Технологии стандарта IEEE 802.11 WI-FI (стр. 2 )

Рисунок 2-Распределение каналов для стандартного Wi-Fi диапазона 5 ГГц (802.11a/n)

Важное примечание - средний диапазон в некоторых абонентских устройствах, да и среди точек доступа Wi-Fi бывает недоступен. Это объясняется тем, что установка и доступность определенного диапазона зависит от региона назначения данного оборудования – Country Code. Например, для Европы актуален стандарт ETSI: 5.18 - 5.32, 5.48 - 5.72 ГГц, для США и Канады, соответственно : 5.16 - 5.32, 5.48 - 5.72 ГГц, 5.725 - 5.825 ГГц. Для большинства остальных стран весь диапазон представлен частотами: 5.18 -5.32, 5.745 - 5.825 ГГц. Это следует иметь в виду при проектировании Wi-Fi сетей и их частотном планировании.

1.2 Описание и параметры некоторых основных стандартов 802.11х

1.2.1 IEEE 802.11b

Описывает большие скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Этот стандарт широко продвигался со стороны WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) и изначально назывался Wi-Fi.

Используются частотные каналы в спектре 2.4ГГц. Он ратифицирован в 1999 году. Используемая радиочастотная технология:  DSSS. Кодирование: Barker 11 и CCK. Модуляции: DBPSK и DQPSK. Максимальные скорости передачи данных  в канале: 1, 2, 5.5, 11 Mбит/с.[1]

1.2.2IEEE 802.11а

Описывает большие скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Этот стандарт широко продвигался со стороны WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) и изначально назывался Wi-Fi.

Используются частотные каналы в спектре 2.4ГГц. Он ратифицирован в 1999 году. Используемая радиочастотная технология: DSSS. Кодирование: Barker 11 и CCK. Модуляции: DBPSK и DQPSK. Максимальные скорости передачи данных в канале: 1, 2, 5.5, 11 Mбит/с.

1.2.3IEEE 802.11g

Описывает скорости передачи данных эквивалентные 802.11а.

Используются частотные каналы в спектре 2.4ГГц. Протокол совместим с 802.11b, ратифицирован в 2003 году. Используемые радиочастотные технологии:  DSSS и OFDM. Кодирование: Barker 11 и CCK.
Модуляции: DBPSK и DQPSK.

Максимальные скорости передачи данных в канале:

1, 2, 5.5, 11 Mбит/с на DSSS 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mбит/с на OFDM.

1.2.4.IEEE 802.11n

Самый передовой коммерческий Wi-Fi стандарт, на данный момент, официально разрешенный к ввозу и применению на территории РФ (802.11ac пока в процессе проработки регулятором). В 802.11n используются частотные каналы в частотных спектрах Wi-Fi 2.4ГГц и 5ГГц. Совместим с 11b/11a/11g. Хотя рекомендуется строить сети с ориентацией только на 802.11n, т. к. требуется конфигурирование специальных защитных режимов при необходимости обратной совместимости с устаревшими стандартами. Это ведет к большому приросту сигнальной информации и существенному снижению доступной полезной производительности радиоинтерфейса. Собственно даже один клиент Wi-Fi 802.11g или 802.11b потребует специальной настройки всей сети и мгновенной ее существенной деградации в части агрегированной производительности.

Сам стандарт Wi-Fi 802.11n вышел 11 сентября 2009 года. Поддерживаются частотные каналы Wi-Fi шириной 20MГц и 40MГц(2x20MHz). Используемая радиочастотная технология: OFDM. Используется технология OFDM MIMO (Multiple Input Multiple Output) вплоть до уровня 4х4 (4хПередатчика и 4хПриемника). При этом минимум 2хПередатчика на Точку Доступа и 1хПередатчик на пользовательское устройство.[1]

1.2.4.IEEE 802.11ас

Преимуществами стандарта Wi-Fi 802.11ас являются высокие скорости передачи в радиоканале и, соответственно, большая агрегированная полоса пропускания точки доступа, а также более совершенные механизмы контроля активного и пассивного состояния клиентских устройств. Все это вместе ведет к значительной экономии заряда батареи мобильного устройства.

Решения на базе WiFi-стандарта 802.11ас достигает высоких скоростей передачи данных с помощью трехразмерной функциональной матрицы:

Большее количество объединяемых частотных каналов в сумме до: 80МГц или даже 160MГц (по сравнению с максимумом в 40MГц для 802.11n). Большая доступная модуляция: до QAM256 (в 802.11n максимум QAM64). Больший уровень MIMO: до 8 пространственных потоков (в 802.11n до 4 потоков).

1.3 Описание некоторых дополнительных стандартов IEEE 802.11x

Дополнительные стандарты были приняты для реализации функций основных стандартов, улучшения сервисных функций, увеличение совместимости и других функций и аспектов технологии 802.11.

1.3.1 IEEE 802.11d

Предназначен для адаптации различных устройств стандарта Wi-Fi к специфическим условиям страны. Внутри регуляторного поля каждого государства диапазоны часто различаются и могут быть отличны даже в в зависимости от географического положения. Стандарт Wi-Fi IEEE 802.11d позволяет регулировать полосы частот в устройствах разных производителей с помощью специальных опций, введенных в протоколы управления доступом к среде передачи.

1.3.2 IEEE 802.11е

Стандарт описывает классы качества QoS для передачи различных медиафайлов и, в целом различного медиа контента. Адаптация МАС-уровня для 802.11e, определяет качество, например, одновременной передачи звука и изображения.

1.3.3 IEEE 802.11f

Направлен на унификацию параметров Точек Доступа стандарта Wi-Fi различных производителей. Стандарт позволяет пользователю работать с разными сетями при перемещении между зонами действия отдельных сетей.

1.3.4 IEEE 802.11i

В первых вариантах стандартов Wi-Fi 802.11 для обеспечения безопасности сетей Wi-Fi использовался алгоритм WEP. Предполагалось, что этот метод может обеспечить конфиденциальность и защиту передаваемых данных авторизированных пользователей беспроводной сети от прослушивания. Теперь эту защиту можно взломать всего за несколько минут. Поэтому в стандарте 802.11i были разработаны новые методы защиты сетей Wi-Fi, реализованные как на физическом, так и программном уровнях. В настоящее время для организации системы безопасности в сетях Wi-Fi 802.11 рекомендуется использовать алгоритмы Wi-Fi Protected Access (WPA).

Они также обеспечивают совместимость между беспроводными устройствами различных стандартов и различных модификаций. Протоколы WPA используют усовершенствованную схему шифрования RC4 и метод обязательной аутентификации с использованием EAP. Устойчивость и безопасность современных сетей Wi-Fi определяется протоколами проверки конфиденциальности и шифрования данных (RSNA, TKIP, CCMP, AES). Наиболее рекомендованным подходом является использование WPA2 с шифрованием AES (и не забывайте о 802.1х с применением, очень желательно, механизмов туннелирования, например EAP-TLS, TTLS и т. п.).

1.3.5 IEEE 802.11p

Определяет взаимодействие Wi-Fi-оборудования, движущегося со скоростью до 200 км/ч мимо неподвижных Точек Доступа WiFi, удаленных на расстояние до 1 км. Часть стандарта Wireless Accessin Vehicular Environment(WAVE). Стандарты WAVE определяют архитектуру и дополнительный набор служебных функций и интерфейсов, которые обеспечивают безопасный механизм радиосвязи между движущимися транспортными средствами. Эти стандарты разработаны для таких приложений, как, например, организация дорожного движения, контроль безопасности движения, автоматизированный сбор платежей, навигация и маршрутизация транспортных средств и др.

1.3.6 IEEE 802.11w

Определяет методы и процедуры улучшения защиты и безопасности уровня управления доступом к среде передачи данных (МАС). Протоколы стандарта структурируют систему контроля целостности данных, подлинности их источника, запрета несанкционированного воспроизведения и копирования, конфиденциальности данных и других средств защиты. В стандарте введена защита фрейма управления (MFP: Management Frame Protection), а дополнительные меры безопасности позволяют нейтрализовать внешние атаки, такие, как, например, DoS. Кроме того, эти меры обеспечат безопасность для наиболее уязвимой сетевой информации, которая будет передаваться по сетям с поддержкой IEEE 802.11r, k, y.

1.4 Архитектура сетей WI-FI

Выделяют три вида организации беспроводных сетей:

Эпизодическая сеть (Ad-Hoc или IBSS – Independent Basic Service Set). Основная зона обслуживания Basic Service Set (BSS) или Infrastructure Mode. Расширенная зона обслуживания ESS – Extended Service Set.

1.4.1 Режим Ad-Hoc

Режим Ad-Hoc (Independent Basic Service Set (IBSS) или Peer-to-Peer) – простейшая структура локальной сети, когда абонентские станции (ноутбуки или компьютеры) взаимодействуют непосредственно друг с другом. Такая структура удобна для срочного развертывания сетей. Для ее создания необходим минимум оборудования – каждая абонентская станция должна иметь в своем составе адаптер WLAN.[3]

Рисунок 3-Топология режима Ad-Hoc.

1.4.2 Режим BSS

В режиме BSS узлы сети взаимодействуют друг с другом не напрямую, а через точку доступа (Access Point, AP).

В режиме BSS все узлы взаимодействуют между собой через одну AP, которая может играть роль моста для подключения к внешней кабельной сети.[3]

Рисунок 4-Топология режима BSS.

1.4.3 Режим ESS

Режим ESS позволяет объединить несколько точек доступа, т. е. объединяет несколько сетей BSS. В данном случае точки доступа могут взаимодействовать и друг с другом. Расширенный режим удобно применять тогда, когда необходимо объединить в одну сеть несколько пользователей или подключить несколько проводных или беспроводных сетей.[3]

Рисунок 5-Топология режима ESS.

Одним из основных вопросов при организации WLAN-сетей является размер покрытия. На этот параметр оказывает влияние сразу несколько факторов:

Используемая частота (чем она больше, тем меньше дальность действия радиоволн). Наличие преград между узлами сети (различные материалы по-разному поглощают и отражают сигналы). Режим функционирования – Infrastructure Mode или Ad Hoc. Мощность передающего оборудования и чувствительность принимающего оборудования.

При идеальных условиях распространения радиоволн зона покрытия одной точки доступа будет иметь следующие значения: