Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра “Телекомунікації”
М. Павликевич
ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ МЕРЕЖІ
8
БЕЗПРОВІДНІ ЛОКАЛЬНІ МЕРЕЖІ (WLAN)
Лекції для студентів cпеціальності
7.092402 “Інформаційні мережі зв’язку”
Львів, 2005
Основні відомості.
Що таке безпровідні мережі?
Безпровідні локальні мережі (Wireless Local Area Network - WLAN) - це гнучкі системи комунікації даних, впроваджені як розширення або альтернатива до кабельних LAN. Використовуючи технології радіозв'язку, безпровідні LAN передають і приймають дані через вільний простір, мінімізуючи потреби у кабельних сполученнях. Безпровідні мережі вживаються, коли користувач мобільний, прийнятна обмежена швидкість передавання даних (до величин порядку одиниць Мб/с) і наявний потрібний спектр частот. У корпративних організаціях WLAN звичайно впроваджують як кінцевий зв’язок між чинною кабельною мережею та групами комп’ютерів клієнтів, надаючи цим користувачам безпровідний доступ до всіх ресурсів і послуг корпоративної мережі.
Безпровідні LAN використовують електромагнітні хвилі (радіо- або інфрачервоного діапазону) для обміну інформацією між одним пунктом та іншим безвідносно до будь-якого іншого фізичного сполучення. Радіохвилі часто називають радіоносіями, оскільки вони просто здійснюють функцію донесення енергії сигналу до віддаленого приймача. Дані, що передаються, переносяться на радіочастоту-носій і потім виділяються на приймальному кінці; це називають модуляцією носія інформацією, призначеною для передавання. Коли дані перенесені на частоту носія, тобто здійснений процес модуляції, то радіосигнал займає певну смугу частот. Багато радіоносіїв можуть співіснувати в тому самому просторі та в той самий час без інтерференції один з одним, якщо радіохвилі передаються на різних частотах. Для виділення даних радіоприймач повинен бути настроєний на одну радіочастоту, тоді як всі інші частоти не пропускаються вхідними колами та фільтрами приймача.
Кінцеві користувачі отримують доступ до безпровідної LAN через безпровідні мережеві адаптери, які вставляються у комп’ютери подібно до звичайних мережевих карт або можуть бути інтегровані з ними. Безпровідні мережеві адаптери забезпечують інтерфейс між клієнтською мережевою операційною системою (Network Operating System - NOS) та радіохвилями через антену. Природа безпровідного сполучення прозора для NOS.
Особливості безпровідних мереж.
Безпровідні мережі мають фундаментальні характеристики, які значно відрізняються від характеристик традиційних кабельних мереж:
У кабельних мережах адреса еквівалентна до фізичної локалізації. Це неявно приймається при проектуванні кабельних LAN. У безпровідній мережі адресованим пристроєм є станція. У загальному випадку саме станція є призначенням повідомлення, а не фіксоване місце.
Фізичний рівень, який використовується у WLAN, суттєво відрізняється від PHY кабельних середовищ. Зокрема,
використовується середовище, яке не має помітних меж, поза якими відомо, що станція зі сумісним трансивером PHY нездатна приймати мережеві рамки;
середовище не захищене від сторонніх сигналів;
комунікація через середовище значно менш надійна, ніж через кабелі;
фізичний рівень має змінну топологію;
відсутня повна сполучність і тому припущення, що кожна станція може “чути” іншу, яке звичайно робиться для кабельних LAN, тут невірне (тобто станції можуть бути “невидимі” одна для одної);
середовище має змінні в часі та асиметричні властивості.
Внаслідок ряду обмежень безпровідних PHY, безпровідні мережі, призначені для охоплення прийнятних географічних відстаней, повинні будуватися на підставі базових блоків.
Безпровідні мережі можуть обслуговувати мобільні і портативні станції. Портативні станції можна переміщати з місця на місце, але вони використовуються на певному фіксованому місці. Мобільні станції здійснюють доступ до мережі під час переміщення. Іншою особливістю використання мобільних станцій є їх батерейне живлення, тому управління живленням є важливим аспектом.
Стандартизація безпровідних мереж.
Широке впровадження WLAN залежить від стандартизації на промисловому рівні для досягнення сумісності продуктів і надійності у середовищі багатьох виробників. У 1997 році IEEE ратифікував оригінальні специфікації 802.11 як стандарт для безпровідних LAN. Ця версія 802.11 забезпечує швидкості пересилання даних 1 Мбіт/с і 2 Мбіт/с і встановлює основи методів сигналізації та інших послуг. Найбільш критичним питанням, яке впливає на потреби у використанні WLAN, є обмежена перепускна здатність. Швидкості даних, які підтимуються оригінальним стандартом 802.11, занадто малі для підтримки більшості основних потреб для бізнесу, що обумовлює повільне впровадження WLAN. Тому в 1999 р. IEEE затвердив стандарт 802.11b (відомий також як 802.11 High Rate або 802.11 HR) для пересилання даних із швидкістю до 11 Мбіт/с. Із цим стандартом безпровідні локальні мережі здатні досягнути параметрів, сумірних із кабельним Ethernet.
Стандарт IEEE 802.11 є першим стандартом виробів WLAN, опрацьованим міжнародно визнаним незалежним органом. Це важливий крок у розвитку систем безпровідних локальних мереж, бо їх виготівники можуть використовувати компоненти своїх WLAN, отримані від різних виробників, що сприяє оптимізації експлуатаційних характеристик таких мереж.
Подібно до всіх стандартів 802, стандарт 802.11 зосереджений на двох нижніх рівнях еталонної моделі OSI – Фізичному та Канальному. Будь-які застосування LAN, мережеві операційні системи і протоколи, такі як TCP/IP або Novell NetWare, можуть використовуватися у WLAN, сумісних із 802.11 так само, як вони використовуються в Ethernet.
Компоненти архітектури мереж стандарту IEEE802.11.
Архітектура IEEE 802.11 містить окремі компоненти, які взаємодіють між собою, утворюючи безпровідну LAN, яка підтримує мобільність станцій (station – STA) прозоро щодо вищих рівнів. Основна архітектура, властивості та послуги 802.11b визначені оригінальним стандартом 802.11. Специфікації 802.11b впливають тільки на Фізичний рівень, додаючи вищі швидкості пересилання даних і більш стійке сполучення.
Базова система послуг (Basic Service Set - BSS) є основним блоком, з яких будується WLAN IEEE 802.11. На рис. показано дві BSS, кожна з яких містить по дві станції, які є членами BSS.

Рис. . Базова система послуг.
Доцільно вважати, що внутрішні еліпси на рис. окреслюють області охоплення, всередині яких станції, які входять до даної BSS, можуть здійснювати комунікацію між собою. Якщо ж ці станції перемістяться поза свою BSS, то вони не зможуть безпосередньо комунікуватися з іншими членами BSS.
Незалежна базова система послуг (Independent BSS – IBBS) є найбільш основним типом LAN стандарту IEEE 802.11. Найменша така LAN може складатися з тільки двох станцій. На рис. кожна з BSS 1 та BSS 2 – це IBSS. Цей режим можливий, коли станції здатні комунікуватися між собою безпосередньо. Оскільки такий тип мережі часто формується без попереднього планування, його називають одноразовою (ad hoc) мережею.
Пов’язання між станцією та BSS динамічне – станція може вмикатися, вимикатися, залишати межі області охоплення і повертатися в неї. Щоб стати членом інфраструктури BSS, станція мусить стати “асоційованою”. Ця асоціація динамічна і включає використання послуг розподільчої системи (Distribution System Service – DSS), описаної нижче.
Концепція розподільчої системи полягає в наступному. Обмеження Фізичного рівня (PHY) визначають максимальну відстань між станціями, яка ще може обслуговуватися. Для певних мереж ця відстань достатня, для інших вона повинна бути збільшена. Тоді, замість незалежного існування, BSS може виступати як компонента розширеної форми мережі, побудованої з багатьох BSS. Архітектурна компонента, яка вживається для взаємосполучення багатьох BSS, називається розподільчою системою (Distribution System - DS).
Стандарт IEEE 802.11 логічно відділяє безпровідне середовище (Wireless Medium - WM) від середовища розподільчої системи (Distribution SystemMedium - DSM). Кожне логічне середовище вживається для різних завдань, з різними компонентами архітектури мережі. Логічні середовища можуть бути фізично однаковими або різними. Розуміння того, що різні середовища логічно відмінні є ключовим лоя розуміння гнучкості архітектури. Архітектура LAN IEEE 802.11 визначена незалежно від фізичних характеристик будь-якого конкретного впровадження. Розподільча система уможливлює підтримку мобільних пристроїв, забезпечуючи логічні послуги, необхідні для обслуговування відображення адрес на призначення і, тим самим, об’єднання багатьох BSS.
Крім станції, IEEE 802.11 визначає пункт доступу (Access Point – AP), який діє як міст між безпровідною мережею та розподільчою системою. Пункт доступу – це станція, яка забезпечує доступ до DS, надаючи послуги розподільчої системи додатково до своїх дій як станції. Пункт доступу звичайно складається із радіо, кабельного мережевого інтерфейсу (наприклад, для 802.3) і програмного забезпечення для бріджінгу (операцій мостів),