym samym
budynku. Uwzględnia się tłumienie fal pomiędzy piętrami, co pozwala planować wykorzystanie częstotliwości na poszczególnych piętrach. Każdą ścianę można traktować jako dodatkowe
tłumienie. Do obliczania tłumienia trasy podano formułę:
Lt = 20 log f + 10 n log D + L f ( N ) - 28 [dB], gdzie:
Lt
f
D
- całkowite tłumienie trasy [dB],
- częstotliwość fali [MHz],
- odległość terminal – AP [m],
– str. 58 z 94 –
n
- współczynnik charakteryzujący środowisko propagacji, przy czym:
n = 3,2 dla pomieszczeń biurowych,
n = 2,8 dla wnętrza domowego,
N - liczba pięter,
Lf(N)
- tłumienie pięter [dB].
Dla typowych zakresów częstotliwości stosowanych w RLAN wzór można uprościć do
postaci:
Lt (2,45 GHz) @ 40 + 10 n logD + L f (N) [dB],
Lt (5,2 GHz) @ 46 + 10 n logD + L f (N) [dB].
Dla budynku biurowego: L f = 15 + 4 ( N - 1) [dB] przy częstotliwości rzędu 2 GHz,
Lf = 16 dB dla piętra przy częstotliwości 5,2 GHz.
Zwrócono uwagę na to, że:
·
na trasach, gdzie do terminala dochodzi i dominuje składowa bezpośrednia (LOS), np.
w halach, dużych sklepach detalicznych, można przyjąć n ≈ 2;
Niektórzy autorzy stosują tę zasadę w odległości do 8 m.
·
korytarze wykazują tłumienie mniejsze niż obserwowane w otwartej przestrzeni, można
przyjąć n ≈ 1,8;
·
propagacja na długiej trasie z występującymi przeszkodami, zaburzającymi pierwszą
strefę Fresnela n ≈ 2 do 4;
·
przy propagacji przez przeszkody, np. z pokoju do pokoju, należy przyjmować n ≈ 4;
·
wszystkie kanały nawiewu powietrza, instalacje elektryczne i podwieszane sufity
zwiększają wypadkowe tłumienie piętra.
Standardowa dewiacja tłumienia trasy w pomieszczeniach wynosi ok. 10 dB dla pasma
2,4 GHz i ok. 12 dB dla pasma 5,2 GHz.
Znany producent urządzeń RLAN Atheros Communications [37] zaleca inną formułę
szacowania tłumienia sygnału o częstotliwości 2,4 GHz w pomieszczeniach:
Li[dB] = L(1) + 10 log[Dn] = L(1) + 10 n log(D) gdzie:
L(1) – tłumienie w odległości 1 m od AP, wynoszące 41 dB,
D – odległość [m],
n
– wykładnik charakteryzujący tłumienie środowiska, równy:
n=2
dla otwartej przestrzeni,
n = 3,3 dla otwartej przestrzeni biurowej,
n = 4,5 dla domu.
Posługując się tą zależnością można wyznaczyć tłumienie trasy pomiędzy pierwszym
punktem znajdującym się np. w odległości 10 m, a kolejnymi punktami odległymi od siebie
np. o 10 m. Wyniki obliczeń przedstawiono w tab. 4 oraz w formie wykresów na rys. 28.
Tab. 4: Tłumienie trasy o długości do 100 m w różnych ośrodkach
D [m]
2
n 3,3
4,5
10
61,0
74,0
86,0
20
67,1
84,0
99,6
30
70,6
89,8
107,5
40
73,1
93,9
113,1
50
75,0
97,1
117,5
60
76,6
99,7
121,1
70
78,0
101,9
124,1
80
79,1
103,9
126,7
90
80,1
105,5
129,0
100
81,0
107,0
131,0
– str. 59 z 94 –
140
130
Tłumienie L [dB]
120
110
100
90
80
70
60
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Odległość D [m]
n=2
n = 3,3
n = 4,5
Rys. 28: Tłumienie fali 2,4 GHz na odcinku pomiędzy 10 m i 100 m od źródła
Wyniki zestawione w tablicy dowodzą, że im dalej od AP znajduje się terminal użytkownika,
tym bardziej krytyczna dla uzyskiwania zasięgu większego o następne 10 m staje się
obecność na drodze fali obiektu wprowadzającego dodatkowe tłumienie.
Należy przy tym pamiętać, że nawet w przypadku, gdy nadajnik i odbiornik są stacjonarne
kanał radiowy w pomieszczeniu ma charakter dynamiczny, ze względu na to, że obiekty
rozpraszające i odbijające fale mogą się przemieszczać.
Z tego względu odniesieniem do projektów propagacyjnych w pomieszczeniach stają się
zwykle wstępne pomiary wykonywane w obiekcie z użyciem znanego nadajnika umieszczanego
w projektowanej lokalizacji AP i przenośnej aparatury pomiarowej monitorującej poziom
sygnału odbieranego i ewentualnie występowanie zakłóceń wspólnokanałowych.
4.5.
Stosowanie odbioru zbiorczego
Jedną z metod kompensacji zaników sygnału powodowanych propagacją wielodrogową fali
między AP i urządzeniami przenośnymi lub noszonymi jest stosowanie odbioru zbiorczego.
W systemach antenowych RLAN stosuje się trzy sposoby realizacji odbioru zbiorczego:
– przestrzenny (special diversity),
– polaryzacyjny (polarisation diversity),
– kątowy, realizowany za pomocą kształtowania charakterystyki promieniowania anteny,
(pattern or angle diversity).
Zastosowanie odbioru zbiorczego może zwiększyć dynamiczną czułość odbiornika (tj.
czułość definiowaną w warunkach zaników sygnału) o kilka dB. W obliczeniach dotyczących
bilansu energetycznego łącza, por. punkt 3.2, efekt odbioru zbiorczego można uwzględnić
jako zmniejszenie marginesu poziomu sygnału, wymaganego ze względu na zaniki sygnału,
względem wartości progowej.
Odbiór przestrzenny polega na zastosowaniu co najmniej dwóch anten tego samego typu
umieszczonych od siebie w odległości kilku długości fali, takiej by prawdopodobieństwo
– str. 60 z 94 –
korelacji zaników w obu punktach odbioru było jak najmniejsze. W najprostszym przypadku
urządzenie odbiorcze przełącza się na tę antenę, która w danym momencie wytwarza sygnał
o wyższym poziomie. W systemach bardziej złożonych stosuje się sposoby wyboru toru
odbiorczego (anteny) polegające na pomiarze stosunku sygnału do szumu i wyborze toru
zapewniającego jego większą wartość.
Dwie anteny i dwa tory przestrzennego odbioru zbiorczego spotyka się często zarówno
w fabrycznym wyposażeniu stacjonarnych punktów dostępu, jak i wewnątrz przenośnych
komputerów.
Odbiór polaryzacyjny polega na stosowaniu dwóch anten odbiorczych, które mają zarówno
polaryzację pionową i poziomą. Ze względu na to, że na skutek wielokrotnych odbić może
następować również zmiana polaryzacji fali, stosowanie anten, które mają zarówno
polaryzację pionową i poziomą może dać do 3 dB zysku w porównaniu z systemem,
w którym są stosowane anteny spolaryzowane liniowo tylko w jednym kierunku.
Odbiór kątowy dotyczy przenośnych terminali stosowanych w sieciach RLAN instalowanych
w pomieszczeniach. Wskutek przenoszenia z miejsca na miejsce w czasie komunikacji z AP
urządzenie użytkownika może znajdować się pod dowolnym kątem względem anteny AP,
nawet bezpośrednio pod nią. Z tego względu optymalna charakterystyka anteny urządzenia
przenośnego powinna mieć kształt półkuli, pozwalający na odbiór sygnału z dowolnego
punktu powyżej płaszczyzny ziemi.
Problem ten jest rozwiązywany różnymi sposobami, np. przez zastosowanie dwóch anten,
z których jedna ma charakterystykę dookólną z maksimum zysku leżącym w płaszczyźnie
poziomej (w płaszczyźnie urządzenia), a druga charakterystykę kierunkową o kształcie stożka
z maksimum zysku w kierunku prostopadłym do kierunku urządzenia. Odbiornik może
przełączyć się na tą antenę, która w danym momencie wytwarza sygnał o większym
poziomie.
4.6.
Zakłócenia wspólnokanałowe
Jeżeli zachodzi potrzeba pokrycia obszaru, gdzie ze względu na jego rozmiar, przeszkody
propagacyjne lub wymaganą pojemność sieci nie wystarcza jeden AP, należy zastosować
większą liczbę AP wykorzystując zasady planowania częstotliwości znane z teorii radiowych
sieci komórkowych. W przypadku pasma 2,4 GHz istotnym ograniczeniem jest liczba
dostępnych kanałów, jak podano w punkcie 2.6.2.
Jeżeli wymagana liczba AP jest większa niż liczba dostępnych kanałów i zachodzi potrzeba
ponownego wykorzystywania tych samych częstotliwości, to transmisje w innych komórkach
wykorzystujących te same częstotliwości spowodują wzrost poziomu zakłóceń w kanałach
radiowych używanych wielokrotnie w bliskich lokalizacjach. Przyrost poziomu zakłóceń
zależy od obciążenia ruchem w komórkach zakłócających i planu wykorzystania
częstotliwości.
Dla uzyskania wymaganej jakości transmisji radiowej stosunek C/I sygnału użytecznego C do
poziomu zakłóceń I na wejściu odbiornika powinien być większy niż wartość progowa,
wymagana dla stosowanych szybkości transmisji i rodzaju modulacji, punkt 3.5.
W idealizowanym modelu dwuwymiarowej sieci radiowej, w której komórki radiowych
punktów dostępu (AP) tworzą regularną siatkę sześciokątną lub czworokątną, w której M
sąsiadujących komórek, tworzących tzw. klaster, wykorzystuje różne częstotliwości fal nośnych
(kanały radiowe), poziom zakłóceń wspólnokanałowych jest funkcją stosunku D/R, gdzie:
– str. 61 z 94 –
–
–
D jest minimalną odległością pomiędzy środkami komórek używających tej samej
częstotliwości (zakłócanym AP i zakłócającym AP znajdującym się w najbliższej
komórce wykorzystującej ten sam kanał radiowy);
R oznacza promień (zasięg) komórki.
Można wykazać, że dla komórek o kształcie sześciokąta D R = 3 M , dla każdej
dopuszczalnej wartości M, która wynika z formuły: M = i 2 + ij + j 2 , gdzie: i, j = 0, 1, 2, 3 …,
a stąd M = {1, 3, 4, 7, 9, 12 …}.
Jak powiedziano w punkcie 2.6.2. w sąsiadujących komórkach RLAN standardów 802.11
należy stosować różne częstotliwości, stąd praktycznie dla potrzeb planowania siatki
częstotliwości RLAN można brać pod uwagę: M = {3, 4 i 7}, rys. 29.
B
G
B
C
B
C
A
C
A
F
A
D
D
E
Rys. 29: Użycie częstotliwości w komórkach sąsiednich M = {3, 4 i 7}
Większa liczba dostępnych częstotliwości pozwala na planowanie większych odległości
między AP wykorzystującymi te same kanały radiowe. Na rys. 30 pokazano dwa sposoby
pokrycia tego samego obszaru za pomocą tej samej liczby idealizowanych sześciokątnych
komórek. W przypadku sieci tworzonej w trzech kanałach, pokazanej po lewej stronie tego
rysunku, AP po środku sieci otaczają dwa pierścienie komórek z AP pracującymi w tym
samym kanale, liczące razem 6 + 12 = 18 źródeł zakłóceń wspólnokanałowych.
W przypadku sieci z użyciem siedmiu częstotliwości, pokazanej po prawej stronie rysunku,
na tym samym obszarze będzie tylko 6 źródeł zakłóceń wspólnokanałowych, leżących dalej
od zakłócanego AP niż 6 źródeł zakłóceń pierwszego pierścienia występujących w sieci
z trzema częstotliwościami.
Jak widać wykorzystanie do planowania sieci siedmiu kanałów zmniejsza poziom zakłóceń
wspólnokanałowych w porównaniu do sieci, w której zastosowano trzy kanały. Daje to
możliwość korzystania z większych przepływności kanału radiowego i w efekcie zwiększa
pojemność sieci. /7
Zwiększenie D/R, czyli przestrzennej separacji między komórkami względem zasięgu
komórki, przy danym M powoduje zmniejszenie poziomu zakłóceń wspólnokanałowych, ale
także zmniejszenie przepływności i w efekcie zmniejszenie pojemność sieci.
/7
Tego rodzaju optymalizację można przeprowadzić w paśmie 5 GHz, gdyż w paśmie 2,4 GHz dostępne są
tylko trzy niezachodząca na siebie kanały radiowe.
– str. 62 z 94 –
a) M = 3,
18 źródeł zakłóceń
b) M = 7
6 źródeł zakłóceń
Rys. 30: Wpływ M na liczbę źródeł zakłóceń wspólnokanałowych na danym obszarze
Zakłócenia wspólnokanałowe mogą także pochodzić od nadajników innych systemów
radiowych wykorzystujących to samo pasmo częstotliwości. Zwłaszcza w paśmie 2,4 GHz
prawdopodobieństwo tego rodzaju zakłóceń jest duże, gdyż oprócz urządzeń standardów
802.11b/g w paśmie tym mogą pracować także inne radiowe urządzenia bliskiego zasięgu
[11 ÷ 15, 17, 22] np. systemu Bluetooth, por. punkt 6.1.3, domowe łącza wideo, a w Polsce
w niektórych regionach także stacjonarne radiowe systemy dostępowe eksploatowane przez
operatorów publicznych sieci telefonicznych, pracujące z FHSS. Nie należy również
zapominać, że pasmo 2,4 GHz jest pasmem ISM wykorzystywanym także do celów
niezwiązanych z telekomunikacją, w radiowych systemach identyfikacji, automatycznym
sterowaniu procesami przemysłowymi i w kuchenkach mikrofalowych.
W przypadku sieci RLAN instalowanych w budynkach piętrowych należy się liczyć również
z zakłóceniami powstającymi na kondygnacjach poniżej i powyżej.
W takich instalacjach można przyjąć zasadę polegającą na utworzeniu dwóch różnych
podzbiorów kanałów radiowych: jeden jest stosowany na piętrach o numerach nieparzystych,
a drugi na piętrach o numerach parzystych. Należy przygotować plany częstotliwości dla
każdego piętra, skoordynowane z planami dla przekrojów pionowych. Schemat takiego planu
pokazano na rys. 31. W modelu trójwymiarowym odległość między komórkami
wykorzystującymi ten sam kanał jest proporcjonalna do pierwiastka trzeciego stopnia ze
współczynnika ponownego wykorzystania częstotliwości M (podczas gdy w modelu
dwuwymiarowym proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego). Innymi słowy jeżeli
w dwóch wymiarach wystarczał współczynnik wykorzystania równy 4 (cztery częstotliwości), to
w modelu trójwymiarowym dla zachowania tej samej odległości koordynacyjnych potrzeba
ośmiu częstotliwości.
W wielopiętrowym budynku liczba komórek zakłócających wzrasta. O ile dla jednej
kondygnacji, jak pokazano wcześniej na rys. 30, w pierwszym pierścieniu wokół
analizowanej stacji może się znajdować do sześciu źródeł zakłóceń wspólnokanałowych, to
w modelu trójwymiarowym względnie blisko mogą znajdować się po trzy źródła na
kondygnacjach ±1 względem rozważanej, a więc razem 6 kolejnych. Zatem należy się liczyć
ze wzrostem mocy zakłóceń wspólnokanałowych o co najmniej 3 dB.
– str. 63 z 94 –
G
E
G
F
H
F
H
A
C
A
C
B
D
B
D
C
A
C
A
D
B
D
B
E
G
E
G
H
F
H
F
G
E
G
E
H
F
H
F
C
A
C
A
D
B
D
B
A
C
A
C
B
D
B
D
G
E
G
E
F
H
F
H
E
G
E
G
F
H
F
H
A
C
A
C
B
D
B
D
C
A
C
A
D
B
D
B
E
G
E
G
H
F
H
F
Plan parteru
<= Front budynku
E
III
H
F
H
F
II
E
G
E
G
I
D
B
D
B
P
C
A
C
A
Plan I piętra
Plan II piętra
Plan III piętra
Przekrój frontu
gdzie:
A, B, C, D, E, F, G, H oznacza osiem częstotliwości nienakładających się na siebie
kanałów radiowych
Rys. 31: Przykład planowania częstotliwości w budynku wielopiętrowym
W praktyce bardziej odległe komórki nie mają wpływu, gdyż betonowe stropy oddzielające
piętra tłumią sygnał o kilka dB. Istotne jest również takie dobranie charakterystyk
promieniowania anten AP by promieniowały falę z pochyleniem w kierunku podłogi piętra na
którym są instalowane. Nie zmienia to faktu, że charakterystyki promieniowania anten
terminali, zwłaszcza użytkowników nomadycznych, mogą być zasadniczo różne od
zakładanych i w konsekwencji sporadycznie w sieci będą pojawiać się zakłócenia.
4.7.
Zakłócenia w sieci kratowej
Analizę sieci kratowej można przeprowadzić posługując się modelem z rys. 32 przedstawiającym
regularną siatkę sześciokątną. W każdym wierzchołku każdego z sześciokątów znajduje się
jeden węzeł sieci. Ustalając odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami można analizować różne
scenariusze budowy sieci. Jeżeli odległość pomiędzy sąsiednimi węzłami wynosi r, to
względem każdego z węzłów znajdują się:
- 3 węzły w odległości r,
- 6 węzłów w odległości r 3 ,
- 3 węzły w odległości 2r,
3r 3
- 6 węzłów w odległości
,
2
- 6 węzłów w odległości 3r,
- itd.
– str. 64 z 94 –
Urządzenia, które są blisko siebie nie mogą nadawać w tym samym czasie, w tym samym
kanale. Można przyjąć, że zasada ta dotyczy wszystkich węzłów w odległości ≤ 2r, z czego
wynika, że gdy dany węzeł nadaje, to wszystkie węzły leżące w wierzchołkach trzech
sześciokątów stykających się z danym węzłem nie mogą nadawać, a więc dotyczy to 12
węzłów.
Aktywność nadajnika w węźle w znacznym stopniu będzie zależeć od jego miejsca w sieci, tj.
od ilości ruchu, który będzie kierowany za jego pośrednictwem z innych / do innych węzłów.
Dla uproszczenia analizy można przyjąć średnią aktywność węzła oraz średnią liczbę etapów
(skoków) dla pakietu. Np. 3 skoki angażują nadajnik źródła danych i dwa pośredniczące.
Jeżeli średnia aktywność jednego węzła wynosi 5%, to średnie obciążenie sieci będzie
wynosić 15%.
Anteny powinny zapewniać łączność z właściwymi węzłami. Stosowanie anten kierunkowych
(sektorowych) umożliwia unikanie zakłóceń na skutek promieniowania energii w kierunkach
innych niż pożądany.
Rys. 32 Model sieci kratowej do obliczeń zakłóceń wspólnokanałowych
5.
Obsługa ruchu w radiowej sieci lokalnej
Są dwie podstawowe, współzależne miary charakteryzujące każdą radiową sieć dostępową,
a więc i RLAN: pojemność sieci i pokrycie sieci. Obie są ściśle związane z odległościami
pomiędzy AP (gęstością AP na danym obszarze). Jeżeli założyć, że parametry urządzeń, takie
jak moc nadawana / promieniowana, czułość odbiornika i inne są stałe, to liczba dostępnych
kanałów radiowych i trzy wymienione parametry określają możliwości zaprojektowania sieci.
Pojemność jest sumą przepływności, które radiowa sieć lokalna może zapewnić
użytkownikom, z uwzględnieniem wszystkich zjawisk, które w rzeczywistości mogą
oddziaływać na pojemność pojedynczego AP i wielu AP.
Pokrycie odnosi się do obszaru, na którym sygnał radiowy jest emitowany i jest definiowane
jako prawdopodobieństwo, że użytkownik w danej lokalizacji będzie miał możliwość
komunikowania się z AP. Pojemność i pokrycie są współzależne i związane z odległościami
pomiędzy AP, które pośrednio są związane z wielkością obszaru, na którym sieć ma
zapewniać połączenia.
– str. 65 z 94 –
5.1.
Pojemność sieci RLAN
5.1.1.
Uwarunkowania systemowe
Przystępując do analizy pojemności sieci i przepływności udostępnianej pojedynczemu
terminalowi użytkownika należy zdawać sobie sprawę z ograniczeń związanych
z mechanizmami transmisji zaprojektowanymi w normach serii 802.11. Z wielu względów,
które wymieniono w tym punkcie, przepływności dostępne i osiągane przez użytkownika
RLAN są mniejsze od maksymalnej szybkości transmisji radiowej wynikającej ze
specyfikacji IEEE serii 802.11, por. punkty 2.6.2 i 2.6.3.
Systemy z serii 802.11 wykorzystują dupleks w dziedzinie czasu, tzn. nadawanie i odbiór
następują na przemian w tym samym paśmie częstotliwości, ale nie jednocześnie. Oznacza to,
że przepływność kanału radiowego jest dzielona pomiędzy oba kierunki transmisji, czyli jest
dzielona pomiędzy nadajnikiem punktu dostępu (downlink) a nadajnikami wszystkich
aktywnych terminali (uplink). Im większa liczba aktywnych terminali, tym mniejsza średnia
przepływność przypadająca na jeden terminal.
Ponadto, ze wzrostem liczby terminali jednocześnie aktywnych w sieci, rośnie prawdopodobieństwo kolizji w wyniku prób uzyskania dostępu do wspólnego kanału radiowego.
Standardowy protokół CSMA/CA porządkuje zasady dostępu do medium, ale nie eliminuje
wszystkich kolizji. Bo jeżeli z punktu lokalizacji terminala kanał wydaje się wolny, to
rozpoczęcie nadawania może spowodować kolizję, gdyż terminale nie odbierają wszystkich
sygnałów innych terminali klienckich (wszystkie terminale muszą być w zasięgu AP, ale nie
muszą być w zasięgu wzajemnie). Jeżeli nastąpi kolizja powstaje dodatkowe opóźnienie
w przesłaniu pakietu, wynikające z konieczności oczekiwania na ponowny dostęp do kanału,
powtórzenia transmisji pakietu i odbiór potwierdzenia przesłania, obserwowane jako zmniejszenie
przepływności, związane z czasem oczekiwania i powtarzaniem zakłóconych pakietów.
Dlatego prawdopodobieństwo kolizji powinno być małe, a to oznacza, że liczba terminali
aktywnych w komórce obsługiwanej przez AP musi być ograniczona.
5.1.2.
Przypadek pojedynczego punktu dostępu
Szybkość przesyłania danych w łączu radiowym ma związek z poziomem sygnału
odbieranego, a ściślej ze stosunkiem poziomu sygnału użytecznego do poziomu zakłóceń na
wejściu odbiornika (SNR). Jak pokazano w punkcie 3.5, w obrębie tego samego systemu
802.11a, 802.11b lub 802.11g wydajne metody modulacji wymagają znacznie większego
poziomu sygnału użytecznego niż metody o mniejszej szybkości transmisji. Ponieważ
zgodnie z zasadami omówionymi w punkcie 4, tłumienie trasy narasta proporcjonalnie n-tej
potęgi odległości między komunikującymi się urządzeniami (gdzie n ≥ 2), więc im dalej od
AP znajduje się terminal użytkownika, tym prawdopodobnie mniejsze natężenie pola sygnału
radiowego, a skutkiem tego mniejsza osiągana przepływność łącza.
Ponieważ urządzenia zgodne z normami z serii 802.11 monitorują jakość sygnałów
odbieranych od urządzeń, z którymi się komunikują, to gdy przechodzą w tryb nadawania,
wykorzystują tę informację do wyboru szybkości transmisji, która zapewni największą
przepustowość (tj. najkorzystniejszy kompromis pomiędzy szybkością i niezawodnością).
Ogólnie, szybkość transmisji danych maleje ze wzrostem odległości między komunikującymi
się stacjami. W rzeczywistych warunkach pomieszczeń biurowych, ze ściankami działowymi
i korytarzami powodującymi absorpcję energii RF i odbicia fal, uzyskiwana szybkość
transmisji jest zmienna losowo, zależnie od rodzaju i liczby przeszkód pomiędzy AP
i urządzeniem użytkownika. Wskutek tego jeden użytkownik znajdujący się w odległości
– str. 66 z 94 –
≈ 10 m od AP będzie mógł korzystać z transmisji 54 Mbit/s, a inny znajdujący się w tej samej
odległości, z szybkością 36 Mbit/s lub jeszcze mniejszej.
Rys. 33: Ilustracja wpływu otoczenia na zasięgi transmisji w sieci RLAN
Na rys. 33 zilustrowano wpływ otoczenia na zasięgi transmisji w sieci RLAN systemu
802.11a. Figura po lewej stronie przedstawia idealny przypadek dookólnych charakterystyk
pokrycia AP. Obszar najbliższy AP, na którym uzyskuje się szybkość maksymalną 54 Mbit/s
zajmuje zaledwie kilka procent całkowitego obszaru pokrywanego przez AP.
Figura po stronie prawej przedstawia przykład charakterystyk pokrycia takiego samego AP
umieszczonego na skrzyżowaniu dwóch korytarzy, zdeformowanych przez oddziaływania
środowiska. Ściany korytarzy odbijające fale radiowe spowodowały efekt falowodu,
obserwowany jako zwiększenie zasięgu w jednym z kierunków. W praktyce, aby zapewnić
każdemu użytkownikowi w dowolnej lokalizacji określoną szybkość transmisji ze zdefiniowanym prawdopodobieństwem, trzeba zakładać istnienie dodatkowego tłumienia i na ogół
znaczne zmniejszenie zasięgu. Np. 95% prawdopodobieństwa, że wszyscy użytkownicy
uzyskają co najmniej 36 Mbit/s, narzuca ograniczenie zasięgu i powoduje, że odległości
pomiędzy poszczególnymi AP w sieci pokrywającej dany obszar muszą być mniejsze.
Należy pamiętać, że niektóre materiały stosowane w budownictwie mogą wykazywać różne
właściwości pod względem absorpcji i odbijania fal o częstotliwościach w paśmie 2,4 GHz
i 5 GHz. Jednakże w średnich warunkach biurowych przyjmuje się, że uzyskiwane zasięgi
systemów 802.11a/b/g są praktycznie takie same. Jednakże 802.11b oferuje w tych samych
warunkach mniejsze szybkości, z tego względu w paśmie 2,4 GHz należy preferować
stosowanie 802.11g.
Rzeczywista przepustowość MAC i warstwy fizycznej jest zależna od długości pakietu
i rodzaju transmisji.
Rys. 34 [39] przedstawia maksymalną przepustowość sieci w funkcji długości pakietu dla
ośmiu szybkości transmisji wg 802.11a i czterech wg 802.11b, przy założeniu prostej
wymiany dwóch wiadomości.
– str. 67 z 94 –
Rys. 34: Ilustracja związku pomiędzy przepustowością sieci a długością pakietu IP
Należy zauważyć, że aż do ok. 1000 bajtów najniższa nominalna szybkość systemu 802.11a
(6 Mbit/s) jest efektywniejsza niż nominalnie wyższa szybkość systemu 802.11b (11 Mbit/s).
Nawet dla pakietów o długości 1500 bajtów i w idealnych warunkach radiowych (bez
konieczności retransmisji wskutek błędów lub kolizji) przepływność warstwy MAC jest
znacząco mniejsza niż warstwy fizycznej, w której czas zajmują nadmiar kodowy transmisji
radiowej, odstępy pomiędzy ramkami i potwierdzenia odbioru. Przy 54 Mbit/s w warstwie
fizycznej maksymalna teoretyczna szybkość transmisji w systemie 802.11a jest rzędu
30 Mbit/s.
Średnia długość pakietu przesyłanego w sieci zależy od aplikacji (wymagań wyższych warstw
sieci), ale ogólnie wynosi pomiędzy 400 a 500 bajtów. Jeżeli znaczącą częścią transmisji są
pakiety VoIP, to średnia długość pakietu jest znacznie niższa (pakiety VoIP na ogół są krótsze
niż 200 bajtów).
Średnia długość pakietu wpływa na przepływność osiąganą w sieci RLAN. Przy założeniu, że
średnia długość pakietu ma 500 bajtów maksymalna teoretyczna przepustowość łącza RLAN
wynosi ok. 16,3 Mbit/s dla 802.11a i 4,9 Mbit/s dla 802.11g w trybie kompatybilnym
z 802.11b. Jak wspomniano wcześniej w trybie mieszanym 802.11b/g mogą być stosowane
dwa sposoby ochrony:
– powodujący mniejsze obciążenie "wysyłanie CTS do samego siebie" (CTS-to-Self),
w którym urządzenie nadaje komunikaty CTS adresowane do siebie (RTS jest pomijany),
ale nie uzyskuje żadnej informacji, że wysłanie CTS odniosło skutek,
– bardziej odporny, polegający na wymianie sygnałów RTS/CTS.
Na rys. 35 [39] porównano przepływność uzyskiwaną w systemie 802.11a z uzyskiwaną w
systemie 802.11g w trybie kompatybilnym z 802.11b. Charakterystyki te pokazują, w jak
dużym stopniu nawet tylko transmisja CTS zmniejsza uzyskiwaną przepływność. Tak więc
kompatybilność wstecz do 802.11b jest możliwa, ale za cenę pogodzenia się ze znacznie
mniejszą przepustowością. W przypadku krótkich ramek często okazuje się, że przy
– str. 68 z 94 –
stosowaniu tylko 802.11b transmisja jest bardziej efektywna niż przy zastosowaniu CTS-toSelf z modulacją DSSS i przesłaniu ramek z danymi z użyciem modulacji OFDM.
Rys. 35: Porównanie przepustowości systemu 802.11g w trybie kompatybilnym z 802.11b
z przepustowością systemu 802.11a
Poza wspomnianym przypadkiem mechanizmów ochrony transmisji 802.11g powyższe
rozważania dotyczyły wyizolowanego AP komunikującego się z jednym klienckim
urządzeniem radiowym. Jeżeli w zasięgu AP znajduje się więcej tego rodzaju aktywnych
urządzeń klienckich, to natłok (contention), kolizje i inne rodzaje zakłóceń dodatkowo
redukują średnią pojemność.
Całkowita redukcja pojemności medium spowodowana oddziaływaniem na pojedynczy AP
może wynosić od 60 do 70% w porównaniu z idealnym przypadkiem, gdy wszyscy
użytkownicy otrzymują maksymalną szybkość przesyłania danych i nie występują kolizje lub
rywalizacja o dostęp (natłok w sieci).
Np. pojemność pojedynczego AP systemu 802.11a w idealnym przypadku, z pakietami
o długości 1500 bajtów, wynosi 30 Mbit/s. Jednakże w sytuacji różnej od idealnej, gdy
urządzenia 802.11a wykorzystują także wszystkie niższe szybkości transmisji, występuje
rywalizacja dostępu i kolizje, pojemność może spaść o więcej niż 60%. W przypadku systemu
802.11b obsługującego ruch VoIP (pakiety po 200 bajtów), jeżeli telefony RLAN są w dużej
odległości od AP, pojemność może spaść więcej niż o 70%.
W systemach 802.11x zastosowano środki, których celem jest stworzenie dla wszystkich
urządzeń tych samych szans dostępu do medium, co nie zapewnia ani optymalizacji pod
względem liczby przesyłanych bajtów, ani pod względem czasu przeznaczonego na
wykorzystanie medium.
Najgorszy przypadek występuje, gdy terminal na odległym krańcu komórki nadaje lub
odbiera długie ramki z najniższą możliwą szybkością i stwierdza dużą stopę błędu.
W sytuacji kombinacji skutków złej jakości sygnału i stosowania pakietów dużych rozmiarów
mechanizm dostępu w 802.11 powoduje nieoczekiwane efekty. Jeżeli dwa terminale radiowe
przesyłają pakiety o tych samych rozmiarach, przy czym jeden korzysta z połączenia o dużej
– str. 69 z 94 –
szybkości, a drugi o małej szybkości, to średnia pojemność MAC będzie bliższa niższej
z dwóch szybkości, a nie wyższej. Np. jeżeli jeden użytkownik korzysta z 54 Mbit/s, a drugi
z 6 Mbit/s, to średnia przepustowość będzie wynosić ~10,8 Mbit/s. Istnienie tego efektu
nazywanego czasem "efektem użytkownika na obrzeżu" (edge user effect) [39] wyjaśnia,
dlaczego zwiększenie zasięgu komórki może powodować zmniejszenie przepływności także
dla urządzeń znajdujących się blisko punktu dostępu.
5.1.3.
Sieć z wieloma punktami dostępu
W przypadku instalacji RLAN wymagającej mniejszej liczby kanałów radiowych niż liczba
kanałów dostępnych (przy założeniu, że na tym samym obszarze lub w jego najbliższym
otoczeniu nie ma urządzeń radiowych wykorzystujących to samo pasmo), zakłócenia
wspólnokanałowe nie występują, a całkowita pojemność sieci rośnie liniowo z liczbą
komórek (liczbą AP).
Jeżeli w sieci zachodzi potrzeba zastosowania więcej niż trzech AP, to w systemach
pracujących w paśmie 2,4 GHz konieczne staje się powtórne wykorzystywanie tych samych
częstotliwości. W paśmie 5 GHz jest więcej kanałów (8 dla instalacji wewnątrz budynków
i 11 dla instalacji na zewnątrz), więc projektant ma więcej swobody, ale i w tym przypadku
wielokrotne wykorzystanie częstotliwości może okazać się konieczne np. w wielopiętrowym
budynku biurowym lub ze względu na bliskie sąsiedztwo innej instalacji RLAN. Skutkuje to
koniecznością uwzględnienia w bilansie łącza dodatkowego marginesu na zakłócenia
wspólnokanałowe.
Każde źródło emisji radiowej znajdujące się w pobliżu odbiornika RLAN może zakłócić lub
zupełnie zablokować jego pracę. Oczywiście największą podatność na zakłócenia obserwuje
się, gdy zakłócenie występuje w obrębie pasma kanału używanego przez rozpatrywany
odbiornik. Systemy OFDM wykazują także bardzo małą selektywność dla zakłóceń
w kanałach sąsiednich (kanale następnym poniżej i następnym powyżej używanego), z czego
wynika, że takie częstotliwości nie powinny być wykorzystywane przez sąsiadujące ze sobą
AP). Kolejnym zjawiskiem jest blokowanie odbiornika, które występuje, gdy na jego wejściu
pojawia się sygnał radiowy poza pasmem, ale o bardzo wysokim poziomie. Analizując
podatność na różnego rodzaju zakłócenia występujące w paśmie odbiornika należy pamiętać,
że wpływ tego rodzaju zakłóceń w zasadzie ocenia się w mierze względnej, jako stosunek
poziomu sygnału użytecznego do poziomu sygnału zakłócającego. Innymi słowy sygnał
zakłócający odbiornik AP można pominąć, jeżeli odbierany sygnał użyteczny ma
odpowiednio wysoki poziom (np. pochodzi od terminala znajdującego się blisko AP), ale ten
sam sygnał zakłócający może uniemożliwić komunikację, jeżeli odbierany sygnał użyteczny
nie ma odpowiednio wysokiego poziomu (np. pochodzi od terminala znajdującego się na
granicy zasięgu AP). Jest to efekt tzw. bliskiego / dalekiego węzła (near / far effect).
Zmniejszenie odległości pomiędzy AP powoduje zmniejszenie obszaru obsługiwanego przez
pojedynczy AP oraz zmniejszenie średniej odległości pomiędzy terminalem użytkownika
i najbliższym AP. Jeżeli przyjąć, że wszystkie inne parametry RLAN są stałe, to zagęszczenie
AP:
– po pierwsze umożliwia większej liczbie użytkowników dostęp do większych szybkości
przesyłania danych, bo maleje średnia odległość między AP a użytkownikiem, a więc
średnia pojemność każdego punktu dostępu wzrasta;
– po drugie zwiększa się prawdopodobieństwo pokrycia, bo powiększa się margines
pomiędzy poziomem rzeczywistym, a wartością progową sygnału wymaganą dla
uzyskania wymaganej szybkości transmisji, a ponadto w wielu lokalizacjach dostępne są
– str. 70 z 94 –
sygnały różnych AP z różnych kierunków, co zwiększa prawdopodobieństwo utworzenia
łącza radiowego na trasie pozbawionej przeszkód.
Rys. 36 figura a) przedstawia przykład sieci, w której na danym obszarze rozmieszczono
sześć komórek (punktów dostępu). Jeżeli założyć, że rozmiar komórki pozwala na uzyskanie
średniej przepływności 12 Mbit/s, to całkowita pojemność sieci wynosi 6 × 12 = 72 Mbit/s.
Jeżeli liczba AP na tym samym obszarze zostanie podwojona, rys. 36 figura b),
a użytkownicy będą mogli korzystać średnio z większej szybkości np. 24 Mbit/s, to całkowita
pojemność sieci będzie wynosić: 12 × 24 Mbit/s = 288 Mbit/s.
Przykład ten wskazuje, że dwukrotne zwiększenie gęstości AP na danym obszarze może dać
więcej niż dwukrotne, w przykładzie czterokrotne, zwiększenie pojemności sieci (pod
warunkiem, że każdy z AP wykorzystuje inną częstotliwość).
Ten wzrost pojemności jest zapewniony tylko wtedy, gdy dostępna jest dostatecznie duża
liczba nie zachodzących na siebie kanałów radiowych. Jeżeli konieczne jest wielokrotne
wykorzystanie tych samych częstotliwości, to występowanie zakłóceń wspólnokanałowych
spowoduje znaczącą redukcję pojemności aż do sytuacji, w której zmniejszenie obszarów AP
nie przyniesie żadnej korzyści.
a)
b)
Rys. 36: Ilustracja związku pomiędzy liczbą punktów dostępu (osobnych komórek
radiowych) a pojemnością sieci [39]
Uwaga. Okręgi na rysunkach określają odpowiednio granice obszarów obsługi 9 Mbit/s
i 18 Mbit/s, a w obu przypadkach zasięgi sieci są znacznie większe.
W przypadku 802.11b i 802.11g, gdzie są dostępne tylko trzy nie zachodzące na siebie kanały,
jest to zjawisko istotnie ograniczające możliwość budowy dużych sieci.
Terminale użytkowników też mają wpływ na pojemność sieci. Terminal powinien łączyć się
z AP, który gwarantuje mu najwyższą jakość transmisji. W przeciwnym razie terminal
przeniesiony w inne miejsce, który utrzymuje komunikację z odległym AP stwarza efekt
użytkownika na obrzeżu ("edge user").
– str. 71 z 94 –
Jeżeli częstotliwości kanałów nie są wielokrotnie wykorzystywane, to pojemność sieci
z wieloma AP jest w zasadzie sumą pojemności poszczególnych AP. Jeżeli zachodzi potrzeba
ponownego użycia tej samej częstotliwości należy zastosować środki minimalizujące skutki
zakłóceń wspólnokanałowych.
Spadek pojemności na skutek zakłóceń wspólnokanałowych [39] może sięgać 85% dla planu
z czterema częstotliwościami, 75% dla planu z siedmioma częstotliwościami. W systemie
802.11b, z trzema kanałami obsługującymi ruch głosowy (VoIP), spadek pojemności
powodowany zakłóceniami wspólnokanałowymi może sięgać 80%.
W sieci o małym obciążeniu z dostatecznie dużym współczynnikiem wykorzystania
częstotliwości M wzrost szumu z powodu zakłóceń wspólnokanałowych jest pomijalny,
a zasięg i pojemność są w zasadzie takie same jak dla instalacji z pojedynczym AP.
W sieci z dużym obciążeniem zakłócenia z sąsiednich komórek wykorzystujących tę samą
częstotliwość wzrastają do poziomu, przy którym zmniejszenie stosunku sygnału do szumu
C/I na wejściu odbiornika powoduje zmniejszenie pojemności i zasięgu komórki. Jeżeli nie
zaplanowano nakładania się obszarów sąsiadujących komórek, to redukcja zasięgu na skutek
zakłóceń wspólnokanałowych może powodować luki pokrycia.
Inaczej mówiąc dla danego rozplanowania komórek wzrost szumu spowodowany
zakłóceniami wspólnokanałowymi jest w zasadzie niezależny od mocy nadawanej i rozmiaru
komórki. Głównymi parametrami wpływającymi na poziom zakłóceń są współczynnik
ponownego wykorzystania częstotliwości M, obciążenie ruchowe sieci i warunki propagacji
sygnałów radiowych w rzeczywistym środowisku.
5.2.
Wymagania dotyczące obsługi ruchu
Ruch generowany przez aplikację danych ma na ogół charakter nierównomierny, po krótkich
okresach dużej aktywności następują dłuższe przerwy. Średnio aplikacje te generują niewielki
ruch.
Np. w środowisku biurowym, dla uzyskania zadowalającej jakości przeglądania Web, ogólna
liczba użytkowników jednego AP systemu 802.11b nie powinna przekraczać 30 przy
założeniu, że większość będzie korzystać z szybkości 11 Mbit/s, a reszta z 5,5 Mbit/s.
Liczba użytkowników danych, których można obsługiwać za pomocą AP systemu 802.11a
jest trzy do czterech razy większa przy założeniu, że znajdują się dostatecznie blisko, aby
wykorzystać połączenie o szybkości 24 Mbit/s lub wyższej.
W sieci, gdzie komunikacja głosowa i danych występują jednocześnie, aby zagwarantować
wystarczającą wydajność sieci liczba aktywnych użytkowników powinna być mniejsza.
Obciążenie generowane w sieci przez połączenie VoIP jest zależne od trzech czynników:
– odstępów między pakietami (packetization interval), który określa liczbę pakietów
generowanych w czasie sekundy;
– uaktywnienia funkcji detekcji głosu (voice activity detection);
– typu zastosowanego kodeka.
Ze względu na to, że liczba pakietów głosu jest odwrotnie proporcjonalna do odstępu między
pakietami, pojawia się tendencja do stosowania długich odstępów. Jednakże odstęp między
pakietami wpływa na opóźnienie transmisji i nie może być zbyt duży. Aby uzyskać nieco
lepszą przepływność netto (nadmiar spowodowany protokółem 802.11) w sieciach RLAN
standardu 802.11 często dopuszcza się 30 ms odstęp między pakietami, w odróżnieniu od
20 ms używanego normalnie w sieciach kablowych.
– str. 72 z 94 –
Obciążenie sieci spowodowane VoIP może być mniejsze, jeżeli w systemie jest stosowany
mechanizm detekcji aktywności głosu. Pomijając okresy ciszy można zredukować liczbę
przesyłanych pakietów nawet o 40% zachowując zadowalającą jakość głosu.
Kodek VoIP ma wpływ na wielkość pakietów, ale praktycznie mały wpływ na obciążenie
RLAN.
Należy pamiętać, że większość AP ma wbudowaną funkcję automatycznego wyboru
szybkości transmisji w zależności od jakości łącza. Zaprogramowanie odpowiednich
minimalnych wartości dopuszczalnych szybkości transmisji pozwala na racjonalne
zaplanowanie sieci z wieloma AP. Np. ustalenie, że minimalną szybkością w sieci 802.11b
jest 5,5 Mbit/s oznacza, że jeżeli jakość sygnału jest mniejsza niż wymagana dla tej
szybkości, sieć będzie wymuszać przeniesienie użytkownika do innego AP. Jeżeli
zaprogramowaną wartością minimalną będzie 1 Mbit/s, to użytkownik wymagający takiej
szybkości spowolni całą sieć, gdyż w czasie długiej sesji komunikacji z tym użytkownikiem
sieć będzie niedostępna dla innych użytkowników.
Projektując mniejsze komórki o większej przepływności uzyskuje się korzystniejszą ocenę
jakości połączeń.
Liczba użytkowników i wykorzystywane aplikacje są podstawą do oszacowania wymaganej
pojemności sieci. Projektant powinien obliczyć liczbę użytkowników na obszarze jednej
komórki. W biurze, gdzie liczba użytkowników jest duża, aby uzyskać wyższe szybkości
transmisji należy zastosować komórki o mniejszej powierzchni. Mniejszy zasięg umożliwia
ponowne wykorzystanie tej samej częstotliwości bez obawy, że zasięgi stacji będą się
wzajemnie nakładać.
Zasięg AP można zmniejszyć wykorzystując możliwość nastawy mocy nadajnika. W wielu
AP funkcja ta jest dostępna dla instalatorów. Jednakże ręczne ustawianie (programowanie)
każdego AP jest czynnością pracochłonną. W sieci z wieloma punktami dostępu pożądane jest
uzyskanie tej funkcji za pośrednictwem sieciowego programu zarządzającego, pozwalającego
na ustawienie indywidualne parametrów wszystkich AP zainstalowanych w sieci.
Określenie, ile pasma może potrzebować każdy z użytkowników ma zasadnicze znaczenie. Te
dane pozwalają określić wymaganą liczbę AP potrzebną do zagwarantowania wymaganych
warunków obsługi użytkowników w danym obiekcie.
Z doświadczeń firm wynikają następujące reguły szacowania aktywności użytkowników:
w przypadku sieci 802.11g należy dopuszczać 2 Mbit/s dla ruchu w dół i 2 Mbit/s dla ruchu
w górę (4 Mbit/s łącznie) na użytkownika, co sprawia, że w ocenie użytkownika łącze
radiowe jest postrzegane podobnie do łącza w sieci kablowej LAN. W przypadku sieci
802.11b zasadą jest zakładanie po 500 kbit/s na użytkownika w obu kierunkach (1 Mbit/s
łącznie), co sprawia że łącze radiowe jest postrzegane jako podobne do kablowego DSL.
Jeżeli znane są aplikacje wykorzystywane przez użytkowników to proponowane
zapotrzebowanie można skorygować. Np. przeglądanie stron www i obsługa e-mail
spowodują mniejszą aktywność radiową stacji użytkownika niż aplikacje interaktywne
wymagające wielu sesji między klientem a serwerem.
Planując pokrycie można zróżnicować wymagania odnośnie pasma przypadającego na
użytkownika lub określoną powierzchnię, np. mniej w działach zajmujących się obsługą
biurową, więcej w sali konferencyjnej. Mając określone wymagania odnośnie obszaru oraz
liczby i rodzaju klientów na tym obszarze, można oszacować minimalną przepływność
interfejsu radiowego i wytypować standard (protokół 802.11x).
– str. 73 z 94 –
Znając wymagania odnośnie całkowitej szerokości pasma, należy założyć minimalną
dopuszczalną szybkość transmisji radiowej, z którą system powinien pracować.
Uwaga. W tych obliczeniach należy przyjmować jak najwyższą szybkość, nie mniej niż
5,5 Mbit/s w przypadku 802.11b, nie mniej niż 36 Mbit/s w przypadku 802.11a.
Na podstawie tych danych można obliczyć wymaganą liczbę AP dla pokrycia obszaru
stosując następujące formuły:
–
zapotrzebowanie na pasmo ze strony N użytkowników wynosi:
N
åBk
i i
, gdzie:
i
Bi – szerokość pasma "i-tego" użytkownika,
ki – procent aktywności "i-tego" użytkownika.
Jeśli wymagania wszystkich użytkowników są identyczne, to zależność określająca
zapotrzebowanie na pasmo ma postać: N Bi ki.
N
åBk
i i
–
liczba punktów dostępu
i
mr
=
N Bi ki
, gdzie:
mr
m – efektywność wykorzystania pasma [%], z uwzględnieniem nadmiaru wynikającego
z protokółów MAC i korekcji błędów,
r
– podstawa przepływności zakładana dla AP.
Przykład.
Zaprojektować sieć standardu 802.11b dla 50 użytkowników zakładając:
– przepływność po 500 kbit/s w obu kierunkach i aktywność użytkownika 20%;
– minimalna szybkość 11 Mbit/s i sprawność 50%;
– zapotrzebowanie: (2 × 500) × 50 × 0,2 = 1000 × 50 × 0,2 = 10 000 => 10 Mbit/s;
– jeden AP: 11 Mbit/s x 0,5 = 5,5 Mbit/s.
10/5,5 ≈ 2 po zaokrągleniu "w górę".
Wniosek. Dla potrzeb obsługi ruchu wystarczą dwa AP.
W następnym kroku należy sprawdzić, czy dwa AP zapewnią wymagany zasięg. Jeżeli obszar
jest zbyt rozległy, to uzyskanie wymaganego pokrycia nie będzie możliwe przy stosowaniu
tylko dwóch AP.
Do tego celu należy się posłużyć albo modelem (obliczenie bilansu łącza), albo wykonać testy
zasięgów AP umieszczonych w proponowanych lokalizacjach.
Instalowany AP należy umieścić wysoko pod sufitem z co najmniej dwóch powodów:
– aby zapewnić jak najlepszą widoczność stanowisk klientów z lokalizacji AP,
– aby było to miejsce trudnodostępne dla ciekawskich.
O rozmieszczeniu AP [38] decyduje:
–
generowany ruch (gęstość i aktywność użytkowników, wymagania odnośnie czasu
transmisji),
albo
– wymagany zasięg.
W konsekwencji gęstego rozmieszczenia AP, dla uniknięcia zakłóceń wspólnokanałowych,
może być konieczne ograniczenie mocy RF nadajnika (wybrany sprzęt musi mieć tę funkcję);
– str. 74 z 94 –
5.3.
Ocena ze strony użytkowników
W wielu wczesnych projektach RLAN jako cel stawiano uzyskanie jak największego zasięgu
(obszaru pokrywanego przez pojedynczy AP). Jednakże właściwie postawione zadanie
powinno polegać na zaprojektowaniu sieci radiowej, która pokrywa zdefiniowany obszar
z przepływnością i jakością (dostępność łącza) wymaganą przez użytkowników, oferując
ponadto mobilność terminali. Zasięg jako jedyne kryterium rozmieszczenia AP ma sens tylko
w przypadkach, gdy w sieci z definicji ma być niewielu użytkowników rozproszonych na
dużym obszarze (np. hale hurtowni, w których pracuje kilku magazynierów).
Należy przyjąć, że użytkownicy biznesowi korzystając z RLAN oczekują szybkości transmisji
takiej, do jakiej przyzwyczaili się korzystając z PC dołączonych do sieci kablowej, tj.
dupleksowych łączy 100 Mbit/s. W powszechnym odczuciu sieć radiowa ma "tylko" dodać
mobilność do znanych funkcjonalności. Aplikacje, takie jak telefonia VoIP i wideo
konferencje narzucają ostre wymagania dotyczące dopuszczalnego opóźnienia sygnału w sieci.
Subiektywna ocena jakości sieci ze strony użytkowników tzw. Quality of experience powstaje
w wyniku obserwacji czasu jaki upływa pomiędzy wydaniem polecenia a momentem, gdy na
ekranie PC pojawia się odpowiedź na to polecenie.
Różne aplikacje wymagają różnego czasu odpowiedzi. W przypadku aplikacji interaktywnych
wymaga się czasu mniejszego niż 400 ms. W przypadku aplikacji wymagających przesyłania
większych ilości danych (e-mail, przeglądarki Internetowe) użytkownicy są przyzwyczajeni
do dłuższego oczekiwania (kilka sekund). Oceny użytkowników pogarszają się, gdy czas
oczekiwania przedłuża się ponad 4 s.
Przesyłanie dużych ilości danych wymaga zatem szybkiego łącza radiowego o dobrej jakości,
ponieważ najczęściej stosowany protokół danych TCP interpretuje utratę pakietu jako
wskazówkę, że należy zmniejszyć szybkość przesyłania danych. Tym samym, gdy utrata
pakietu następuje często, nawet jeżeli możliwa szybkość transmisji radiowej jest duża, TCP
może ograniczyć szybkość transmisji. Aby jakość łącza była wystarczająca dla aplikacji
bazujących na TCP zaleca się, aby współczynnik utraty pakietów był mniejszy niż 1%,
a nawet 0,1%.
Opóźnienie jest krytycznym parametrem, jeśli sieć jest wykorzystywana do transmisji głosu.
W jednym kierunku dopuszcza się opóźnienie maksimum 150 ms. Przy 300 ms większość
użytkowników ocenia jakość łącza połączenia jako złą. W 150 ms muszą być zsumowane
wszystkie opóźnienia urządzeń i sieci zaangażowanych w połączeniu głosowym, z tego
względu dla RLAN pozostaje część nie większa niż ~50 ms. Przerwy związane np.
z przenoszeniem połączenia do innego AP nie powinny być dłuższe niż 80 ms. Przerwy
kilkusekundowe są postrzegane jako przerwanie połączenia.
W sieci obsługującej komunikację danych i głosową należy preferować priorytet dla głosu,
jednak wymaga to opracowania aplikacji, które analizując QoS zapewnią taką funkcję.
6.
Przygotowanie projektu radiowej sieci lokalnej
6.1.
Wybór standardu RLAN
Przegląd standardów RLAN zamieszczony w punkcie 2 wskazuje, że aktualnie infrastrukturę
sieci można wyposażyć w jedną z następujących kategorii punktów dostępu:
a) zgodne tylko z normą 802.11b (pasmo RF 2,4 GHz, DSSS z szybkością do 11 Mbit/s,
niewielka oferta urządzeń z opcją PBCC z szybkością transmisji do 22 Mbit/s);
– str. 75 z 94 –
b) zgodne z normą 802.11g (pasmo RF 2,4 GHz, OFDM z szybkością do 54 Mbit/s, także
kompatybilność wstecz z 802.11b, możliwa obsługa terminali 802.11b);
c) zgodne z normami 802.11a/h (pasmo RF 5 GHz, OFDM z szybkością do 54 Mbit/s).
Oferowane terminale, wbudowane do PC lub stosowane jako moduły zewnętrzne reprezentują
trzy wymienione wyżej kategorie lub ich kombinację zgodną z normami 802.11a/b/g.
Urządzenia 802.11b/g są bardziej rozpowszechnione, jednakże należy pamiętać, że:
– w paśmie 2,4 GHz są dostępne tylko trzy niezachodzące na siebie kanały radiowe, –
w przypadku sieci o dużej pojemności może to być istotne utrudnienie zadania;
– jest to pasmo ISM intensywnie wykorzystywane również przez inne urządzenia radiowe
(np. systemu Bluetooth), kuchnie mikrofalowe, co może skutkować wewnątrz
pomieszczeń poziomem zakłóceń znacznie większym niż w przypadku pasma 5 GHz.
Pod tymi względami pasmo 5 GHz zapewnia korzystniejsze warunki.
W otwartej przestrzeni fale o częstotliwości 5 GHz są bardziej tłumione (różnica > 6 dB), ale
jednocześnie dopuszczalna moc promieniowana (30 dBm e.i.r.p.) w podzakresie od 5470 MHz do
5725 MHz jest o 10 dB większa niż w paśmie 2,4 GHz (20 dBm).
Co do zasięgów uzyskiwanych w pomieszczeniach zdania różnych autorów są podzielone.
Teoretycznie w środowisku pozbawionym zakłóceń wspólnokanałowych system 802.11g
(2,4 GHz & 20 dBm) powinien mieć nieznacznie większy zasięg niż system 802.11a
(5,3 GHz & 23 dBm). Moc, którą faktycznie promieniują oferowane na rynku urządzenia
802.11a/b/g, przeznaczone do stosowania w pomieszczeniach, wyposażone w anteny
zintegrowane, w każdym z pasm wynosi zwykle mniej niż 17 dBm. Przy tej samej mocy
promieniowanej system 802.11g umożliwia uzyskanie większej przepływności niż 802.11b [39].
6.1.1.
Wydajność urządzeń 802.11g
Należy podkreślić, że wymuszanie w systemie 802.11g trybu zgodnego z 802.11b odbija się
niekorzystnie na uzyskiwanej przepływności, por. rys. 34 i rys. 35 [wg 39] oraz rys. 37
i rys. 38 [wg 41].
Rys. 37: Oszacowanie przepływności systemu 802.11g: OFDM z aktywnym RTS-CTS,
w porównaniu z trybem 802.11b i opcją PBCC-22 [41]
– str. 76 z 94 –
Rys. 38: Oszacowanie przepływności systemu 802.11g: OFDM bez RTS-CTS,
w porównaniu z trybem 802.11b i opcją PBCC-22 [41]
Porównanie danych z dwóch ostatnich rysunków wskazuje na znaczne zwiększenie
przepływności, jeżeli zakłada się że w sieci będą obsługiwane wyłącznie terminale zgodne
z 802.11g, a nie będą obsługiwane takie, które są zgodne tylko z 802.11b.
6.1.2.
Porównanie charakterystyk urządzeń 802.11a i 802.11b
Obszerny opis wyników badań, których celem było porównanie właściwości systemów
802.11a i 802.11b, wykonanych przez firmę Atheros Communications znajduje się
w dokumencie [37].
Badania przeprowadzono w budynku biurowym o wymiarach 80,8 m × 35,0 m. Do badań
łącza IEEE 802.11a wykorzystano dwa urządzenia produkcji Atheros o mocy nadajnika
14 dBm doprowadzonej do anteny, w przypadku AP stosowano antenę o zysku 4 dBi. Jako
urządzenie ruchome stosowano laptop z kartą PC.
Do badań łącza IEEE 802.11b wykorzystano dwa urządzenia innego producenta o mocy
nadajnika 15 dBm.
W obu cyklach badań urządzenie ruchome przemieszczano do 80 miejsc w różnych częściach
budynku, przy czym nie optymalizowano położenia i orientacji anteny urządzenia ruchomego
w tych miejscach. Jednakże w trakcie testów 802.11a i 802.11b laptop znajdował się w tym
samym położeniu.
Badania w każdym miejscu polegały na przesłaniu 100 pakietów (bez potwierdzenia) z AP do
stacji ruchomej. Każdy pakiet zawierał 1500 bajtów, nie stosowano fragmentacji. Stacja
ruchoma obliczała współczynnik pakietów błędnie odebranych PER (Packet Error Rate).
W ten sposób monitorowano jakość łącza radiowego uniezależniając się od oprogramowania
wyższych warstw.
Po wyznaczeniu PER stosowano algorytm optymalizacji przepływności szybkości transmisji
łącza radiowego. W każdej lokalizacji dane nadawano z każdą z możliwych szybkości, a więc
odpowiednio: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s w systemie 802.11a oraz 1, 2, 5.5, 11 Mbit/s
w systemie 802.11b, notując uzyskaną wartość PER.
– str. 77 z 94 –
Dla każdej lokalizacji jako optymalną przyjęto tę szybkość, która dawała największą
przepływność danych.
Wykonane badania doprowadziły do następujących wniosków:
1. Zasięgi 802.11a i 802.11b są porównywalne (w obu przypadkach badano trasę
o długości do 225 stóp / ~68,6 m).
2. Dla wszystkich odległości aż do 225 stóp szybkości łącza 802.11a były 2 do 5 razy
większe niż łącza 802.11b.
W odległości 225 stóp szybkość systemu 802.11a wynosiła 6 Mbit/s, a systemu
802.11b 2 Mbit/s. Wyniki przedstawiono na rys. 39 (1 stopa = 30,48 cm).
Rys. 39: Porównanie szybkości łącza radiowego w funkcji odległości
3. 802.11a gwarantuje większą przepływność.
4. Dla wszystkich odległości aż do 225 stóp przepływność łącza 802.11a była od 2 do
4,5 razy większa, niż przepływność łącza 802.11.b, por. rys. 40.
Rys. 40: Uśredniona przepływność dla pakietów o długości 1500 bajtów
Należy pamiętać, że w sieci systemu 802.11b złożonej z więcej niż trzech AP, zachodzi
konieczność powtórzenia tej samej częstotliwości. Ze względu na większą liczbę dostępnych
kanałów (do 8) system 802.11a może mieć znacznie większą pojemność.
Z drugiej strony w popularnym sprzęcie komputerowym instalowane są raczej karty systemu
802.11b/g. Z tego powodu AP i hotspot instalowane z myślą o udostępnieniu usługi wielu
użytkownikom pracują na ogół w systemie 802.11b/g.
– str. 78 z 94 –
6.1.3.
Zakłócenia w paśmie 2,4 GHz
Pasmo 2,4 GHz, którego użytkowanie nie wymaga uzyskania pozwolenia radiowego i nie jest
związane z planowaniem i rezerwowaniem częstotliwości, jest wykorzystywane przez wiele
systemów i urządzeń bliskiego zasięgu [17], wśród których najbardziej rozpowszechnione są
dwa standardy, sieci RLAN wg specyfikacji 802.11b/g [1, 3, 6] i urządzenia systemu
Bluetooth [12], toteż wzajemne zakłócenia pomiędzy tymi systemami są najbardziej
prawdopodobne i w wielu przypadkach faktycznie obserwowane.
W przewodniku IEEE 802.15.2-2003 [13] podjęto próbę opracowania wytycznych odnośnie
zapewnienia warunków kompatybilności systemów IEEE 802.11b-1999 i 802.15.1-2002 (jak
wspomniano wcześniej norma IEEE 802.15.1-2002 jest oparta na specyfikacji systemu
Bluetooth).
Wytyczne zawarte w dokumencie 802.15.2 dotyczą modelowania wzajemnych zakłóceń
pomiędzy sieciami RLAN (WLAN) zgodnymi z IEEE 802.11 i 802.11b sieciami WPAN
zgodnymi z IEEE 802.15.1. Przedstawiono modele, które zawierają wiele parametrów
umożliwiających analizę różnych scenariuszy zakłóceń.
Jak opisano w punkcie 2.6.2 urządzenia RLAN zgodne z systemem 802.11-1999 mogą
pracować w trybie ze skokową zmianą częstotliwości nośnej (FHSS) lub w trybie
z bezpośrednim rozproszeniem (DSSS), a urządzenia systemu 802.11b w trybie DSSS lub
CCK. Urządzenia WPAN zgodne z systemem Bluetooth pracują w trybie FHSS na tych
samych częstotliwościach, które wykorzystują urządzenia 802.11 w wersji FHSS.
Zatem pomiędzy systemami mogą wystąpić następujące przypadki zakłóceń wzajemnych:
– 802.11 FHSS w obecności zakłócenia 802.15.1 (Bluetooth),
– 802.11b DSSS w obecności zakłócenia 802.15.1 (Bluetooth),
– 802.15.1 (Bluetooth) w obecności zakłócenia 802.11 FHSS,
– 802.15.1 (Bluetooth) w obecności zakłócenia 802.11b DSSS.
Ze względu na rozpowszechnienie systemów najbardziej prawdopodobne są kolizje między
systemem 802.11b DSSS a systemem Bluetooth (802.15.1).
W systemie 802.11b DSSS kanały radiowe są definiowane w sposób statyczny. Natomiast
szybkość transmisji może być ustalona albo ręcznie, albo automatycznie zależnie od jakości
kanału, odpowiednio 11 Mbit/s, 5,5 Mbit/s, 2 Mbit/s lub 1 Mbit/s. Szerokość pasma modulacji
wynosi 22 MHz.
System 802.15.1 wykorzystuje 79 częstotliwości w całym zakresie częstotliwości pasma
2,4 GHz, a więc w przypadku kolizji co najmniej 22 częstotliwości z 79 używanych przez ten
system może zakłócać transmisję w systemie 802.11b. Im dłuższy pakiet RLAN tym większe
prawdopodobieństwo zakłócenia przez WPAN.
Normalnie urządzenia systemu 802.11b reagują na błędy łącza radiowego obniżając szybkość
transmisji, lecz obniżenie szybkości transmisji wydłuża czas pakietu i zwiększa prawdopodobieństwo zakłóceń, ostatecznie zakłócany system RLAN przyjmie najniższą możliwą
szybkość transmisji 1 Mbit/s, przepływność łącza maleje, a opóźnienie wzrasta do wartości,
której mogą nie tolerować aplikacje.
W przypadku, gdy 802.11b (DS-SS lub CCK) zakłóca 802.15.1 należy brać pod uwagę
selektywność odbiornika. Z tego względu należy uznać, że zakłócane są nie 22 częstotliwości,
a 24. Modele przedstawione w 802.15.2 sporządzono przy tym założeniu.
Można rozważać dwa przypadki koegzystencji sieci: ze współpracą pomiędzy sieciami i bez
współpracy sieci.
– str. 79 z 94 –
Pierwszy ma miejsce, gdy możliwa jest wymiana informacji między dwoma sieciami, np. za
pośrednictwem urządzenia, do którego wbudowane są urządzenia RLAN i WPAN (np.
komputera przenośnego). Drugi dotyczy przypadku, gdy sieci te są całkowicie niezależne.
W przypadku współpracy sieci możliwy jest przemienny dostęp do medium, arbitraż przy
wysyłaniu pakietów lub deterministyczne wytłumianie zakłóceń za pomocą odpowiednich
filtrów. Jeżeli zakłócenie powodują sieci nie współpracujące ze sobą, to proponuje się metody
adaptacyjne.
W obu przypadkach twórcy przewodnika 802.15.2 proponują rozwiązania wymagające
modyfikacji warstwy MAC i/lub PHY oryginalnych systemów.
Należy zwrócić uwagę, że urządzenia 802.15.1 wykorzystują dwa rodzaje łącza pomiędzy
urządzeniami "master" i urządzeniami "slave".
Dla transmisji danych system 802.15.1 wykorzystuje łącze asynchroniczne bezpołączeniowe
(Asynchronous Connectionless Link, ACL), którego częścią jest procedura ARQ (Automatic
Repeat Request), automatycznego żądania powtórzenia nieodebranej ramki, konieczna dla
zwiększenia niezawodności transmisji.
Dla transmisji głosu system 802.15.1 korzysta z synchronicznego łącza (Synchronous
Connection-Oriented, SCO). W trybie SCO łącze nie obsługuje procedury ARQ, a więc
zakłócenia powodujące liczne błędy transmisji mogą obniżać jakość transmisji głosu.
6.1.4.
Parametry sprzętu
Dokonując wyboru sprzętu należy pamiętać o ograniczeniach administracyjnych dotyczących
używania RLAN w paśmie 2,4 GHz i 5 GHz [22], zwłaszcza o maksymalnej mocy
promieniowanej i gęstości mocy nadajnika oraz DFS TPC w paśmie 5 GHz. Należy również
ocenić parametry odbiornika (punkt 3.5) szczególnie, gdy z założeń projektu wynika, że
instalacja powinna pokrywać duży obszar lub obsługiwać łącze punkt-punkt o dużym zasięgu.
W środowisku o małym poziomie zakłóceń celowe jest stosowanie odbiorników pracujących
bezbłędnie przy poziomie sygnału mniejszym niż określony w specyfikacji IEEE 802.11.
Np. [wg 36] produkty Atheros z serii XR:
Wymagania wg specyfikacji IEEE 802.11:
Różnica czułości odbiornika:
–96 dBm,
–85 dBm,
9 dBm.
Tę różnicę czułości odbiornika można przeliczyć na różnicę zasięgu radiowego
wykorzystując zależności podane w punkcie 4.
9 = 10 n log(D2/D1), gdzie n jest parametrem charakteryzującym środowisko,
po przekształceniu: 10 0 ,9 n = D 2 /D 1 , a stąd dla:
n=2
D2 = 2,82 D1 (przypadek otwartej przestrzeni),
n = 3,3
D2 = 1,87 D1,
n = 4,5
D2 = 1,58 D1 (wnętrze budynku).
A więc w środowisku, gdzie ograniczeniem zasięgu łącza radiowego jest tylko poziom
sygnału użytecznego względem szumów własnych odbiornika (tj. brak zakłóceń
wspólnokanałowych i sąsiedniokanałowych lub pozapasmowych zakłóceń blokujących
odbiornik), zastosowanie odbiornika z progiem czułości obniżonym o 9 dB pozwala na
uzyskanie zasięgu większego co najmniej o 58%.
– str. 80 z 94 –
Uwaga. Należy jednak pamiętać, że w środowisku, gdzie występuje wiele urządzeń
wykorzystujących to samo pasmo częstotliwości, zasięg może być ograniczony przez
poziom zakłóceń wspólnokanałowych i/lub sąsiedniokanałowych.
6.2.
Rozpoznanie miejsca instalacji
Projektowanie instalacji RLAN wymaga uzyskania wielu informacji dotyczących miejsca,
w którym sieć jest planowana. Niektóre, takie jak plany budynku, wymagany obszar pokrycia,
założenia odnośnie rozmieszczenie użytkowników, lokalizacja przełączników Ethernet itp.,
można uzyskać od zamawiającego. Na podstawie tych informacji można wstępnie oszacować
liczbę AP potrzebnych do uzyskania pokrycia i pojemności.
Środowisko planowanej sieci radiowej musi być dobrze rozpoznane. Korzystne jest uzyskanie
planu pomieszczeń przed przystąpieniem do przeglądu. Jeżeli go nie ma, trzeba go sporządzić
w trakcie przeglądu. Należy odnotować informacje dotyczące obszaru, który ma być pokryty,
kształtu i rodzaju przeszkód. Wewnątrz pomieszczeń fale radiowe są tłumione przez ściany,
stropy, elementy wyposażenia, a nawet osoby przebywające lub przemieszczające się
w strefie zasięgu stacji. Zaleca się kontrolne pomiary natężenia pola nadajnika testowego
i poziomów zakłóceń.
Długie skrzydła budynków wymagają na ogół większej liczby AP, niż by to wynikało z ich
powierzchni. Zasięg anten dookólnych może znacznie wykraczać poza obszar, który ma być
pokryty ("wyciekanie sygnału"). Do pokrycia powierzchni o kształtach nieregularnych może
być korzystne zastosowanie anten o charakterystykach sektorowych (np. półkulistej) lub silnie
kierunkowych.
Należy zauważyć, że niektóre materiały np. metalizowane szkło, które jest przezroczyste dla
światła widzialnego, także hermetyczne okna ze szczeliną między szybami wypełnioną
argonem, bardzo silnie tłumią fale w paśmie 2,4 GHz.
AP mogą być instalowane ponad podwieszanym sufitem. Innym popularnym sposobem
instalowania AP jest zawieszenie na ścianie. AP wyposażony w dookólną antenę zawieszony
na ścianie może obsługiwać dwa sąsiadujące pokoje. W przypadku AP pracujących w paśmie
5 GHz montowanych na ścianie dużych sal zaleca się stosowanie anten panelowych
skierowujących moc RF do wnętrza pomieszczenia.
Należy unikać instalowania AP w pobliżu źródeł zakłóceń radioelektrycznych. Źródłami
zakłóceń w sieci RLAN mogą być inne systemy radiowe. Zwłaszcza w paśmie 2,4 GHz
należy liczyć się z możliwością wystąpienia sporadycznych zakłóceń wytwarzanych w całym
paśmie przez urządzenia systemu Bluetooth oraz kuchnie mikrofalowe (~2450 MHz).
W budynkach, w których wiele firm wynajmuje lokale biurowe należy liczyć się
z możliwością istnienia innych sieci RLAN, z tego względu w czasie przeglądu miejsc
instalacji należy skanować wszystkie kanały RLAN, celem wyszukania tego rodzaju sygnałów.
Po wykonaniu wstępnego projektu należy przeprowadzić testy pokrycia sygnałem radiowym.
W tym celu umieszcza się AP z wybranymi antenami w wytypowanych miejscach wykonując
prowizoryczną instalację. W czasie badań prowizorycznie zainstalowanego punktu dostępowego
wygodnie jest zasilać go z baterii, aby uniknąć kłopotliwego doprowadzania przewodów
sieciowych do prowizorycznie zawieszonego urządzenia.
Testy te pozwalają sprawdzić nie tylko pokrycie uzyskiwane za pomocą planowanych AP, ale
również występowanie zakłóceń wspólnokanałowych powodowanych przez instalacje
wykonane w sąsiedztwie.
– str. 81 z 94 –
Nadmierny, niekontrolowany zasięg sieci wykraczający poza obszar, na którym faktycznie
pracują jej użytkownicy, naraża sieć na próby penetracji ze strony intruzów.
Niektórzy dostawcy sprzętu sieciowego oferują również oprogramowanie narzędziowe do
testowania parametrów sieci (site survey tools), np. Cisco Aironet 350 series. Tego rodzaju
oprogramowanie powinno dostarczać informacje o następujących parametrach:
·
wykorzystywany kanał radiowy,
·
identyfikator punktu dostępowego,
·
adres IP punktu dostępowego,
·
natężenie pola (jako parametr RSSI),
·
szybkość transmisji w łączu radiowym,
·
jakości łącza.
6.3.
Programy wspomagające planowanie i utrzymania sieci
W tym rozdziale opisano przykłady programów wspomagających projektowanie, testowanie
i utrzymanie radiowych sieci lokalnych (RLAN).
Nazwa programu: Ekahau Site Survey
Producent:
Proxim Corporation
Cena:
około 3200 USD
Ekahau Site Survey (ESS) jest narzędziem służącym do prezentacji oraz optymalizacji pokrycia
terenu sygnałami radiowych sieci lokalnych pracujących w standardach 802.11 a/b/g.
Oprogramowanie ma przejrzysty interfejs graficzny, rys. 41, oraz rozbudowane opcje
wizualizacji wybranych parametrów pracującej sieci radiowej.
Program w wersji podstawowej pozwala między innymi na:
- wizualizację zasięgu wybranych punktów dostępowych oraz możliwych do uzyskania
przepływności bitowych sieci radiowej,
- wybór właściwych kanałów pracy punktów dostępowych (w celu zmniejszenia
zakłóceń),
- znajdowanie najdogodniejszych lokalizacji dla punktów dostępowych,
- analizę zajętości kanałów,
- symulację nastaw parametrów sieci oraz sprawdzenie wpływu tych nastaw na osiągi
sieci,
- wyznaczenie dokładnego miejsca instalacji punktu dostępowego,
- lokalizację nieautoryzowanych punktów dostępowych,
- wizualizację miejsc wydostawania się sygnału poza obszar budynków,
- kontrolę nastaw parametrów dotyczących bezpieczeństwa sieci.
Możliwości programu ESS można znacznie rozszerzyć poprzez wykorzystanie opcjonalnych
modułów:
- GPS – pozwala na tworzenie map pokrycia z wykorzystaniem wyników pomiarów
wykonanych w terenie,
- Reporter – pozwala na szybkie tworzenie kompletnych raportów z badań
z wykorzystaniem wbudowanego kreatora raportów,
– str. 82 z 94 –
- Planer – służy do projektowania RLAN, prognozowania zasięgów oraz dostępnych
przepływności bitowych. Projektowanie sieci z wykorzystaniem tego narzędzia
odbywa się w następujących pięciu krokach:
1. Wczytanie do programu mapy rozkładu pomieszczeń (w formacie JPG lub PNG),
zdefiniowanie skali, mające na celu przyporządkowanie rozmiarom obiektów
wyrażonych w pikselach ich rzeczywistych rozmiarów.
2. Zaznaczenie położenia ścian oraz określenie materiału, z którego są wykonane,
(Wybór spośród modeli materiałów wbudowanych do programu lub stworzenie
własnego modelu materiału lepiej odwzorowującego rzeczywiste parametry
przeszkód).
3. Umiejscowienie na planie punktów dostępowych oraz zdefiniowanie ich
parametrów, przede wszystkim mocy wyjściowej oraz charakterystyki stosowanej
anteny.
4. Dokonanie wizualizacji pokrycia i osiągów projektowanej sieci.
5. Weryfikacja i ewentualne poprawienie otrzymanego planu sieci,
przy wykorzystaniu rzeczywistych danych pomiarowych.
Rys. 41: Okno programu Ekahau Site Survey (ESS)
Nazwa programu: ManageEngine WiFi Manager 4
Producent:
AdventNet, Inc.
Cena:
od 495 USD dla wersji jednostanowiskowej
z obsługą do 10 punktów dostępowych.
ManageEngine WiFi Manager jest rozbudowanym programem umożliwiającym wieloparametrową konfigurację oraz zarządzanie bezpieczeństwem radiowych sieci LAN. Program
umożliwia ciągłe monitorowanie sieci radiowej, pozwalając tym samym na zwiększenie
niezawodności pracującej sieci oraz zagwarantowanie dostatecznie dużego poziomu
bezpieczeństwa dla danych transmitowanych przez taką sieć. Program wykrywa ataki, które
mogą nastąpić w radiowej sieci lokalnej, nie odizolowanej od wpływów otoczenia.
Umożliwia również prostą, szybką, zdalną konfigurację wielu punktów dostępu. Informację
o sieci, parametrach pracujących w niej urządzeń oraz o wykrytych atakach można uzyskać za
– str. 83 z 94 –
pośrednictwem przeglądarki WWW, uruchomionej na komputerze pracującym w monitorowanej
sieci. Program pozwala na, rys. 42:
- identyfikację niepożądanych urządzeń w sieci;
- wyświetlenie informacji o użytkownikach, aktualnie korzystających z sieci;
- wyświetlenie informacji o punktach dostępu pracujących w sieci, w tym o typie
urządzenia, jego producencie, wersji oprogramowania, identyfikatorze sieci, adresie IP
oraz sprzętowym urządzenia i obsługiwanym standardzie łączności radiowej;
- kontrolę stanu punktów dostępu pracujących w sieci: sprawny / niesprawny;
- kontrolę stanu wykorzystania kanałów radiowych, informacja o poziomie mocy
wyjściowej, mocy szumów oraz aktualnym kanale pracy każdego z urządzeń;
- zdalną konfigurację punktów dostępu: wybór kanału radiowego, dostępnych szybkości
transmisji, włączenie / wyłączenie szyfrowania danych, ustawienie poziomu mocy
wyjściowej (moc maksymalna / zredukowana do 50%, 25% lub 12,5%; wyłączenie
interfejsu radiowego);
- zwiększenie bezpieczeństwa danych transmitowanych przez sieć poprzez wprowadzenie
szyfrowania oraz wykrywanie nieautoryzowanych prób dostępu do sieci;
- sygnalizowanie problemów, zanim spowodują one niewłaściwą pracę sieci;
- identyfikację wąskich gardeł sieci;
- redukcję czasu niedostępności sieci dla użytkowników;
- poprawę osiągów sieci;
- wykrywanie i usuwanie usterek;
- zapis informacji o ruchu panującym w sieci radiowej w celu testowania jej
parametrów oraz wykrywania i zapobiegania ewentualnym uszkodzeniom;
- uaktualnianie wewnętrznego oprogramowania (firmware) punktów dostępowych.
Rys. 42: Okno programu ManageEngine WiFi Manager 4
– str. 84 z 94 –
Dodatkową funkcją programu ManageEngine WiFi Manager 4 jest możliwość tworzenia
raportów informujących o wybranych przez użytkownika parametrach sieci oraz bezpośredni
eksport tych informacji do plików w formacie pdf.
Nazwa programu: WirelessMon v1.0
Producent:
PassMark Software Pty Ltd.
Cena:
19 USD
WirelessMon v1.0 jest programem umożliwiającym wykrywanie urządzeń oraz pomiar
parametrów sieci radiowych, których sygnał znajduje się w zasięgu adaptera RLAN
skonfigurowanego do pracy z programem WirelessMon v.1.0. Informacje zebrane przez
program są na bieżąco przetwarzane i wyświetlane na ekranie, rys. 43.
Rys. 43: Okno programu WirelessMon v1.0
Program pozwala na:
- monitorowanie statusu sieciowych urządzeń radiowych Wi-Fi;
- wyświetlanie w czasie rzeczywistym informacji o parametrach sygnału radiowego
transmitowanego przez punkty dostępu znajdujące się w zasięgu działania adaptera
sieciowego;
- zapis zebranych informacji do pliku;
- weryfikację poprawności działania sieci w standardzie 802.11;
- sprawdzenie poprawności pracy urządzeń oraz sterowników do nich;
- pomiary poziomu sygnału radiowego podchodzącego od sieci macierzystej oraz
od sieci zakłócających;
- łatwą lokalizację źródeł zakłóceń;
– str. 85 z 94 –
- wykrywanie punktów dostępowych;
- weryfikację ustawień bezpieczeństwa;
- pomiar szybkości i wydajności wybranej sieci radiowej.
Nazwa programu: Network Stumbler 0.4.0
Producent:
NetStumbler.com
Cena:
0. Program dostępny w Internecie.
Network Stumbler 0.4.0 umożliwia wykrycie oraz pomiar parametrów sygnałów radiowych
pochodzących od urządzeń sieci lokalnych pracujących w standardach IEEE 802.11a/b/g.
Informacje o poziomie sygnału odbieranego prezentowane są w formie czytelnego wykresu
czasowego. Pozostałe informacje o parametrach dostępnych sieci radiowych prezentowane są
w postaci tekstowej. Dodatkowo program umożliwia zapis zebranych informacji od pliku oraz
ustawienie interwału czasowego dla aktualizacji danych.
Program pozwala na:
- weryfikację poprawności działania sieci,
- sprawdzenie dostępności sygnału sieci radiowej na danym obszarze oraz stworzenie
dokładnej mapy pokrycia (w przypadku posiadania dodatkowego modułu
z wbudowanym odbiornikiem sygnału GPS),
- wykrycie obcych sieci, mogących powodować zakłócenia sygnału sieci macierzystej,
- wykrycie prób uzyskania nieautoryzowanego dostępu do sieci,
- łatwiejsze uruchamianie linii radiowych do transmisji sygnałów w standardach
IEEE 802.11a/b/g z wykorzystaniem anten kierunkowych.
6.4.
Testowanie pokrycia
Jak opisano w punktach 4.3 i 4.4 oszacowanie zasięgów RLAN w budynkach jest obarczone
dużym błędem. W ramach pracy wykonano badania pokrycia sygnałem radiowym sali
wykładowej ośrodka szkolenia mieszczącej się na pierwszym piętrze budynku administracyjnego IŁ. Na tym samym piętrze w sąsiadujących pomieszczeniach, do których goście nie
mają dostępu zostały zainstalowane trzy punkty dostępowe (AP) dołączone do sieci
wewnętrznej IŁ, pracujące w systemie IEEE 802.11g w kanałach: 1 (2412 MHz), 7 (2442 MHz)
i 13 (2472 MHz). We wszystkich urządzeniach zaprogramowano tę samą moc wyjściową
nadajnika.
Powierzchnię sali wykładowej o wymiarach 18 × 6 m podzielono na kwadraty 2 × 2 m,
w każdym z kwadratów wykonano pomiar poziomu sygnału odbieranego (Received Signal
Strength Indication, RSSI) wykorzystując do tego celu kartę testową PCMCIA umieszczoną
w przenośnym PC z zainstalowanym programem Network Stumbler.
Na rys. 44 przedstawiono wyniki tych badań. Kolory prezentują zmierzony poziom sygnału.
Lokalizacje AP (niewidoczne na rysunku) tworzyły trójkąt:
AP kanału nr 1 znajdował się blisko dolnego prawego rogu.
AP kanału nr 7 znajdował się u góry na przedłużeniu osi podłużnej sali.
AP kanału nr 13 znajdował się na lewo od środka lewej ściany sali.
– str. 86 z 94 –
Poziom RSSI
kanał nr 1
kanał nr 7
kanał nr 13
Rys. 44: Rozkład poziomu sygnału trzech punktów dostępu w sali wykładowej
Wniosek. AP pracujący w kanale nr 1 umieszczony blisko sali i AP pracujący w kanale nr 13
w pewnym stopniu się uzupełniają. Natomiast AP pracujący w kanale nr 7 z punktu widzenia
potrzeb obsługi terminali znajdujących się sali szkoleniowej jest w zasadzie bezużyteczny.
7.
Podsumowanie
Radiowe sieci lokalne (RLAN, WLAN) są postrzegane jako efektywny sposób dostępu do
Internetu i sieci korporacyjnych, a w sieciach domowych integrują komunikację głosową,
danych i funkcje rozrywkowe.
W niniejszym sprawozdaniu z pracy dokonano przeglądu technologii radiowych sieci
lokalnych zgodnych ze specyfikacjami IEEE z serii 802.11. Przedstawiono wymagania
dotyczące urządzeń wynikające z zaleceń i norm międzynarodowych. Opisano metody
szacowania zasięgów i pojemności sieci i zagadnienia związane z kompatybilnością różnych
wersji systemu. Przygotowano obszerny wykaz wykorzystanych dokumentów źródłowych,
który może służyć do pogłębienia wiedzy dotyczącej przedmiotu opracowania.
Sprawozdanie może być wykorzystane jako poradnik i wytyczne do projektowania sieci
WLAN, a doświadczenia zdobyte w trakcie wykonywania pracy do oferowania usług
związanych z projektowaniem i badaniami tego rodzaju sieci.
W następnym etapie pracy planuje się przygotowanie podobnej analizy i wytycznych
odnośnie rodziny urządzeń zaliczanych do kategorii radiowych sieci otoczenia osobistego
(WPAN).
– str. 87 z 94 –
Podstawowe definicje
Dla potrzeb niniejszego dokumentu zastosowano następujące definicje:
Dostęp radiowy (Wireless access) – dołączenie użytkownika końcowego (end-user) za
pomocą systemu radiowego do sieci szkieletowych (core networks).
Stacjonarny dostęp radiowy (Fixed wireless access) – dostęp radiowy, w którym lokalizacja
punktu dostępu do sieci (access point), zapewniającego połączenie z użytkownikiem
końcowym, oraz lokalizacja zakończenia sieciowego (terminala), wykorzystywanego przez
użytkownika końcowego (end-user termination), są stałe.
Ruchomy dostęp radiowy (Mobile wireless access) – dostęp radiowy, w którym lokalizacja
punktu dostępu do sieci (access point), zapewniającego połączenie z użytkownikiem
końcowym jest stała, natomiast zakończenie sieciowe (terminal) w trakcie wykorzystywania
przez użytkownika końcowego jest ruchome.
Nomadyczny dostęp radiowy (Nomadic wireless access) – dostęp radiowy, w którym
zakończenie sieciowe (terminal) stosowane przez użytkownika końcowego może być
umiejscowione w różnych lokalizacjach, ale podczas używania musi być stacjonarne.
Łącze radiowe punkt-punkt (point-to-point link) – komunikacja drogą radiową realizowana
pomiędzy dwoma stacjami (węzłami) umiejscowionymi w określonych nieruchomych
punktach.
Sieć radiowa punkt do wielu punktów (point-to-multipoint) – komunikacja realizowana za
pomocą łączy radiowych między stacjonarnym punktem dostępu, a wieloma stacjami
użytkowników (terminalami) umiejscowionymi w określonych nieruchomych punktach.
Sieć radiowa punkt do obszaru (point-to-area) – komunikacja realizowana za pomocą łączy
radiowych między stacjonarnym punktem dostępu, a wieloma stacjami użytkowników
(terminalami), które mogą znajdować się w dowolnym punkcie na określonym obszarze.
Uwaga. Jest to typowa sytuacja w "WLAN hotspot".
Sieć ad-hoc (sieć ad hoc) – sieć, w której każde upoważnione urządzenie radiowe może
automatycznie stać się węzłem sieci radiowej.
Uwaga. Definicja ta zakłada możliwość dynamicznych zmian struktury sieci.
sieć per-to-per – sieć z dwoma lub więcej urządzeniami radiowymi (węzłami), które łączą się
ze sobą bez pośrednictwa centralnego punktu dostępu.
Uwaga. Definicja ta zakłada zdeterminowaną strukturę sieci.
Sieć kratowa (mesh network) – sieć, która zapewnia co najmniej dwie drogi do każdego
węzła. Nie oznacza to, że każdy węzeł musi być połączony ze wszystkimi innymi. Jeżeli
każdy z węzłów jest połączony ze wszystkimi pozostałymi, to jest to tzw. pełna sieć kratowa.
Uwaga. W sieci kratowej nie wymaga się, aby urządzenie mogło się dołączyć do sieci
automatycznie, ale w przypadku sieci samo-konfigurujących się jest to warunek
konieczny.
Punkt dostępu (AP) – urządzenie, które dołącza urządzenie radiowe do innej sieci, która może
być lokalną siecią kablową (LAN) lub inną.
Ruter radiowy – urządzenie przyjmujące połączenia terminali radiowych kierowane do sieci,
które przydziela lokalne adresy sieciowe i zwykle zawiera firewall.
– str. 88 z 94 –
Hotspot – lokalizacja, gdzie użytkownicy mogą uzyskać dostęp do Internetu używając
terminali RLAN. Dostęp może być za opłatą lub darmowy.
WPAN (Wireless Personal Area Network) – radiowa sieć osobistego otoczenia – sieć
tworzona w miejscu pracy lub w domu, łącząca drogą radiową urządzenia osobiste
w promieniu ok. 10 m. Określenie obejmuje system Bluetooth i inne definiowane w ramach
prac IEEE 802.15.
Bluetooth – nazwa handlowa radiowego systemu bliskiego zasięgu, zaprojektowanego do
"zastąpienia kabli" w połączeniach pomiędzy komputerami, PDA, peryferyjnym
wyposażeniem komputerów i telefonami komórkowymi. Bluetooth umożliwia transmisję
głosu i danych w paśmie 2,4 GHz na odległość ok. 10 m.
Aplikacja – program przeznaczony do wykonywania specyficznych czynności np.
przeglądarka internatowa.
Zasięg radiowy (radio range) – odległość od anteny nadajnika, przy której natężenie pola
sygnału pozostaje powyżej minimalnego poziomu, wyznaczonego dla odbiornika określonego
systemu i określonego rodzaju anteny odbiorczej.
Uwaga. W tym kontekście można definiować: zasięg użytkowy wyznaczający granice
obszaru pokrycia oraz zasięg zakłóceniowy wyznaczający granice obszaru zakłóceń
wspólnokanałowych.
Obszar pokrycia (coverage area) punktu dostępu lub zespołu punktów dostępu – obszar
geograficzny, na którym dla wielu stacji użytkowników (terminali) jest dostępna określona
usługa radiokomunikacyjna.
Uwagi. 1. Należy zauważyć, że granice obszaru pokrycia mają ścisły związek z definicją
warunków technicznych, takich jak: częstotliwość i moc promieniowana nadajnika,
zysk anteny i wartość progowa czułości odbiornika (która z kolei zależy od rodzaju
modulacji i szybkości transmisji, dopuszczalnej stopy błędu), założony margines dla
określonego rodzaju zakłóceń.
2. W rezultacie należy rozróżniać:
– obszar pokrycia wolny od zakłóceń (interference-free coverage area), tj. obszar
ograniczony wyłącznie poziomem szumu odbiornika;
– znamionowy obszar pokrycia (nominal coverage area), tj. obszar zdefiniowany
po ustanowieniu planu częstotliwości sieci, przy uwzględnieniu wszystkich
przewidywanych nadajników (tj. sieciowych zakłóceń wspólnokanałowych);
– faktyczny obszar pokrycia (actual coverage area), tj. obszar na którym
uwzględnia się rzeczywiście występujące szumy i zakłócenia.
Szybkość transmisji (danych) ((data) rate) – ilość danych przesyłanych przez aktywny
nadajnik radiowy w ciągu sekundy [Mbit/s].
Przepływność (throughput) – średnia ilość danych przenoszonych przez urządzenie (punkt
dostępu lub terminal) w ciągu sekundy. Uśrednienie dotyczy długiego czasu.
Uwaga. Wskutek uśredniania przepływność jest mniejsza od szybkości transmisji radiowej.
Jest mniejsza również dlatego, że część przesyłanych danych jest wykorzystywana
przez protokół transmisji radiowej dla potrzeb systemu.
Pojemność (capacity) – suma przepływności, które radiowa sieć lokalna może zapewnić
użytkownikom, z uwzględnieniem wszystkich zjawisk, które w rzeczywistości mogą
oddziaływać na pojemność pojedynczego AP i wielu AP.
– str. 89 z 94 –
Wykaz literatury
[1]
IEEE 802.11, 1999 Edition (ISO/IEC 8802-11: 1999). IEEE Standards for Information
Technology. Telecommunications and Information Exchange between Systems. Local
and Metropolitan Area Network. Specific Requirements. Part 11: Wireless LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications.
[2]
IEEE 802.11a-1999. (8802-11:1999/Amd 1:2000(E)). IEEE Standard for Information
technology. Telecommunications and information exchange between systems. Local
and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11: Wireless LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications. Amendment 1: Highspeed Physical Layer in the 5 GHz band.
[3]
IEEE 802.11b-1999. Supplement to 802.11-1999. Wireless LAN MAC and PHY
specifications: Higher speed Physical Layer (PHY) extension in the 2.4 GHz band.
[4]
802.11b-1999/Cor1-2001. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications
and information exchange between systems. Local and metropolitan area networks.
Specific requirements. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and
Physical Layer (PHY) specifications. Amendment 2: Higher-speed Physical Layer
(PHY) extension in the 2.4 GHz band. Corrigendum 1.
[5]
IEEE 802.11d-2001. Amendment to IEEE 802.11-1999, (ISO/IEC 8802-11) Information
technology. Telecommunications and information exchange between systems. Local
and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11: Wireless LAN Medium
Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Specification for
Operation in Additional Regulatory Domains.
[6]
IEEE 802.11g-2003. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications
and information exchange between systems. Local and metropolitan area networks.
Specific requirements. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and
Physical Layer (PHY) specifications. Amendment 4: Further Higher-Speed Physical
Layer Extension in the 2.4 GHz Band.
[7]
IEEE 802.11h-2003. IEEE Standard for Information technology. Telecommunications
and Information Exchange Between Systems. LAN/MAN Specific Requirements.
Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications: Spectrum and Transmit Power Management Extensions in the 5 GHz
band in Europe.
[8]
IEEE 802.11i-2004. Amendment to IEEE Std 802.11, 1999 Edition (Reaff 2003). IEEE
Standard for Information technology. Telecommunications and information exchange
between system. Local and metropolitan area networks. Specific requirements. Part 11:
Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
specifications. Amendment 6: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements.
[9]
IEEE 802.11e/D13.0. Approved Draft Amendment Standard for Information
Technology. Telecommunications and Information Exchange Between Systems.
LAN/MAN Specific Requirements. Part 11 Wireless Medium Access Control (MAC)
and Physical Layer (PHY) specifications: Medium Access Control (MAC) Quality of
Service (QoS) Enhancements.
[10] IEEE Std. 802.1X-2004. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks: PortBased Network Access Control.
– str. 90 z 94 –
[11] IEEE 802.15.1-2002. IEEE Standard for Information technology – Telecommunications
and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks –
Specific requirements. Part 15.1: Wireless Medium Access Control (MAC) and
Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPANs).
[12] Bluetooth SIG, Inc. Bluetooth specification version 1.2; Part A - Radio specification.
5 Nov. 2003.
[13] IEEE 802.15.2-2003. IEEE Recommended Practice for Telecommunications and
Information exchange between systems – Local and metropolitan area networks
Specific Requirements – Part 15.2: Coexistence of Wireless Personal Area Networks
with Other Wireless Devices Operating in Unlicensed Frequency Bands.
[14] IEEE 802.15.3-2003. IEEE Standard for Information technology – Telecommunications
and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks –
Specific requirements. Part 15.3: Wireless Medium Access Control (MAC) and
Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks
(WPAN).
[15] IEEE 802.15.4-2003. IEEE Standard for Information technology – Telecommunications
and information exchange between systems--Local and metropolitan area networks –
Specific requirements. Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and
Physical Layer (PHY) Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks
(LR-WPANs).
[16] ERC/DEC/(01)07. ERC Decision of 12 March 2001 on harmonised frequencies,
technical characteristics and exemption from individual licensing of Short Range
Devices used for Radio Local Area Networks (RLANs) operating in the frequency band
2400 – 2483,5 MHz.
[17] ERC/REC 70-03 E. Relating to the use of Short Range Devices (SRD); Including
Appendixes and Annexes at October 2005. [Annex 3 Wideband Data Transmission
systems].
[18] ETSI EN 300 328 V1.6.1 (2004-11). Electromagnetic compatibility and Radio spectrum
Matters (ERM); Wideband transmission systems; Data transmission equipment
operating in the 2,4 GHz ISM band and using wide band modulation techniques;
Harmonized EN covering essential requirements under article 3.2 of the R&TTE
Directive.
[19] ECC/DEC/(04)08. ECC Decision of 12 November 2004 on the harmonised use of the
5 GHz frequency bands for the implementation of Wireless Access Systems including
Radio Local Area Networks (WAS/RLANs)
[20] ETSI EN 301 893 V1.3.1 (2005-08). Broadband Radio Access Networks (BRAN);
5 GHz high performance RLAN; Harmonized EN covering essential requirements of
article 3.2 of the R&TTE Directive.
[21] Zalecenie Rec. ITU-R M.1652. Dynamic frequency selection (DFS) in wireless access
systems including radio local area networks for the purpose of protecting the
radiodetermination service in the 5 GHz band.
[22] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 24 października 2005 r. w sprawie
urządzeń radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być używane
bez pozwolenia (Dz. U. 2005 nr 230, poz. 1955).
– str. 91 z 94 –
[23] Centurion Wireless Technologies, Inc. Design Guide for Wireless Device Antenna
Systems. Including: Bluetooth and 802.11 Applications. Revised: 1/12/00.
[24] ETSI ES 202 131 V1.2.1 (2003-07). Electromagnetic compatibility and Radio spectrum
Matters (ERM); Wideband Transmission systems; Data transmission equipment
operating in the 2,4 GHz ISM band using spread spectrum modulation techniques and 5
GHz high performance RLAN equipment; Specification of Reference Receiver
Performance Parameters for Spectrum Planning.
[25] CEPT Report 006. 12 Nov. 2004. Report from CEPT to the European Commission in
response to the Mandate to: Harmonise technical and, in particular, operational
conditions aiming at efficient spectrum use by RLANs in the bands 5150-5350 MHz
and 5470-5725 MHz.
[26] J. D. Parsons. The Mobile Radio Propagation Channel. Pentech Press Ltd. London.
1992.
[27] Sylvain Ranvier. Path loss models. Physical layer methods in wireless communication
systems.
[28] COST 231 Final Report. Digital mobile radio towards future generation systems.
[29] Zalecenie Rec. ITU-R P.1456-2. Method for point-to-area predictions for terrestrial
services in the frequency range 30 MHz to 3 000 MHz.
[30] Zalecenie ITU-R P.1411-2. Propagation data and prediction methods for the planning of
short range outdoor radiocommunication systems and radio local area networks in the
frequency range 300 MHz to 100 GHz.
[31] Zalecenie Rec. ITU-R P.530-10. Propagation data and prediction methods required for
the design of terrestrial line-of-sight systems.
[32] Zalecenie Rec. ITU-R P.452-11. Prediction procedure for the evaluation of microwave
interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about
0.7 GHz.
[33] Instytut Łączności. Warszawa. Podręcznik użytkownika programu TrasaZ.
[34] Zalecenie ECC/REC 01-05. List of parameters of digital point-to-point fixed radio links
used for national planning.
[35] Zalecenie Rec. ITU-R P. P.1238-4. Propagation data and prediction methods for the
planning of indoor radiocommunication systems and radio local area networks in the
frequency range 900 MHz to 100 GHz.
[36] Atheros Communications Inc. 2004. Atheros eXtended Range XR Technology.
[37] Atheros Communications, Inc. 2001. Measured Performance of 5 GHz 802.11a
Wireless LAN Systems.
[38] Zalecenie Rec. ITU-R M.1450-2. Characteristics of broadband radio local area networks.
[39] Nortel Networks. Engineering a WLAN network. 2004.
[40] Trapeze Networks. Capacity is Critical: Designing Enterprise Wireless LANs for
Capacity vs. Coverage. 2003.
[41] J. Zyren, E. Enders, T. Edmondson 802.11g Starts Answering WLAN Range Questions.
CommsDesign. Jan. 14 2003.
– str. 92 z 94 –
[42] S. M. Schwartz. Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) vs. Direct Sequence
Spread Spectrum (DSSS) in Broadband Wireless Access (BWA) and Wireless LAN
(WLAN). Alvarion Ltd. 2001.
[43] SAMS. Wireless LANs, Second Edition. 2002.
[44] F. Ohrtman, K. Roeder. Wi-Fi Handbook. Building 802.11b Wireless Networks. Agilent
Technologies. WLAN Design Guide. Sept. 2004.
[45] Atheros Communications Inc. 2003. Metodology for Testing Wireless LAN Performance.
[46] BelAir Networks. 2004. Capacity of Wireless Infrastructure Mesh Networks.
[45] Zalecenie Rec. ITU-R M.1653. Operational and deployment requirements for wireless
access systems including radio local area networks in the mobile service to facilitate
sharing between these systems and systems in the Earth exploration-satellite service
(active) and the space research service (active) in the band 5 470-5 570 MHz within the
5 460-5 725 MHz range.
[46] Zalecenie Rec. ITU-R V.573-4. Radiocommunication vocabulary.
[47] Jose A. Gutierrez and others. IEEE 802.15.4: Developing Standard for Low-Power
Low-Cost Wireless Personal Area Networks. IEEE Network - September/October 2001.
Akronimy
3G
AAA
ADSL
AES
AmI
AN
AP
BCC
BER
BPSK
BS
BSS
BWA
CCK
CCMP
CDMA
CEPT
CSMA/CA
CTS
DBPSK
DCF
DFS
DHCP
DSSS
e.i.r.p.
Third Generation (system)
Authentication, Authorisation, Accounting
Asynchronous Digital Subscriber Line
Advanced Encryption Standard
Ambient Intelligence
Ambient Networks
Access Point
Binary Convolutional Code
Bit Error Ratio
Binary Phase Shift Keying
Base Station
Basic Service Set
Broadband Wireless Access
Complementary Code Keying
Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code
Protocol (802.11i)
Code Division Multiple Access
Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications
(European Conference of Postal and Telecommunication Administrations)
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
Clear To Send
Differential Binary Phase Shift Keying
Distributed Coordination Function
Dynamic Frequency Selection,
Dynamic Host Configuration Protocol
Direct Sequence Spread Spectrum
lub EIRP. effective isotropic radiated power
– str. 93 z 94 –
EAP
ECC
EDCA
EDCF
ERC
ERO
ERP OFDM
ESS
ETSI
FCC
FER
FHSS
GFSK
GSM
GPRS
HCCA
HCF
HPBW
HTTPS
IAPP
IEEE
IF
IFS
IP
IPSec
IPv6
IR
ISP
ITU-R
LLC
LNA
MAC
OFDM
OSI
PBCC
PC
PCF
PCI
PDA
PDU
PER
PHY
PLCP
PMD
PSDU
PSK
QAM
QoS
QPSK
PAN
Extensible Authentication Protocol
Electronic Communications Committee (CEPT)
Enhanced Distributed Channel Access
Enhanced DCF
European Radiocommunications Committee (CEPT)
European Radiocommunication Office (CEPT)
Extended Rate PHYs OFDM
Extended Service Set
European Telecommunications Standard Institute
Federal Communications Commission (USA)
Frame Erasure/Error Rate
Frequency Hopping Spread Spectrum
Gaussian FSK
Global System Mobile
General Packet Radio Service
HCF Controlled Channel Access
Hybrid Coordination Function
Half Power Beam Width,
HyperText Transfer Protocol Secure
Inter Access Point Protocol
Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.
Intermediate Frequency
Inter Frame Space
Internet Protocol
Internet Protocol Security
IP version 6
Infra Red
Internet Service Provider
International Telecommunications Union – Radiocommunications Sector
Logical Link Control
Low Noise Amplifier
Medium Access Control
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Open Standard Interconnection
Packet Binary Convolutional Code
Personal Computer
Point Coordination Function
Peripheral Component Interconnect
Personal Digital Assistant
Protocol Data Unit
Packet Error Rate
Physical layer a
Physical Layer Convergence Protocol
Physical Medium Dependent
PLCP SDU
Phase Shift Keying
Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Service
Quadrature Phase Shift Keying
Personal Area Network
– str. 94 z 94 –
PDA
Personal Digital Assistant
RF
Radio Frequency
RLAN
Radio LAN (WLAN)
RSSI
Received Signal Strength Indication
RTS
Ready To Send
Rx
Receiver
SDU
Service Data Unit
SNMP
Simple Network Management Protocol
SNR
Signal to Noise Radio
SRD
Short Range Device
SSH
Secure Shell
RFID
Radio Frequency Identification
TIP
Total Interfering Power
TPC
Transmitted Power Control
Tx
Transmitter
UMTS
Universal Telecommunications System
USB
Universal Serial Bus
VLAN
Virtual Local Area Network
VoIP
Voice over IP
VPN
Virtual Private Network
VSWR
Voltage Standing Wave Ratio
UWB
Ultra Wideband
WAS
Wireless Access Systems
WEP
Wired Equivalent Privacy
Wi-Fi
Wireless Fidelity
WLAN
Wireless LAN = RLAN w ITU-R, CEPT, ETSI
WME
Wi-Fi Multimedia Enhancements
WMM
Wi-Fi Multimedia
WPA
Wi-Fi Protect Access
WPAN
Wireless Personal Area Network
WRC
The World Radiocommunication Conference (Geneva, 2003)
XDSL
Digital Subscriber Line
________________________________ KONIEC ________________________________
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement