Retele locale fara fir (wireless)

RETELE LOCALE FARA FIR (WIRELESS)

1 INTRODUCERE

Dezvoltarea Retelelor Locale Fara Fir (WLANs) a inceput la jumatatea anului 1980 si a fost oprita de US Federal Communications Comision (FFC) prin decizia de autorizare in folosul public al benzilor ISM (Industrial, Scientific and Medical). Aceasta decizie elinima nevoile companiilor si tuturor utilizatorilor de a obtine licente FCC pentru operarea produselor fara fir. Incepand de atunci, s-a realizat o dezvoltare (crestere) majora in domeniul WLANs. In absenta standardelor, oricum, se autorizeaza aparitia produselor particulare astfel incat se face o impartire a pietei in functie de cate sunt, fiind posibila si aparitia unor parti incompatibile. Prin urmare, apare si nevoia de standardizare in aceasta arie.

Prima tentativa (incercare) de a defini un standard a fost facuta la sfarsitul anilor 1980 de catre IEEE Working Group 802.4, care au fost responsabili de dezvoltarea metodei de acces la retea printr-un jeton. Grupul a decis ca acest jeton a fost o metoda ineficienta de control a retelei wireless si sugereaza dezvoltarea unui alt standard alternativ. Ca rezultat, Comitetul Executiv (Executive Commitee) al Proiectului IEEE 802 decide sa stabileasca un Grup de Lucru IEEE 802.11, care a fost de atunci responsabil pentru definirea standardelor WLANs cu subnivel MAC si nivelul fizic. Primul standard 802.11 a fost finalizat in 1997 si dezvoltat pentru a acoperi retelele care asigura conexiunile fara fir intre statiile fixe, portabile si in miscare pe arie locala. Standardul prevede rate mai mari de 2Mbps folosind modularea suprafetei spectrale in banda ISM. In septembrie 1999, au fost aprobate doua suplimente ale standardului original de catre IEEE Standards Board. Primul standard 802.11b, extinde performanta nivelului fizic de 2.4 Ghz, cu un potential de date de 11 Mbps. Cel de-al doilea standard, 802.11a, se indreapta catre o rata de date mai mare (de la 20 la 54 Mbps) pentru nivelul fizic in banda de 5 GHz. Familia standardului 802.11 este prezentata in Figura 1.

In adaugarea lui IEEE 802.11, un alt standard WLAN, High Performance Radio LAN (HIPERLAN), a fost dezvoltat de grupul RES10 al ETSI (European Telecommunications Standards Institute), ca un standard Pan-European pentru WLAN de viteze mari. Standardul HIPERLAN 1, precum 802.11, acopera nivelele fizic si MAC, oferind o rata de date intre 2 si 25 Mbps utilisand o tehnica de modulatie radio traditionala in banda de 5.2 GHz. Conform completarilor facute standardului HIPERLAN 1, ETSI decide sa uneasca Radio Local Loop si Radio LANs realizand BRAN (Broadland radio Acess Networks). Acest proiect are ca scop specificarea standardului pentru Wireless ATM (HIPERLAND de tip 2,3,4). Familia standardului este prezentata in Figura 2.

Figura 1 familia standardului IEEE 802.11

1.1 BENEFICIILE RETELELOR LOCALE WIRELESS

Dezvoltarea continua a WLAN-urilor poate fi in mare parte necesara ca suport pentru aplicatiile retelelor mobile. Multe joburi din zilele noastre cer oamenilor miscare fizica prin aplicare, precum o mana de ajutor a PC-ului, care face schimb de informatii cu alti aplicanti sau cu computer central. Exemple de astfel de joburi se refera la cei care lucreaza in Sanatate, ofiterii de politie sau doctorii. Retelele pe fire necesita o cenexiune fizica intre partile ce comunica, fapt ce duce la dificultati in ceea ce priveste implemetarea unui echipament practic. De aceea, WLANs are o tehnologie de alegere pentru multe aplicatii.

Un alt beneficiu al utilizarii WLAN este reducerea infrastructurii si costurilor. O LAN fara fir nu are nevoie de infrastructura pe cablu, ceea ce inseamna costuri mai mici. Mai mult, in situatiile in care instalarea cablului este scumpa sau imposibila (de exemplu: cladirile istorice, monumentele sau campurile de lupta), WLAN-urile reprezinta singura posibilitate de implementare a retelei. De asemenea lipsa cablului inseamna scurtarea perioadei de instalare, ceea ce duce la reducerea costului pentru o retea.

Un motiv bine cunoscut in retele cu fir este acela al aparitiei defectelor pe cablu. Cablurile cu defecte sunt responsabile pentru cele mai multe avarii ale retelei cu fir.Umiditatea care provoaca coroziunea conductorilor metalici si ruperi de cabluri accidental poate face o retea sa pice, sa nu mai functioneze. De aceea, utilizarea WLAN-urilor ajuta la reducerea caderilor de pe retea si eliminarea costurilor asociate cu plasarea cablului.

1.2 APLICATIILE RETELELOR LOCALE FARA FIR

Exista patru zone de aplicare WLAN: extensia, interconexiunea in cruce, accesul nomadic si retele ad-hoc. In ceea ce urmeaza vom analiza pe fiecare din aceste sectiuni.

Asa cum am mentionat, WLAN a fost produsa pentru a putea fi substituita LAN fara fir. O WLAN reduce costurile de instalare prin folosirea a mai putin cablu decat in cazul LAN cu fir. Oricum, datorita progreselor in ceea ce priveste tehnologia de transmisie a datelor, companiile continua sa aibe incredere in LANs cu fir, in special cele care folosesc perechi de cabluri torsadate neizolate te tip 3. Cele mai multe cladiri sunt cablate cu acest tip de cabluri, iar noile cladiri pentru a avea acces la date sunt pre-cablate. Ca un rezultat, WLAN-urile nu sunt capabile sa-si reduca dublurile de cablu la o extensie mai mare. Oricum, ele sunt potrivite in cazurile in care este necesara extensia flexibila a unei infrastructuri de retea deja existenta. Multe dintre aceste organizatii deja au o retea LAN realizata pentru sustinerea serverelor si pozitionarea statiilor de lucru. De exemplu, fabricatia unui implant tipic are un etaj intr-o fabrica, unde cablajul nu este prezent, deci trebuie legat de implanturile din birouri. O WLAN poate fi folosita in acest caz pentru legarea dispozitivelor ce opereaza intr-o zona necablata la o retea cu fir a unei organizatii. Aceasta aplicare in zona WLAN se refera la extensia LAN.

Figura 2 Familia Standardului ETSI HIPERLAN

O alta zona de aplicare WLAN este accesul nomadic. Acesta provine din conectarea fara fir intre un terminal portabil si un hub LAN. Un exemplu de aceasta conexiune in cazul realizarii transferului de date de la PC-ul portabil la serverul din birou se poate intoarce dintr-o calatorie sau intalnire. Un alt exemplu pentru accesul nomadic este cazul campusului universitar, unde studentii personalul didactic acceseaza aplicatiile sau informatia oferita de campus prin computerele portabile.

Reteaua ad-hoc este o alta zona de aplicare ce se foloseste. O retea ad-hoc este o retea din aproape-in-aproape care este setata sa satisfaca nevoile temporare. Un exemplu de acest tip de aplicatie este o camera de conferinta sau o intalnire de afaceri unde cei prezenti isi folosesc computerele portabile in ordinea in care formeaza o retea temporara pentru a se putea prezenta informatii pe durata intalnirii.

O alta intrebuintare a tehnologiei WLAN este conectarea LAN localizata in apropierea cladirilor. O legatura fara fir punct-cu-punct controlata de dispozitive ce de obicei incorporeaza functionalitataea unui pod sau router, conecteaza LAN cu fir.De fapt, acest tip de aplicatie, nu este in adevaratul sens al cuvantului un LAN, este mai degraba inclus in zona de aplicare WLANs.

1.3 REFERIRE LA RETELE LOCALE FARA FIR

Primul dezavantaj al unei transmisii medii de date, comparat cu transmisia pe fir, are o crestere a erorii datelor. Mediul fara fir este caracterizat de Bit Error Rates (BERs) ce are un ordin de magnitudine mai mare de 10 ori fata de ordinul de magnitudine BER al cablurilor LAN. Primul motiv care a dus la implementarea BER este atmosfera zgomotoasa, gasindu-se o obstrictionare fizica in calea de semnal, propagarea multicael si interferenta din alte sisteme. Mai tarziu acestea au luat o directie interioara sau exterioara.

Interfata interioara provine de la dispozitivele caracterizate de transmiterea in spectrul de frecventa folosite de WLAN. Oricum, cele mai multe WLAN-uri din zilele noastre implementeaza modularea in viteza, carae interactioneaza pe de o parte cu toata lungimea de banda. Interfata benzii inguste afecteaza doar o parte a semnalului, ceea ce duce la aparitia a doar cateva erori, sau deloc, catre semnalul din spectrul de viteza. Pe de alta parte, banda larga (deschisa) cauzata de undele de microunde functioneaza in banda de 2.4 GHz, poate avea efecte dezastruoase pentru orice tip de transmisie radio. Interferenta este cauzata si de stabilirea multicaii a semnalelor WLAN, ce rezulta intr-o faza intamplatoare si fluctuatii de amplitudine in semnalul primit. De aceea, precautiile trebuies luat in ordine a se reduce interferenta interna in zona de aplicatie WLAN. Un numar de tenhnici ce opereaza pe oricare din nivelele fizic sau MAC (precum tehnici alternative de modulatie, diversitatea antenei, feedbackul de egalizare in nivelul fizic, Automatic Repeat Requests (ARQ), Forward Error Control (FEC) in subnivelul MAC) sunt des folosite in aceasta directie. Interfata exterioara apare cand semnalele WLAN intrerup operatia de ajustare a WLAN sau a dispozitivelor radio, precum o protejare intensiva a echipamentului sau a sistemelor de navigare. Oricum, cele mai multe WLAN-uri utilizeaza tehnologia spectrului de viteza, interfata exterioara fiind considerata de cele mai multe ori nesemnificativa.

Figura 3 Scenariile terminalelor: (a) "hidden" si (b) "exposed"

O diferenta semnificativa intre LAN-urile cu fir si cele fara fir este de fapt, in general, o topologie de conectare intre nodurile WLAN ce nu pot fi insumate. Aceasta problema da mastere la probleme ale termianlului "ascuns "sau "expus", prezentata in figura 3. Problema terminalului "ascuns" descrie situatia cand o statie A, nefiind in domeniul de transmisie al altei statii C, nu detecteaza nici un purtator si incepe o transmisie. Daca C a fost in mijlocul transmisiei, doua statii pachete se ciocnesc cu alte statii (B), care poate auzi si pe A si pe C. Contrariul acestei probleme este terminalul "expus". In acest caz, B intarzie transmisia pana in momentul in care aude purtatorul lui A. Oricum, semalul lui B, C, este iesirea domeniului lui A. In acest caz transmisia lui B poate fi cu succes primita de C, oricum, acest lucru nu se va intampla deoarece B intarzie sigur catre transmisia A.

O alta diferenta intre LAN-rile cu fire si cele fara fire este datorata coliziunii de detectare care este dificil de implementat. Acesta este exact faptul pentru care un nod LAN nu poate fi auzit de canalul wireless in timpul trimiterii, pentru ca propria transmisie va inunda toate intrarile semanlului. Prin urmare, utilizarea protocoalelor ce servesc la detectarea coliziunii nu sunt practice in WLAN-uri.

Un alt motiv al conceperii WLAN este administrarea puterii. Un PC portabil este de obicei alimentat la o baterie ce are un timp finit de operare. Prin urmare, masurile specifice ce au fost luate in aceasta directie de minimizarea a energiei consumate in nodurile mobile WLAN. Acest lucru poate rezulta din schimburile intre performanta si putere de conservare.

Majoritatea domeniilor de comunicare folosesc protocoale care au fost realizate pentru retelele pe baza de fire. Cele mai multe dintre aceste protocoale se degradeaza semnificativ atunci cand sunt utilizate peste o legatura fara fir. TCP-ul de exemplu a fost realizat pentru a prevedea conexiunile solide de pe retelele cu fir. Este eficient, oricum, scaderile substantiale de pe conexiunile fara fir, in special cand noduriel WLAN opereaza pe suprafata unde interafata exista. Interferenta cauzeaza TCP-ului pierderea conexiunilor fara degradarea performantei retelei.

O alta diferenta intre LAN-urile cu fir si cele fara fir este data de felul cum se face instalarea. Cand se pregateste o instalare de WLAN trebuie sa tinem cont de factorii ce pot afecta propagarea. Intr-o cladire sau intr-un oficiu mai mic, acest lucru este foarte dificil, daca nu chiar imposibil. Antenele omnidirectionale propaga un semnal in toate directiile, prevede sa nu fie nici un obstacol in calea semnalului. Pereti, ferestre, mobilier sau orice persoana poate afecta semnificativ propagarea esantionului semnalelor WLAN cauzand efecte nedorite. De ce mai multe ori, aceasta problema este adresata testelor de performare a propagarii cu prioritate de instalare a echipamentului WLAN.

Securitatea reprezinta un alt domeniu al aplicatiilor WLAN. Semanlele radio pot propaga dincolo de aria geografica a organizatiei. Toate au un potential intrus care trebuie sa se apropie de suprafata de operare WLAN si cu putin noroc se trage cu urechea la informatiile ce urmeaza a fi schimbate. Cu toate acestea, conform acestui scenariu de a prelua locul, potentialul intrus trebuie sa aiba codul de acces la retea in ordinea legarii retelei. Incriptia traficului poate fi folosita pentru cresterea securitatii, care, oricum, are un efect nedorit al cresterii costului. WLAN este susceptibil la sabotajul electronic. Multe dintre acestea utilizeaza CSMA ac protocoale unde toate nodurile sunt obligate sa ramana linistite pe toata durata transmisiei. Daca cineva seteaza un nod fara ca WLAN sa termine transmisia pachetelor, toate celelalte noduri sunt prevenite asupra transmisiei ceea ce creeaza o caderea a retelei.

In final, motivul pentru care nu se face doar cu WLAN-uri, dar si cu comunicatii wireless, este protejat din punct de vedere uman. In ciuda faptului ca nu s-a dat nici un raspuns final al acestiu motiv, WLAN pare a fi, in cele mai proaste cazuri, doar o salvare a unui telefon celular. Radio-bazat pe componentele WLAN functioneaza la o putere de nivel intre 50 si 100W, care este mult mai mica decat domeniul comun al telefoniei celulare cuprins intre 600mW si 3W. In sistemele infrarosu WLAN, punerea in pericol a sanatatii omului este mult mai mica. Prin difuzarae Infrarosului (IR), WLAN nu ofera vreun hazard.

1.4 SCOPUL ACESTUI CAPITOL

Acest capitol vine ca o completarea a domeniului WLAN. In subcapitolul 2 au fost studiate 2 tipuri de topologie WLAN: infrastructura si ad-hoc. In subacpitolul 3 au fost discutate cererile pe care le poate face WLAN. Aceste cereri influenteaza implementarae nivelelor fizic si MAC pentru WLAN. In subcapitolul 4, este investigat subiectul nivelului fizic si sunt prezentate 5 tehnologii alternative folosite astazi. In subcapitolul 5 sunt discutate rezultatele substratului MAC si analizate alte 2 standarde WLAN existente, IEEE 802.11 si HIPERLAN 1. Subcapitolul 6 cele mai tarzii dezvoltari in domeniul WLAN. Sfarsitul de capitol prezinta un sumar in Subcapitolul 7.

2 TOPOLOGIILE RETELEI LOCALE FARA FIR

Exista doua topologii majore WLAN, ad-hoc si infrastructura (Figura 4). Un WLAN ad-hoc este o retea punct-cu-punct care este setata in ordinea in care serveste unei nevoi temporare. Nu este obligatoriu ca o retea infrastructura sa fie prezenta, singurele setari necesare pentru a accesa o WLAN fiind nodurile mobile si un protocol comun. In aceasta topologie nu exista nici o coordonare centrala. Ca rezultat, retelele ad-hoc sunt cerute pentru folosirea protocolului descentralizat MAC, precum CSMA/CA, cu toate nodurile ce au aceeasi functionalitate, dar si implementare complexa si cost. Mai mult, nu exista nici o masura de precautie pentru accesul la serviciile retelei cu fir, asa ca ele pot fi colocate in spatiul geografic in care opereaza WLAN ad-hoc. Un alt aspect important al retelelor ad-hoc este faptul ca topologiile intregii retele conectatenu pot fi simulate. Aceasta este partea conform careia doua noduri mobile pot fi temporar in afara domeniului de transmisie sau in altul.

Figura 4 Topologii WLAN: ad-hoc si infrastructura

O infrastructura WLAN se utilizeaza la o viteza mare de legare sau nelegare a unei radacini. Atfel intr-o topologie, nodurile mobile acceseaza canalul wireless sub coordonarea Base Station (BS). Ca rezultat, infrastructura bazata pe WLAN folosind in special protocoalele MAC, dar si protocoalele MAC descentralizate sunt folosite (De exemplu controversa bazata pe 802.11 poate fi implementata intr-o topologir de infrastructura). Aceasta asemanare schimba complexitatea de implementare de pe nodurile mobile la Access Point (AP), cele mai multe dintre procedurile protocoalelor sunt performate de AP, asa lasa nodurile mobile sa realizeze un mic set de functiuni. Nodurile mobile sub protectia BS, formeaza aceste celule de BS.Totusi o topologie de retea conectata complet nu poate fi presupusa in acest caz, natura fixata a lui BS implica in cele mai multe cazuri acoperirea completa a celulelor. Traficul care se realizeaza de la nodurile mobile la BS se numeste trafic de legatura mare. Cand fluxul prin trafic face in directia inversa, acesta se numeste trafic cu cadere de legatura.

O alta utilizare este de interfatetare a nodurilor mobile catre o retea. Cand BS va performa aceasta tema foarte bine, se refera adesea la un Access Point (AP). In ciuda faptului ca nu este format in asa fel incat BS si AP sa fie implementate in acelasi dispozitiv, de cele mai multe ori BS-urile sunt include in functionalitatea AP. Furnizarea conectivitatii catre serviciile retelei cu fire este o cerere importanta, in special in cazurile unde nodurile mobile folosesc aplicatii originale dezvoltate pentru retele cu fire.

Prezenta multor BS-uri precum si celulele acestora sunt comune in infrastructura WLAN. Asemenea configurari multicelula pot acoperi constructiile cu mai multe etaje si sunt folosite cand domeniile sunt mai mari decat cele oferite de o singura celula. In acest caz, nodurile mobile pot fi mutate de la celula la celula fara a-si mentine conexiunile logice. Aceasta procedura este de asemenea cunoscuta precum o colindare si implica celulele intocmai acoperite asa incat utilizatorii sa nu experimenteze pierderile de conexiune. In plus, coordonarea dintre punctele de acces este folosita pentru utilizatorii dintr-un loc transparent, de la o celula la alta. Spatiul este implemetat prin proceduri "jos mainile". Aceste proceduri pot fi controlate de oricare dintre functiile de comutare intr-un mod centralizat, sau cu ajutorul nodurilor mobile (proceduri descentralizate) si sunt implementate prin monitorizarea semnalului de putere a nodurilor. Pentru centralizarea procedurii "jos mainile", BS monitorizeaza semnalele de putere ale nodurilor mobile si le repartizeaza celulelor corepunzatoare. In procesul de descentralizarea al procedurii "jos mainile", un nod mobil poate decide cererea de asociere cu o celula diferita, dupa determinarea calitatii acestei legaturi prin faptul ca, acea celula este superioara celei precedente. Dupa cate am vazut marimea celulei este interesanta, nu este potrivit sa folosim celule mici. Reducerea marimii celulelor inseamna transmiterea unor noduri de dimensiuni mai mici, ceea ce duce la o putere de consum mai mica. In plus, celulele de marimi mici activeaza frecventa din scheme, care rezulta din spectrul eficientei. Conceptul refolosirii frecventei este ilustrat in Figura 5. In acest exemplu, celulele neajustate pot folosi canale cu aceeasi frecventa. Daca fiecare celula foloseste un canal cu o lungime de unda B, apoi cu frecventa "reuse", avem o lungime de banda de 3xB care este suficienta pentru acoperirea regiunii de 16 celule. Fara frecventa "reuse", fiecare celula va trebui sa foloseasca o frecventa de canal diferita, o schema ce va cere o lungime de banda de 16xB.

Strategia de mai sus este cunoscuta sub numele de Fixed Channel Allocation (FCA). Folosind FCA, canalele sunt repartizate catre celule si nu catre nodurile mobile. Problema acestei strategii este ca nu are avantajul distribuirii utilizatorului. O celula poate contine doar cateva noduri mobile sau deloc si foloseste acelasi marime a lungimii de unda ca densitate de populare a celulelor. Prin urmare, spectrul de utilizare este suboptimal. Alocarea canalului dinamic (DCA), Puterea de control (PC) sau DCA integrata si tehnicile PC incearca sa sporeasca pretutindeni capacitatea celulara, sa reduca interferenta canalului si sa conserve puterea la toate nodurile mobile. DCA situeaza toate canalele intr-o portiune comuna si repartizate dinamic in celule ce depind de curentul lor de incarcare.

Figura 5 Exemplu de frecventa intercalata

De altfel, nodurile mobile informeaza BF-urile despre experimentarea interferentei ce activeaza canalele intercalate in modul in care se minimeaza interferenta. Schemele PC-urilor incearca sa minimizeze interferenta din sistem si sa conserve energia la nodurile mobile prin varierea puterii de transmisie. Cand interferenta creste este experimentata fara o celula, schemele PC-urilor incercand sa creasca la primire Semnalul de Interferenta Zgomot Ratio (SIR - Signal to Interference noise Ratio) prin marirea transmisiei puterii catre nodurile terminale. Cand semnalul de interferenta este mic (scazut), nodurile de transmisie au semnal scazut iar puterea de transmisie face rezerve de energie.

Facand comparatie, intre cele doua topologii WLAN de mai sus exista mai multe diferente. Oricum, cele mai multe dintre aceste rezultate se trag din presupunerea ca WLANurile ad-hoc utilizeaza controversa protocoalelor MAC (ex. CSMA) unde infrastrustura retelelor folosesc protocoalele TDMA. Se bazeaza doar pe topologie, putandu-se argmenta ca unul din principalul avantaj al infrastructurii este abilitatea de a furniza acces aplicatiilor si serviciilor retelelor cu fir. Pe de alta parte, WLANurile ad-hoc sunt usor de setat si nu cer infrastructura, avand costuri potentiale reduse.

CERINTELE WLAN

De la o WLAN se asteapta sa intalneasca aceleasi cerinte ca si o retea LAN, precum capacitatea mare, robustete, capabilitate mare de precizie, etc. Oricum, scopul folosirii wireless mediu pentru transmisia de date este de a fi intalnit cu cerinte aditionale. Cerinte afecteaza implementarea nivelelor fizic si MAC, acestea fiind:

• Intrare. Aceasta este o cerinta generala pentru fiecare retea, fiind un aspect crucial pentru WLANs. Motivul in acest caz este ca operarea sistemului intrare si nu la intrarea maxima poate fi obtinuta. Intr-o retea cu fire 802.3, de exemplu, este obtinut si un varf al intrarii de 8 Mbps, avand o mare intarziere. Operarea intrarii in acest caz este in jurul valorii de 4 Mbps, doar 40% din capacitatea legaturii. In zilele noastre nu mai este dorit WLAN cu nivel fizic ce are un cuplu in Mbps. Deci este de preferat sa se foloseasca subnivele MAC.
• Numarul nodurilor. WLAN trebuie sa suporte zeci sau sute de noduri. Prin urmare, designul WLANs nu pune limite pe numarul maxim de noduri ale retelei.
• Abilitatea de a servi multimedia, prioritate trafic si aplicatii client-server. In ordinea servirii aplicatiilor multimedia, precum o conferinta video sau transmisie de voce, WLANs trebuie sa fie capabil sa furnizeze conexiuni QoS si sa sustina prioritatea traficului printre care si nodurile. Mai mult, pornind de la multe aplicatii WLANs ce folosesc modelul client-server, si este de asteptat ca WLAN sa suporte traficul nereciproc. In consecinta, designul WLAN trebuie sa tina cont de faptul ca traficul de la server la clienti poate fi mult mai mare decat opozantul.
• Energia de salvare. Nodurile mobile sunt alimentate la baterie avand un timp finit de operare.Un nod consuma puterea de la baterie pentru transmisia si receptia pachetului, luandu-se de mana cu BS si schimbul informatiei de control. Un nod mobil tipic poate opera si in modul normal si in modul sleep. In ultimul caz o procedura ce poate realiza o transmisie a nodului destinatie trebuie implementata. Alternativ, bufferingul poate fi utilizat de cel care trimite, punand in pericol umplerea bufferului si pierderea pachetelor. De aici rezulta ca schemele ce folosesc o putere eficienta trebuiesc adoptate.
• Robustete si securitate. WLAN au mai multe intefete intinse si mai usor de ascultat. WLAN ar trebui realizata in asa fel incat transmiterea datelor sa ramana valabila si in cazul zgomotului, deci acest serviciu trebuie sa aiba calitate de nivel inalt. Mai mult, schemele trebuie incorporate in designul WLAN pentru a minimiza sansele de sabotaj sau acces neautorizat.
• Operatiile retelei colocate. Un alt motiv al suprafetelor WLAN este abilitatea de operare a doua sau mai multe WLAN in aceeasi zona geografica sau in regiuni partial acoperite. Retelele colocate isi pot cauza interferente intre ele, ce poate rezulta din performanta degardarii.Un exemplu de acest caz sunt WLAN-urile vecine CSMA. Presupunand ca doua retele, A si B sunt localizate in cladiri ajustate, suma nodurilor lor este capabila sa simta transmisiile originale de pe alte WLAN-uri. Mai mult, insumate in aceeasi perioada de timp, nici o transmisie nu e in progres in WLAN A dar exista o transmisie de nod in WLAN B. Nodurile din A pot simti traficul din B si o transmisie falsa, ceea ce duce la concluzia ca nici transmisie nu poate lua locul propriei retele.
• Handoff - suport de roaming. Asa cum am mentionat mai devreme, intr-o celula structurata WLAN, un utilizator poate schimba o celula cu alta putand mentinerii tuturor conexiunilor logice. Mai mult, prezenta aplicatiilor mobile multimedia ce au un timp limita pe traficul wireless, face sa aiba o mare importanta. Utilizatorii mobili care folosesc atat de mult aplicatiile trebuie sa fie capabili sa caute de la celula la celula fara degradari pentru serviciul de calitate sau conexiuni pierdute. Oricum, WLAN trebuie sa aiba un design care permite sa fie implementat intr-un mod rapid si sigur.
• Efectul intarzierii propagarii. O arie de acoperire tipica poate fi pentru o distanta de la 150-300 m in diametru. Efectul intarzierii propagarii paote fi semnificativ, in special acolo unde un WLAN MAC cere o sincronizare precisa pentru nodurile mobile. De exemplu, in cazurile in care sunt folosite CSMA fara sloturi, cresterea intarzierii propagarii rezulta a fi un numar ridicat de coliziuni, reducand performanta WLAN. Atunci, un WLAN MAC nu ar trebui sa fie dependent de propagare intarziata.
• Topologia dinamica. Intr-o WLAN intreaga topologie conectata nu poate fi insumata, motiv pentru care apare problema terminalelor "hidden" si "exposed". Un design bun WLAN ar trebui sa ia acest motiv in considerare pentru a limita efectelor negative in ceea ce priveste performanta retelei.
• Conformitate cu standardul. Asa cum piata WLAN a crescut, este de o importanta majora sa fie conforme cu standardele. Implementarea designului si a produsului se bazeaza pe noi idei care sunt bine venite si care oricum sunt optionale unui standard dat. In acest caz, interoperabilitatea este obtinuta.

4 NIVELUL FIZIC

4.1 NIVELUL FIZIC INFRAROSU

Infrarosu si lumina vizibila sunt langa o lungime de unda si se comporta similar. Lumina infrarosie este absorbita de obiectele intunecoase reflectate de lumina obiectelor si neputand penetra peretii. Astazi, produsele WLAN utilizeaza transmisia IR operand pe o lungime de unda de 850nm. Acest lucru se realizeaza deoarece implementarea hardware pentru receptor si transmitator a benzii este mai ieftina, iar aerul ofera cel putin o atenuare in acest punct pentru spectrul IR. Semnalul IR ste produs de diodele semiconductoare laser sau LEDurile care sunt preferabile din punct de vedere al formei, deoarece comportarea conversiei electrica fata de cea optica este mai mult liniara. Oricum, LEDurile sunt mai ieftine, iar specificatiile nivelului fizic IR pentru IEEE 802.11 pot fi mai usor de intalnit in folosirea transmisiei IR.

Trei tehnici diferite sunt folosite in comun pentru operarea unui produs IR. Transmisia difuziei care provine de la un emitator omnidirectional, reflexia semnalului transmis pe un nivel maxim si transmisie de focalizare. Mai tarziu, nivelul de transmisie depinde de nivelele de putere si de gradele de focalizare ce pot fi de cativa Km. Se observa ca nu toate nivele sunt folosite pentru toate implementarile WLAN. Transmisia de focalizare IR este destul de des folosita pantru conectarea LANurilor localizate in aceleasi cladiri sau diferite unde exista un LOS clar intre podurile wireless IR si rutere.

In transmisia omnidirectionala, nodurile mobile ale transmitatorului utilizeaza un set de lentile ce convertesc radiatiile inguste ale unui laser optic catre unul mai larg. Semnalul optic produs este radiat apoi in toate directiile ceea ce produce acoperirea altor noduri WLAN. In nivelul maxim transmis, semnalul este ajutat la un punct sa difuzeze la un nivel maxim si sa fie primit intr-un mod omnidirectional de catre nodurile WLAN. In cazul in care BS sunt deplasate, sunt plasate la un nivel maxim, iar semnalul de transmitere este trimis la BS, care reactioneaza ca un repetor prin radierea semnalului de focalizare primit peste un anumit nivel. Domeniile care rar depasesc 20m sunt caracterizate de tehnica omnidirectionala.

Radiatiile IR ofera avantaje semnificative fata de alte implementari ale nivelului fizic. Spectrul infrarosu ofera abilitatea arhivarii foarte rapide a ratei de date.

O alta caracteristica a IR este data de faptul ca in cele mai multe cazuri semnalele transmise IR sunt demodulate prin detectarea amplitudinii lor, nu a frecventei sau fazei. Acest fapt reduce complexitatea primitorului, doar daca nu nu are nevoie sa includa circuite de conversie de precizie a frecventei si un sistem de cost mai mic. Radiatia IR este imuna la zgomotul electromagnetic si nu poate penetra peretii sau obiectele opace. Un alt aspect important pentru WLAN este ca transmisia IR sa fie tot timpul in aceeasi arie geografica a cladirilor sau oficiilor inchise.

Transmisia IR expune si defecte. Sistemele IR arata o parte a spectrului care ste utilizat si de Sun ceea ce face obiectul folosirii WLANurilor practice cu baze IR doar pentru aplicatii interne. Lumina fluorescenta emite si ea radiatii in spectrul IR cauzand degradatii SIR la receptia IR. O solutie a acestei probleme este de a folosii transmitatoare de putere mare ca sa se poate limita consumul de putere si proteja ochiul. Limitele cand IR transmite puterea pe nivele si prezenta obiectelor opace IR lasa sa reduca domeniile de transmisie, ceea ce inseamna ca mai multe Bsuri trebuie instalati in infrastructura WLAN. De cand BS s-a conectat cu fire semnificatia legaturii trebuie sa fie mai mica decat LAN wired. Un alt dezavantaj al transmisiei IR este cresterea evenimentelor de propagare multicale, care reduce efectiv rata de transmisie. Un alt defect al IR WLAN este cauzat de faptul ca procedurile seamana cu reluctanta implementarii produsului IEEE 802.11 prin folosirea tehnologiei IR. De aceea, HIPERLAN nu se adreseaza deloc tarnsmisiei IR.

Figura 6 Codul modulatiei in impulsuri a pozitiei - 16

Nivelul fizic al IEEE 802.11 foloseste PPM (modularea in impulsuri a pozitiei) pentru tarnsmiterea datelor folosind radiatia IR. PPM variaza pozitia pulsului in ordinea transmiterii simbolurilor binere diferite. Extensia IEEE 802.11a si adresa IEEE 802.11b are ca scop transmiterea microundelor. Astfel, nivelul fizic IR poate fi utilizat pentru transmiterea informatiilor la 1 sau 2 Mbps. Pentru transmisia la 1Mbps, sunt folosite 16 simboluri care transmit 4 biti de informatie, iar in cazul transmisiei la 2 Mbps, 2 biti de date sunt transmisi folosind 4 impulsuri. Figurile 6 si 7 ilustreaza folosirea a 16 si 4 PPM. Este de notat ca totul se face in Cod GRAY. Si preambulul si headerul pentru 802.11 transmise peste o legatura IR se transmite intotdeauna la un bit.

Figura 7 Codul modulatiei in impulsuri de pozitie - 4

Cea mai mare rata de 2 Mbps moduleaza doar trimiterea MPDU. Urmatoarele campuri descriu structura:

• SYNC. Contine impulsurile alternative in sloturi consecutive in timp. Este folosit pentru receptia sincronizarii. Marimea acestui camp este intre 57 si 73 de biti.
• Delimitarea cadrului de start. Un camp de 4 biti ce defineste inceputul unui cadru. Acesta ia valoarea 1001.
• Rata de date. Un camp de 3 biti ce ia valoarea 000 si 001 pentru 1 si respectiv 2 Mbps.
• Ajustarea nivelului DC. Are un esantion de 32 de biti ce stabilizeaza semnalul la receptor.
• Lungimea. Un camp de 16 biti contine lungimea MPDU in milisecunde.
• FCS. Un cadru de 16 biti verifica secventa folosita pentru detectarea erorilor.
• MPDU. Protocolul de date MAC 802.11 se uneste pentru a fi trimis. Marimea domeniului acestui camp este de la 0 la 4096 octeti.

4.2 MICROUNDELE - BAZA ALTERNATIVA A NIVELULUI FIZIC

Portiunea radio a microundelor in spectrul electromagnetic este cuprinsa intre 10⁷ - 10¹¹MHz. Inceputul frecventelor joase a radiofrecventei (RF) semnificative canalelor sunt diferite de IR.Transmisia radio poate penetra ziduri si materiale nemetalice si au un mare avantaj si totodata un dezavantaj in ceea ce priveste securitatea si interferenta canalelor.Transmisia RF este privita ca o lumina fluorescenta si o operatie de inceput necesara unor posibile tehnologii cu privire la diferite aplicatii de iesire.Undele RF au ca interfata atmosfera galactica si mon-made noise. Altfel spus, sursa are ca efect al operatiei componentele RF precum si circuite inalte de curent, benzi RF spectrale. Totodata grija in ceea ce priveste designul sistemului si tehnologia aplicata in spectrul modulatiei reduce semnificativ interferenta efectului in acest caz.

In general echipamentul RF este mult mai scump decat IR. Astfel pot fi atribuite modulatii sofisticate si tehnologii de transmisie foarte bune pentru spectrul emis.Frecventa complexa si faza de conversie a circuitului pot fi utilizate chiar daca costul este destul de ridicat.Nu intotdeauna componentele de fabricatie pot avea un spectru si un factor larg in integrarea constanta a pretului. Precizam faptul ca zona WLAN este concentrata asupra tehnologiei RF cu o importanta deosebita pentru IR, aceasta fiind amplu instalata ca baza pentru RF - WLAN adaptand in productie tehnologia curenta standard WLAN.Transmisia radio, prin microunde a fost prima data utilizata pentru distante mari, comunicatia necesitand o foarte buna focalizare.Cu cativa ani in urma prima parte a spectrului a fost popularitatea in constructia echipamentului electronic. Ca rezultat telefonia fara fir si WLAN au necesitat utilizarea transmisiei fara fir.

Licentierea a constituit un avantaj dar si un dezavantaj. Un avantaj semnificativ la constituit imunitatea interfetei. Este o experienta si o performanta in prezenta interfetei, aceasta corespunzand operatiilor sursei din primul spectru utilizat. Un dezavantaj il constituie procedura semnificativa a perioadei de timp din spectrul electromagnetic, care nu intotdeauna a fost in latimea benzii.

Un prim pas pentru rezolvarea acestei probleme a fost autorizarea licentei FCC elaborata de Institutul Stiintific Medical (ISM) avand benzile cuprinse in spectrul (902-928 MHz, 2400-2483,6 MHz si 5725-5850 MHz). Aceasta decizie importanta in industria WLAN a fost luata in SUA:

In 1993 CEPT anunta banda de 5,2 si 17,1 GHz pentru HIPERLAN. Un an mai tarziu FCC lanseaza spectrul aditional de 20MHz necesar licentei de banda de 1,9 GHz, banda aparuta sub denumirea de WINFORUM. O legatura stransa intre calculator si companiile de comunicatii au avut ca obiectiv obtinerea eficientei unei licente gratuite pentru spectrul serviciilor de comunicatii. O alta initiativa luata de WINFORUM a fost aceea a utilizarii spectrului de 300 MHz in banda de 5 GHz numita U-NII. Decizia a fost luata ca model in standardul european, 5,2 GHz fiind alocata pentru HIPERLAN numita ulterior CEPT. In aceste benzi FCC nu a pus restrictii in utilizarea tehnologiei spectrale datorita abilitatii inalte a transferului de date.

Astazi majoritatea WLAN opereaza in banda ISM. Aceste benzi sunt caracterizate prin numarul mare de diferente cu privire la latimea benzii si potentialul mare de transmitere a datelor. Benzile inguste pot suporta costuri mici si dispozitive ieftine. In alta ordine de idei benzile inalte sunt mai scumpe (GaAs), acestea suportand tehnologii caracterizate de costuri ridicate. Pentru acest punct de vedere frecventa benzii inalte este utilizata ca frecventa de interfata de 902 MHz ca banda externa pentru dispozitivele celulare si echipamentele fara fir, precum si pentru echipamentul RF.

Interferentele de 2,4GHz a benzii exceptie facand microundele ( puterea nivelului fiind de ordinul KW) are un sfarsit scazut in banda. Banda de 5,8 GHz are o interferenta libera intotdeauna. In anumite situatii, caracteristica atmosferica este foarte importanta. Transmisia frecventei in banda este estimata la 2,4 GHz, aproximativ 5%; pentru banda de 5,8 GHz procentul este de 20%. Un avantaj semnificativ dar si un dezavantaj il constituie caracteristica inalta si cea joasa a benzii.

In banda de mijloc de 2,4 GHz, avantajul il constituie inceputul WLAN care este intotdeauna validat.In spectrul de sistem,. Intrarea datelor pe canal concorda cu semnalul analog concentrat in jurul frecventei modulate, aceasta fiind reprodusa dupa un semnal analog original.

In interiorul canalului de decodor recuperarea initiala a semnalului digital este facuta printr-un numar aleatoriu generat initial dintr-o secventa de numere, aceasta generand un algoritm dintr-o serie de numere aleatoare secventei interceptate de semnalul aplicat de receiver din algoritmul mentionat anterior.

4.2.1 FRECVENTA SPECTRALA A NIVELULUI FIZIC

Utilizand aceasta tehnica, semnalul este suprapus aleatoriu peste frecventa canalului, saltul fiind constant in intervalul frecventa - frecventa. Interceptarea transmisiei si receptia rezultatelor se face la nivel de biti.

Mentionam in paragraful urmator secventa definita de generatorul de numere aleatoriu. Impulsul generat defineste natura frecventei semnalului de sistem.

Valoarea mare a timpului de transmisie a unui bit sau multiplii de biti peste frecventa canalului reprezinta o tehnica noua a frecventelor joase. Aceasta face apel la frecventele inalte. In acest caz, intr-un singur canal transmisia semnalului este rezultatul modulatiei frecventelor cu semnalul original. Frecventa pe canal cuprinsa intre 0,5MHz (902 MHz in banda) sau 1MHz (2,4 si 5,8 GHz in banda) in banda larga. In banda de 902 MHz exista canalul 52FH. La mijlocul benzii si in partea superioara canalul are 100 de membrii (83 pentru SUA), 75, 125 si respectiv 75.

Benzile FHSS WLAN au interfete robuste cu doua cai utilizate pe canal.

Consideram cazul in care banda opereaza in frecventa de 2,4 GHz in preponderent interfata fiind de 2 MHz.Banda de 83,5 MHz este concludenta, rata erorilor fiind foarte mica.

Sistemul inteligent FH poate fi inlocuit cu noi canale cuprinse in aceeasi banda. Astfel se poate crea un nou spectru care contine substraturi noi pentru noul canal. In acest sens putem continua cu prezentarea interfetei neglijand micile imperfectiuni in performanta. Un alt avantaj al FHSS WLAN este operarea simultana pentru diferite zone grafice. Astfel setarea arhivei WLAN pentru utilizarea ortogonala a secventelor este un succes.

Nivelul fizic IEEE 802.11 FHSS specific pentru Frecventa Gaussiana permit transmisia unui numar de 1 sau 2 Mbps in banda de 2,4 GHz. Semnalul digital este astfel introdus in modulatorul GFSK care genereaza un semnal analog centrat pe frecventa. Semnalul analogic este introdus in spectrul FH care genereaza un numar aleatoriu de secvente transpuse in indexul tabelelor de frecventa. In intervale succesive spectrul frecventei este modulat intr-un semnal analog produs de modulatorul initial. Rezultatul este un semnal modulat in frecventa.

Procedura de repetitie produsa de frecventa semnalului este de 1Mbts implementata in al II-lea nivel GFSK cu 0 logic transmis in ft-fc si 1 logic in ft+fc. Transmisia de 2 Mbps este utilizata ca arhiva in nivelul GFSK.

La intrarea in modulator este o combinatie de 2 biti. Cei 2 biti sunt transmisi cu 1Mbts urmati de frecventa de taiere astfel:

00 logic transmis reprezinta ft-2fc

01 logic transmis reprezinta ft-fc

11 logic transmis reprezinta ft+fc

10 logic reprezinta ft+2fc.

Figura 8 Modulatia DSSS

Standardul 802.11 optim calculat este o valoare pentru fc.

Standardul definit ca set de date contine 26 de salturi de frecventa definite pentru intervalul minim de interferenta dintre primul si al doilea set. Calea prealabila pentru zona 802.11 ca un cadru transmis peste legatura FHSS este intotdeauna de 1 Mbps. Rata inalta de 2 Mbps este modulata si transmisa catre MPDU. Urmeaza descrierea campurilor de cadre:

• SYNC. Contine 80 de alternante 0 si 1 utilizate in sincronizarea receiverului.
• PLW.A. Campul de 12 biti determina sfarsitul cadrului.
• PSF. Campul de 4 biti are valori de la 0000 si 0010 pentru 1 si 2 Mbps
• HEC.A. Camp de 16 biti utilizat pentru detectia erorilor.

4.2.2. SECVENTA DIRECTA A SPECTRULUI NIVELULUI FIZIC

Utilizarea secventei de spectru este reprezentata prin semnul original dat de numarul de biti din spectrul de semnal. In acest caz multiplicarea (XOR) din bitii de date cu inalta rata a bitului de secventa este data de codul secventei. Fig.8 prezinta nivelul binar de date al secventei, rata de timp si rezultatul semnalului. Fig afiseaza demodularea semnalului din receiver.

Rata actuala de date a semnalului DS incrementeaza factorul FCC specificat produs de DSSS si operat in banda ISM cu un factor de multiplicare de 10. Un exemplu il reprezinta operatorii DSSS WLAN pentru CMHz unde utilizarea canalului pentru un factor de 10 nu poate excela pentru o rata de Cp10. In alta ordine de idei sistemul poate arhiva rate de date pentru C. Nivelul IEEE 802.11. DSSS este specificat pentru nivelul benzii de 2,4 GHz pentru operatii de divizare a benzii de 11 MHz in subcanale utilizate ca secventa a ratelor.

Figura 9 Demodulatia DSSS

Extensia fizica a nivelului DSSS pentru standardul IEEE 802.11b suporta 11 Mbps ca rata la 5,5 Mbps, 2 Mbps si 1 Mbps in intervalul de banda de 2,4 GHz. Tehnica modularii utilizata este CCK. CCK este operatia standard si de conducere pentru Direct Seqvence Spread Spectrum (DSSS). Calea de transmisie a cadrelor pentru 802.11b este intotdeauna de 1Mbps.

Sa urmarim in continuare descrierea campurilor de cadre:

• SYNC. Contine alternante pulsatorii pentru intervale de timp.
• Signal. Un camp de 8 biti ce indica operatii de 1,2,5.5 sau 11Mbps.
• Service. Un camp de 8 biti rezervat pentru urmatoarea utilizare.
• Lenght-lungime. Un camp de 16 biti ce contine lungimea MPDU in milisecunde.
• FCS. Un cadru de 8 biti verifica secventa folosita pentru detectarea erorilor.
• MPDU. Protocolul de date MAC 802.11 se uneste pentru a fi trimis.

4.2.3. NIVELUL FIZIC AL MICROUNDELOR

Alternativa spectrala a modulatiei. De curand s-a adoptat pentru WLAN utilizarea licentelor pentru prima parte a nivelului radio de spectru. Latimea de banda WLAN are o caracteristica generala privind nivelul spectrului. Acesta este foarte vulnerabil la a se pierde.

Modulatia HIPERLAN de 5 GHz ste utilizata de hiperbanda. Divizarea in hiperbanda pentru cinci canale cu frecventa centrala de 28,5 MHz este in standardul definit de rata de biti.

Nivelul 1 este de 1,47 Mbps si este utilizat in transmisia si controlul informatiei utilizate de frecventa de modulatie FSK.

Nivelul inalt al ratei de date este de 23,4 Mbps si sunt utilizati pentru transmisia datelor si utilizarea modulatiei Gaussiene (SMSK).

Nivelul fizic adus de MPDV la nivelul inferior al ratelor echivaleaza cu 496xn inaltimea ratelor de niti si a variabilelor de numere alocate.

Echilibrarea necesita un import inalt al ratelor de biti prezentat de ISI. In standard nu este definit echilibrul tehnic al nivelului si nici implementata.

4.2.4. DIVIZAREA MULTIPLEXATA A FRECVENTEI ORTOGONALE A NIVELUILUI FIZIC

IEEE 802.11a opereaza in banda de 5 GHz si utilizeaza frecvente de multiplexare ortogonala (OFDM) si transmite semnalul spre banda de baza. OFDM este o frecventa divizata catre transmisii multiplexata intr-un spectru de joasa modulatie utilizand o rata de date de PSK. OFDM reasambleaza FDMA utilizand accesul multiplu la arhivele subdivizate benzilor alocate acestora. Intotdeauna OFDM utilizeaza un spectru eficient in caile din canal. Aceste arhive folosesc spectre ortogonale si au interfete intotdeauna inchise in spatiu. Fiecare zona a interfetei este atasata lungimii de banda, aceasta avand o rata lenta. Fig.10. afiseaza spectrul pentru transmisia OFDM. Spectrul este subdivizat dar nu este separat de restul semnalului. Intotdeauna transmiterea informatiei poate fi recuperata printr-o duala relatie ortogonala avand nevoie de metoda de nume. Spatiul este subordonat implicit caii frecventei semnalului evaluat (indicat prin sageti) tuturor semnalelor care au zero. In alta ordine, tehnica de lucru este perfect sincronizata intotdeauna cu transmisia semnalului catre receiver. OFDM combate efectiv ISI.

Figura 10 Detectia simbolurilor OFDM

Simbolul OFDM are o perioada de receptie prelungita fata de simbolurile ISI. Receiverul apeleaza "intervalul de garda" si este redus din nou. Lungimea si latimea acestui interval sunt reflectate asupra canalelor si sunt reduse la ortogonalitate. Intotdeauna procesul de utilizare este prevazut intr-un interval, prima parte a semnalului neputand si folosit pentru transmiterea informatiei. Multiplul ratei de date suporta intervale pentru 6 respectiv 54 Mbps.

Intervalul ratelor de date pentru 802.11a este 6,12 si 24 Mbps. Ratele de tip BPSK, QPSK, sunt 16, sau 64 QAM pentru standardul QFDM.

5. NIVELUL MEDIU DE ACCES CONTROL (MAC)

Protocolul MAC poate fi divizat in 3 categorii: fix(TDMA, FDMA), cu acces aleator(ALOHA, CSMA/CD, CSMA/CA) si protocol asignat de tip inel(PRMA).

Protocolul asignat adopta un schimb al topologiei retelei si de trafic si are o performanta redusa in transferul datelor fara fir. Protocolul aleatoriu are o eficacitate buna in afara topologiei si are o caracteristica schimbabila in trafic. Protocolul se poate combina, avantajele fixe si aleatoare ale protocoalelor in topologia logica a retelei este mentionata mai jos. Arhiva de tip WLAN si utilizarea rezultatelor in dinamica topologiei a generat un rezultat ineficient. In acest sens topologia este incremantata in zona sistemelor fara fir.

Se va mentiona detectia coleziunilor care este foarte dificila de implementat in receiverul VLAN. HIPERLAN poate suporta un pachet integrat de prioritati in mecanism. O buna securitate ar fi salvarea si topologia suportata de acesta.

Figura 11 Arhitectura sistemului HIPERLAN1   

SUBNIVELUL MAC AL HIPERLAN 1

Standardul Hiperlan 1 a fost reasiyat in 1995 cu scopul de a defini tehnologia WLAN cu o egala performanta, aceea a traditionalului fir Lan si a capabilitatii serviciilor de sustinere. Spre deosebire de standardul IEEE 802,11, comitetul HIPERLAN n+a fost administrat de tehnologiile existente si reguli. Un set de cerinte a fost stabilit si comitetul a inceput sa lucreze cu scopul de a le rezolva. Standardul acopera layer-ele MAC si fizice ale modelului OSI.

Proiectul HIPERLAN 1 a definit structura sistemului in figura 11. Aceasta imparte functiile MAC in doua parti denumite sublayer-ele CAC(canalul de acces si control) si MAC. Sublayer-ul CAC arata cum un acces dat unui canal va fi realizat, daca aceasta este necesara. Sublayer-ul Hiperlan MAC defineste diferite protocoale care aduc caracteristicile Hiperlan a conservarii puterii, verificarii, sigurantei si cailor multiple, ca si transferul de date de la layere catre protocoale. Mecanismul ruterelor sustine abilitatea nodurilor Hiperlan dea inainta pachete la nivelul lor catre exterior cu ajutorul statiilor de intermediere. Functionalitatea verificarii genereaza multiple operatiuni pentru mai mult decat o retea HIPERLAN.

5.1.1 MECANISMUL PRIORITAR SI SUPORTUL QOS

Desi standardul HIPERLAN nu defineste diferite prioritati pentru diferite clase de trafic, precum vocii si multimedia, aceasta incearca sa sustina trimiterea de pachete in timp util. HIPERLAN 1 accede dinamic accesul catre prioritatile canaluluicatre pachete luand in considerare timpul de viata al informatiei si prioritatea MAC.

Prioritatea MAC a unui pachet poate fi ori normala, ori ridicata cu o valoare normala de baza. Fiecare pachet este generat cu o anumita durata de viata co o rata de la 0-32767ms, cu o valoare normala de 500ms. Pachtele care nu pot fi trimise in timpul alocat sunt excluse.

Durata de viata a unui pachet in combinatie cu prioritatea sa definesc prioritatea canalului pachetului. De aceea, cand timpul se termina, prioritatea fiecarui pachet scade. Valoarea prioritati canalului este de la 1-5, prioritatea "p" fiind mai mare decat prioritatea "p+1". Acest mecanism este utilizat de HIPERLAN 1 pentru a sustine aplicatiile in timp.

5.1.2 PROTOCOLUL MAC AL HIPERLAN 1

Pentru HIPERLAN 1 , o statie poate incepe imediat transmisia dupa ce sesizeaza un mediu nefolosit cu o durat de peste 1700biti. Oricum, chiar sub o incarcare moderata, criteriul este greu de complectat in totalitate. Cand o statie sesizeaza un mediu ocupat asteapta pana cand acesta devine neutilizat si apoi protocolul EY-NPMAeste aplicat.

Dupa finalizarea transmisiei detectate, toate statiile care vor sa faca transmisii asteapta pentru o perioada de 256biti care se numeste slot de sincronizare. Apoi protocolul EY-NPMA este aplicat, care cuprinde urmatoarele faze:

• Faza prioritara: care dureaza de la 1 la5 sloturi, si fiecare slot are o rata de 256biti ca durata. O statie care are de transmis un pachet cu o prioritate de canal P transmite o informatie slotului P+1, daca nu a sesizat inca o prioritate mai inalta de la alta statie. Statiile care detecteaza prioritatile mai inalte sunt excluse si trebuie sa astepte ori urmatoarea sincronizare a slotului, ori o perioada de neutilizare de 1700biti.
• Faza de eliminare: aceasta faza contine de la 1la 13 slotuir, fiecare avand o rata de 256biti de durata. In aceasta faza statiile care au transmis o informatie in timpul fazei anterioare, acum cauta acces intermediar. Fiecarestatie transmite o informatie pentru un numar de sloturi distribuite geometric si apoi detecteaza un mediu profice pentru un slot auxiliar. Daca detecteaza o alta informatie in timpul transmiterii, se opreste pentru asteptarea canalului, daca nu, trece urmatoarea faza, Desii statiile care au transmis cea mai mare informatiesi s-au oprit la finalul aceluiasi slot trec la asteptarea pentru acces la canal. Probabilitatea ca o informatie a unei statii sa fie de "i" sloturi(i<12)este de 0.5ⁱ⁺¹.
• Faza de cedare: aceasta faza contine de la 1 la 15 sloturi, fiecare avand o rata de 65biti de durata. Statia care ajunge pana in aceasta faza cedeaza pentru un numar de sloturi distribuite geometric in timp ce sesizeaza(detecteaza) canalul. Probabilitatea de retragere de "j" sloturi este de 0.1*0.97. Statia care asteapta cel putin un canal incepe transmisia. Toate celelalte statii cere ajung in aceasta faza detecteaza transmisia castigatorului si asteapta urmatoarea sincronizare cu un slot.

Scopul fazei de eliminare este de a reduce statiile concurente si faza de cedare incearca sa asigure cala final o singura statie sa castige acesul catre canal. Conform HIPERLAN 1, sansele ca doua sau mai multe statii sa supravietuiasca celor 3 faze(un fapt care se intampla in coliziune) sunt <3%. Rezultatele simularii EY-NPMA arata o performanta tipica pentru un protocol dezbatut.

Performanta creste pentru pachetele cu marimi crescatoare, din moment ce cu cat e mai mare un pachet, cu atat mai semnificativa este perioada de dezbatere. Descresterea si cresterea acestora au scopul de a creste numarul de statii. In cele din urma , HIPERLAN 1 pare a fi afectat de terminalul ascuns, care creste intensitatea incarcarilor ridicate. Specificatia HIPERLAN 1 nu mentioneaza acest aspect.

Combinatia protocolului EY-NPMA si a mecanismului prioritar sustine timpul egal cu trimiterea pachetelor. Trebuie oricum notat ca timpul nu inseamna(nu se refera ) la Q0S. HIPERLAN 1 doar favorizeaza pachetele prioritare, nu poate aloca o portiune fixa de banda unei anumite aplicatii. Din acest punct de vedere este doar o retea cu un efort foarte crescut. Simularile din REF.9 arata ca pentru un numar mai mic de statii prioritare crescand prioritatea traficului nu afecteaza prioritatea ridicata. Oricum numarul crescut de statii prioritare sunt menite sa afecteze bunul comportament, din monent ce cu mai multe statii prioritare active, nu exista un mecanism Q0S stabilit.

5.1.3 TIPOLOGIILE SUSTINUTE SI CAILE MULTIPLE

HIPERLAN 1 sustine si tipologia infrastructurii si cea adhoc. Mai mult, standardul sustine configuratiile multiple, unde o statie poate transmite un pachet altei statii in afara fara nevoia auxiliara de infrastructura. Aceasta se poate realiza cu ajutorul statiilor intermediare care pot inainta pachete destinate altor statii. Fiecare statie HIPERLAN va selecta un singur vecin ca si cel care i-a inaintat pachetul si transmite toate pachetele destinate statiilor neprincipale celui care le-a inaintat. Pachetele inaintate sunt transmise sin statie in statie pana ajung la destinatie. Aceasta inseamna ca cel care inainteaza trebuie sa cunoasca tipologia retelei si sa mentina si adapteze caile bazei de date. Oricum este optional pentru o statie sa inainteze pachetele. O statie isi poate anunta decizia de a nu inainta si devine una care nu inainteaza. Statiile care nu inainteaza trebuie sa-si cunoasca doar vecinii.

Inaintarea intr-un WLAN pune cateva robleme. In primul rand cel care inainteaza trebuie sa aiba o imagine exacta a retelei in fiecare moment. Din momet ce algoritmii rutelor comune nu sunt facute pentru tipologiile de schimbare dinamica, noi algoritmii trebuie dezvoltati. Mai mult mentinerea bazelor de date ale cailor pentru cel care inainteaza, cere schimbarea periodica de informatiicu vecinii, un fapt care limiteaza utilizarea lungimi de banda a unui canal.

Alta problema apare pentru BER care caracterizeaza legaturile fara fir. Cum un pachet inaintat va trece de mai mult de doar o legatura, este de ateptat sa fie corupt sau netransmis deloc. Inaintarea se bazeaza pe prezenta statiilor dispuse sa doneze resurse si putere de procesare pentru a servi altor statii. Consecvent, intr-un mediu HIPERLAN limitat este de astepatat ca cei care inainteaza sa fie mai putini.

SALVAREA PUTERII

Standardul HIPERLAN 1 sustine salvarea de putere folosindatat tehnicile specifice hardware-ului, cat si ale bazei de protocol. Prima metoda se bazeaza pe existenta a doua viteze de transmisie. Cum a fost mentionat,informatia fiecarui pachet este transmisa cu o rata mai mica de 1.47Mbps. Un pachet care primeste un pachet destinat altei statii poate inchide eroarea, egalizarea canalului si alte circuite de primire a unui pachet destinat.

Folosind a doua metoda de salvare a puterii un punct poate anunta ca doar mentine periodic oinformatie primita. Toate celelalte statii care vor sa transmita, stiute ca p-sapportes(sustinatorii p), transmit numai cand p-server asculta. Un p-suporter poate fi un echipament HIPERLAN obisnuit sau unul care inainteaza.

5.1.5 SECURITATEA

SubLayer-ul MAC ofera abilitatea de a inscripta modulul transmis MPDU. Fiecare pachet HIPERLAN poarta un camp de 2biti care anunta daca pachetul este inscriptat ori nu. Daca este , modulul indentifica una din trei chei posibile. Standardul defineste un mic set de chei(parole) desi mecanismul de distribuire nu este definet.

Algoritmul de securitate HIPERLAN1 actioneaza dupa cum urmeaza:

• La transmitator, cheia este XOR cu o frecventa aleatorie de biti de lungime egala, ambele au 30 de biti. Valoarea rezultata de 30 de biti este folosita ca un generator aleatoriu de numere care evidentiaza o masura de biti egala cu masura de MPDU.Cele doua lungimi sunt din XOR pentru a produce date criptate.
• Modulul MPDU criptat este cuprins intru-un layer si transmis catre destinatie. Cheia si datele inscriptate sunt transmise in pachete catre destinatie.
• In afara trimiteri datelor MPDU catre destinatie, procesul se executa invers si datele necriptate sunt obtinute.

NIVELUL MAC AL IEEE 802.11

Standardul IEEE 802.11 acopera layer-ele MAC ale modelului OSI. Defineste pentru utilizare un singur sublayer MAC cu toate layer-ele 802.11 mentionate anterior. Au existat adevarate discutii in comitet inainte de realizarea standardului final. Protocolul Mac folosit este un protocol CSMA/CA numit DFWMAC si este foarte asemanator standardului IEEE 802.3 Ethernet LAN. DFWMAC, caruia i se mai spune si DCF(functia de coordonare distribuire), ofera numai un efort sporit. Oricum , Grupul de Realizare 502.11 a inclus sustinere optionala pentru serviciile de durata pentru utilizarea unui mecanism liber. Serviciul este stiut ca PCF si este oferit numai in retele de infrastructura 802.11.

Grupul de realizare 802.11 a fost definit de structura sistemului aratata in fig.12. DCF actioneaza in prima parte a layer-elor aducand un trafic obisnuit nesincronizat. PCF este construit in varful DCF si foloseste servicii oferite de DCF pentru a aduce un trafic liber. Sudlay-erul IEEE802.11 MAC ofera deasemenea mecanisme de autentificare si siguranta, criptare si putere de salvare.

5.2.1.1 FUNCTIA DE COORDONARE -DISTRIBUIRE

Sublayer DCF foloseste un algoritm de sloturi CSMA/ CA desi transmite date ce pot aparea numai la inceputul fiecarui slot.Standardul IEEE 802.11 foloseste un set de intarzieri stiute ca IFS spatii.

Figura 12 Arhitectura sistemului IEEE 802.11

Pasii urmati pentru accesarea canalului sunt:

• cand o statie are un pachet de transmis ,intai detecteaza mediul.daca mediul este detectat ca nefolosit pentru un IFS atunci statia poate incepe transmisia imediata
• daca mediul este initial detectat ca a fi ocupat sau devine ocupat in timpul IFS statia amana transmisia si continua sa monotoarizeze mediul pana cand transmisia actuala este finalizata
• cand tramsmisia actuala este finalizata statia ocupa un numar de sloturi folosind un algoritm binar exponential si din nou detecteaza mediul.Daca este inca liber statia poate incepe transmisia.Desigur 2 sau mai multe statii pot selecta acelasi slot pentru a incepe transmisia,un fapt care genereaza o coleziune.

Actuala marime a slotului este dependenta de layer si este definite pentru a fi cel putin egala cu suma tarnsmisiunilor facute intr-un mediu ocupat,plus intarzierea dintre oricare doua statii.Aceasta selectare pentru timpul unui slot asigura coleziunile ce apar numai atunci cand doua sau mai multe statii aleg acelasi slot pt a transmite; cum informatiea unei transmisii incepe intr-un slot K se propaga in retea inaintea aparitiei slotului K+1.Pentru implementarileFHSS,timpul pt un slot este de 28 µs pe cand in implementarile DSSS este de 10 µs.

DCF foloseste 3 valori IFS pentru a actica accesul prioritar catre canal( fig 13).Acestea sunt de la cele mai mici la cele mai mari,SIFS,PIFS si DIFS.Durata lor actuala este definite de durata slotului si este de asemenea dependenta de layer.Ref.9 aduce rezultatele simulate ale performantei IEEE 802.11 DCF de paste 3 specificatii ale layer-ului 820.11 concluzionand ca performanta este absolute dependenta de cei 2 parametrii superiori. Layer-ul IR arata mai bine performanta decat DSSS, care sa dovedit a fi superior de layer-ul FHSS.

DIFS este folosit pt intarzierea minima in vederea accesului la un mediu.PIFS este folosit de portiunea PCF a sublayer-ului MAC.Pentru ca este mai mic decat DIFS ii da abilitatea de a izola traficul nesuncronizat si alocaty lungimii de banda pt operatiuni in timp.SIFS este folosit in conjunctura cu urmatoarele operatiuni ale 820.11 MAC:

• nivelul de cunostinte MAC(ACK) : cand o statie primeste un spatiu destinat numai pt ea raspunde cu un spatiu ACK dup ace asteapta SIFS.Desi o statie care primeste informatii trebuie sa astepte mai putin timp decat statiile care incearca sa transmita pachete informationale.Ca rezultat,statia cu informatii este favorizata sa castige acces catre mediu.Nivelul de cunoastere MAC recupereaza eficiant coleziiunile atat timp cat coleziunea nu este detectata in IEEE820.11. Cand un ACK nu este primit pt un spatiu transmis,statia de transmitere isi asuma o coliziune aparuta si reapeleaza la canal.

Figura 13 Operatia DCF

• Fragmentarea : cadrele MAC sunt trecute de la LLC la sublayer-ul MAC.Sublayer-ul MAC poate allege sa fragmenteze pachetele intregi pt a creste viteza de transmitere. Pacahetele intergi mai mari decat parametrii disponibili sunt fragmentate in mai multe oachete mai mici si transmise secvential catre destinatie. Dupa primirea primului fragment, destinatia asteapta un SIFS si transmite un ACK. Dupa primirea ACK , statia sursa imediat transmite urmatorul fragment. Ca rezultat, statia sursa masoara canalul pana cand toate fragmentele pachetului au fost transmise.

• RTS/CTS: acest mechanism schimba cele doua modalitati ale algotitmului RTS/CTS-DATA-ACK> cand o statie vrea sa transmita un pachet,trimite o mica cerere de trimitere RTS catre destinatie.Cel din urma daca este gata sa primeasca pachetul raspundde dupa SIFS cu un CTS bun de trimis,trimitand statiei care transmite , sa inceapa transmisia catre CTS.

Meacanismul RTS/CTS incearca sa combata problema lucrarilor ascunse.Pchetele RTS si CTS informeaza vecinii din ambele moduri de lungimea transmisiilor facute.Statiile care aud fie RTS,fie CTS amana pana cand transmiisele ,data si ACK sunt complete.Pachetele RTS si CTS sunt forte mici(20biti,14biti),comparand cu maxime de 2346biti la cadrul 820.11.Ca rezultat cand apare o coleziune intre pachetele RTS si CTS ,mai putina lungime de banda se risipeste fata de cazurile cand se tine cont de cadrele cu mai multe date.Oricum utilizarea mecanismului intr-un mediu mai putin incarcat sau in conjuncture caracterizate de mici pachete de date adduce de la sine intarzierea relatiei RTS/CTS.

Folosirea mecanismului RTC/CTS este optionala.Folosirea poate fi asimetrica in interiorul aceluiasi WLAN,cum numai un nod WLAN poate decide mecanismul utilizat.O statie pote allege san u foloseasca niciodata RTC/CTS sis a foloseasca sistemul cand datele transmise depasesc o anumitra valoare. Simularile in Ref.9 IDENTIFICA VALOAREA rts care gaseste reteaua optima cu o performanta neconstanta dar depinde de lungimea adaugata de LAYER.Valoarea optima de RTS creste pt lungimea adaugata.

Emiterea coleziunii aparte de protocol este implementata intr-o procedura de retargere aleatorie,cum s-a mentionat cand o statie detecteaza un mediu ocupat,asteapta pt un SIFS neocupat si apoiu calculeaza o valoare de retragere.Aceasta valoare consta intr-un numar de sloturi.Initial statia calculeaza un numar de sloturi intre 0 si 7.Cand mediul devine neocupat,statia isi calculeaza timpul pana porneste de 0 sau mediul devine iarsai ocupat.In cazul din urma timpul calculate se opreste pana cand mediul devbine din nou neocupat.Cand cronometrele a 2 sau mai multe statii sunt setate de la 0 in acelasi timp apare o coleziune,in acest caz statiile calculeaza un nou timp de retragere dat pentrru sloturi dupa formula:

[2^2+I xranf()]x slot_time

unde I este numarul de dati cand statia incearca sa trimita date ; ranf( ) este o variabila uniforma in ( 0,1) si [ x] este cea mai mare valoare mai mica sau egala cu x.Coleziuni successive determina timpul de retagere denumit si CW-fereastra de dezbatere,pentru a creste exponentialul.

Cand atinge o anumita valoare care este un parametru numit CWMax, "i" este resetat la 1 si valoarea timpului de retragere este resetata la 7. Cand un anumit numar de retransmisii apar pentru un anumit cadru, cadrul este independent.

Oricum , se considera un caz cu doua statii, A si B, incercand sa obtina acces catre medii. "A" a intrat recent in competitie sau isi allege un timp de retragere din cauza unei coleziuni care apare in timpul ultimei transmisi. Deaceea"A" isi allege o valoare intre 0 si CW. "B" a amanat cateva sloturi si isi pune in functiune cronometrarea pana detecteaza un mediu neocupat. Presupunand ca timpul alocat de catre b este o valoare de k sloturi(0<k<CW), cand A selecteaza timpul de amanare. Este evident ca sloturileintre 0 si k au o probabilitate mai mare de afi alese. Aceasta se datoreaza faptului ca desi "A" selecteaza uniform sloturile intre 0 si CW , timpul de retragere pentru 'B' poate fi numai intre sloturi de la 0 la k. De aceea , algoritmul timpului de retragere nu aloca efficient sloturi pentru a concura statiile si selectarea crescuta a primilor sloturi aparute duce la cresterea coliziunilor. Acest scenario este aratat in fig.14. Ref.10 propune doi algoritmi care incearca sa imparta sloturile concurente catre utilizatori in mod egal. Statiile care intra recent in competitie selecteaza sloturile mai tarziu aparute cu probabilitate ridicata, acest fapt reducand coliziunile.

Rezultatele simularilor(8.10-12)ale DFWMAC arata ca sub un mediu lipsit de zgomot (BER=10^-6) transmisia maxima poate atinge un procentaj satisfacator, mai mare decat acela al aceluiasi numar de statii de HIPERLAN 1. Oricum rata de date oferite de layer-ul HIPERLAN 1 este mai ridicata.

Figura 14 Probabilitatile de selectare a slotului

Intr-un mediu lipsit de zgomot utilizarea valorilor "Fragmentation-Threshold" este e preferat. Aceasta se datoreaza faptului ca pentru punctele cu marimi mai mari, protocolul care rezulta nu este semnificativ. Sub o scadere(BER=10^-3) performanta protocolului scade. In aceste conditii, utilizarea valorilor mai mici ale "F-T"este de preferat, pentru ca pachetele mai mici sunt mai usor de transmis si nu dau erori.. Fiind un protocol cu acces aleatoriu, performanta de varf a DFWMAC descreste in timpce nodurile WLAN cresc. Se datoreaza cresterii dezbaterii care duce la mai multe coliziuni. In cele din urma, terminalul ascuns afecteaza performanta DFWMAC. Simularile Ref.12 arata ca atunci cand numarul de perechii ascunse depasesc 10%, performanta protocolului scade. Oricum, imbunatatirii semnificative ale performantei sunt realizate cand se foloseste mecanismul RTS/CTS pentru a rezerva lungime de banda pentru transmisiile cadru. Desi problemanu este complect rezolvata, 802.11 are un avantaj fata de HIPERLAN 1 care nu se adreseaza problemelor terminalului ascuns.

5.2.1.2 FUNCTIA DE COORDARE A PUNCTELOR

PCF este o metoda optionala de acces care sustine nesincronizarea, traficul lipsit de probleme si este construit pe baza DCF.

PCF este implementat numai in infrastructura 802.11 WLAN. Actioneaza prin supunerea la vot cu un organism centralizat de alegere, numit si PC(Point Coordinator), care de obicei este AP-ul dintr-o celula. PC-ul se foloseste de PIFS mentionat inainte. Pentru ca PIFS < DIFS PC poate bloca tot traficul nesincronizat, in timp ce allege statii si primeste raspunsuri. Pentru a evita masurarea mediului de catre PC, standardul 802.11 defineste un interval stiut si ca supercadru. Prima parte a acestui interval serveste traficul lipsit de probleme, pe cand la a doua parte , PC ramane neocupat pentru a da statiilor sansa de a gasi acces catre mediul folosind DCF. In timpul fiecarui PCF, PC-ul allege statii care cer servicii nesincronizate. Aceste statii sunt cunoscute sub denumirea de CFP-perioada lipsita de dezbatere, in afara statiilor. O statie care alege sa nu participle in CFP este numita nou-CFP. Daca in finalul supercadrului mediul este ocupat, PC-ul trebuie sa astepte pana cand devine neocupat din nou pentru a-l masura. Ca rezultat urmatorul cadru este de o marime redusa.

Cativa parametrii si userilor guverneaza participarea la DCF si PCF. CFP_RATE defineste supercadrul nominal ca lungime. Durata maxima a CFP determina durata maxima a PCF. Poate avea o valoare nu mai mare decat care este ceruta de DCF pentru a transmite o marime maxima de date cu success folosind RTS-CTS-DATA-ACK.

La inceputul fiecarui supercadru, PC-ul detecteaza mediul, daca mediul este neocupat pentru o perioada PIFS, PC-ul transmite acesti parametric folosind cadrul Beacon. Statiile care aud cadrul Beacon amana pana v=cand CFP se finalizeaza. CFP-ul poate fi terminat inainte de expirarea timpului determinate de CFP-Max-Duration. Asta se poate intampla cand statiile CFP au transmis traficul lor. In acest caz, PC-ul termina CFP-ul transmitand cadrul CFP-END. PC-ul allege o statie CF trimitand-o intr-un cadru CF-POLL. Apoi statia raspunde fie cadrului CF-ACK, fie CF-ACK+DATA. In primul caz, PC-ul primeste o singura informatie de la CF-POLL din moment ce statia aleasa nu suporta traffic nesincronizat. Userii care nu sunt ocupati in mod repetat sunt indepartati din ciclul ales dupa k alegeri si sunt din nou alesi la inceputul urmatorului CFP.

In al doilea caz, PC-ul primeste un pachet continand si informatii si date. In acest caz ,PC-ul poate sa nu mai aleaga transmitand, fie DATA+CF-ACK+CF-POLL, fie CF-ACJ+CF-POLL. CF-ACK instiinteaza destinatarul de datele trimise anterior catre PC si CF-POLL este folosit pentru a allege urmatoarea statie. Desigur, o statie CF poate de asemenea transmite date catre alte statii. In acest caz statia de destinatie transmite o informatie DCF sursei si DCF-ACK. Mecanismul combinat de date alese reduce protocolul si mareste performanta CFP. Portiunea PCF din 802.11 sustine aplicatiile de timp mai bine decat HIPERLAN 1, cum mecanismul de alegere garanteaza timpul de transmitere catre statiile care cer.

Standardul 802.11 nu defineste implementarea algoritmului de alegere si o lasa pe seama PC-ului.

Simularile DCF si PCF in Ref.11 arata ca setand k la 1 este optim cand toate datele de timp sunt legate de voice-data. Aceasta se explica prin faptul ca fata de durata CFP, semnalele voice sunt trimise in moduri on-off mai incet.

TOPOLOGII SUPORTATE

Standardul 802.11 suporta ambele infrastructuri si configuratii de retele ad hoc.Infrastructura retelelor cuprinde cu una sau mai multe celule decat nodurile mobile.Nodurile mobile acceseaza reteaua,referindu-se ca Sistem de Distributie in terminologia 802.11, via AP.Setul de statii asociate cu un AP dat,formeaza Setul de Service de Baza(BSS).Doua sau mai multe BSS-uri sunt interconectate folosind un Sistem de Distributie(DS).Protocolul 802.11 nu defineste un DS specific.Ca rezultat,tehnologiile ca 802.x conectate cu LAN-uri,ATM-uri sau cu un alt WLAN pot fi folosit ca un DS.

Interconectarea a mai multe BSS-uri via DS este numita Set Extins de Service(ESS).In interiorul unui ESS,datele se muta intre BSS prin DS.Un ESS apare ca un logic si singur WLAN la nivelul LLC.O retea ad hoc,care nu are AP,este numit Set de Service de Baza Independent(IBSS).Standardul permite infrastructurii si topologiei ad hoc sa coexiste. BSS in iteriorul unui ESS poate fi despartit,suprapus sau fizic dispuse.Despartirea BSSs ofera avantajul de reducere a interferentelor,platind pretul pentru acoperire continua.In final dispunerea fizica a BSSs poate fi folosita pentru a forma un WLAN mai performant.De exemplu,FHSS 802.11 WLAN care folosesc secvente ortogonale pot opera in aceeasi regiune geografica pentru o furniza un consum mai mare.

Standardul 802.11 identifica urmatoarele 3 tipuri de mobilitate :fara tranzitie,tranzitie BSS,si tranzitie ESS.Primul tip se refera la noduri care se plimba de la un BSS la un alt BSS in timp ce ramane in acelasi ESS.Al treilea tip se refera la noduri care se plimba de la un BSS in un ESS la un BSS intr-un ESS diferit.Standardul 802.11 suporta primele 2 tipuri de mobiloitate.Insa,nu specifica cum plimbarea se realizeaza,lasand aceasta sarcina in seama implementatorilor a 802.11.

Statiile din interiorul BSS trebuie sa ramana sincronizate pentru aca protocolul MAC sa functioneze normal.In infrastructurile retelelor,AP transmit periodic cadre de semnale luminoase,care contin informatii de sincronizare,cum ar fi secvente care sunt folosite in interiorul BSS si informatii de temporizare.In cazul retelelor IBSS,toate statiile trimit periodic cadre de semnale luminoase pentru scopuri de sincronizare.

SECURITATE

Standardul 802.11 defineste doua proceduri de securitate.Prima permite transmisia cadrelor criptate,intr-un mod similar implimentarii de HIPERLAN1.Criptarea este implementata prin folosirea algoritmului WEP,care implementeaza criptare simetrica.Algoritmul WEP genereaza chei care pot fi folosite de noduriloe ambelor sursa si destinatie pentru a cripta si decripta transmisia datelor.Insa,standardul nu defineste procesul de instalare a cheilor in statii.

Pasii pentru a cripta un cadru sunt :

• La statia de transmisie,WEP genereaza o valoare de 32 de biti pentru incarcarea cadrului MAC.Aceasta valoare este folosita pentru a alarma statia receptoare de posibile modificari de date.
• O cheie de share este folosita ca intrare pentru un numar pseudoaleator care produce o secventa de biti aleatoare de lungime egala cu suma lungimilor incarcarii MAC si a valorii intregi.Aceste campuri sunt apoi criptate de multiplicari binare (XOR) cu secventa de biti produsa.
• Statia care transmite pune incarcatura criptata MAC in interiorul unui cadru MAC si trimite in jos la nivelul fizic pentru a fi transmis.
• La statia receptoare,algoritmul WEP foloseste aceleasi chei pentru a decripta incarcatura MAC si calculeaza o valoare integrala pentru incarcatura MAC.Daca valoarea calculata este aceeasi ca si aceea trimisa cu cadrul,transfera incarcatura MAC la LLC.

A doua procedura priveste autentificarea intre doua statii comunicante.

Sunt definite doua proceduri de autentificare :

Autentificare in Sistem Deschis, este un mecanism de tipul strangere de maini si este folosit cand nu este cerut un nivel inalt de securitate.Folosind aceasta procedura,o statie anunta dorinta sa de a comunica cu o alta statie sau AP prin transmiterea unui cadru de autentificare.Statia care primeste raspunde cu un alt cadru de autentificare care identifica succesul sau esecul autentificarii.

Autentificarea cu chei share, este un mecanism de strangere de mana cu patru cai,care foloseste algoritmul WEP.Pasii sunt urmatorii :

• Statia emitatoare,trimite un cadru de autentificare catre o alta statie
• Pana cand receptioneaza un cadru de autentificare,o statie raspunde trimitand un alt cadru de autentificare continanad o secventa de 128 biti.
• La statia receptoare secventa de biti receptionata este decriptata.Daca secventa decriptata se potriveste cu cea trimisa catre statia receptoare,scrisoarea este informata de autentificare.

SALVARE DE ENERGIE

Standardul 802.11 suporta salvare de energie prin folosirea de tampoane pe traficul la statia emitatoare.Cand un nod mobil se afla in modul de adormire,tot traficul destinat lui este trecut prin tampoanepana cand nodul se trezeste.In infrastructura unei retele ,nodurile mobile se trezesc periodic si asculta de sermnalele luminoase trimise de punctul de acces.O statie care aude un semnal luminos care indica ca AP a trecut datele pentru acea statie printr-un tampon,se trezeste si cere receptionarea datelor.In retelele ad hoc ,statiile care implementeaza salvarea de energie,se trezesc periodic sa asculte cadrele care sosoesc.

ULTIMELE DEZVOTARI

Una dintre ultimele dezvoltari se datoreaza lui IEEE,care a dezvoltat 802.11a,o noua specificare pentru WLAN.Noua specificatie sporeste nivelul fizic al IEEE 802.11 in timp ce pastreaza nivelele superiore intacte.Avantajele ale IEEE 802.11a sunt imunitetea sporita la interferente,si o viteza semnificativ mai mare,pana la 54 Mbps.Aparatura care foloseste 802.11a sunt necesare pentru a suporta viteze de 6,12 si 24 Mbps.Viteze optionale pana la 54 Mbps,dar includ tipic 48,36,18 si 9 Mbps.Aceste diferente sunt rezultatul implementarii diferitelor tehnici de manipulare si nivele FEC.Pentru a atinge 545 Mbps se foloseste 64QAM.

802.11a este utilizeaza 300 Mhz din lungimea de banda in banda de 5 GHz.Insa 200MHz sunt fizic continui,FCC a impartit cei 300 MHz in trei domenii distincte de cate 100 MHz,fiecare cu o putere legala de iesire diferita.Banda joasa opereaza da la 5.15 la 5.25 GHz cu dispozitive care folosesc acesata banda cu o putere de maxim 250 mW.Banda inalta utilizeaza 5.725-5.825 GHz,cu o putere de maxim 1W.Datorita puterii de iesire mari ,aparatura care transmite in banda inalta au tendinta sa fie produse cladire la cladire.

Cum am mentionat mai devreme,802.11a foloseste OFDM ale nivelului fizic.Rata ridicata de date este insotita de combinari a mai multor subpurtatori de viteza mica pentru a creea un canal de viteza inalta.802.11a foloseste OFDM pentru a defini un total de opt canale de 20 MHz de-a lungul a doua benzi joase ;fiecare dintre aceste canale este impartit in 52 subcanale,fiecare de aprox. 300 KHz.Corectia de eroare inainte(FEC)este folosita deasemenea in 802.11a.Datorita ratei inalte de date de la nivelul fizic,802.11a poate gazdui FEC cu impact neglijabil asupra performantei.In final ,OFDM specifica o ratade simbol mai lent pentru a reduce sansa ca un simbol va interfera cu urmatorul simbol,datorita propagarii cu mai multe cai.

6.2 802.11b

O alta dezvoltare este specificarea IEEE 802.11b.Ca 802.11a,este o specificatie deasemenea si pentru nivelul fizic.Opereaza in banda fara licenta 2.4 GHz.Standardul este compatibil cu specificatiile mai vechi IEEE 802.11(fara 802.11a),permitand viteze de 1,2,5.5 si 11 Mbps pe aceiasi transmitatori.Standardul foloseste 14 canale,care sunt alocate in banda 2.4 GHz.Diferite canale sunt legale in diferite tari,

IEEE 802.11b poate atinge rate mai mari decat predecesorul sau 802.11 datorita folosintei Cheia de Cod Complementara(CCK).CCK foloseste o serie de coduri numite Secvente Complementare.Pentru ca exista 64 cuvinte de cod unic poate fi folosit pentru a codifica semnalul,pana la 6 biti pot fi reprezentati printr-un cod de cuvinte oarecare.Codul CCK este apoi modulat cu tehnologia QPSK folosita in comunicatiile radio fara fir DSSS.Aceasta permite codificarea a 2 biti suplimentari de informatie in fiecare simbol.Opt cipuri sunt trimise pentru 6 biti,dar fiecare simbol codifica 8 biti datorita modularii QPSK.Matematica transmisiei spectrului pentru 1 Mbps foloseste 11 megachipuri pe secunda de 2 MHz egal cu 22 MHz din spectru.La fel,la 2 Mbps ,unul este modulat la 2 biti pe simbol cu QPSK,11 megachipuri pe secunda ,stfel are 22 MHz din spectru.Pentru a trimite 11 Mbps,unul trimite 11 milioane biti pe secunda timp de 8chipuri /8 biti,care este egal cu 11 megachipuri pe secunda timp de 2 MHz pentru codarea QPSK ,producand 22 MHz ale spectrului de frecventa.

6.3 802.11g

Sarcina grupului g 802. 11 este un sistem care va opera in banda fara licenta de 2.4 GHz,permitand rate de date pana la 54 Mbps. 802.11g are doua obiective:

• OFDM ca parte a standardului 802.11 g,care permite rate de biti pana la 54 Mbps.Pana de curand FCC a interzis folosirea OFDM in banda de 2.4 GHz.Acum,un format comun de modulare poate fi folosit in ambele benzi de 2.4 si 5 GHz.
• Compatibilitatea cu sistemul 802.11 b.Astfel 802.11 g va suporta CCK.
• Elementele optionale incluse in standardul 802.11 g sunt :

-CCK/OFDM.Acesta este un hibrid al design-ului CCK si OFDM pentru a facilita folosirea undei de forma OFDM in timp ce suporta compatibilitate cu radiourile existente CCK.CCK este folosit pentru a transmite pachete si hedere,iar OFDM este folosit pentru a transmite incarcatura.CCK/OFDM suporta rate de biti de 54 Mbps.Antetul CCK alerteaza toate legacy ale dispozitivelor 902.11 b ca a inceput o transmisie si informeaza aceste dispozitive de durata transmisiei.Incarcatura poate fdi transmisa la o rata de transfer mult mai mare folosind OFDM.

-Codarea pachetelor convolutionale binare(PBCC).Acesta este o solutie « singur purtator » solutie dezvoltata de Texas Instruments(TI).Aceasta forma de unda poate fi catalogat ca hibrid.Foloseste CCK pentru a transmite antetul parte a fiecarui pachet si PBCC pentru a transmite incarcatura.PBCC suporta rate de date pana la 33 Mbps.PBCC este o constelatie de semnale mult mai complex,si foloseste o structura a codului mult mai diferita.60

6.4 ALTE ACTIVITATI DIN INTERIORUL GRUPULUI FUNCTIONAL 802.11

6.4.1 Grupul de Sarcini d este de a adauga cerintele si definitiile necesare pentru a permite echipamentelor 802.11 WLAN sa opereze in piete neservite de un standard.

6.4.2 Grupul de sarcini e

Scopul acestui grup este de a spori 802.11 MAC sa se extinde suportul aplicatiilor LAN cu cerintele QoS,furnizeaza imbunatatiri in securitate,si capabilitatea si eficienta protocolului.Aceste imbunatatiri,in combinatiie cu cele noi,va creste performantele retelelor 802.11.

Grupul de sarcini f

Acest grup isi propune sa specifice informatiile necesare care trebuiesc schimbate intre Punctele de Acces 802.11(APs).

Grupul de sarcini h

Scopul acestui grup este de a spori actualul 802.11 MAC si 802.11 PHY cu menegement de retele si controlul extensiilor pentru spectru si transmite managementul puterii in banda de 5GHz.Mai departe doreste sa furnizeze imbunatatiri in masurarea canalului de energie si raspuns,acoperirea canalului si sa furnizeze Selectia Canalului Dinamic si mecanismul Controlului Transmiterii Puterii.

Grupul de sarcini i

Scopul acestui grup este de a imbunatati 802.11 MAC sa furnizeze securitate sporita

SUMAR

In acest capitol acoperim zona Retelelor Locale fara fir prin aprofundarea unor probleme :

Topologii WLAN.Cele 2 tipuri de topologii de Retele locale fara fir folosite astazi sunt topologiile infrastructura si ad hoc.WLAN ad hoc sunt de preferat in cazuri unde sunt cerute dezvoltari(mariri) rapide si temporare a retelei WLAN.Pe de alta parte infrstructura WLAN ofera abilitatea de a accesa date si servicii oferite de dispunerea WLAN cu fir.Accesul la aceste servicii este facut prin folosirea Statiei de Baza care implementeaza functyionalitatea Punctului de Acces.Fiecare Statie de Baza formeaza celula proprie si furnizeaza acces la nodurile retelei locale.

Cerintele WLAN.Cerintele de indeplinire asteptate de WLAN de la folosinta canalului fara fir ca un inteles a transmisiaei.Transmisia fara fir este caracterizata de cresterea BER,amenintarea crescanda a accesului neautorizat si in cele mai multe cazuri nevoia pentru licenta spectrului sau folosirea tehnicii spectrului imprastiat.Mai departe,natura mobila a nodurilor WLAN rezulta in schimbarea dinamica,posibil nu in totalitate conectat,topologii de retele unde masurarea pastrarii puterii la nodurile mobile trebuie luata.Acesti factori afecteaza implementarea protocoalelor WLAN si trebuiesc luate in considerare cand se proiecteaza produse WLAN.

Alternative ale nivelului fizic.Cele cinci alternative ale nivelului fizic sunt bazate fie pe infrarosu,fie pe transmisia cu ajutorul microundelor.Nivelul fizic IR are avantajul unei mai mari securitatati si posibil unei mai mari rata de biti.Alternativa cu microunde cuprinde Frequency Hopping Spread Spectrum Modulation,Direct Sequence Spread Spectrum Modulation, Narrowband Modulation si Orthogonal Frequency Division Multiplexing.Spectrul dispersat si OFDM ofera performante superioare in prezenta unui capriciu care este caracteristica principala a transmisiei fara fir.Tehnica spectrului imprastiat da la schimb banda pentru aceasta superioritate,oferind rate de biti moderate.Pe de alta parte,modulatia bandei inguste poate oferi rate de date mai mari ca spectrul imprastiat.Abordarea OFDM este o forma de modulare multicarrier care atinge rate de date relativ mari.Standardul 802.11 suporta toate alternativele de mai sus,cu exceptia modulatiei de banda ingusta,care este folosit de HIPERLAN 1.

Alternativa MAC

Cele doua standarde WLAN MAC accesibile azi,IEEE 802.11 si HIPERLAN 1,foloseste algoritmul CSMA pentru a accesa canalul fara fir.Subnivelul 802.11 MAC,cand este folosit in stransa legatura cu extensiile nivelului fizic 802.11b si 802.11a poate oferi rate de date pana la 11 si 54 Mbps.Insa,doar produsele 802.11b sunt accesibile in acest timp.HIPERLAN 1ofera rate de biti pana la 24 Mbps,insa,are dezavantajul incompatibilitatii cu 802.11 si absenta unor produse de baze.802.11 MAC include un mecanism care combate problemele terminalele ascunse,in timp ce aceste tehnici nu exista in standardul HIPERLAN 1.Insa,plateste pretul reducerii performantele de ansamblu la cazul unui singur hop.Amandoua standardele incearca sa suporte aplicatiile de timp limitat,insa QoS nu poate fi oferit datorita absentei mecanismului care desemneaza o anumita cantitate de largime de banda la o statie.802.11 poate oferi suport pentru aplicatiiloe QoS,prin desemnarea largimii de banda la statii prin procedura de tragere,insa,scrisoarea nu este definita in standard.

Ultimele dezvoltari in zona WLAN.Acestea includ standardele 802.11a si 802.11 b,care sunt imbunatatiri ale nivelului fizic a 802.11 care furnizeaza rate de date mari.Mai departe ,scopul a muncii in interiorul grupurilor de sarcini d,e,f,g,h,i ale grupului de munca 802.11 au fost raportate.

In afara de a fi o afacere folositoare si avantajoasa, reteaua WLAN este de asemenea un camp bogat pentru cercetare datorita dificultatilor date de cerintele crescande pentru servicii mai bune si mai ieftine.Este dificil de preconizat starea retelelor in urmatorii ani.Insa piata retelelor WLAN este putin posibil sa creasca in marime si posibil integrate cu tehnologii fara fir,pentru a oferi suport pentru aplicatiile calculatoarelor mobile,egale cu performantele ale retelelor cu fir.