در جامعترین آموزش CCNA Wirelss یا دوره آموزشی CWNA ما سعی داریم بصورت کامل و جامع به شما شبکه های وایرلس مبتنی بر سیسکو را به شما آموزش بدهیم ، این مجموعه مطالب بصورت کاملا مفهومی ، کلیه مفاهیم وایرلس در شبکه های مختلف را به شما آموزش می دهد و شما را برای ورود به دنیای شبکه های وایرلس سیسکو آماده می کند.
من مهرشاد هماوندی ، در سری قسمت های آموزش CCNA Wireless قصد دارم شما رو با دنیای وایرلس که امروزه در سطح جهانی کاربرد های گوناگونی داره و به انواع مختلف همه ی مارو تحت تاثیر خودش قرار داده ، آشنا کنم . این سری قسمت های آموزشی صرف نظر از دانسته های پیشین شما از ابتدا تا انتهای دوره ی پیش رو که تحت عنوان CCNA Wireless 200-355 هست ، طبق سرفصل های مشخص ، شما رو با انواع مفاهیم : سیگنال های رادیویی ، تکنولوژی آنتن ها ، توپولوژی Wireless LAN ها و ... آشنا میسازد.
اگر در یادگیری سیسکو مشکل دارید ، به شما پیشنهاد می کنیم از طریق دوره های آموزش سیسکو حرفه ای سایت توسینسو و با دوره آموزش CCNA روتینگ و سویچینگ شروع کنید ، فراموش نکنید که پیشنیاز همه این دوره های آموزش شبکه ، دوره آموزش نتورک پلاس است ، فراموش نکنید توسینسو اولین و بهترین انتخاب شما در حوزه آموزش فناوری اطلاعات فارسی است.
قسمت های CCNA Wireless در سه سطح مقدماتی ، متوسط و پیشرفته با سرفصل های گوناگون ; خدمت دوستان و علاقمندان ارائه خواهند شد. مخاطبین این دوره آموزشی ، تمام علاقمندان به دوره های شبکه و سیسکو و متقاضیان آزمون CCNA Wireless WIFUND میباشند ، اما برای فراگیری بهتر مفاهیم این دوره آموزشی بهتر است قبل از شروع ، دوره های CCNA R&S یا CCENT را بگذرانید تا بتوانید بطور دقیق و مثمرثمر تری از این دوره استفاده کنید و بازده آن برای شما بهتر باشد.
سرفصل های این دوره بصورت زیر میباشد :
امید است این دوره بتواند برای دوستان و علاقمندان مفید واقع شود . به دنیای وایرلس خوش آمدید ....
در شبکه های Wireless ، انتقال اطلاعات میان دو دستگاه یا اصطلاحا Device با استفاده از فرکانس های رادیویی ( RF ) انجام میپذیرد ; که در این تبادل اطلاعات ، فرستنده و گیرنده میتوانند در یک راستا و بصورت ثابت قرار گرفته باشند و یا بصورت آزادانه در جاهای گوناگون قرار بگیرند.در این فصل ما تئوری های پایه و قضایای پشت سیگنال های RF و متد های مورد استفاده برای جابجایی داده بصورت وایرلسی را مورد بحث قرار میدهیم.
برای ارسال داده از طریف کابل بین دو Device ، سیگنال الکتریکی از یک طرف کابل به سمت دیگه منتقل میشه در واقع کابل خودش به تنهایی عامل تداوم و تضمین رسیدن اطلاعات به مقصد هست اما در شبکه های بی سیم چنین چیزی نیست که داده ها رو حمل کنه .
حالا سوالی که مطرح میشه اینه که شبکه های وایرلس چگونه میتونن باهم ارتباط برقرار کنن از طریق هوا ؟! برای پاسخ دادن به این سوال دو نفر رو تصور کنید که یه رشته طناب رو در دست دارن ، این دو نفر فرستنده ( Transmitter ) و گیرنده ( Receiver ) هستند و طنابی که یک طرفش به دست فرستنده و یک طرفش به دست گیرنده هست ، رو بعنوان فضای آزاد یا هوا تلقی کنید .
تصور کنید که فرستنده قصد داره اطلاعاتی رو به گیرنده ارسال کنه یا در کل چیزی بهش بگه ; فرستنده طناب خودشو بالا میگیره تا به گیرنده نشونه یا فرکانسی ارائه بده اما هیچگاه گیرنده اون پیام رو دریافت نخواهد کرد. برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
قاعدتا فرستنده باید برای رفع این مشکل راهکاری پیدا کنه و راهی پیدا کنه تا بتونه با گیرنده ارتباط برقرار کنه ; زمانی که فرستنده دست خودشو با طور منظم و ثابت بالا پایین میبره و حرکت موج شکلی [ فرستنده با هر بار بالا پایین کردن دست خودش یک موج (Wave) میسازه ] در کابل ایجاد میکنه ، که این حرکت موج به گیرنده میرسه و گیرنده از پیام فرستنده آگاه میشه ، برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
در فضای آزاد هم جابجایی یا انتقال اطلاعات بصورت وایرلس به همین نحو است ; فرستنده ( Transmitter ) یک سری امواج منظم رو بطور ثابت به گیرنده ( آنتن ) میفرسته که اینکار رو با تولید مجموعه ی امواج الکتریکی و مغناطیسی انجام میدهد که بطور پیوسته در حال بالا پایین رفتن هستند بطوری که امواج مغناطیسی برای جذب امواج مغناطیسی پایین میره و امواج مغناطیسی نیز برای جذب امواج الکتریکی بالا میره و هر باری که این عمل انجام میشه یک موج یا اصطلاحا Cycle ایجاد میشود. برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
امواج الکترومغناطیسی بگونه ای هستند که داده های خود را در یک خط مستقیم ارسال نمیکنند و اونا را به تمامی جهات پخش میکنند برای تفهمیم بهتر موضوع نحوه پخش شدن امواج الکترومغناطیسی توسط آنتن ها ، تصور کنید که شما یه سنگ رو داخل آب میندازید ، هنگامی که سنگ در داخل آب میوفته شما شاهد سطوح آب هستید که بصورت موج وار در تمامی جهات پخش میشن .
ایده آل ترین شرایط برای آنتن ها ( فرستنده ها ) این است که شمایی کروی شکل داشته باشن و امواج رو در تمامی جهات انتقال بدن اما نکته ی مهم اینجاست که ایده آل ترین آنتن ها در واقع اصلا وجود ندارند . در دنیای واقعی آنتن های در ابعاد و اشکال گوناگون ساخته میشن ، بنابراین هر کدام از آنها در فرم ها و اشکال گوناگون امواج رو انتقال میدن اما هرکدام از آنها محدودیت هایی در مسیر فرستادن امواج رو دارن و هیچکدوم از اونا ایده آل نیستند.برای درک بهتر انتقال داده در ایده آل ترین حالت ممکن برای آنتن ها به شکل زیر دقت کنید :
در پایان انتقال امواج و اطلاعات توسط آنتن ، زمانی که اونا به سمت گیرنده رسید ، دقیقا باید یه کپی از اطلاعات ارسال شده باشند . دلیل آن همانطور که در قبل توضیح دادیم این است که امواج الکترومغناطیسی که توسط آنتن فرستاده شد با توجه به مکانیزمی توسط امواج مغناطیسی و الکتریکی به حرکت در می آیند و تا رسیدن به مقصد این فرآیند تکرار میشود . در قسمت بعدی از سری آموزش های CCNA Wireless ، در ادامه همین فصل به بررسی دقیق و جزئی مفهوم " فرکانس " خواهیم پرداخت
در قسمت پیشین به بررسی و مقایسه شبکه های کابلی و وایرلسی پرداختیم و همچنین مختصر توضیحاتی درمورد مفهوم پایه Wireless و نحوه ارسال اطلاعات در شبکه های بی سیم خدمت دوستان ارائه کردیم .در این قسمت مباحث قبلی رو ادامه میدیم و به بررسی مفاهیم " فرکانس " تا حد امکان بصورت دقیق و جزئی میپردازیم به امید اینکه برای شما دوستان مفید واقع شود.
همونطور که میدونید و در قسمت قبلی هم بصورت ساده توضیحاتی داده شد ، موج ( Wave ) در واقع به هربار جذب صفحات الکتریکی و مغناطیسی ( Electric and Magnetic Fields ) گفته میشه که توسط فرستنده ( Transmitter ) تولید میشد . همچنین باتوجه به مثال قبلی تقریبا به هربار بالا بردن و پایین اوردن طناب توسط فرستنده که بطور مداوم و ثابت تکرار میشد یک " موج " میگفتیم .
حالا این "موج"ی که ما ازش صحبت میکنیم به روش های گوناگونی سنجیده و توضیح داده میشه که یکی از ابتدایی ترین پارامتر های سنجش آن " فرکانس " است .تعریفی که از فرکانس در دنیای شبکه ارائه میشه اینه که : به تعداد دفعاتی که یک سیگنال [ ارسالی از سوی آنتن ها یا هر Transmitter دیگه ای ] در مدت یک ثانیه بصورت سینوسی بصورت کامل بالا و پایین میره ( به این بالا و پایین رفتنِ کامل سیگنال Cycle گفته میشه ) یک " فرکانس " گفته میشه . برای درک بهتر مفهوم فرکانس به شکل زیر دقت کنید :
نکته قابل توجه اینه که برای سنجش یک Cycle از سیگنال مورد نظرمون ، اهمیتی نداره که سنجش از بالاترین نقطه هر موج ( Peak ) اون شروع شه یا وسط هرموج یا انتهای موج ; فقط سیگنال باید یک توالی کامل رو انجام بده و دقیقا همون مکانی که شروع شده ، در همون مکان در موج بعدی تموم شه یا به اصطلاحی یه دور کامل رو بزنه .
با کمی درنگ در شکل بالا به این نکته پی میبریم که فرآیند سیگنال در 4 Cycle کامل اتفاق افتاده ، بدین معنا که فرکانس آن ، 4 ثانیه/سیکل یا 4 هرتز است. هرتر (Hz) مرسوم ترین واحد اندازه گیری برای فرکانسه و اگه بخوایم بهتر بگیم ; در واقع 1 Cycle کامل در 1 ثانیه را هرتز گویند. " هرتز " میتونه محدوده بسیار گسترده ای رو دربر بگیره پس برای سهولت در کار برای هر تعداد سیکلی که در یک ثانیه انجام میشه واحد های مشخصی در نظر گرفته شده ، که در جدول زیر قابل مشاهده است :
با توجه به جدول بالا ، برای مثال 1000 هرتز یعنی 1000 بار سیکل کامل در یک ثانیه انجام میشه ، که با واحد kHz اندازه گیری میشه و به همین روال ادامه پیدا میکنه تا انتها.شاید سوالی که براتون پیش اومده باشه اینه که خب ابتدا و انتهای این امواج کجاست ؟!! بطور مشخصی محدوده یا طیف فرکانس از 0 شروع میشه تا 10 به توان 22 ( یعنی 10 با 22 تا صفر ).
فرکانس هایی که در محدوده بین 3kHz تا 300GHz هستند معمولا تحت عنوان " فرکانس های رادیویی " شناخته میشوند ، که انواع گوناگونی رو شامل میشن از جمله : امواج تلویزیون ، امواج FM ، امواج ماکروویو و امواج رادار ها.
برای مثال : طیف فرکانس میان 530 kHz تا نزدیک به 1710 kHz رو " پایگاه رادیویی AM " یا " AM Band " مینامند. بنابراین همونطور که گفتیم محدوده فرکانس شبکه های وایرلس یا Wireless LAN ها ، 2.4 و 5 GHz هست که به بیان دقیق تر : فرکانس های بین طیف 2,400 و 2,4835 GHz تحت عنوان " 2.4 GHz Band " شناخته میشه.
یکی دیگه از محدوده های مورد استفاده برای ارتباطات وایرلسی تحت عنوان Band 5GHz شناخته میشه ، به دلیل این که طیف فرسکانسی اون بین 5,150 و 5,825 GHz هست . نکته مهم اینه که محدوده فرکانس های 5GHz Band ، خود به 4 قسمت مجزا تقسیم میشود ، بدیت ترتیب که :
یک باند فرکانس ( Frequency Band ) که در قبل به اون اشاره کردیم ، شامل طیف وسیعی از فرکانس هاس ; حالا اگه در یک Wireless LAN دو دستگاه نیاز به یه تک فرکانس برای ارتباطاتت خودشون داشته باشن ، باید از کدوم فرکانس ها استفاده کنند؟ یا کلا چقدر فرکانس های منحصر به فرد برای هرکدوم از Device ها وجود داره؟
برای جواب دادن و یا در واقع حل این سوالات تکنولوژی Channel Spacing یا تخصیص کانال برای محدوده خاصی از فرکانس ها مطرح میشه که در ادامه به اون میپردازیم. برای مرتب بودن و بالابردن کارایی فرکانس ها ، باند ها به کانال های مجزایی تقسیم شدن که هرکدام از این کانال ها بر اساس شماره خاص خودشون شناخته میشن که هرکدوم از این شماره ها به Range خاصی از فرکانس ها اختصاص پیدا کردن. برای مثال : باند 2,4GHZ که در قبل بهش اشاره کردیم رو در نظر بگیرید .
طیف فرکانس های این باند از 14 کانال مجزا از شماره های 1 تا 14 تشکیل شده است که هرکدام به محدوده فرکانس خاصی اختصاص داده شدن.اولا ، تصور کنید چقدر آسون تره که تا با شماره کانال های یک باند کار کنیم تا با مقدار فرکانس اونا ، به خاطر سپردنشم راحت تره !
دوما ، شاید پرسشی که تو ذهنتون ایجاد شده باشه که اصلا چجوری محدوده فرکانس هابه کانال های گوناگون اختصاص داده میشه ، طبق چه معیار و یا قاعده ای؟! پاسخ این پرسش ها اینه که برای مثال باند 2,4GHZ که گفتیم از 14 کانال تشکیل شده رو در نظر بگیرید . فاصله بین این 14 کانال بطور مشخص 0.005 گیگاهرتز ( 5 مگاهرتز ) ، ( به جز برای کانال 14 ) است. برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
مباحث مربوط به فرکانس ها و مکانیزم های مربوط به اون رو در قسمت بعدی ادامه خواهیم داد .Channel Overlapping ، بررسی مفهوم Phase و بسیاری موارد دیگه ، مباحث مورد بحث در جلسه آینده خواهد بود
در قسمت پیشین به بررسی مفهوم فرکانس ، موج ، هرتز و ... پرداختیم و بعد از آن بحث Channel Spacing رو مطرح کردیم و دلایل استفاده از این تکنولوژی در دنیای وایرلس رو شرح دادیم.در این قسمت در ادامه بحث گذشته ، بحث Overlapping در فرکانس ، Phase ، پهنای باند و ... رو به بحث میذاریم ، امید است که این قسمت برای شما دوستان مثمر ثمر و مفید واقع شود.
سیگنال های رادیویی (RF) ، سیگنال هایی بی نهایت باریکی نیستن پس قاعدتاً این سیگنال ها قابلیت ترکیب شدن یا برخورد کردن یا اصطلاحا روی هم افتادن (Overlap) با سیگنال های دیگه عبوری در کنار خودشون رو دارن که در وایرلس به " نشت یا Spill " سیگنال معروفه پس با وجود این ، محدوده یک فرکانس مشخص در مکان های متفاوت باهمدیگه یکسان نیست ; بنابراین نمیتونیم یه مقدار ثابت برای " پهنای باند " داشته باشیم ، پس چجوری در مبحث فرکانس، ما مقدار پهنای باند رو مشخص میکنیم؟!
حالا قبل از پاسخ دادن به این سوال ، یه تعریف واسه پهنای باند بگیم تا بفهمیم اصلا در دنیای وایرلس مفهوم Bandwidth یا پهنای باند به چه معنیه ؟! محدوده واقعیِ مورد نیازِ فرکانس برای منتقل کردن سیگنال هارو " پهنای باند سیگنال " مینمامند ، به عبارت دیگه " پهنای پاند فضای مورد نیازیه که فرکانس در باند نیاز داره .
برای جواب دادن به سوالمون هم باید بگیم که برای اندازه گیری پهنای باند باید به " فرکانس وسط سیگنال " دقت کنیم و اونو به دو قسمت بالا و پایین تقسیم میکنیم . برای مثال : یه سیگنالی که 22 مگاهرتزه ، محدود میشه به 11 مگاهرتز سیگنال وسطی بالا و 11 مگاهرتز سیگنال وسطی پایین . برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
برای درک بهتر این موضوع ، به شکل زیر دقت کنید :
در شکل بالا ، نوعی از Channel Spacing نمایش داده شده که سیگنال ها بدون Overlap شدن در کنار کانال همسایه ( مجاور ) قرار گرفتن ؛ بنابراین ، یک سیگنال میتواند بر روی هر کانال موجود بدون Overlap شدن وجود داشته باشد.
سیگنال های رادیویی بسیار وابسته به زمان هستند چرا؟ چون بطور دائم در حال حرکت هستن . طبیعتا این سیگنال هااز نیرو های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شدن که در طول یه دوره زمانی باهم متفاوت هستن.حالا Phase چیه؟! اندازه گیری تغییرات در زمان نسبت به آغاز یک Cycle رو Phase میگن.واحد اندازه گیری Phase ، " درجه " هست که اگه برایر با 0 باشه به منزله آغاز Cycle هست و درجه ی یک چرخه کامل ( Complete Cycle ) برابر است با : 360 هست .
زمانی که دو سیگنال همزمان دقیقا در یک زمان تولید میشن [ توسط آنتن یا هر Transmitter دیگه ای ] ، سیکل یا Cycle هاشون هماهنگ میشه و به هماهنگ شدن سیگنال های مثل هم که در یک زمان تولید میشن اصطلاحا In Phase گفته میشه به معنای دیگه ، اون دوتا سیگنال باهم هم فاز هستن.اما زمانی که یک سیگنال با کمی تاخیر از سیگنال دوم تولید شن ، اصلاحا Out of Phase گفته میشه . برای درک بهتر این موضوع ، به شکل زیر دقت کنید :
در قسمت بعدی در ادامه همین فصل ، به بحث های : اندازه گیری طول موج ، مفاهیم قدرت RF و dB خواهیم پرداخت
در قسمت پیشین ، به مفهوم Overlapping ، و مباحث مربوط به Phase بطور کامل و مقدماتی پرداختیم اما مباحث مربوط به آنها به همین جا ختم نمیشه و ما در دوره پیشرفته CCNA Wireless به صورت کامل به اونا خواهیم پرداخت. در این قسمت کوتاه به بررسی نحوه " اندازه گیری طول موج" ها و محاسبه مقدار قدرت RF و dB میپردازیم
سیگنال های رادیویی معمولا توسط " فرکانس " شناخته میشن ؛ اما خب سخته که بخوایم اندازه واقعی اونارو که از طریق هوا یا اصطلاحا free space درک کنیم. بهتره که طبق روال همیشه یه تعریفی از Wavelength داشته باشیم تا بتونیم درک بهتری از اون داشته باشیم.
طول موج یا Wavelength در واقع ، اندازه گیری فیزیکی است که موج در طول یک سیکل کامل دارد و معمولا توسط نماد یونانی لاندا (λ) ، تعیین میشود.برای درک بهتر ابعاد سیگنال های Wireless LAN ، فرض کنید که شما میتونید این سیگنال ها رو در مواقع انتقال در جلو خودتون مشاهده کنید ، در این هنگام سیگنال های 2.4GHz طول موجی معادل 4.92 اینج ( تقریبا 12.5 سانتی متر ) و سیگنال های 5GHz طول موجی معادل 2.36 اینچ ( تقریبا 6 سانتی متر ) میتونن داشته باشن.
اگه به شکل فوق دقت کنید ، طول موجِ سه موج متفاوت رو خواهید دید .موج ها از بالا تا پایین به ترتیب افزایش فرکانس مرتب شده اند.بدون در نظر گرفتن مفهوم " فرکانس " ، موج های RF با یک سرعت ثابت حرکات انتقالی خودشونو انجام میدن ، حالا سوال اینجاست که سرعت RF چقدره؟! سرعت فرکانس های رادیویی در خلاء دقیقا با سرعت نور برابری میکنه ، اما در هوا سرعتش کمی کمتر از سرعت نوره.
برای انتقال یک سیگنال RF ، که از طریق هوا به نوعی پخش میشه ، برای اطمینان حاصل کردن از اینکه توسط مقصد دریافت شده باشه یا سیگنال ها توسط مقصد فهمیده شده باشه ؛ باید سیگنال ها با قدرت و انرژی کافی راهی این سفر طولانی بشن.
در قسمت نخست ، مثالی از تلاش دو نفر برای ارتباط باهم رو با استفاده از یه طناب مطرح کردیم .تصور کنید ، فرستنده بطور پی در پی دستشو بالا پایین ببره ، خب اون داخل طناب موج ایجاد میکنه ، اما این موج بعد از مدتی تعدیل میره و تموم میشه ؛ چرا؟!
چون فاکتور هایی مثل وزن طناب ، جاذبه و غیره بر روی موج های ایجاد شده تاثیر میذاره.برای اینکه موج های تعدیل نره و محدوده بیشتری رو پشتیبانی کنه ، فرستنده باید با قدرت بیشتر و فشار بیشتری دستشو بالا پایین ببره ! این قدرت در دنیای وایرلس به Amplitude یا دامنه و نوسان سیگنال معروفه !
برای درک بهتر مفهوم " دامنه سیگنال " به شکل زیر دقت کنید :
برای مثال :
اگر بخواهیم قدرت باند های فوق رو با فرستنده های وایرلسی مقایسه کنیم به عدد های به مراتب پایین تری برخواهیم خورد ؛ بطوری که قدرت این فرستنده ها معمولا بین 0.1 وات ( 100 میلی وات ) و 0.001 وات ( 1 میلی وات ) میباشد.* نکته : وقتی که قدرت سیگنال ها با " وات " و " میلی وات " اندازه گیری میشه ، تصور این بوجود میاد که این یه اندازه گیری مطلق و تامه ، به معنای دیگه چیزیه که برای اندازه گیری این که دقیقا چقدر انرژی در RF نهفته است.در قسمت بعدی به مقایسه و محاسبه انرژی سیگنال ها بین Transmitter های مختلف میپردازیم ، همچنین قوانین حاکم در dB را بطور کامل و مفصل بررسی خواهیم کرد. ...
در قسمت پیشین به بررسی نحوه اندازه گیری طول موج یا Wavelength ها پرداختیم و مسائل مربوط به اونا رو بصورت اجمالی مورد بحث قرار دادیم . همچنین بررسی قدرت RF و dB و در پی اون مفهوم Amplitude یا دامنه سیگنال ، از موضوعات مطرح شده در قسمت گذشته بود .در قسمت فعلی که از مهمترین قسمت های فصل نخست است ، قصد داریم به بررسی ، مقایسه و محاسبه انرژی سیگنال های خروجی که فرستنده ها از جمله : آنتن های وایرلس، اونا رو منتشر میکنن ، بپردازیم. ...
گاهی اوقات به دلایل گوناگون مهندسان شبکه نیاز دارن تا سطح قدرت دو فرستنده متفاوت رو باهمدیگه مقایسه کنند.برای مثال , شکل زیر رو در نظر بگیرید و تصور کنید که T1 در حال انتقال سیگنال هایی با قدرت 1mW یا (1 میلی وات) هست ، در حالی T2 در حال منتشر ساختن سیگنال هایی با قدرت 10mW میباشد.با یه تفریق ساده ، به این نتیجه میرسیم که T2 ، به اندازه 9 mW قوی تر از T1 هست ؛ و همچنین میبینید که T2 به اندازه 10 برابری قوی تر از T1 هست.
حالا بیاید و فرستنده های T2 و T3 رو باهم مقایسه کنید.همونطور که میبینید ، حاصل تفریق بین این دو فرستنده مقدار 90 میلی وات هست اما T3 دوباره 10 برابر بزرگتر از T2 هست . در هر دو مثال مشاهده میکنید که تفریق کردن نتیجه ای متفاوت از تقسیم کردن به ما میده .پس ما باید به کدوم روش برای پیدا کردن اختلاف بین فرستنده ها استناد کنیم ؟!
یک مثال دیگه همانند مثال فوق ، رو در زیر برای فهم بهتر مشاهده کنید :
در مثال بالا ، مشاهده میکنید که T4 برابره با 0.0001 میلی وات و T5 برابره با 10 میلی وات . اگه این دو مقدار رو از هم کم کنیم به عدد 9.99999 بر میخوریم در صورتی که T5 در واقع 1000000 برابر بزرگتر از T4 هست!!! چرا؟ چون به تعبیری مقدار قدرت یا نیروی مطلق میتونه در دامنه و طیف وسیعی سقوط داشته باشه
از یه عدد دودویی بسیار ریز گرفته تا صدها ، هزار ها یا مقدار های بسیار بزرگتر ، بنابراین ؛ ما نیاز به راهی داریم که دامنه تصاعدی رو به دامنه خطی تبدیل کنیم. راه حلی که پیشنهاد میشه استفاده از مکانیزم و اهرم " لگاریتم " برای این کاره. در یک کلام ، لگاریتم عملکردی داره که مقدار ها رو به ترتیب بزرگی میگیره و فضای اونارو بطور مساوی در محدوده های مناسب تقسیم میکنه.
"دسیبل" یه عملکرد دم دستیه که از لگاریتم برای مقایسه یک اندازه گیری مطلق به دیگری استفاده میکنه. بطور کلی ، دسیبل برای مقایسه شدت سطوح صدا گسترش پیدا کرده اما بطور واضح و مستقیم برای مقایسه سطوح انرژی هم استفاده میشه.حالا عملکرد کلی dB به شکلی هست ؟! بعد از اینکه مقدار انرژی به مقیاس های لگاریتمی یکسانی تبدیل شد ، دو مقدار باید از هم کم شوند تا تفاوت هاش معلوم شه . برای درک بهتر مفاهیم توضیح داده شده در مورد دسیبل و عملکرد اون به مثال زیر دقت کنید :
در مثال بالا P2 در مرکز توجه قرار داره اما P1 معمولا بعنوان مقدار مرجع یا منبع مقایسه شناخته میشه .تفاوت بین این دو لگاریتم رو به شکل دیگه ای هم میشه نوشت بدین صورت که با فقط یک لگاریتم و تقسیم P2 بر P1 ، مقدار dB بدست بیاد . به شکل و مثال زیر دقت کنید :
در اینجا ، ابتدا نسبت دو نیروی مطلق محاسبه میشه ؛ بعد از اون این نسبت به دست اومده تبدیل میشه به مقیاس لگاریتمی که در قبل اشاره شد.
در قسمت بعد ، به قوانین مربوط به dB میپردازیم و در کل مفاهیم مربوط به دسیبل ها رو در دنیای شبکه بیشتر باز خواهیم کرد
در قسمت پیشین ، به بررسی سطوح قدرت بین Transmitter ها ، مفهوم دسیبل و ... پرداختیم .گفتیم که به لطف لگاریتم ما قادریم تا قدرت میان Transmitter ها را بطور دقیق محاسبه کنیم و مکانیزمی به نام دسیبل را معرفی کردیم که تقریبا بعنوان یک واحد تحت فرمان لگاریتم برای محاسبه و مقایسه نیروی فرستنده ها استفاده میشود.در این قسمت ، قصد داریم قوانین حاکم بر محاسبات مربوط به dBها و مسائل مختلف مربوط به این مکانیزم را بطور کامل بررسی کنیم . ...
همونطور که در جلسه قبل هم اشاره کردیم ، برای مقایسه Power-Level باید یکسری محاسبات طبق روش های گفته شده ، انجام داد اما در این قسمت به معرفی سه مورد از قوانین مقایسه سطوح نیرو فرستنده ها بصورت ذهنی با استفاده از dB ، میپردازیم.اگه شما متقاضی آزمون CCNA Wireless هستید ، به خاطر سپردن این سه قانون که بر پایه تغییرات dB از 0 ، 3 و 10 هست ، برای شما حیاتیه چون قطعا شما باید بدون ماشین حساب و با دونستن این قوانین اقدام به حل معادلات کنید.
1. قانون صفرها : زمانی که dB برابر صفر شد ، یعنی 2 مقدار قدرت مطلقی که توسط Transmitter ارسال میشوند ، باهمدیگه برابرند.حالا وقتی دو مقدار نیرو باهمدیگه برابر باشند ، نسبت درون لگاریتم 1 میشه و log10(1) برابر 0 میشه. در دنیای وایرلس به این قانون " شهودی "( Intuitive ) هست و اگه دو سطح قدرت باهم برابر باشن ، یکی 0 dB از اون یکی بیشتره .
2. قانون 3ها : زمانی که dB برابر 3 باشه ، یعنی مقدار تغییرات قدرت آنتن ها ( قدرت مقدار مرجع ) در واقع دو برابر میشه ، بنابراین ؛ نتیجه میگیریم که اگه dB برابر 3- باشه مقدار تغییرات قدرت مرجع نصف میشه.
به طور خلاصه ؛ هرموقع Power Level یا سطح قدرت فرستنده دوبرابر شد ، اون به اندازه 3dB افزایش پیدا میکنه و هرموقع نصف شد ، به مقدار 3-dB کاهش پیدا میکنه.
3. قانون 10 ها : زمانی که dB برابر 10 باشه ، مقدار تغییرات قدرت آنتن ها در واقع به همون اندازه 10 برابر میشه ؛ بنابراین ، اگه مقدار dB برابر 10- بشه ، مقدار تغییرات نیروی فرستنده برابر 1/10 خواهد شد.
برای درک بهتر مفاهیم مربوط به قوانین dB به جدول زیر دقت کنید :
بنظرم برای بهتر متوجه شدن این مبحث ، بهتره یه مثال بزنیم تا بفهمیم که میتونیم دو سطح انرژی رو باهم مقایسه کنیم و یا خیر ! به شکل زیر دقت کنید :
در مثال فوق ؛ A ، B و C در حال انتقال مقدار 4 ، 8 و 16 میلی وات انرژی هستند و این در حالی است که مقدار انتقالی B دوبرابر A هست ، بنابراین ؛ B باید 3dB بزرگتر از A باشد همچنین مقدار C دوبرابر مقدار B هست ، پس باید C هم باید 3dB بزرگتر از B باشد. همچنین میتونیم A و C رو مقایسه کنیم. برای رسیدن از A به C ما باید مقدار A رو دو دفعه ، دو برابر کنیم ؛ که هربار باید 3dB رو بهش اضافه کنیم پس یعنی: C = 6dB +A در قسمت آینده به بررسیِ مفهوم مقایسه سطوح انرژی فرستنده ها با استفاده از dBm میپردازیم و به توضیح چگونگی اتلاف نیرو در هنگام انتقال سیگنال ها و اینبار بجای مقایسه دو آنتن میان فرستنده و گیرنده قیاس خواهیم گذاشتم . ...
در قسمت پیشین ، به بررسی قوانین دسیبل ها پرداختیم که برای مقایسه Power-Level بین Transmitterها بسیار مهمه و همچنین برای دانشجویانی که قصد ادامه مباحث وایرلس رو در سطوح پیشرفته دارن ، یادگیری کامل مفاهیم قسمت های پیشین از اهمیت بالایی برخوردار هستش. در این قسمت ، قصد داریم بحث رو از مقایسه قدرت میان Transmitter ها به سمت Transmitter و Receiverها سوق بدیم و مفهوم dBm رو شرح بدیم.بی هیچ درنگی بریم و مباحث رو شروع کنیم .
فراتر از مقایسه دو فرستنده ( Transmitter ) ، برای مهندسی شبکه های وایرلس باید به سیگنال های رادیویی که از فرستنده به سمت گیرنده ( Receiver ) منتقل میشن هم دقت داشت. بهرحال ؛ فرستادن سیگنال برای فرستنده کارِ بیهوده و بی معنی هست تا زمانی که گیرنده ای وجود نداشته باشه تا سیگنال هارو دریافت کنه و ازشون استفاده کنه.برای اینکه شما دوستان یه تصور کلی از فرستنده و گیرنده و عوامل تاثیر گذار در سیگنال رد و بدل شده بین اونا ، داشته باشید ، به شکل زیر دقت کنید :
شکل فوق ، یک سناریو ساده با Transmitter و Receiver رو نشون میده. هیچ چیزی در دنیای واقعی ایده آل نیست ، پس هنگام تبادل سیگنال بین فرستنده و گیرنده هم ، تلف شدن انرژی اتفاق میوفته که اصطلاحا در دنیای وایرلس به " Net Loss " یا " ضرر خالص " معروفه. تصور کنید که شما قادر به اندازه گیری انرژی فرستاده شده یا اصطلاحا رها شده توسط فرستنده هستید
در این صورت میتونید مشاهده کنید که Net loss چقدر بر روی سیگنال ها تاثیر میذاره . برای مثال : مثال بالا رو در نظر داشته بگیرید. اگه انرژی فرستنده رو اندازه بگیرید ، در موقع ارسال انرژی معادل 100 میلی وات خواهد داشت اما زمانی که سیگنال به گیرنده میرسه ، انرژی معادل 0.000031623 میلی وات خواهد داشت ؛ یعنی ، انرژی فوق العاده پایین تری نسبت به فرستنده.
قاعدتا این موضوع زیاد خوشایند نیست ، اما به هرحال راه های مختلفی برای بهبود بخشیدن به سیگنال دریافت شده توسط گیرنده وجود داره. راهکار های ساده ای مثل : تغییر موقعیت فیزیکی بین فرستنده و گیرنده و از بین بردن موانع بین اونا. البته این نکته بسیار حائز اهمیته که باید جوری مسیر سیگنال ها رو مهندسی کنید که قدرت سیگنال های دریاقتی در سطح مناسبی قرار بگیره.
حالا موضوعی که ما داریم راجبش بحث میکنیم ، موضوع مقایسه قدرت سیگنال های دریافتی و قدرت سیگنال های ارسالیه. در اینجا ما یه فرمولی رو معرفی میکنیم که شما با استفاده از اون میتونید نسبت اختلاف قدرت سیگنال های ارسالی و دریافتی رو بر حسب دسیبل (dB) بدست بیارید ... با توجه به مثال بالا ، به فرمول زیر دقت کنید :
با توجه به رابطه فوق ، مقدار انرژی هدر رفته در مثال بالا برابر با 65- دسیبل هست. از روش های بهتر دیگه برای مقایسه قدرت هدر رفته در طول مسیر سیگنال اینه که بدون در نظر گرفتن مقدار قدرت مطلق ، شما میتونید فقط به مقدار تغییر نیرو که در مراحل مختلف در طول مسیر سیگنال رخ میده ، دقت کنید. به تعبیر دیگه ، هر سطح انرژی رو تبدیل به dB کنیم ، بعدش خیلی راحت مقدار بدست اومده رو در امتداد مسیر اضافه میکنیم.
اگه به سناریو یا مثال قبل برگردیم ، با توجه به توضیحات داده شده ، میتونیم مقدار انرژی کامل یا مطلقی که در Transmitter و Receiver وجود داره رو تبدیل dBm کنیم.به شکل زیر دقت کنید :
در قسمت آینده به تشریح بیشتر مفاهیمِ تغییرات نیروی سیگنال های رادیویی در طول مسیر و نحوه اندازه گیری اونا و بحث EIRP و محاسبات EIRP خواهیم پرداخت. .
مقایسه قدرت سیگنال Transmitterها و Receiverها ، Net Loss و موضوع مشخص dBm از موضوعات اشاره شده در قسمت هفتم از سری قسمت ها CCNA Wireless بود.در قسمت پیش رو ، به اندازه گیری تغییرات نیرو در طول مسیر سیگنال ، مفهوم EIRP و نحوه محاسبه آن خواهیم پرداخت.
تا اینجا ، خود فرستنده و آنتن اون رو تحت یک عنوان فرض کردیم ؛ که این فرضیه میتونه یه فرضیه منطقی باشه ، چون بسیاری از اکسس پوینت های وایرلس ، دارای آنتن داخلی هستند. اما در واقع ، فرستنده ، آنتن اون و کابلی که اونارو به هم متصل میکنه ، همگی اجزای مجزایی هستند که نه تنها RF سیگنال ها رو انتشار میدن بلکه روی سطوج کلی انرژی تاثیر گذارند.
آنتن ایزوتروپیک ، در واقع آنتنیه که بتونه سیگنال ها رو در همه جهات منتقل کنه و زاویه 360 درجه ای رو پوشش بده ؛ که با کمی درنگ به این نتیجه میرسیم که همچین آنتن ایده آلی اصلا وجود نداره . چرا؟ چون سایز اون باید بسیار ریز باشه و ابعاد اون باید ابعادی شبیه یه کُره باشه و همچنین امواج رادیویی رو به طور مساوی در همه جهات منتشر کنه. هیچکدوم از آنتن های فیزیکی قادر به همچین کاری نیستند.* نکته : عملکرد آنتن های ایزوتروپیک میتواند بر اساس فرمول های RF سنجیده شود ، و بعنوان یک مرجع جهانی برای هر آنتن شناخته شود و عملکرد ، قدرت و بسیاری موارد از آنتن های دیگر بر اساس آنتن های ایزوتروپیک شناخته شود.
در برخی موارد ، بخاطر کیفیت فیزیکی کابلی که به آنتن متصله ، کمی تلف شدن سیگنال ممکنه رخ بده . فروشندگان کابل ها ، این تلف شدن انرژی کابل هارو بر اساس dBبر متر/ فوت ، با توجه به طول کابل بیان میکنن.وقتی که شما با ترکیبی از مفاهیمِ : سطوح قدرت فرستنده ، طول کابل و میزان دریافتی آنتن آشنتا باشید ؛ به راحتی میتوانید سطح مقدار نیرویی که اصطلاحا توسط آنتن متشعشع میشه رو بدست بیارید .
این عمل در اصطلاح به " توان تابشیِ موثر ایزوتروپیک " یا " Effective Isotropic Radiated Power ( EIRP ) " در دنیای وایرلس شناخته میشه.EIRP ، یک پارامتر بسیار مهمه ، بخاطر اینکه در اکثر کشورا EIRP تحت نظارت سازمان های دولتی قرار داره.در این موارد که EIRP توسط سازمان ها و مراکز دولتی کنترل میشه ، سیستم نمیتونه سیگنالی رو بیشتر از میزان Maxumum مقدار مجاز ِ EIRP ، متشعشع کنه.
حالا اینجا سوالی که احتمالا تو ذهنتون ایجاد شده اینه که چجوری اصلا میتونیم EIRP یک سیستم رو بدست بیاریم ؟! پاسخ خیلی سادس ؛ تنها کافیه سطح انرژی یا قدرت فرستنده رو با میزان دریافتی آنتن جمع کنیم و میزان اتلاف کابل رو از اون کم کنیم .
پاسخ مثال فوق عبارتست از : 10dBm - 5dB + 8dBi = 13dBm
در قسمت پیشین ، به آموزش اندازه گیری تغییرات نیرو در طول مسیر سیگنال ، از سمت Transmitter به سوی Receiver پرداختیم همچنین مجمل توضیحی درمورد EIRP و نحوه محاسبه آن ، ارائه کردیم.در قسمت فعلی ، سعی داریم به بررسی مفهوم dBd ( dB-dipole) بپردازیم و ادامه توضیحات مربوط به Power Level ها رو اینبار در طرف Receier (RSSI ) بررسی کنیم. .
در انتهای قسمت پیشین ، مشاهده کردید که EIRP چگونه محاسبه شد ، و همچنین دیدید که در محاسبه مقدار EIRP از چندین واحد گوناگون (dB - dBi - dBm و ... ) استفاده شد.همچنین ، گفتیم که هیچ تفاوتی میان این واحد ها برای محاسبه EIRP نیست یعنی در واقع مفهوم " واحد " برای محاسبه EIRP مطرح نمیشه اما زمانی که میزان توانایی آنتن در دریافت سیگنال بر حسب -dBd (dB-dipole) سنجیده شود ، مفهوم واحد برای محاسبات مطرح خواهد شد.آنتن های dipole (دو قطبی) ، در گذشته بجای آنتن های ایزوتروپیک بعنوان مرجع استفاده میشده است .
یک آنتن دایپل ، قدرت دریافتی به میزان 2.14dBi را دارا میباشد ؛ بنابراین اگر در توپولوژی مربوط به شبکه های وایرلس ، آنتن دو قطبی را مشاهده کردید و قصد داشتید میزان اتلاف قدرت انتقالی یا بهرحال هرگونه محاسباتی را انجام دهید ، میتوانید بجای آن واحد dBi را استفاده کنید و برای آنتن دایپل میزان 2.14dBi را در نظر بگیرید .
بحث های مربوط به محاسبه Power-Level ، با EIRP به اتمام نمیرسد و شما باید به کل مسیری که سیگنال طی میکند دقت داشته باشید ، و برای اینکه مطمئن باشید که سیگنال انتقالی قدرت کافی برای رسیدن به گیرنده را داشته باید به مفهومی به نامLink Budget(که در مباحث پیشرفته CCNA Wireless توضیح خواهد داشته شد) دقت کنید.
در قسمت گیرنده در انتهای مسیر نهایی انتقال ، گیرنده انتظار دارد تا سیگنال موثری را دریافت کند که از قبل پیش بینی و تعیین شده ، با انرژی کافی و همچنین فرکانس های دریافتی باید حامل اطلاعات مفید و قابل تجزیه تحلیل برای گیرنده باشد.گیرنده ها انرژی سیگنال ها را بر اساس dBm اندازه میگیرند که به Received Signal Strength Indicator ( RSSI ) معروف میباشد.زمانی که شما با دیوایس های Wireless LAN کار میکنید ، محدوده عادی انرژی EIRP سیگنال هایی که آنتن را به مقصد گیرنده ترک میکند معمولا از 1mW تا 100mW میباشد.
زمانی که این سیگنال ها ، به مقصد میرسند انرژی به مراتب پایین تری خواهند داشت بطوری که در سمت گیرنده ، انرژی سیگنال ها از 1mW تا عددی نزدیک به 0mW خواهد بود.اگر بخواهیم انرژی سیگنال های دریافتی توسط گیرنده ها را تحت میلی دسیبل که محور اصلی بحث ماست ، حساب کنیم ؛ میزان تغییرات آن از 0dBm تا 100-dBm خواهد بود.بنابراین ؛ RSSI سیگنال های دریافتی توسط گیرنده از 0 تا 100- میباشد. این در حالی است که 0 قوی ترین و 100- ضعیف ترین سیگنال میباشد.
با فرض اینکه یک Transmitter سیگنال های RF را با انرژی کافی ارسال کند تا بتواند به Receiver برسد ، RSSI چه کاربرد مفیدی خواهد داشت؟! هر Reveiver یک sensitivity level یا سطح حساسیت دارد ، که سیگنال های قابل فهم را از سیگنال های غیرقابل فهم متمایز میکند.
برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
RSSI ، فقط بر روی این موضوع تمرکز دارد تا تنها سیگنال هایی را دریافت کند که انتظار دارد ، بدون دقت به اینکه ممکن است سیگنال های دیگری را نیز دریافت کند.تمام سیگنال های دیگری که بر روی همان فرکانس دریافت خواهند شد ، تحت عنوان " Noise " شناخته میشود.سطح Noise یا میانگین قدرت سیگنال های Noise در دنیای وایرلس به " Noise Floor " معروف میباشند.
نکته قابل توجه اینجاست که در صورتی میشود Noise Floor را نادیده گرفت که ، به اندازه کافی پایین تر از آنچه باشد که شما میشنوید.برای مثال ، تصور کنید شما در کتابخانه ای هستید و مشغول مطالعه میباشید ، و دو نفر به آرامی در حال پچ پچ هستند. در این صورت تاثیر چندانی بر میزان کیفیت مطالعه شما نخواهند داشت به دلیل اینکه میزان Noise Floor آن دو نفر بسیار پایین تر از میزان Sensitivity Level شما میباشد.
اما همان دو نفر بسیار آزردهنده خواهند بود اگر به بلندی شروع به صحبت کنند در حدی که شما نتوانید به فعالیت عادی خود بپردازید.در مورد RF Signal ها هم این مسئله صادق است ، فرکانس سیگنال های مورد انتظار باید بسیار بیشتر از میزان فرکانس Noise Floor باشند تا گیرنده بتواند به درستی آنها دریافت کند.
به مثال زیر دقت کنید :
در مثال فوق ، RSSI با مقدار Noise Floor دریافتی توسط گیرنده مقایسه شده است. میانگین RSSI دریافتی تقریبا 54-dBm میباشد. در سمت چپ از شکل ، میزان Noise-Floor برابر با 90-dBm میباشد.بنابراین ، نتیجه SNR برابر میشود با : -54dBm - (-90)dBm یا 36dB.در جلسه آینده از سری قسمت های CCNA Wireless به مفهوم شیرینِ ، منتقل کردن داده بر روی RF Signals و بحث FHSS بطور کامل و مفصل خواهیم پرداخت.
در قسمت پیشین ، به آنتن های dipole و اهمیت ، کاربرد و دلایل استفاده از اینگونه آنتن های پرداختیم . مختصر توصیحاتی هم در مورد RSSI ارائه کردیم ؛ با امید به اینکه این مطالب برای دوستان مفید واقع شوند.همه این موضوعات بصورت پیشرفته تر و به قولی جذاب تری در دوره پیشرفته CCNA Wireless توضیح داده خواهد شد.در قسمت فعلی ، قصد داریم بحث انتقال داده با استفاده از RF Signal_ را شروع کنیم و بصورت کامل در این دوره این مفهوم را توضیح دهیم. FHSS ، DSSS و OFDM را نیز در ادامه خواهیم داشت ، .
تا این قسمت از این سری قسمت های آموزشی ، فقط ویژگی و خصوصیت سیگنال های رادیویی و مسائل مربوط به آن مورد بحث قرار گرفته است.همانطور ک میدونید و اشاره کردیم ، RF Signalها در قالب یک شکل سینوسی میباشند ؛ و همانطور که میدونید ، فرکانس ، میدان نوسان (Amplitude) و Phase همه " ثابت " هستند.
بنابراین ؛ با توجه به سیگنال های رادیویی AM و FM ، به این نکته میرسیم که سیگنال های حامل همچنین ، سیگنال های صوتی را نیز انتقال میدهند.
به شکل زیر دقت کنید :
شکل فوق ، سیگنال های حامل داده را نشان میدهد که با یک فرکانس ثابت در حال حرکت هستند. مقدار داده همانطور که مشاهده میکنید 1 0 0 1 میباشد ، و در حال انتقال بر بروی سیگنال های حامل هستند ، اما چگونه؟ یک ایده ساده و کلی و شاید اولین پاسخی به ذهن خطور کند ، این است که ، میتوانیم از مقادیر هر بیت از داده استفاده کنیم تا تا سیگنال حامل را فعال و یا غیرفعال کنیم تا همواره حرکات موجی خود را ادامه دهند.
فرستنده ، تنها زمانی قادر است تا سیگنالی را مشاهده کند که مقدار آن سیگنال به درستی به __1 بیت تفسیر شده باشد ، اما هیچ سیگنالی وجود ندارد تا مقدار مشخص 0 بیت_ را دریافت کند. اگر سیگنال ضعیف شود یا به دلایلی برای مدت زمان مشخص در دسترس نباشد ( Transmitter سیگنال را منتشر نکند ) ، گیرنده به نادرستی فکر میکند که فرستنده مقدار 0 بیت را منتقل کرده است و به دلیل اینکه سیگنال بطور ناقص و نادرست ارسال میشود ، در روند تفسیر اطلاعات ارسالیِ فرستنده مشکلاتی به وجود می آید.
- Bad Idea 2 ، این موضوع را به تصویر کشیده است که پیچ و تاب های مختلفی ممکن است رخ دهد و تنها نیمه بالایی مقدار __1 بیت__ و نیمه پایینی مقدار __0 بیت__ را معین کند.در این زمان ، قسمت هایی از سیگنال بطور ممتد دائما برای فرستنده در دسترس می باشد ، اما در واقع سیگنال ها برای دریافت غیرعملی و نشدنی است ، به دلیل اینکه قسمت های مهم هر Cycle وجود ندارند .
Modulation ، در معنای لغوی به معنای " تعدیل کردن " است و فرستنده ها از این مکانیزم برای جلوگیری از رخ دادن مشکلات اشاره شده در فوق استفاده میکنند.
با توجه به خواص فیزیکی سیگنال های RF ، فرآیند Modulation فقط برای منتقل کردن ویژگی های زیر مناسب میباشد :
1- فرکانس ها . ( اما دقت داشته باشید که این کار را فقط تنها با تغییر کمی در بالا یا زیر فرکانس حامل انجام میدهد. )
2- Phase
3- موج ( Amplitude )
در مقابل ، Wireless LANها باید داده ها را در نرخ انتقال بالایی منتقل کنند ؛ بنابراین ، به میزان پهنای باند بیشتری برای عمل modulation نیاز دارد.
در لایه فیزیکی ، Wireless LANها میتوانند به سه دسته بندی Spread-Spectrum متفاوت شکسته شود ( نقسیم شود ) که محور اصلی بحث های ما در مطالب بعدی میباشند.
جدیداً در تکنولوژی Wireless LANها ، یک رویکردی بعنوان سازگاری میان جلوگیری یا اجتناب در زمان تداخل RF و نیاز برای مدولاسیون های پیچیده شناخته شده است.
باند وایرلس ، به 79 کانال یا کمتر با پهنای باندی برای هرکدام با عرض 1MHz تقسیم شده است.
خب چگونه میشود از این تداخل جلوگیری کرد؟!
در فرآیند انتقال (که بصورت مداوم و مستمر انجام میشود) ، نیاز به یک "hop" (پریدن) در بین فرکانس هایی که در طول هر باند هستند ، داریم ؛ که اصطلاحا به "Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS) معروف میباشد.
برای درک بهتر این موضوع ، به مثال زیر بعنوان " FHSS Channel-Hopping " دقت کنید :
مثال فوق ، نشان میدهد ، تکنیک FHSS چگونه کار میکند.
همانطور که مشاهده میکنید ، در Channel 2 توالی آغاز شده است ، سپس به Channel 25,64,10,45 رفته و به همین روال به کانال های مختلف منتقل میشود.
پاسخ اینست که :
در قسمت آینده ، به ادامه این مباحث خواهیم پرداخت ؛ DSSS و OFDM از مباحث مورد بحث در جلسه آینده از سری قسمت های CCNA Wireless خواهد بود. با سپاس از توجهتون . .
در قسمت گذشته ، مباحث مربوط به حمل داده با استفاده از فرکانس های رادیویی ، بحث modulation و بالاخره مفاهیم مرتبط با spread-spectrum را آغاز کردیم و انواع آن را تحت سه عنوان مطرح کردیم که جلسه پیشین FHSS را مطرح کردیم و در این جلسه به ادامه انواع spread-spectrum ( انتشار یا گسترش طیف یا دامنه )ها یعنی DSSS و OFDM خواهیم پرداخت. .
DSSS یا Direct-Sequence Spread Spectrum ، بطور کلی یکی از تکنیک های مدولاسیونِ Spread-Spectrum میباشد ، که در جهت کاهش کلی تداخل سیگنال ها همانند FHSS مورد استفاده قرار میگیرد.این مکانیزم ، از یکسری کانال های عریض استفاده میکند ، که میتواند مدولاسیون های پیچیده را پشتیبانی کند.
برای مثال : در باند 2.4GHz که در آن از DSSS استفاده شده است ، تعداد 14 کانال وجود دارد ، اما تنها 3 کانال با یکدیگر تداخل ندارند.
به شکل زیر دقت کنید :
در شکل فوق مشاهده میکنید که کانال های 1 ، 6 و 11 تنها استفاده شده اند.
DSSS ، داده ها را تحت یک جریان سریالی ( زنجیره ای ) انتقال میدهد ، به نحوی که در یک زمان فقط 1 بیت از داده میتواند منتقل شود.
در این شیوه اینطور بنظر میرسد که یک روش بسیار ساده ایست که بیت های داده به ترتیب در فرستنده وایرلسی ذخیره میشوند ؛ اما همانطور که میدانید ، سیگنال های RF معمولا توسط عوامل بیرونی همانند : نویز یا اختلال های محیطی تاثیر میپذیرند .
برای همین ، فرستنده های داده های وایرلس چندین عملکرد را ارائه میکنند تا در جریان انتقال ، داده ها کمتر در معرض عوامل تضعیف کننده قرار بگیرند در طول مسیر که این مکانیزم و سازوکار ها عبارتند از :
1- Scrambler ( درهم سازی ) : در این روش ، داده ای (بیتی از داده) که منتظر تا ارسال شود ، برای اولین بار در یک شیوه ای از پیش تعیین شده با توجه به سازوکاری ، بجای توالی های طولانی که از بیت های 0 و 1 تشکیل شده اند ، بصورت تصادفی یا رندومی داده ها را بصورت رشته های 0 و 1 بیتی تشکیل میدهد که این کار از اختلال بیشتر ، جلوگیری میکند.
2- Coder ( رمز گذاری) : در این روش هر بیت از داده ، به نوعی تبدیل به بیت های چندگانه اطلاعات میشود که که شامل الگو هایی میباشد که با دقت تنظیم یا دستکاری میشوند ؛ این الگو ها میتواند استفاده شوند تا سیگنال هارا از خطاها ، نویز ها و اختلال ها محافظت کند.
DSSS ، از دو تکنیک برای رمزگذاری استفاده میکنند : 1. Barker codes و 2. Complementary Code Keying یا CCK
3- Interleaver ( برگ سفید لای صفحات کتابی گذاشتن ) : [ دوستان این مکانیزم را اگر بخوایم به فارسی ترجمه کنیم ، با مفهوم اصلیش هیچ سنخیتی نخواهد داشت. پس لطفا به معنای فارسی اون توجهی نفرمایید. ]
در این روش ، Symbolها که در قبل نیز اشاره شد ، به بلوک های جداگانه ای تقسیم میشوند . این چه مزیتی میتواند داشته باشد؟! مزیت آن در اینجا مشخص میشود که هرچقدر هم اصطلاحا انفجار پارازیت ها و نویز ها وجود داشته باشد ، فقط بر روی یک بلوک تاثیر خواهد گذاشت ، نه همه آنها .
4- Modulator ( تلفیق کننده ) : بیت های که در هر Symbol وجود دارد ، برای تغییر یا اصطلاحا Modulate کردنِ Phase های سیگنال حامل داده استفاده میشود. این روش به سیگنال های RF این امکان را میدهد تا مقادیر اندکی از داده های باینری را حمل کند.
شکل زیر ، کل تکنیک های فرستنده DSSS و فرآیند انتقال داده با استفاده از این تکنیک هارا نشان میدهد :
در جلسه آینده OFDM را باهم بررسی خواهیم کرد. .
در قسمت پیشین ، به بررسیِ DSSS بطور کامل پرداختیم . در این قسمت به OFDM خواهیم پرداخت . .
با درنگی به مفاهیم جلسه قبل خواهیم فهمید که DSSS ، چیپ های داده ای را در یک کانال عریض با عرضِ 22MHz پخش یا منتشر میکند که ذاتا به نرخِ 11Mbps محدود شده است. چرا؟ به دلیل اینکه نرخ چیپ (Chipping rate) در RF modulation مقدار ثابتِ 11-Mbps میباشد.
در مقابل ، Orthogonal Frequency-Division Multiplexing یا OFDM یا مدولاسیون تقسیم فرکانس عمود برهم ؛ بیت های داده را بصورت موازی در طول چندین فرکانس ارسال میکند ، که همه آنها در یک کانالِ 20MHzیی قرار دارند.هر کانال به 3 زیرکانال (SubChannel) تقسیم میشود ، که با فاصله 312.5kHz تقسیم میشوند. این زیرکانال ها همچنین به انواع زیر تقسیم میشوند :
نکته مهم : گاهی مواقع ، ممکنه مشاهده کنید که بعضی تعاریف OFDM را با 52 زیرکانال ( 48 برای Data و 4 برای Pilot ) . دلیل آن اینست که 12 فرکانس از زیرکانال Guard در واقع اصلا منتقل نشدند ، اما هنوز بعنوان Channel Spacing شناخته میشود.
شکل زیر مثالی از OFDM را به تصویر کشیده است :
در مثال فوق ، کانال 6 در باندِ 2.4GHz دارای پهنایِ باند 20MHz و 48 عدد زیرکانالِ data میباشد.
امیدوارم ، در طی فصل نخست از سری قسمت های CCNA Wireless از مطالب لذت برده باشید و مفید واقع شده باشه.جلسه آینده به جمع بندی فصل نخست طی این 12 جلسه و جلسه بعد از آن یکسری تست های مهم از مباحث RF Signals مطرح خواهد شد که امیدوارم برای علاقمندان به دنیای Wireless و داوطلبان آزمون بین المللی CCNA Wireless 200-355 جالب باشد. در پناه حق تندرست و شادکام باشید .
دوستان ، فصل نخست از سری آموزش های CCNA Wireless CWNA به پایان رسید .در این جلسه به جمع بندیِ اصطلاحات مهم و کاربردی که در این 12 قسمت آموختیم ، با بیانی متفاوت یا در واقع با تعاریف رسمی مطرح شده در مراجع رسمی وایرلس ، میپردازیم . امیدوارم مورد توجه واقع بشه. .
شکل زیر ، مفهوم Amplitude و Wavelength را نشان میدهد :
*شکل زیر ، یک آنتن ایزوتروپیک را نشان میدهد :
*شکل زیر ، یک آنتن دایپل را نشان میدهد :
*شکل زیر ، مفهوم FHSS و DSSS را به تصویر کشیده است :
*مثال زیر Noise Floor را نشان میدهد :
نکته : بسیار واضح است که ؛ RSSI ، بسیار بسیار در عملکرد و قدرت شبکه های وایرلس تاثیر دارد. برای مثال در شبکه های Wi-fi ، نزدیکی یا دوریِ مودم روتری که وظیفه پخش سیگنال ها را برعهده دارند ، به کلاینت که وظیفه دریافت سیگنال ها را دارد باعث افزایش یا کاهش RSSI میشود و در نتیجه تاثیر بسزایی در عمکرد سیگنال ها خواهد داشت.
نکته : در صورتی که نسبت به دست آمده بیشتر از 0dB باشد ، بدین معناست که سیگنال ها بر نویز غلبه میکنند.
شکل زیر SNR را نشان میدهد :
نکته : اگر بخواهیم برای Spread Spectrum مثالی بزنیم ، Frequency hopping (FHSS) که در قبل به آن اشاره کردیم از تکنیک هایی است که در انتقال سیگنال از Spread Spectrum استفاده میکند.
این اصطلاحاتِ تخصصی ، پرکاربرد ترین مفاهیم در دنیای وایرلس میباشد که یادگیری آنها خالی از لطف نیست. در جلسه آینده به بررسیِ گزیده سوالات طرح شده در امتحانات بین المللی CCNA Wireless CWNA خواهیم پرداخت که مفاهیم آنها را در فصل نخست آموختیم. .
جلسه گذشته به جمع بندی فصل RF Signals ها اختصاص داشت . در این جلسه که در واقع آخرین قسمت از فصل نخست میباشد ، قصد داریم گزیده سوالات آزمون بین المللی CCNA Wireless 200-355 را مطرح کنیم و نکات مهم آنها را بررسی کنیم . .
1. کدامیک از گزینه های زیر ، استانداردی است که شبکه های Wireless را بیان میکند؟
پاسخ مورد ج میباشد.
2. کدامیک از باند های فرکانس زیر ، مشخصاً برای شبکه های وایرلس استفاده میشود؟ (دوگزینه را انتخاب کنید)
پاسخ موارد الف و ه میباشد.
3. فرض کنید ، یک فرستنده در حال استفاده از Powel Levelیی معادل 100mW میباشد. بنابر دلایلی میزان Powel Level آن به 40mW تغییر پیدا میکند. اختلاف سطح قدرت این فرستنده را برحسب dB کدام است؟
پاسخ مورد ج میباشد.
4. یک سناریو را تصور کنید که در آن ما یک Transmitter و یک Receiver را با فاصله از هم قرار دادیم. فرستنده از سطح قدرتِ 20dBm استفاده میکند ، و آنتن نیز با استفاده از یک کابل به فرستنده متصل شده است. همچنین گیرنده نیز با استفاده از یک کابل به آنتن خود متصل شده است. میزان اتلاف مربوط به کابل های نامرده حدودا 2dB میباشد. قدرت ارسال کردن و دریافت کردن آنتن ها هم مقدار 5dBi میباشد.با توجه به اطلاعات داده شده ، EIRP کدام گزینه میباشد؟
پاسخ مورد ب میباشد.
بدین ترتیب که : EIRP = (20+5) + (-2) = 23
5. فرض کنید که ، یک گیرنده RF سیگنال های خود را از فرستنده ای دریافت میکند که از خودش دور است. کدامیک از گزینه های زیر بهترین کیفیت سیگنال دریافتی برای گیرنده را نشان میدهد. (مقادیر نمونه در پرانتز مشخص شده اند).
پاسخ مورد د میباشد. *
6. دو Transmitter را تصور کنید کنید ، که هرکدام در حال کار کردن با Powe Levelیی معادل 100mW میباشد. اگر بخواهیم این دو فرستنده را با یکدیگر مقایسه کنیم ، تفاوت آنها در dB کدامیک از مقادیر زیر میباشد؟!
پاسخ مورد الف میباشد
ادامه سوالات مربوط به RF Signalها ، به دلیل اینکه نیاز به توضیحات تشریحی و ارائه یکسری فرمول جهت محاسبات دارند ، بهتر است در قالب فیلم های آموزشی ارائه شوند تا یادگیری بهتر انجام شود و بازده بهتری داشته باشد.
برای ارتباط موفقیت آمیز ، دیوایس های وایرلسی میباست از روش های مرجع و استانداردی استفاده کنند که بین تمام دیوایس ها مشترک و سازگار باشد. این متد ها باید پارامتر ها و ویژگی هایی را دارا باشند که بدون کوچکترین تداخل شرایطی را ایجاد کنند تا دستگاه های وایرلس با یکدیگر تعامل داشته باشند و عملیات های مورد نظرشان را انجام دهند.فصل دوم ، از سری آموزش های CCNA Wireless 200-355 CWNA به بررسی و معرفی این استاندارد ها ، نهاد های استاندارد گذاری و انواع متد ها خواهد پرداخت .در قسمت پیش رو ، قصد داریم مفهوم ITU-R و FCC را باهم بررسی کنیم. .
وظیفه یک اداره نظارتی ارتباطات و مخابرات اینست که تعیین کند یا تصمیم بگیرد که کدام قسمت از موج های سیگنال رادیویی میتواند برای کدام هدف مشخص ، استفاده شود و بعلاوه چگونه میتواند استفاده شود. یک کشور ، ممکن است ارگان تعیین کننده مقررات خود را داشته باشد که موج های RF مربوطه را در مرز های مشخص خود کنترل میکند.
اما ، بعضی از سیگنال های رادیویی با توجه به خصلت خود و فاکتور های مغیر متعددی میتوانند به مسافت های گسترده تری پخش (Spread) شود. برای مثال ، یکی از اهدافِ ایستگاه های رادیویی این است که امواج خود را بصورت Broadcast از یک کشور به تمام کشور های دنیا منتقل کنند.
مثال مشابه دیگر این است که یک کارخانه سازنده رادیو احتمالا تجهیزات خود را بصورت جهانی به فروش برساند در این صورت مهم نیست که فرستنده و یا گیرنده در کدام نقطه از کره زمین وجود داشته باشند و کارخانه با توجه یک استاندارد معین تجهیزات خود را تولید میکند.
خب برای مدیریت امواج سیگنال های رادیویی در سطح جهانی ، سازمان ملل ؛ بخش بین المللی مخابرات اتحادیه ارتباطات رادیویی ( International Telecommunication Union Radio Communication Sector ) را تاسیس کرد.ITU-R امواج و فرکانس های رادیویی را در 3 ناحیه مجزا تعریف میکند :
ITU-R وظایف متعددی دارد که در زیر به برخی از مهمترین آنها اشاره خواهیم کرد.علاوه بر اینکه ITU-R تلاش میکند تا امواج RF برای تمام کشور ها قابل استفاده باشد ،همچنین سعی میکند تا مطمئن شود تا سیگنال هایی که از یک کشور به بیرون مخابره میشود با سیگنال های کشور های دیگر تداخل نداشته باشد. از وظیفه های ITU-R میتوان به کوشش برای تعیین کردنِ کاربرد مورد انتظار از هر قسمت از امواجِ RF نام برد.
ITU-R ، حتی مدار مربوط به ماهواره ها و فرکانس ها را ردیابی میکند ؛ بنابراین ، سیگنال های مربوط به ماهواره های یک کشور با سیگنال های ماهواره های کشور های دیگر تداخل پیدا نخواهد کرد.بسیاری از باند ها در سیگنال های رادیویی شدیدا کنترل میشوند ، بدین منظور که شما باید قبل از استفاده از یک فرکانس خاص از یک نهاد نظارتی درخواست مجوز کنید.نهاد های نظارتی ، معمولا نوع اجازه انتشار را تعیین میکنند و مجموعه ای از محدودیت ها را بر روی چیزهایی مانند منبع انتشار سیگنال ها و همچنین قدرت آنها ، اعمال میکنند.
2.400 تا 2.500 GHz
5.725 تا 5.825 GHz
دسترسی این محدوده از باند ها برای هرکسی که قصد دارد از آنها استفاده کند ، آزاد است.به معنای دیگر ، میتوان از محدوده فرکانس باند های ISM بدون هیچگونه مجوز یا اجازه ای برای انتقال داده های مورد نظر استفاده کرد.نکته قابل توجه در این است که ، در حالی که استفاده از باند های بدون مجوز بسیار راحت تر میباشد ؛
اما بسیار آسیب پذیر تر میباشند و میتوانند مورد سوء و دخالت قرار بگیرند. برای مثال ، به دلیل اینکه ISM Bands قابلیت دسترسیِ بدون هیچگونه محدودیتی برای همگان دارد ، هکر ها میتوانند بر روی این بستر های ارتباطی ، شنود (Sniffing) انجام دهند و بیت های مربوط به داده های انتقالی را ببینند.
یا برای مثالی دیگر ، تصور کنید که شما تصمیم دارید برای اداره خود یک فرستنده وایرلس نصب کنید که از یک فرکانس [حالا هرچی!] استفاده میکند. روز بعد ، در اداره همسایه یک فرد دیگر فرستنده وایرلس خود را نصب میکند ، که از طرفی دقیقا در همان فرکانس شما سیگنال ها را Broadcast میکند یا حتی از فرکانسی استفاده میکند که با فرکانس شده Overlapping میشود.
خب راه حل چیست؟راه حل بسیار سادس . بخاطر اینکه هیچگونه مجوز و اعمال فاکتور های خاصی (unlicensed) در کار نیست ؛ شما میتوانید زحمت بکشید و transmitter خود را به فرکانس دیگری تغییر بدید یا قدری دیپلماسی به خرج بدهید و همسایه خود را راضی کنید تا او transmitter خود را به فرکانس دیگری منتقل کند.
در ایالات متحده ، کمیسیون فدرال ارتباطات یا The Federal Communications Commission وظیفه دارد تا مقررات مربوط به فرکانس های رادیویی ، کانال های رادیویی و تعیین میزان قدرت انتقالی را بر عهده دارند.
همانطور که گفتیم ، ISM Band از محدوده فرکانس 2,4-2,5 GHz استفاده میکند که توسط ITU-R معرفی شده است.
U-NII ، در واقع به 4 زیر-باند تقسیم میشود :
در جلسه آینده به ادامه FCC خواهیم پرداخت ؛ همچنین ETSI نیز محور بحث قسمت بعدی خواهد بود . .
جلسه پیشین ، به بررسی مفهومِ ITU-R و FCC اختصاص داشت. در این قسمت به ادامه FFC و ETSI خواهیم پرداخت . .همه تجهیزات منتقل کننده اطلاعات ( و یا اطلاعات خامی که به داده معروف است ) ، قبل از اینکه به کاربران فروخته شوند و مورد استفاده قرار بگیرند ، بایستی توسط FCC تایید شوند.برای باند های 2.4 و 5 گیگاهرتزِ غیرقانونی ، FCC متوصل به محدودیت های بسیار سختی برای EIRP میشود.
باید به این نکته دقت داشت که شما بعنوان مصرف کننده یا مهندس شبکه های وایرلس باید به محدودیت های EIRP توجه داشته باشید ، برای اینکه بطور کلی در دنیای وایرلس و به طور جزئی برای FCC ، فاکتور EIRP بسیار حائز اهمیت است ؛ همچنین باید مطمئن شوید که تجهیزات وایرلس شما از محدودیت های تعیین شده ، تجاوز نکند و باید همواره به پارامتر های تعیین شده دقت کرد.
پس ، FCC علاوه بر اینکه ، بعنوان یک نهادیست که وظیفه نظارت بر تجهیزات شبکه های وایرلس را دارد ؛ به میزان ماکسیممِ EIRP که هرکدام از این تجهیزات میتوانند منتقل کنند ، نیز نظارت دارد.
اینجا ، این سوال مطرح میشود که چه لزومی دارد که مقدار EIRP نیز تحت یک چارچوب و محدودیت خاص قرار بگیرد؟! پاسخ این است که در بازار ، اغلب فرستنده های وایرلس ( مثل مودم! ) ، بدون هیچگونه آنتی فروخته میشود ، پس من و شما آزادیم تا آنتن را خودمان تهیه و بر روی مودم نصب کنیم ؛
بنابراین اگر محدودیتی برای ماکسیمم مقدار EIRP تعیین نشود ، هرکسی میتواند آنتن هایی را بر روی فرستنده خود نصب کند که قدرت سیگنال ها را چندین برابر کند و EIRP را به مقدار فزاینده ای افزایش دهد که میزان توازنِ دستگاه های وایرلس نزدیک به فرستنده را تحت تاثیر قرار خواهد داد.
در تلاش برای محدود کردن و جلوگیری کاربران برای دسترسی بیش از اندازه به EIRP ، نهاد FCC برای تمام آنتن های جداشونده (Removable) یکسری استاندارد هارا در قالب کانکتور های منحصر به فرد معرفی کرده است که با توجه به آن تمام شرکت های تولید کننده دیوایس های وایرلس ، بر روی تجهیزات خود باتوجه به استاندارد های FCC انواع گوناگونی کانکتور عرضه میکنند.
برای مثال ، شرکت سیسکو کانکتورِ TNC یا Threaded Neill-Colcelman را طراحی و بر روی تجهیزات خود پیاده سازی و در واقع استاندارد سازی کرد. که در شکل زیر این کانکور به تصویر کشیده شده است :
کانکتور های گوناگونی از شرکت های متنوعی در بازار موجود میباشد ، TNC نمونه ای از آن میباشد که باید دقت داشت که کانکتور ها در همین حد محدود نمیشوند.
در شکل فوق ، همانطور که مشاهده میکنید دو زیر-باندِ U-NII-2 , U-NII-2 Extended ، از لحاظ پارامتر های گفته شده یکسان میباشند ؛ اما این دو دارای یک تفاوت عمده میباشند. تفاوت این دو زیر-باند در این میباشد که ، زمانی که سیگنال از یک دیوایس تایید یا تصویب شده توسط FCC ، از جمله دیوایس های مرتبط به ارتش یا رادار های هواشناسی بر روی فرکانس های این زیر-باند شناخته شود ؛ تمام فرستنده های دیگر موظف هستند با توجه به مکانیزمی مسیر تمامی سیگنال های خود را تغییر دهند. این مکانیزم در دنیای شبکه های وایرلس به DFS یا Dynamic Frequency Selection معروف میباشد.
تا به اینجا تنها به استاندارد های کمیسیون فدرال ارتباطات ایالات متحده آمریکا یا FCC پرداختیم . اما قوانین و محدودیت های گفته شده در FCC قاعدتا تنها در حوزه کشور ها و ایالات های کشور آمریکا صادق است ؛ اما در اروپا و بسیاری از کشور های دیگر این قواعد و محدودیت ها به چه صورت میباشد؟!
موسسه استانداردهای مخابراتی اروپا ( The European Telecommunication Standards Institute ) یا ETSI ، همانند FCC یکسری مقرراتی برای فرستنده های رادیویی دارد. نکته مهم : ETSI ، مقدار حداکثرِ انرژی انتقالی فرستنده را تعیین نمیکند و امکان تنظیم کردن قدرت ارسال و دریافت آنتن را آزاد میگذارد ؛ اما در صورتی که EIRP از مقدار تعیین شده بیشتر نشود.*
مقررات و محدودیت های ETSI در جدول زیر شرح داده شده اند :
تجهیزات وایرلسی که تحت قوانین اروپا و آمریکا عمل میکند ، تنها محدود به این ناحیه نمیباشند ، بدین منظور که حتما لزومی ندارد که هرکشوری قوانین مخصوص به خود را داشته باشد و شرکت های تولید کنندگان تجهیزات شبکه در هر کجای دنیا باشند ، میتوانند از قوانین FCC و ETSI استفاده کنند.
در جلسه آینده به بررسیِ ، نهاد های استاندار گذاریِ IEEE در دنیای شبکه های وایرلس خواهیم پرداخت. توسینسو باشید.
در قسمت پیشین ، ادامه بحث FCC را دنبال کردیم ؛ همچنین ETSI و دیگر نهاد های ناظر بر فرکانس های رادیویی را بررسی کردیم . در این جلسه ، نهادِ مشخصِ IEEE و استاندارد های این انستیتو بطور کامل ، محور اصلی بحث ما خواهد بود . .
بطور کلی همانطور که میدانید ، برای گذرِ داده بر روی بسترِ وایرلس ، پارامتر های بسیاری باید تعیین و استاندارد سازی شوند.شبکه های وایرلس یا اصطلاحا Wireless LANs ، به ندرت فقط از یک فرستنده و یک گیرنده تشکیل شده ، و بطور معمول تعداد زیادی دیوایس در یک شبکه هستند تا با فرکانس های رادیویی درگیر هستند.موسسه مهندسین برق و الکترونیک یا The Institute of Electric and Electronic Engineers ، در میان بسیاری دیگر ، استاندارد های صعنتی که در Wireless LAN ها مورد استفاده قرار میگیرد را بیان میکند.
IEEE یک بعنوان یک ارگان حرفه ای شناخته میشود ، که جذب مهندسین آن از تمام دنیا صورت میگیرد.IEEE مجموعه ها و کالکشن های سازمان یافته بسیاری در زمینه های مختلفی را دارا میباشد که تحت عنوانِ "Societies" یا جامعه شناخته میشود.تمرکز هر کدام از Societies های یاد شده در IEEE ، بر روی قسمتی خاص از دنیای مهندسی میباشد.برای مثال ، جامعه کامپیوترِ IEEE ، به توسعه و بیانِ استاندارد های مختلف مربوط به کامپیوتر از جمله : Ethernet ، Wireless LANs و ... میپردازد.
استاندارد IEEE 802 ، تماما به بررسیِ LAN ها و MAN ها میپردازد که بصورت مشخص به به لایه های فیزیکی و data link از مدل OSI میپردازد.* نکته جالب : دوستان شاید براتون جالب باشه که چرا 802 اصلا ؟! کمیته استانداردهای شبکه ها محلی در IEEE ، برای اولین بار در فوریه 1980 شروع به کار بر روی " پروژه 802" که اولین استاندارد های LAN را عرضه کرد ، کردند. شماره 802 ، از سال 80 و ما فوریه که دومین ماه از سال است ، نشعت گرفته است.
برای توسعه ی استاندارد های شبکه ، IEEE به گروه های کاری مجزایی سازماندهی شد که هرکدام از این گروه های کاری ، با توجه به عدد شاخصی که به عدد 802 که تحت عنوان عددِ خانواده استاندارد ها قلمداد میشود ، شناخته میشود .برای مثال ، 802.1 به اولین گروه کاری اشاره دارد ، که به توسعه استاندارد های مربوط به شبکه های Bridge اشاره دارد.جدول زیر ، گروه های کاریِ خانواده 802 اشاره دارد.
زمانی که فعالیت SG به پایان میرسد ، گروهی دیگر تحت عنوان گروه وظیفه یا Task Group (GT) وارد عمل میشود تا آن موضوع پیشنهادی را توسعه دهد یا اصلاح کند.گروه وظیفه ، در هر تغییری که در تکنولوژی 802.11 ایجاد میکنند ، ورژن جدید یا اصلاح یافته آن را با ترتیب الفبایی نامگذاری میکند.
برای مثال ، اصلاحاتی که توسط TG معرفی شده اند ، تحت عنوان : 802.11a و 802.11b و 802.11c و ... ارائه شده اند.*نکته : در برخی موارد عناوین اصلاحات ارائه شده با توجه سال تصویب استاندارد شناخته میشود ؛ برای مثال ، 802.11 در سال 1997 ارائه شد ، بنابراین تحت عنوان 1997-802.11 نیز در برخی تعاریف شناخته میشود. یا در مثالی دیگر 802.11a در تعاریف مهندسی وایرلس به 1999-802.11a معروف میباشد.در جلسه آینده به Channel های مورد استفاده در 802.11 میپردازیم. .
در جلسه پیشین ، نهاد IEEE را بصورت اجمالی توضیح دادیم . در جلسه فعلی ، کانال های مورد استفاده در 802.11 IEEE و مسائل مهم مرتبط به اون رو آموزش خواهیم داد. .
در باند 2.4 ، فرکانس ها به 14 کانال متفاوت ( از 1 تا 14 ) تقسیم شده است. این تقسیم بندی از کانال 1 تا 13 بصورت 5MHz میباشد ، اما کانال 14 بدین صورت نیست . برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
*نکته : در استاندارد 802.11 ، و در باند 2.4GHz ، از مادولاسیون و طرح رمزگذاریِ OFDM و DSSS استفاده میشود.
در DSSS نیاز است تا هر کانال حداقل پهنایِ (Bandwidth) ، مقدار 22MHz باشد. و در OFDM حداقل مقدار 20MHz برای پهنای باند نیاز است.با اینکه این باند از 14 کانال تشکیل شده است ، همه آنها لزوما در استاندارد همه کشور ها استفاده نمیشود.برای مثال ، FCC که در قسمت ها گذشته به آن اشاره شد ؛ تنها از کانال های 1 تا 11 استفاده میکند. ETSI از کانال های 1 تا 13 استفاده میکند . اما مثلا ژاپن از تمام 14 کانال ( با کمی محدودیت ) استفاده میکند.شاید پرسشی در ذهنتان مطرح شده باشد مبنی بر اینکه آیا این کانال های همسایه با یکدیگر تداخل ندارند؟
چون همانطور که گفته شد در باند 2.4GHz فاصله بین کانال ها 5MHz میباشد اما از طرفی مثلا DSSS مقدار 20MHz پهنای باند نیاز دارد پس قاعدتا در این میان تداخلی بین کانال ها وجود خواهد داشت.تنها راهی که برای جلوگیری از تداخل فرستنده هایی که در کانال های مجاور و همسایه یکدیگر فعالیت میکنند
وجود دارد این است که کانال هارا با فاصله بیشتری از هم تقسیم کنیم تا با کانال های مجاور خود برخوردی نداشته باشند.رایج ترین ترتیبی که کانال ها از آن استفاده میکنند تا با یکدیگر تداخل نداشته باشند به این ترتیب است : 1 ، 6 و 11 .برای درک بهتر این مکانیزم به شکل زیر توجه کنید :
اما قطعا مشکلاتی هم وجود دارد . مشکلات از اونجا خودنمایی میکنند که شما چندین فرستنده وایرلسی در اختیار دارید و آنها در یک ناحیه عمومی یا کانال کار میکنند. شما میتوانید سه تای اول را جوری تنظیم کنید که هرکدام از کانال های متفاوت استفاده کنند.
اما چهارمین یا پنجمین فرستنده باز از یکی از آن کانال ها استفاده یا اصطلاحا reuse میکند.reuse کردن کانال ها توسط فرستنده در صورت بزرگ شدن شبکه های وایرلس باعث ایجاد یک پازل میشود که باید توسط ادمین یا مدیر شبکه مدیریت و حل شود. ( در فصل هفتم از سری قسمت های CCNA Wireless پیشرفته ، بطور دقیق به این مسئله پرداخته میشود. )
در قسمت های پیشین ، به این موضوع اشاره کردیم که باند 5GHz به باند های کوچتری که تحت عنوان زیر باند میباشد ، تقسیم شده است ؛ که عبارتند از : U-NII-1 و U-NII-2 و UNII-2 پیشرفته یا Extended و U-NII-3. این باند ها به فرکانس هایی با فاصله 20MHz تقسیم شده است.برای درک بهتر این مطلب به شکل زیر دقت کنید :
با نگاهی به جدول بالا ، به این نکته پی خواهید برد که تقسیم بندی کانال ها در باند 5GHz چقدر گیج کنندس !!! از همه بدتر شماره گذاریش !! برای مثال ، چرا شماره اولین کانال در U-NII-1 عدد 36 هست بجای 1؟! یا اصلا چرا فاصله ی کانال های همسایه از یکدیگر 4 تا 4 تاست؟! پاسخ تمامی پرسش های فوق در قسمت آینده موجود است . ITPRO باشید.
جلسه پیشین به کانال های مورد استفاده در 802.11 اشاره داشتیم ؛ و به کانال های مورد استفاده در باند های 2GHz و کانال های مورد استفاده در باند های 5GHz پرداختیم.در پایان جلسه گذشته ، سوالاتی در مورد تقسیم بندی کانال ها در باند 5GHz و شماره گذاری آن مطرح شد. در ادامه با تفصیل به پاسخ دادن آنها خواهیم پرداخت.
پاسخ این که چرا باند 5GHz به چهار باند متفاوت تقسیم شده است و پرسش هایی در مورد شماره گذاری این کانال ها را باید در ماهیت خودِ استاندارد 802.11 جستجو کرد. بدین منظور که ؛ بطور کلی ، کل فضای فرکانس 5GHz بعنوان دنباله ای از کانال هایی شناخته میشود که با فاصله 5MHz از یکدیگر منفصل شده اند (که از کانال 0 در 5.000GHz آغاز میشود.)بنابراین ؛ اولین کانالِ U-NII-1 در 5.180 واقع شده است (که اگر دقت کنید به کانال شماره 36 مربوط میشود.)
برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید تا بحث را ادامه دهیم :
دوستان شکل فوق لایه های کاملِ فرکانس این 4 باند که راجب آنها صحبت میکنیم را نشان میدهد. مشاهده میکنید که باند های U-NII-1 و U-NII-2 بصورت پیوسته و هم جوار هستند اما باند های U-NII-2 Extended و U-NII-3 با طیفی از فرکانس هایی که [ تا به این لحظه که قسمت نوشته میشه ] غیر قابل استفاده هستند از یکدیگر جدا شده اند.
نکته : دوستان همانطور که میدانید ، هرکدام از باند های U-NII-1 و 2 و 3 ، 4 کانال دارند* اما گاهی اوقات ممکن است در هنگام کار با دیوایس های وایرلسی با دستگاهی مواجه شوید که کانال 5امی را نیز در باند U-NII-3 ، تحت عنوان کانال 165 پشتیبانی کند.
*نکته : استانداردِ 802.11 ، تنها به مدولاسیون OFDM [ که در جلسات پیشین به آن مفصل اشاره شد] ، اجازه میدهد تا در باند های U-NII استفاده شود.
حالا چرا ؟! به دلیل اینکه ، OFDM به کانال با پهنای باند 20MHz نیاز دارد ، که کاملا متناسب است با فاصله گذاری 20MHzی که در باند های U-NII وجود دارد ؛ به معنای دیگر ، کانال های همسایه میتوانند از Areaی یکسان بدونِ اصطلاحاً Overlap یا تداخلی استفاده کنند.
همانطور که میدانید ، استاندارد 802.11 مکانیزم هایی را مشخص میکند تا دیوایس ها بتوانند بصورت وایرلسی از طریق سیگنال های رادیویی ، مدولاسیون ، باند ها ، کانال ها و ده ها مفهوم دیگر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. جلسه آینده مقوله تازه ای از تکنولوژی و استاندارد 802.11 را باز خواهیم کرد و نگاه دقیق تری به این استاندارد مهمِ IEEE خواهیم انداخت . ITPRO باشید.
جلسه پیشین باند های 5GHz را ادامه دادیم و توضیحات تکمیلی در مورد این باند را ارائه دادیم . جلسه پیش رو موضوعِ استاندارد های IEEE 802.11 را تا حدِ امکان بطور کامل توضیح خواهیم داد. .
از زمانی که تکنولوژی و استاندارد IEEE 802.11 در سال 1997 طراحی شد ، تعداد بسیار زیادی اصلاحات در آن صورت گرفت. این اصلاحات تقریبا تمامِ جنبه هایی از شبکه های وایرلس که قابل تصور باشد را پوشش میدهد ؛ از جمله : Quality of Service یا QOS ، بحث امنیت ، پارامتر های مربوط به اندازه گیری RF ، مدیریت وایرلس , ... .در حال حاضر ، کلیه این اصلاحات بطور کلی تحت عنوان استاندارد 802.11 شناخته میشود .
اگر تا به امروز مشتاق دانستنِ جزئیات این اصلاحیه های 802.11 بودید ، پس تا در ادامه بصورت جزئی به تشریح آنها بپردازیم.
استاندارد 802.11 اصلی و ابتدایی ، نخست در سال 1997 تصویب شد که شامل دو نوع اصلی انتقال که در آن زمان وجود داشت ، میشد که عبارتند از : FHSS و DSSS. این دو نوع انتقال تنها برای باند 2.4GHz استفاده میشد.
برای درک بهتر این موضوع به جدول زیر توجه کنید :
برای افزایش توان عملیاتیِ استاندارد 1997-802.11 ، استاندارد 802.11b در سال 1999 معرفی شد.حال آیا تفاوت این استاندارد با استانداردی که دو سال قبل از آن معرفی شد تنها در توان عملیاتی است؟ استاندارد 802.11b نرخ انتقال داده 5.5 و 11 Mbps را با استفاده از مکانیزم کد مکمل کلیدزنی Complementary Code Keying یا CCK ارائه کرد.
برای درک بهتر این موضوع به جدول زیر توجه کنید :
همانطور که اشاره کردیم ، در 802.11b ، ماکسیمم نرخ انتقال 11Mbps میباشد. برای افزایش نرخ انتقال ، طبیعتاً یک نوع انتقال جدید نیاز است. اصلاحیه یا استاندارد 802.11g بر پایه OFDM در سال 2003 معرفی شد. * نکته مهم : در برخی تعاریف مفاهیم وایرلس ، بجای استاندارد 802.11g ، از واژه Extended Rate PHY یا ERP و همچنین ERP-OFDM ، استفاده میشود. بنابراین ، هرجا واژه ERP را مشاهده کردید ، منظور 802.11g در باند 2.4GHz میباشد. برای درک بهتر این موضوع و مشاهده انواع مدولاسیون ها و نرخ های انتقال در استاندارد 802.11g به جدول زیر و توصیحات تکمیلی مربوطه دقت کنید :
با انتخاب یکی از 8 طرحِ مختلف مدولاسیون ، دستگاه های وایرلس میتوانند نرخ انتقالی معادل 6 ، 9 ، 12 ، 18 ، 24 ، 36 ، 48 و 54 Mbps داشته باشند.
بنابراین ؛ واضح است که 802.11g ، توان [ عملیاتی ] به مراتب بالاتری نسبت به 802.11b را به ارمغان میگذارد و خب بنظر منطقی میرسد که با این ویژگی های برتری که این استاندارد دارد ، در همه جا از 802.11g استفاده شود و از نرخ انتقال بالایی که دارد استفاده کرد. اما در برخی مواقع غیرممکن است تا از این ویژگی ها بهره برد . چرا؟
به دلیل اینکه ؛ در شبکه های Wireless LAN هنوز تنها از استاندارد 802.11b استفاده میشود و همچنین این نکته را نیز در نظر داشته باشید که 802.11g و 802.11b کاملا از انواع مختلفی از متد ها های انتقال استفاده میکنند ( OFDM در مقابل DSSS ) ، بنابراین ؛ این بدین معناست که دیوایس های مربوط به 802.11g و 802.11b نمیتوانند مستقیما با یکدیگر ارتباط برقرار کنند ، زیرا ؛ این دستگاه ها نمیتوانند سیگنال های رادیوییِ (RF Signals) مربوط به یکدیگر را ببینند و تشخیص دهند.
اجازه دهید تا برای فهم بهتر ، این موضوع را بصورت موشکافانه تر باهم بررسی کنیم. دوستان استاندارد 802.11g بگونه ای طراحی شده است تا همانند 802.11b که در قبل توضیح دادیم ، از ویژگیِ سازگاری برگشتی با استاندارد قبلی پشتیبانی کند ، بنابراین ؛ میتواند با دستگاه های 802.11b سازگار باشد.
به بیان دیگر ، دیوایس هایی که از 802.11g و OFDM استفاده میکنند ، این قابلیت را دارند تا برای فهمیدن پیام های 802.11b و DSSS ، خود را اصطلاحا downgrade کنند. اما قاعدتا واضح است که برعکس این ماجرا به هیچ وجه امکان پذیر نیست به دلیل اینکه دیوایس های 802.11b به DSSS محدود شده اند ، بنابراین ؛ آنها قادر نیستند تا داده های OFDM را متوجه بشوند.
شاید این پرسش در ذهنتان نقش بسته باشد که خب این یک ضعف بزرگی در انواع شبکه های وایرلس میباشد که استاندارد ها با یکدیگر سازگار نباشد و دستگاه های وایرلسی که از استاندارد های گوناگون پشتیبانی میکنند نتوانند یکدیگر را ببینند و تبادل اطلاعات انجام دهند !!
این پرسش در ذهن مهندسان IEEE نیز مطرح شد و راهکاری را مطرح کردند تا OFDM و DSSS اصطلاحاً بتوانند با یکدیگر "همزیستی یا Coexist" داشته باشند.راهکار ارائه شده و مکانیزم ارتباطی که ارائه شد و همچنین توضیحات دیگر اصلاحیات و استاندارد های IEEE 802.11 از جمله : 802.11a و 802.11n را در آموزش آینده دنبال کنید . با تشکر از توجهتان . ITPRO باشید.
در جلسه گذشته استاندارد های IEEE 802.11 و انواع اصلاحیه های آنرا توضیح دادیم اما آنها را به اتمام نرساندیم . در این قسمت با ادامه استاندارد 802.11 . قسمت پیشین در بخش استاندارد 802.11g به آنجا رسیدیم که OFDM و DSSS قادر نیستند پیام های یکدیگر را تشخیص دهند و گفتیم که خب این یک ضعف بسیار بزرگی است .
اما راه چاره چیست؟ برای اینکه تجهیزاتی که OFDM و DSSS را پشتیبانی میکنند ، با یکدیگر در شبکه های Wireless LAN ارتباط برقرار کنند ؛ 802.11g یک مکانیزمی را تحت عنوان " Protection Mechanism " پیشنهاد کرد.کاری که این این مکانیزم میکند این است که ، در واقع پیام های OFDM با flag یا برچسبِ DSSS به دیوایس های 802.11b فرستاده میفرستند تا این دستگاه ها بتوانند پیام ها را متوجه شوند. خب حالا چگونه؟! دوستان به شکل زیر دقت کنید :
شکل فوق را که مشاهده میکنید ، در بالا توالیِ اولیه را از رویداد هایی که تحت عنوان بلاک هایی از " داده " است و در اصطلاحاً 802.11g OFDM فعال یا native بصورت عادی در حال منتقل شدن میباشند ، را مشاهده میکنید ؛ و در پایین آن 802.11g را در حالت Protection Mechanism مشاهده میکنید
زمانی که دستگاه 802.11g آماده انتقال داده در مکانیزم محافظت میباشد ، در ابتدا یک درخواستی تحت عنوان Request to Send (RTS) و پس از آن پیامی تحت عنوان Clear to Send (CTS) با استفاده از DSSS ( و یک نرخ داده کم ) ارسال میکند ، که این CTS به تمام دیوایس های 802.11b اطلاع میدهد که انتقال OFDM قرار است انجام گیرد .
- 802.11g تنها از باندِ 2.4GHz استفاده میکند ، که این باند تنها 3 باند را پیشنهاد میکند که با یکدیگر تداخل ندارد .
- دستگاه هایی که از OFDM پشتیبانی میکنند ، ماکسیمم قدرت انتقالی که دارند 15dBm میباشد ، در حالی که DSSS قدرتی بیش از 20dBm را میتوانند در بر بگیرند .
جفتِ 802.11b و 802.11g یک مشکل یا ایراد مشترک دارند. آنها از باند 2.4GHz استفاده میکنند که تنها 3 باند دارند که باهم تداخل ندارند (Non-overlapping channel) و قابل استفاده هستند . طبیعتاً بخاطر این موضوع گسترشِ محدوده Wireless LAN کار دشواری خواهد شد.
با این تعداد محدودِ کانال و درصد بالای احتمال تداخل ، اصلاحیه 802.11a به هدف استفاده از باند 5GHz U-NII برای شبکه های وایرلس معرفی شد.
اصلاحیه 802.11a تنها و تنها به دیوایس های خود اجازه میدهد تا از OFDM بهره بگیرند.
برای درک بهتر این موضوع به جدول زیر دقت کنید :
802.11a بر پایه کانال های OFDM طراحی شده است که پهنای باند آن 20MHz میباشد. از طرفی با اینکه باند های U-NII کانال هایی دارند که با فاصله 20MHz از یکدیگر فاصله دارند ، 802.11a پیشنهاد میکند تا فاصله فرستنده ها حتی در یک محدوده جغرافیایی باید بیش از یک کانال باشد . به عبارت دیگر ، یک فرستنده ممکن است از کانال شماره 36 استفاده کند اما فرستنده دیگری [ که شاید در یک محدوده جغرافیایی با فرستنده قبلی هم باشد ] ، باید بجای استفاده از کانال 40 باید از کانال 44 استفاده کند . این کار برای جلوگیری از روهم افتادن (Overlap) ، سیگنال ها یا فرکانس ها یا هر عامل دیگری است.
تا به اینجا ، 802.11g و 802.11a قادرند تا نرخ انتقال حدااکثر 54Mbps را ارائه دهند. هرکدام از اصلاحیه هایی که مطرح شد در دورانی معرفی شد که دستگاه های کابلیِ Ethernet از اتصالاتِ 10 یا 100Mbps استفاده میکردند. زمانی که سرعت اتصالات Ethernet پیشرفت کرد و تکامل پیدا کرد ، 802.11 نیز باید اصلاحیه ارائه میکرد تا قدم به قدم با این تکامل گام بردارد.
اصلاحیهِ 802.11n ، در سال 2009 معرفی شد. 802.11n هدفی که دنبال میکرد این بود که عملکرد شبکه های وایرلس را به حدی برساند تا با 600Mbps کار کند. 802.11n از تعدادی تکنیک استفاده میکرد که آن تکنیک ها به HT یا High Throughput (توان بالا) معروف میباشد. HT میتواند بر روی هر دو باندِ 2.4 و 5 گیگاهرتز اعمال شود.
در جلسه آینده به بررسی SISO ، MIMO ، Channel Aggregation و Spatial Multiplexing خواهیم پرداخت.
در جلسه پیشین ، تا استاندارد 802.11n پیش رفتیم . محور بحث این جلسه ما SISO ، MIMO ، Channel Aggregation و Spatial Multiplexing است که سعی بر این است تا در حد امکان بصورت جامع و کامل به بررسی آنها بپردازیم . .
Single-in,Single-out ، Multiple-input,Multiple-out : دوستان قبل 802.11n ، دستگاه های وایرلسی از یک فرستنده منفرد(تکی) و یک گیرنده منفرد استفاده میکردند . به بیان دیگر ، اجزای اطلاعاتی متشکل از یک RF و در نتیجه یک رشته زنجیر وارِ تکی بود.
این در دنیای وایرلس به سیستم Single-in , Single-out یا SISO معروف است.خب این سیستم در واقع نمیتواند پاسخوی شبکه های وایرلس گسترده باشد و بطور کلی سیستمی است که نه تنها عملکرد بالایی ندارد ، بلکه شبکه های ما را هم محدود میکند.
برای دستیابی به عملکرد و بازده بالاتر ، در 802.11n بهتر است که از چندین RF حاویِ اجزای اطلاعاتی و در نتیجه چندین رشته زنجیروارِ رادیویی استفاده کنیم. برای مثال ؛ یک دیوایسِ 802.11n میتواند چندین آنتن ، چندین فرستنده و چندین گیرنده در اختیار داشته باشد.
که این سیستم در دنیای وایرلس به Multiple-input , Multiple-output یا MIMO معروف است.بطور کلی ، دستگاه های 802.11n با توجه به تعدادِ زنجیره های رادیوییِ موجود مشخص میشوند. برای توضیح و تشخیص بهتر این موضوع آنرا در قالب (T×R) مطرح میکنند. بدین معنا که ؛ T تعداد فرستنده(Transmitter) و R تعداد گیرنده(Receiver) میباشد.
برای درک بهتر SISO قدیمی و ابتدایی و حالت های مختلف MIMO به شکل زیر دقت کنید :
خب دوستان چندین زنجیره های رادیویی میتواند در چندین مسیر اصطلاحاً اهرم باشد. در واقع ، 802.11n مجموعه ای غنی و کامل از ویژگی هایی را دارد که میتواند در ابعاد و لحاظ مختلفِ شبکه های وایرلس بسیار کارآمد و موثر باشد.
نکته : شما بعنوان مهندس شبکه های وایرلس ، باید بتوانید توان عملیاتیِ شبکه مورد نظر را تا حد امکان بهبود ببخشید. برای این کار مهم است تا با ویژگی ها و مفاهیم زیر آشنایی داشته باشید :
نکته : همچنین شما علاوه بر توانایی برای افزایش توان عملیاتی ، بازده و عملکرد شبکه های وایرلس ، باید قادر باشید تا قابلیت اطمینان یا Reliability در سیگنال های رادیوییِ 802.11n را نیز بهبود دهید . برای این امر نیز بایستی به مفاهیم زیر مسلط باشید :
هر کدام از این موضوعات ، در ادامه بصورت کامل و جامع توضیح داده خواهد شد.
بصورت عادی یک دستگاهی که از 802.11a یا 802.11g پشتیبانی میکند ، یک فرستنده و یک گیرنده دارند که بر روی یک کانالِ 20MHz عملیات های خودشان را انجام میدهند.
حالا استاندارد 802.11n برای افزایش توانِ پهنای 20MHzیی کانال ؛ تعدادِ زیرحامل هارا به عدد 52 افزایش داد. علاوه بر این ، امواج رادیویی ای را معرفی کرد که میتوانند بصورت تنها هم بر روی کانال 20MHz و هم بر بروی کانال 40MHz عملیات انجام دهند.
اجتماع کانال ها (Aggregated Channels) ، باید همیشه و در همه حال دو کانالِ مجاورِ 20MHz را به یکدیگر ارتباط دهد ، متصل کند و در کنار هم قرار دهد.
به شکل زیر دقت کنید :
شکل فوق ، مقایسه ای میان دو کانال 20MHzیی و 40MHzیی میباشد ، که از کانال 36 و 40 در باند 5MHz ، شکل گرفته است.
زمانی که کانال ها با یکدیگر ترکیب میشوند ، طبیعتاً مجموعِ کانال های موجود در یک باند کاهش می یابد. برای مثال ؛ باند 5GHz از 23 کانالِ 20MHzیی تشکیل شده است که با یکدیگر تداخل ندارند یا اصطلاحاً non-overlap میباشد. حال اگر از کانال های 40MHzیی ترکیب شده ( که از ترکیب دو کانال 20MHzیی تشکیل شده اند ) بجای آن استفاده کنیم ، تنها 11 کانال باقی میماند که با یکدیگر تداخل ندارند . خب حالا که چی؟! این موضوع باعث میشود تا تعدادی کانالِ بیکاری که با هم تداخل هم ندارند ، برای کار با آنها باقی بماند.
حال به باندِ 2.4GHz فکر کنید ، که تنها 3 تا کانالِ non-overlap دارد. حتما با این تئوری های گفته شده این موضوع در ذهنتان مرور میشود که خب پس برای کارایی و بازده بالاتر ، بهتر است در باندِ 2.4GHz نیز کانال ها را با یکدیگر ترکیب کنیم تا بتوانیم از کانال های non-overlap باقیمانده استفاده کنیم ؛ اما دوستان در نظر داشته باشید که ، این موضوع در باندِ 2.4GHz نمیتواند پیاده سازی شود .بهتر است تا مفهوم تسهیم فضایی یا Spatial Multiplexing و موارد دیگر را در جلسه آینده بررسی کنیم تا بتوانیم بهتر به این موضوعات بپردازیم و جزئیات آنها را با دقت بررسی کنیم.
با تشکر از تمام دوستانی که وقت گذاشتند و دوره CCNA Wireless رو مطالعه کردن ، امیدوارم که تا به اینجای کار مطالب مورد پسندتون واقع شده باشه.قبل از هرچیزی ممنون از دوستانی که پیام های محبت آمیز و خوب ارسال کردن . اما یکسری از دوستان در موردِ آزمون های CCNA Wireless و سرفصل های اون سوالاتی مطرح کردن که لازم دونستم تا توضیح مختصری در مورد آزمون WIFUND یا CWNA بدم.
بهتره قبل از اینکه برای آزمون اقدام کنید ، سری به سایتِ Cisco CCNA Wireless Refrence بزنید و از قسمت Sample Content ، سرفصل هارو با قسمت هایی که هر جلسه منتشر میشه مطابقت بدین تا مطمئن بشید همه مطالب و جزئیات در قسمت ها این دوره توضیح داده شده . این سایت ، سایت اصلی رفرنسی است که برای این دوره آموزشی استفاده میشه .
مفاهیم جلسه پیشین و این جلسه از مهمترین بحث های مربوط به فصل دوم از این مجموعه هستند ، امید است با توجه و دقت نظر کافی بتوانید تمام مفاهیم مربوط به آنرا فرا بگیریددر جلسه پیشین گفتیم که ما بعنوان مهندس شبکه باید بتوانیم توان عملیاتی شبکه مورد نظرمان را به اندازه منطقی و قابل قبولی بهبود ببخشیم ، و برای اینکار باید با :
مفهومِ اجتماع کانال ( Channel aggregation ) ، مفهومِ تسهیم فضایی ( Spatial multiplexing یا SM ) و نحوه بهره وریِ لایه MAC یا ( MAC layer efficiency ) ، آشنایی داشته باشیم . جلسه گذشته به اجتماع کانال پرداختیم ، این جلسه حاوی توضیحات و نکات تکمیلی در مورد تسهیمِ فضایی و جلسه آینده در مختص نحوه بهره وری لایه Mac میباشد. .
با اجتماع کانال میتوان خروجی را دو برابر کرد ؛ چجوری؟! به شرط دو برابر کردن پهنای باند با استفاده از یک زنجیره رادیویی (Single Radio Chain) . یک دستگاهِ 802.11 میتواند چندین زنجیره رادیوییِ در انتظار برای استفاده ، داشته باشد.حتی گاهی وقت ها برای افزایش خروجی بیشتر ، داده ، میتواند چندگانه شود یا در سراسرِ دو یا چند زنجیره رادیویی پخش شود ؛ که همه این عملیات ها بر روی کانال یکسانی انجام میپذیرد.مفهوم توضیح داده شده به " Spartial Multiplexing یا تسهیم فضایی " معروف است.
سوالی که در این بخش مطرح میشود این است که ، چگونه میتوان چندین فرکانس رادیویی را بر روی یک کانال یکسان منتقل کرد ؛ بدون آنکه با یکدیگر تداخل داشته باشند؟!پاسخی که برای این پرسش مطرح میشود بسیار ساده است ؛ تنها باید هر سیگنال را جدا از یکدیگر نگه داریم تا حدی که به راحتی قابل شناسایی از هم باشند.
هر زنجیره رادیویی میتواند آنتن مخصوص به خود را داشته باشد ؛ اگر هر آنتن با فاصله ای معین از هم فاصله داشته باشند ؛ بدین ترتیب ، سیگنال هایی که به آنتن گیرنده میرسند ، با Phase جداگانه و دامنه نوسانی ( Amplitude ) متفاوت و با مسیر مشخصی هستند.
به علاوه ، داده میتواند در طول زنجیره های رادیوییِ فرستنده در یک مد یا حالت شناخته شده ای توضیع شود.در واقع ، چندین جریان های داده ایِ مستقل میتواند تحت عنوان " Spatial Strams یا جریانهای فضایی " پردازش شوند ؛ که به پیوند زنجیره ای رادیویی نیز معروف است.
در اینجا این نکته حائز اهمیت است که ، گیرنده بایستی توانایی تقسیرِ سیگنال ها را داشته باشد و بعلاوه پس از آن بازسازیِ جریان های داده نیز باید انجام گیرد.خب گیرنده چگونه جریان های داده را بازسازی میکند؟! خیلی ساده ، با معکوس کردنِ تابع چندگانه فرستنده اینکار را انجام میدهد.
بطور کلی Spatial Multiplexing به مقدار قابل توجهی سیگنال های پردازشی بر روی هم فرستنده و گیرنده نیاز دارد . این مورد با افزایش خروجی کانال جبران میشود. ساده تر بگوییم ، هرچه جریان های فضایی بیشتر در دسترس باشند ، داده های بیشتری میتواند در کانال ارسال شود
تعداد جریان های فضایی که یک دیوایس میتواند پشتیبانی کند ، معمولا با اضافه کردنِ یک دو نقطه ( : ) و یک عدد به مشخصات رادیویی MIMO معین میشود. برای مثال ، یک دستگاه 3:2×3 MIMO ، سه فرستنده ، سه گیرنده دارد و همچنین از دو جریان فضایی بصورت انحصاری استفاده میکند.یک دستگاه 3:3×3 MIMO نیز بدین صورت است ، فقط از سه جریان فضایی پشتیبانی میکند.برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت کنید :
دستگاه های 802.11n با توانایی های MIMO مختلفی وارد بازار میشود. در خوش بینانه ترین حالت ، دو دستگاه باید از یک عدد یکسان برای جریان های فضایی خود پشتیبانی کند. چرا؟! زیرا عملیات Multiplex و Demultiplex برای زنجیره های داده ای با سهولت انجام شود.
که البته این موضوع به دلیل هزینه های گزافی که در پی دارد زیاد شایع نیست .خب احتمالا سوالی که ذهنتان را درگیر کرده این است که اصلا چه اتفاقی خواهد افتاد اگر دو دستگاه ، جریان های داده ایِ متناقضی داشته باشند که از آنها پشتیبانی میکنند؟!
در پاسخ به این سوال باید گفت ، آنها یک اتصال وایرلسی که حاوی توانایی های یکدیگر است را بین خود رد و بدل میکنند ؛ سپس آنها میتوانند از پایین ترین عدد مربوط به جریان های داده ای که بین آنها مشترک است ، استفاده کنند.بحثِ مربوط به Spatial Multiplexing را در این جلسه با هم دنبال کردیم ، جلسه آینده را به نحوه بهره وری لایه Mac یا MAC Layer Efficiency اختصاص خواهیم داد.
جلسه گذشته را به مفوم Spatial Multiplexing اختصاص دادیم ، در این جلسه در ادامه این مباحث به MAC Layer Efficiency خواهیم پرداخت و پس از آن مفهوم Trasmit Beamforming را بررسی خواهیم کرد. .
دوستان ما میتوانیم حتی بدون چندین زنجیره های رادیویی ، ارتباط بین داده را کارآمد و موثر تر کنیم. برای این موضوع 802.11n یکسری روش ها را پیشنهاد میکند ؛ که در ادامه دو متد را به تفصیل توضیح خواهیم داد :
اگر قابی تایید نشد ( unacknowledged ) ، فرستنده تصور میکند که قاب گم ( یا اصطلاحاً Drop یا Lost) شده است و فرستنده آنرا دوباره میفرستند تا پیام ACK را دریافت کند.[ دوستان اینجارو دقت کنید که خیلی مهمه و یکی دو سوال هم ازش تو امتحان CWNA میاد ] با استفاده از 802.11n ، قاب های داده میتواند در یک آن و اصطلاحاً بصورت انفجاری منتقل شوند و بعد از کامل شدن انفجار ، تنها یک پیام Acknowledgment است که بین فرستنده و گیرنده رد و بدل میشود. در این حالت ، طبیعتا زمان انتقالی که برای انتقال قاب ها در نظر گرفته میشود کمتر است و همین عامل افزایشِ کلیِ بازده را سبب میشود.
حالا اگر دو نشانه ( Symbol ) در مسیری قرار گرفتند که به یکدیگر خیلی نزدیک شدند ، ممکن است با یکدیگر تداخل داشته باشند ؛ بنابراین داده ای که دریافت خواهد شد خراب است. به این موضوع " تداخل بین نمادی " یا " intersymbol interference ( ISI ) میگویند.
زمانی که یک فرستنده با زنجیره های رادیویی یک سیگنال RF را ارسال میکند ، اگر چندین فرستنده وجود داشته باشند ، هرکدام از آنها شانس یا فرصت یکسانی برای دریافت و تفسیر سیگنال در اختیار دارند ؛ به تعبیری دیگر ؛ فرستنده هیچ دخالتی در تعیین اولویت برای یک فرستنده نسبت به دیگری ندارد.
در اصلاحیه 802.11n یک روش برای سیگنال های فرستاده شده ارائه شد تا هوشمندانه بتواند بهترین گیرنده را ( بر اساس پارامتر های گوناگون ) تشخیص دهد. برای این موضوع MIMO وارد بازی میشود ؛ بدین صورت که یک سیگنالِ مشخص میتواند با چندین آنتن فرستاده شود تا بطور دقیق تر و موثر تر به موقعیت Client دسترسی پیدا کند.
بطور معمول مسیری که چندین سیگنال اتخاذ میکنند تا به گیرنده برسند ، کمی با یکدیگر متفاوت است ، بنابراین ؛ سیگنال ها در زمان رسیدن به مقصد یکسان نیستند و میتوانند با تاخیر و حتی خارج از فاز مشخص به گیرنده برسند. این عامل بسیار مخرب است ؛ چرا که باعثِ SNR پایین تر و خرابیِ سیگنال ها میشود.راه حل چیست؟!
راه حل عنوان بحثِ ما یعنی Transmit beamformig (T×BF) هست. با استفاده از Transmit Beamforming ، فاز مربوط به سیگنال تغییر میکند بخاطر اینکه هر فاز با هر آنتن فرستنده ترکیب میشود ، بنابراین ؛ تمام سیگنال های نهایی در یک فاز به فرستنده مشخص میرسند.این موضوع تاثیر بسزایی در بهبود کیفیت سیگنال و همچنین SNR دارد.شاید کمی پیچیده بنظر برسد اما برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر دقت فرمایید :
در شکل فوق ، ملاحظه میکنید که یک دستگاه 802.11n با هدف دیوایس B ، از Transmit Bramforming استفاده میکند. فاز مربوط به هریک از کپی های سیگنال فرستنده طوری تنظیم شدند تا تمام 3 سیگنال ، کم و بیش در یک فاز ، به دستگاه B برسند .
همچنین کپی هر 3 سیگنال یکسان ، به دیوایس A میرسند ولی این در حالی است که دیوایس A با توجه به T×BF هدف گذاری نشده است ؛ بنابراین سیگنالی میرسد خارج از فاز خواهد بود.امید است که مطالب فوق به خوبی برای شما دوستان و علاقمندان تفهیم شده باشد ، در قسمت بعد به Maximal-Ratio Combining و همچنین طرح های مربوط به کدینگ و مدولاسیونِ 802.11n را بررسی خواهیم کرد
در جلسه پیشین MAC Layer Efficiency ، متد های مربوط به آن و مفهوم Transmit Beamforming یا انتقال اشعه را بیان کردیم . در جلسه پیش رو با امید خدا به Maximal-Ratio Combining یا حداکثر نسبت ترکیب و طرح های کدینگ و مدولاسیونِ مربوط به 802.11n و همچنین در پایان مفهوم 802.11ac را توضیح خواهیم داد. .
زمانی که سیگنال فرکانس رادیویی یا RF توسط یک دستگاه یا دیوایس دریافت میشود ، ممکن است با سیگنال RF اصلی که توسط فرستنده ارسال شده است ؛ متفاوت و حتی کوچکتر باشد. بخاطر اینکه سیگنال ممکن است بنابر شرایط مختلفی تحریف یا تخریب شود. حالا چاره چیست؟
اگر سیگنال اصلی بتواند توسط چندین آنتن ارسال شود ( همانند آنچه که در MIMO توضیح داده شد ) ، سپس 802.11n میتواند سیگنال تخریب شده ای که دریافت شده را همانند سیگنال اورجینال بازیابی یا اصطلاحاً Restore کند.همانطور که میدانید ، یک دیوایس 802.11n میتواند از چندین آنتن و همچنین زنجیره های رادیویی استفاده کند تا چندین سیگنالِ دریافتی ( که کپی همدیگر هستند ) ، را دیافت کند.
حالا ممکن است که یک کپی از سیگنال مورد نظر بهتر از بقیه باشد ، یا ممکن است یک کپی برای یک محدوده زمانی بهتر از بقیه باشد و بعد از آن بدتر شود. در همه حال 802.11n ، مکانیزم Maximal-Ratio Combining یا MRC را مطرح میکند. با استفاده از این مکانیزم میتوان چندین کپی از سیگنال ها را با یکدیگر ترکیب کرد تا یک سیگنال که بهترین نسخه از تمام سیگنال ها است ، تولید شود.در کل ، نتیجه نهاییِ MRC و دلیل استفاده آن احیا کردن یا بازسازیِ سیگنال های تخریب شده و بهبود SNR میباشد.
دوستان همانطور که در قسمت ها پیشین اشاره کردیم ، 802.11g و 802.11a هردو بر پایه OFDM هستند و از طرح های مدولاسیون و متد های زیر استفاده میکنند :
و گفتیم که بسته به شرایطی که سیگنال های فرکانس رادیویی را تحت تاثیر قرار میدهد ، دیوایس های وایرلسی میتواند یکی از 8 مدولاسیون و طرح های کدینگ را انتخاب کند. در 802.11n نیز بدلیل اینکه با 802.11a و 802.11g سازگار هستند ، میتوان از این 8 طرح استفاده نمود ؛ اما ، زمانی که این طرح ها بر روی تعداد فزاینده ای جریان های فضایی یا Saptial Streams [ که در قسمت ها پیشین توضیح داده شد ] پیاده سازی شود ، تعداد ترکیب ها نیز چندین برابر میشود.
پس بطور کلی اگر حساب کتاب کنیم ، 802.11n از 128 نرخ داده ای پشتیبانی میکند.
ویژگی های متعدد و توان راندمانی بالای 802.11n باعث میشود تا گمان شود این تکنولوژی یا اصطلاحا اصلاحیه 802.11 ، آخر تکنولوژی های Wireless باشه! اما واقعیت چیز دیگریست! با کمی درنگ در دنیای امروزه ی تکنولوژی به این نکته خواهیم رسید که هیچ مکانیزمی تا ابد بهترین نخواهد ماند و قطعا با سرعت ، ایده های جدید تر و بهتری جایگزین قبلی ها خواهد شد.
در رابطه ها 802.11 نیز این قانون صدق میکند .اصلاحیه 802.11ac ، در سال 2013 قدم بر دنیای وایرلس گذاشت و علاوه بر استفاده از بهترین ویژگی های 802.11n همراه با خود نسل جدیدی را به دنیای وایرلس معرفی کرد که هم سریع تر و هم اصطلاحاً مقیاس پذیر تر (Scalable) از خواهر برادر های پیشین خود بود.
هدف اصلی از این اصلاحیه چه بود؟! هدف این بود که سرعت را در دنیای وایرلس با استفاده از Gigabit Ethernet افزایش دهد که طبیعتا با افزایش سرعت بازده و راندمان شبکه وایرلسی ما نیز افزایش چشمگیری خواهد داشت ؛ و این را تحت عنوان VHT یا Very High Throughput معرفی کردند.برخی از ویژگی های جدیدِ 802.11ac در زیر نام برده شده است . دوستان شاید فکر کنید برخی از این ِویژگی ها مشابه 802.11n میباشد اما دقت کنید که شاید عنوان آن مشابه باشد اما قطعا پیشرفت قبل توجه ای رخ داده است.
در چند جلسه آینده تمامی موارد مذکور فوق را بطور مفصل و با مثال های متعدد تشریح خواهیم کرد .
در پایان جلسه پیشین به معرفی 802.11ac پرداختیم . در جلسات پیش رو ویژگی های این اصلاحیه 802.11 را بطور کامل بررسی خواهیم کرد. .
باندِ 5GHz ، از تعدادی کانال ساخته شده است که عرض هر کدام 20MHz میباشد.بهتر است برای ادامه کار به شکل زیر دقت کنید :
همانطور که در شکل بالا مشاهده میکنید ، 802.11a بایستی همیشه از کانالِ 20MHzای استفاده کند. یکی از بهبود هایی که در 802.11n صورت گرفت این بود که دو کانال میتواند اجماع شود و یک کانال منفردِ 40MHzای برای افزایش بازده ایجاد کند.
اصلاحیه 802.11ac حتی از این هم فراتر رفته و عملکرد طرح Channel Aggreagation بهتری دارد. بدین ترتیب که پهنای کانال میتواند 20 ، 40 ، 80 یا 160MHz باشد.
با 23 کانالِ موجود ، تعداد کانال های اجماع شده شده ای که Overlap نیستند ، به دلیل افزایش پهنای کانال ، کاهش می یابند.
برای مثال : تنها 11 کانالِ 40MHzای ، 5 کانالِ 80MHzای و 2 کانالِ 160MHzای وجود دارد.برای بیشینه ساختنِ استفاده از کانال ، 802.11ac یک ایده خلاقانه را پیشنهاد میدهد؛ بدین صورت که ، پهنای کانال میتواند بصورت پویا یا داینامیک عمل کند که بر پایه اصطلاحا قاب-به-قاب یا Frame-by-Frame میباشد. این بدین معناست که عرضِ کانال ها میتواند بر روی باند Overlap داشته باشد ، اما نمیتواند بصورت همزمان مورد استفاده قرار بگیرد.
اگر عرضی از کانال مورد نیاز باشد و در دسترس هم باشد ، میتواند مورد استفاده قرار بگیرد. و اگر قسمتی از آن ( عرضِ کانال ) ، قبلاً مورد استفاده قرار گرفته است ، باقیمانده آن میتواند برای نقل و انتقالی درخواست کند.تصور کنید دو Access Point یا AP در یک ناحیه عمومی یکسان قرار گرفته اند ( و قاعدتا با یکدیگر Overlap دارند ) . بطور ایده آل و منطقاً این دو AP باید عملیات خودشان را بر روی کانال های جداگانه ای که با یکدیگر Overlap ندارند انجام دهند ؛ چرا؟ خب برای کمینه ساختن و کاهش دادنِ تداخل کانال های همسایه یا مجاور.
به شکل زیر دقت کنید تا توضیحات تکمیلی در ادامه داده شود :
در شکل فوق ، مشاهده میکنیم که دو AP میتوانند از کانال های 20 و 40MHzای خود در هر زمانی بدون هیچگونه تداخلی استفاده کنند. اما ، کانال های 80 و 160MHzای بصورت کامل با یکدیگر Ovelap دارند و بر روی یکدیگر قرار گرفته اند.
خب قاعدتا این مشاجره باید با استفاده از مکانیزمی کنترل شود. دقیقا همانند مشاجره و دعوای بین دو نفر که توسط وضع قوانینی کنترل میشود یا در مثالی دیگر تقریبا میتوان به کنترل خودرو ها بر سر چهارراه ها و عملکرد چراغ راهنمایی در سهولت عبور و مرور اشاره کرد.
(البته این مثال ها دقیقا به مثابه بحث ما نیست و صرفا برای بخاطر سپردن مفاهیم مطرح میشود.مکانیزمی که در دنیای وایرلس برای اداره کردن و کنترل Contention بین دیوایس ها وجود دارد فریم هایی به نام RTS یا Request-To-Send و CTS یا Clear-to-Send میباشد.حالا فرآیند کار به چه صورت است؟!
اگر یک AP آماده انجام عملیات و نقل و انتقالات خود بر روی یک کانال باشد ، در ابتدا یک فریمِ RTS بر روی کانال اصلیِ 20MHzای خود ارسال میکند و سپس این فرم RTS را تکثیر یا Duplicate کرده و بر روی تمامِ کانال های 20MHzای دیگر که آنها جزئی از کانال های عریض تر دیگر هستند ، میفرستد.
با انجام این کار ، AP ما برای استفاده از تمام پهنایِ کانال درخواست داده است. سپس گیرنده مورد نظر ، بررسی میکند که آیا کل کانال آزاد میباشد و یا خیر! سپس یک فریمِ CTS بر روی هر کانال 20MHzای که آزاد میباشد ، میفرستد.در این زمان AP ، میتواند یک مقیاس از نقاط آزادِ پهنایِ کانال بدست آورد و نقل و انتقالات مورد نظر خود را در آن نقاط آزاد انجام دهد.در جلسه آینده ، به ادامه ویژگی های 802.11ac یعنی Dense Modulation ، MAC layer efficiency و Explicit Transmit Beamforming خواهیم پرداخت