شبكه هاي محلي بي سيم WLLو موارد استفاده آن

مقدمه :

با نگاهي گذرا به روند توسعه و رشد صنعت مخابرات – از آغاز اختراع تلفن تا كنون – مي توان دريافت كه توسعه و پيشرفت در بخش دسترسي ، در مقايسه با بخش شبكه ، بسيار كند صورت گرفته است ، به طوري كه هنوز عمده ي ارتباطات مشتركان با شبكه از طريق حلقه هاي محلي با سيم كه عمر مفيد آن به زمان گراهام بل بر ميگردد ، انجام مي پذيرد . با توجه به گسترش فناوري باند پهن ، حمل اطلاعات ، صوت ، تصوير ، و ديتا با حجم عظيم بين قاره ها ، كشورها
وشهرها به سادگي انجام مي پذيرد . وليكن به دليل عقب ماندگي بخش دسترسي ، رساندن اين اطلاعات به مشتركان هنوز با مشكلات عديده اي مواجه است.از بين بردن اين معضل ، بايد با دو انديشه همراه باشد: اول اينكه ، شبكه هاي دسترسي حلقه محلي با سيم ارتقا يابد و دوم اينكه شبكه حلقه محلي بي سيم ايجاد شود.

تعريف :

حلقه محلي بي سيم به سيستم ارتباطي اطلاق مي شود كه در آن از امواج راديوئي ، مادون قرمز و مايكروويو به جاي سيم و كابل براي انتقال سيگنال بين دو دستگاه استفاده شود.
از ميان اين دستگاه ها مي توان به پيغام گير ها ، تلفن هاي همراه ، كامپيوترهاي قابل حمل ، شبكه هاي كامپيوتري ، دستگاه هاي مكان ياب ،سيستم هاي ماهواره اي اشاره كرد.

فناوري بي سيم به سرعت در حال پيشرفت است و نقش كليدي را در زندگي ما در سر تاسر دنيا ايفا مي كند . اين فناوري به كاربر امكان استفاده از دستگاه هاي مختلف، بدون نياز به سيم يا كابل، در حال حركت را مي دهد. شما مي توانيد صندوق پست الكترونيكي خود را بررسي كنيد ، بازار بورس را زير نظر بگيريد ، اجناس مورد نياز را خريداري كنيد و يا حتي برنامه تلويزيوني مورد علاقه خود را تماشا كنيد.

بسياري از زمينه هاي كاري از جمله مراقبت هاي پزشكي ، اجراي قوانين و سرويسهاي خدماتي احتياج به تجهيزات بي سيم دارند. تجهيزات بي سيم به شما كمك مي كنند تا تمام اطلاعات را به راحتي براي مشتري خود به نمايش در آوريد.از طرفي مي توانيد تمام كار هاي خود را در حال حركت به سادگي بروز رساني نمائيد و آن را به اطلاع همكاران خود برسانيد.

تكنولوژي بي سيم به سرعت در حال گسترش است تا بتواند ضمن كاهش هزينه ها به شما امكان كار درحين حركت را نيز بدهد در مقايس با شبكه هاي سيمي هزينه نگهداري شبكه هاي بدون سيم كمتر است شما ميتوانيد از شبكه هاي بدون سيم براي انتقال اطلا عات از روي دريا ها / كوه ها و…….. استفاده كنيد و اين در حالي است كه براي انجام كاري مشابه توسط شبكه هاي سيمي كاري مشكل در پيش رو خواهيد داشت.

فناوري هاي مورد استفاده :
تولد سيستم هاي دسترسي بي سيم ،از اوايل دهه ي ۸۰ بوده،و دوران رشد آن از اوايل دهه ۹۰ با استفاده از فناوري هاي زير آغاز شده است:
۱- ارتباطات راديوئي سلولي با امكان سيار بودن كاربر
۲- راديو ديجيتال كم ظرفيت براي پوشش محلي
۳- ارتباطات بي سيم ثابت
۴- ارتباطات سيار ديتا

۵- ارتباطات بي سيم براي سرويس هاي مولتي مديا

۶- ارتباطات بي سيم باند پهن با استفاده از WLAN

تكامل سيستم هاي WLL :
نسل اول: سيستم هاي دسترسي بي سيم ابتداعا به صورت آنالوگ بوده ، و از فناوري

در آن استفاده گرديده است و FDMA =Frequnce Divition Multiplex Access
عمر مفيد آنها از ۱۹۸۰ الي ۱۹۹۰ بوده است.
نسل دوم: اين سيستم در سال ۱۹۹۰ متولد شد كه عمدتا مبتني بر فناوري ديجيتال

بوده و مرسوم ترين آنهاTDMA = Time Divition Multiplex Access
ميباشند.(PDC,PACS,PHS,DECT,GSM)

PDC = Personal Digital Cellular
PACS = Personal Access Communication System
PHS = Personal Handyphone System
DECT = Digital European Cordless Telephone
GSM = Global System Mobile

بررسي هاي بعمل آمده نشان ميدهد كه از سال ۱۹۹۹ بازار فناوري مبتني بروش زير
در صف مقدم قرار دارند، و بديهي ترين CDMA = Code Divition Multiplex Access
علت آن ظرفيت بالا و مقياس پذيري آن اعلام شده است . اين فناوري قادر به انتقال سرويس هاي باند پهن ، صوت ، ديتا و تصويراست.
واينترنت ISDN سرويس هاي ديتاي سرعت بالا و S-CDMA ) Synchronose CDMA(

و………..را پشتيباني ميكند . افزايش كار بران ، بدون ايجاد تغييرات محسوس دربخش مركزي
شبكه ي آن ، امكان پذير است .
در CDMA كانالهاي متفاوت هم فركانس بوده ولي كد هاي متفاوت استفاده مي نمايند .لذابه

هر كاربر كد مشخصي تخصيص داده مي شود كه براي فرستنده و گيرنده مشخص است .كد ها
در حالت ايده ال بر هم متعامد هستند . سيگنال در يافتي با كد خاص كار بر ضرب و انتگرال
گيري شده و اطلا عات كار بر خاص استخراج مي گردد.

نسل سوم : مانند UMTS قصد داشتند مشكلات متعددي را كه نسلهاي ۲و۵/۲ با آن روبرو
بودند برطرف كنند.همان طوري كه گفتيم ، از جمله اين مشكلات ، سرعت پائين ارسال ، قيمت
زياد و وجود فناوري هاي ناهمخوان وسازگارناپذير((TDMA/CDMAدركشورهاي مختلف است . بنا بر اين ، به منظور فعال سازي استفاده از خدمات چند رسانه اي جديد، حتي پهناي باندها نيز بايد با كمترين هزينه نسبت به سامانه هاي پيشين ارائه شوند. انتظاراتي كه از نسل ۳ وجود داشت ، افزايش پهناي باند به b/s 128 در ماشين ها و mb/s2 در كاربردهاي ثابت بود. ولي در واقعيت ، خروجي نسل سوم نه روشن بود و نه مشخص. البته يك قسمت از اين مشكل
به استفاده تامين كنندگان و ارائه دهندگان شبكه ها از استانداردهاي مجزا براي نگهداري و

پشتيباني سامانه ها بر ميگرددزيرا بدنه اين استانداردها باعث ايجاد تفاوتهائي در فناوري واسط هاي هوائي مي شود.در ضمن سوالات مالي متعددي هم وجود دارد كه باعث ترديددر مرغوبيت
شبكه هاي نسل ۳ مي شودو اين نگراني وجود دارد كه در بسياري از كشورها ، نسل ۳ مورد توجه واقع نشود. اين نگراني ها در نهايت باعث ايجاد رقابت و تمايل به استفاده از فناوري هاي
بي سيم نسل چهارم شد.

 

MBS = Mobile Broadband System
UMTS =Universal Mobile Telecommunication System
IMT-2000 = International Mobile Telecommunication 2000
FPLMTS = Future Poblic Land Mobile Telecommunication Systems
WCPN = Wireless Customer Permises Network

نسل چهارم : يا G4 ، نامي است كه به سامانه هاي سيار مبتني بر IP كه دسترسي را از طريق يك مجموعه از واسط هاي راديوئي تامين مي كنند، داده است.اين شبكه ها متكي بر فناوري هاي سوئيچ بسته اي هستند و بطور كلي مبتني بر مجموعه پروتكل IP در هر دو بخش شبكه هاي با سيم و بي سيم هستند. شبكه G4 برقراري بهترين خدمات اتصال دگر سپاري بي سيم را تعهد مي كند و از طرف ديگر چندين واسط دسترسي راديوئي مانند:

BLUETOOTH,GPRS,WLAN,HIPERLAN را به يك شبكه واحد كه كاربر از آن استفاده مي كند تبديل خواهد كرد. با اين ويژگي ، كاربران خواهند توانست به خدمات مختلف دسترسي پيدا كرده و پوشش داشته باشند در ضمن ، راحتي استفاده از يك وسيله واحد را نيز تجربه كنند. از طرف ديگر يك صورتحساب را با كاهش كل هزينه دسترسي داسته و دسترسي بي سيم قابل اعتمادي را حتي در صورت از دست دادن يك يا چند شبكه،داشته باشند. در حال
حاضر G4 يكي از ابتكارات مراكز تحقيقاتي براي فائق آمدن بر محدوديت هاي موجود و بر طرف كردن مشكلات G3 است كه نتوانسته به وعده هاي خود در زمينه عملكردها و خروجي هاي مختلف عمل كند.
شكل شماره ۱ نشان دهنده نسلهاي تلفن بي سيم و شكل شماره ۲ نشان دهنده تكامل آن و در جدول شماره ۳ مقايسه فناوري هاي شبكه حلقه بي سيم را نشان ميدهد.

 

شكل شماره- ۱ نسل هاي تلفن بي سيم

شكل شماره – ۲ تكامل دسترسي بي سيم

جدول شماره ۳ مقايسه فنا وري PCS

شبكه بي سيم باند گسترده WLAN

فناوري هاي اينترنت باند گسترده بي سيم تحت عنوان كلي استاندارد IEEE 802 توسط سازمان مهندسان آمريكا معرفي شده اند. زير بخش هاي اين استاندارد كه با شماره هاي پسوندي مشخص مي شوند بطور جداگانه براي هر فن آوري تعيين گرديده است.از ميان معروف ترين اين فناوري ها مي توان به موارد زير اشاره كرد:
۱- استاندارد IEEE 802/15 كه با نام BLUETOOTH شناخته ميشود.
۲- استاندارد۱۱/ ۸۰۲ IEEE كه با نام WI-FI شناخته ميشود .
۲- استاندارد۱۶/ ۸۰۲ IEEE كه با نام WIMAXشناخته ميشود .
تفاوت اصلي اين استاندارد ها در برد مسا فتي است كه براي هر كدام در نظر گرفته شده و پهناي
باند ي كه براي تبادل داده در اختيار قرار ميدهند ، است . جدول شما ره يك مشخصات هر كدام از اين استاندارد ها را نشان ميدهد .

پهناي باند برد مسافتي نام استاندارد
يك مگا بايت بر ثانيه تا ۱۰ متر Bluetooth
11تا ۵۴ مگا بيت بر ثانيه ۱۰ تا ۱۰۰ متر WI-FI
70 مگا بايت بر ثانيه ۱۰۰ متر تا ۵۰ كيلو متر WiMax

جدول شماره يك مشخصات استانداردها

هدف از اين گزارش ، معرفي استاندارد هاي Bluetooth ، Wi-Fi و WiMax است . معرفي شامل ارائه اطلا عات در مورد كار برد ها ، سهم و نوع بازار ، پهناي باند كاري و نقاط ضعف وقوت
هر كدام است . پس از معرفي اجمالي مشخصات فني ، جايگاه هركدام از اين استاندارد ها در ايجاد و توسعه ي شبكه اينترنت توضيح داده مي شود . جايگاه هركدام ازاين استا ندارد ها با توجه بهمشخصات فني تعيين ميشود از آن جمله متوان به مناسب بودن Bluetooth براي شبكه هاي خانگي ، Wi-Fi براي LAN و WiMax براي شبكه هاي WAN بايد اشاره نمود .انگاه به مقايسه مزا يا وضعف هاي اين استاندارد ها پرداخته مي شود.

جدول شماره ۲ خلاصه ويژگي هاي استاندارد هاي مختلف فوق را نشان ميدهد

كاربرد استاندارد نرخ داده برد
مسافتي مصرف
توان شبكه
اتصال بدون سيم تجهيزات جانبي كامپيوتر
Bluetooth كم ۱۰متر پائين WPAN
اتصال به شبكه ي محلي به صورت بي سيم Wi-Fi متوسط ۱۰۰ متر متوسط WLAN
جايگزين DSL و مودم كابلي WiMax زياد ۳۰كيلو
متر بالا WMAN

در همين راستا براي شبكه هاي شخصيWireless Personal area network (WPAN)
كه نياز به برد كم دارند ، استانداردBlutooth 15 . 802 IEEE معرفي شده است . دستگاه هاي مبتني بر استاندارد Blutooth مصرف توان كم و نرخ تبادل داده پا ئين دارند .
استا ندارد .۱۱ Wi-Fi IEEE 802 نيز كه براي شبكه هاي محلي
Wireless Personal area network ( WLAN) توسعه داده شده ، بايستي با برد متوسط ، نرخ تبادل داده متوسط و مصرف توان كم را پشتيباني كند . در نهايت ، استاندارد جديد
IEEE802.16Wimax نيز كه براي شبكه هاي شهري WMAN)WirelessMetropolitan Erea Network) بكار ميرود ، داراي برد زياد ، نرخ تبادل داده بالا است و ناگزير ، مصرف توان آن نيز با لا خواهد بود .

نمودار شماره ۱ ، دسته بندي استاندارد هاي بي سيم باند گسترده را براي برحسب پهناي با ند ي كه در اختيار مي دهند و برد مسافتي آنها ، نشان مي دهد . در اين شكل ،‌ محور عمودي به پهناي باند ومحور افقي به برد اختصاص داده شده است . همانگونه كه در نمو دار مشخص است ، استاندارد Blutooth كه داراي برد كم و پهناي باند پائين است در گوشه سمت چپ پائين شكل قرار گرفته است . استاندارد Wi-Fi نيز كه داراي برد و پهناي باند متوسط است در وسط نمودار قرار دارد و استاندارد جديد Wimax هم در سمت راست نمود ار ديده مي شود.

ETSI ETSI ETSI
Hiper MAN Hiper LAN Hiper PAN
IEEE 802.15 IEEE 802.11 IEEE 802.16
BANDWIDTH
1Gbps

۱۰۰Mbps

Wi-Fi

۸۰۲٫۱۱a/g
10Mbps

Wi-Fi

۸۰۲٫۱۱b
1Mbps Blutooth
802.15.1
< 1 m 10m 100m upto 50km(s) up to 30km(s)

PAN LAN MAN WAN

Larger Install Base

نمودار شماره ۱ كاربرد و مسافت پوشش فناوري WLAN

شكل شماره ۳ استانداردهاي شبكه بي سيم WLAN

– مزایای شبکه های WLAN
در WLAN با استفاده از فرکانسهای راديويی بجای سيم های سنتی و معمول امکان دسترسی منعطف و بلادرنگ به اطلاعات مورد نياز کاربران فراهم ميشود. سادگی و سرعت اتصال و قطع اتصال تجهيزات بدون سيم در واقع راه و روش آسان ، قابل اعتماد و توسعه پذيری را برای افزايش کارايی و کاهش هزينه سازمانها ارائه می کند.
در محيط کاری امروزی که دائماً در حال تغيير و تحول می باشد يک شبکه محلی بدون سيم با تلفيق قدرت آزادی عمل و اطلاعات سبب می شود که مردم بتوانند به منابع اطلاعاتی شرکت يا سازمان ،
ا ينترنت و Email هر وقت و هر جائی که نياز دارند دسترسی پيدا کنند.
به طور کلی از مزايای اين شبکه ها ميتوان به اين موارد اشاره نمود:

– تحرک پذيری
سيستم های WLAN می توانند برای کاربران امکان دسترسی به اطلاعات بلادرنگ در هر مکان فيزيکی داخل سازمان را ايجاد کنند. اين تحرک پذيری فوق العاده سبب بالا رفتن توليد و ايجاد فرصتهای خدماتی جديد می شود که با هيچ نوع شبکه سيمی امکانپذير نيست.

– انعطاف پذيری و توسعه پذيری
پياده سازی شبکه Wireless نياز به سيم کشی يا کابل کشی از داخل ديوارها و سقف ها را مرتفع ميسازد. WLAN به سازمانها انعطاف لازم برای تغيير مکان کارکنان از يک دفتر به دفتری ديگر ، تغيير سازمان دپارتمانها و حتی کل سازمان را بدون انجام عملياتی خاص امکانپذير می سازد. تجهيزات پايه ای WLAN د رداخل يک ساختمان قرار می گيرند و از آن پس کاربران می توانند به آسانی کارت شبکه بدون سيم در داخل کامپيوتر خود نصب کرده و آزادانه تغيير مکان دهند.

– کاهش هزينه
در اثر معماری ساده و انعطاف پذير WLAN سازمانها می توانند هزينه های گزاف مديريت شبکه که ناشی از اضافه کردن ، حرکت دادن و تغيير دادن ميباشد را کاهش داده و بدين ترتيب زمان بازگشت سزمايه کاهش می يابد.
۴- کاربردهای شبکه های WLAN
شبکه های محلی بدون سيم معمولاً به شبکه های سيمی اضافه میشوند و اغلب چند متر آخر ارتباط بين يک شبکه سيمی و کاربر متحرک را ايجاد می کنند. کاهش قيمت دائمی و افزايش استفاده از فن آوری مجتمع شده WLAN در PC ها و تجهيزات موبايل سبب رشد بيشتر شبکه سازی بدون سيم در منازل ، محيط
های سازمانها و همچنين در اماکن عمومی مثل هتلها ، ايستگاه ها ، فرودگاهها و مراکز مهم آموزشی مانند مدارس و دانشگاهها شده است.
فهرست زير برخی از کاربردهای متعددی که با استفاده از توان بالقوه شبکه های بدون سيم محلی امکانپذير میشود را نشان میدهد :
– مديران شبکه در محيطهای پويا با استفاده از WLAN ، overhead های ايجاد شده به سبب تغيير مکان ، توسعه شبکه ها و ديگر تغييرات را به حداقل می رسانند.
– مديران شبکه ای که سابقاً در ساختمانهای قديمی شبکه های کامپيوتری سيمی نصب
کرده اند به اين نتيجه رسيده اند که WLAN راه حل ايجاد زير ساخت شبکه ها به صورت کاملاً مقرون به صرفه ميباشد.
– WLAN راه حل مناسب شبکه های موقتی و غير دائمی در نمايشگاهها و سمينارها می باشد.
– کارمندان انبارها ، از تجهيزات بدون سيم به منظور تبادل اطلاعات با پايگاههای داده مرکزی استفاده نموده و از اين طريق کارايی افزايش مييابد.
– مديران شبکه از WLAN برای ايجاد backup در مورد کاربردهای بحرانی و حساس در شبکه های سيمی استفاده می کنند.
– کارمندان دفتری می توانند به راحتی از جلسه ای به جلسه ديگر نقل مکان کنند و ارتباط خود را با شبکه سازمان به صورت دائمی حفظ نمايند.

• كاربرد WLAN در محيطهاي آموزشي و دانشگاهي
امروزه بسياري از مجتمعهاي دانشگاهي در سراسر جهان مجهز به فنآوري شبكه بدون سيم گرديده اند، به اين ترتيب دانشجويان، اساتيد و پژوهشگران به سادگي و در هر نقطه از دانشگاه اعم از داخل ساختمانها، محوطه و حتي سرسراي ورودي خوابگاه ها امكان دسترسي به اينترنت و همچنين منابع داخلي دانشگاه را خواهند داشت. به كارگيري شبكه هاي بدون سيم، انعطاف بالايي را براي برنامه ها آموزش از راه دور و كلاسهاي مجازي فراهم مي كند. كه به بهره وري آموزشي بيشتر منجر مي گردد. در ادامه به چند مورد اشاره مي شود:
دانشگاه TWENTE در هلند با استقرار ۶۵۰ عدد AP تمامي ۱۴۰ هكتار فضاي كمپ دانشگاهي را تحت پوشش يك شبكه بدون سيم قرار داده است. و اين در حالي است كه اين دانشگاه داراي يك شبكه سيمي با سرعت ۱۰۰ مگابيت در ثانيه براي هر ايستگاه مي باشد. دانشگاه فوق در حال ارتقاء تجهيزات بدون سيم خود از انواع ۱۱ مگابيت در ثانيه (۸۰۲٫۱۱b) به ۵۴ مگابيت در ثانيه (۸۰۲٫۱۱g) مي باشد. دانشگاه Portsmouth از سال ۲۰۰۱ كه يك شبكه بدون سيم آزمايشي را ايجاد نمود. تا امروز كه تعداد AP را به ۱۵۰ عدد رسانده توسعه دائمي اين شبكه را ادامه داده است. در حال حاضراز پروتكل امنيتي WPA در كل اين شبكه استفاده مي گردد.
اساساٌ بخش آموزشي بزرگترين كاربرآن فنآوريهاي بدون سيم مي باشد. آمار نمودار شکل ۲ به روشني سهم اين بخش را در به كارگيري فنآوري WLAN نسبت به ساير حوزه ها و بخشها نشان مي دهد. مطابق نمودار فوق در سال ۲۰۰۳ ضريب نفوذ شبكه هاي محلي بدون سيم در حوزه آموزش تا ۲۹ درصد افزايش يافته است.

شکل ۴- ضريب نفوذ WLAN در سال ۲۰۰۳

برخي مزاياي به كارگيري شبكه WLAN در يك محيط دانشگاهي عبارتند از:
۱- دسترسي آسان دانشجويان به اينترنت و موضوعات درسي مرتبط با فعاليتهايشان.
۲- امكان كارگروهي مابين اساتيد و دانشجويان بدون نياز به حضور فيزيكي در يك نقطه.
۳- برقراري شبكه هاي موقتي در مواقع خاص همچون برگزاري كنفرانسها و نمايشگاه هاي دانشجويي جهت ارائه خدمات مناسب به ميهمانان و سخنرانان.
۴- امكان انجام عمليات اداري همچون ثبت نام و اخذ واحد از طريق شبكه فوق.
۵- تسهيل عمليات مديريتي دانشگاه و دانشكده هاي .
۶- استفاده از قابليت انتقال صوت از طريق شبكه موسوم به VoWLAN جهت ارتباطات تلفني پرسنل دانشگاه در هر نقطه دلخواه.
۷- امكان گسترش تدريجي سطح زيرپوشش شبكه بسته به نياز و اولويتهاي موجود.
۸- امكان گسترش و يكپارچگي به ساير شبكه هاي سيمي و بدون سيم موجود (مانند شبكه تلفن همراه) در داخل و خارج دانشگاه.

۵- فناوری شبکه های محلی بدون سيم (WLAN)
• فناوری انتقال بدون سيم
WLAN ها از امواج الکترومغناطيسی برای برقراری ارتباط بين دو نقطه استفاده می کنند که سبب حذف نياز به کابل کشی اختصاصی برای هر ميز کار میشود.
امواج راديويی اغلب به نام حاملهای راديويی شناخته می شوند چون در واقع عمل تحويل انرژی به يک گيرنده راه دور را انجام می دهند. ديتای ارسالی به روی

حامل راديويی سوار می شود و به همين صورت ميتواند در گيرنده با دقت و صحت لازم استخراج شود. به اين عمل معمولاً مدولاسيون حامل با اطلاعات ارسالی گفته می شود.حامل های راديويی چندگانه می توانند در فضای يکسان و در زمان يکسان بدون تداخل با يکديگر وجود داشته باشند. البته شرط اين عدم تداخل استفاده از فرکانسهای مختلف در امواج راديويی ميباشد. برای استخراج ديتا يک گيرنده راديويی با يک فرکانس مشخص تنظيم می شود و مابقی فرکانسها را نمی پذيرد.