مقدمه ای بر شبکه های وایرلس

با نام و یاد خداوند مهربان. آموزش جلسه اول MTCWE را آغاز می کنیم.در این جلسه به صورت مختصر به مباحث تئوری در شبکه های وایرلس می پردازیم، تفاوت فرکانس های 2.4 و 5 گیگاهرتز ، نقاط قوت و ضعفشون و … را بررسی می کنیم.

ممکن است مباحث در جلسات ابتدایی از حیث تئوری بودن زیاد دلچسب و مفهومی نباشد ولی به قطع یقین با گذر زمان و ورود به مباحث عملی میکروتیک تمام این مطالب بازگو خواهد شد و کاربرد آن ها را تک به تک بررسی خواهیم کرد. در صورتی که با هر گونه سوال یا ابهامی مواجه شدید در قسمت دیدگاه زیر پست مربوطه ما را مطلع سازید.

اولین چیزی که در شبکه وایرلس مهم می باشد استاندارد وایرلس IEEE:802.11 می باشد . هر استاندارد IEEE با نامی منحصربه‌فرد شناخته می‌شود. پیشوند 802 نشان‌دهنده تمامی پروتکل‌ها و اصلاحیه‌های مربوط به شبکه‌های یک محدوده است. برای مثال استانداردهای شبکه محلی Ethernet یا همان LAN با 802.3 نام‌گذاری شده و استانداردهای شبکه‌های خصوصی بلوتوث PAN نیز با 802.15 شناخته می‌شود. به این ترتیب وای‌فای یا همان Wireless LAN نیز با عدد 802.11 شناخته می‌شود.

چرا استاندراد 802.11 ارائه شد؟

تمام دستگاه های وایرلس مثل میکروتیک ، موبایل ها ، لپ تاپ  ها و … توسط تولیدکنندگان مختلفی تولید می شوند ولی باید قابلیت اتصال به هم را داشته باشند بنابراین استاندارد 802.11 توسط شرکت IEEE ارائه شد .در این استاندارد خیلی مفاهیم و قوانین مختلف در حوزه های مختلف مثل security ها، پروتکل ها،connection ها و غیره بحث می شود.

استاندارد 802.11

گفتیم که شرکت IEEE ، استاندارد 802.11 را برای شبکه های وایرلس ارائه داد .که معروفترین آن ها 2 مورد می باشد :

802.11 b/g/n

802.11 a/n/ac

در استاندارد b/g/n از فرکانس 2.4GHZ استفاده می شود و در استاندارد a/n/ac از فرکانس 5GHZ استفاده می شود.

در این 2 فرکانس ( 5 و 2.4 گیگا هرتز ) دو تفاوت عمده وجود دارد :

سرعت انتقال اطلاعات

یعنی مقدار بیتی است که در واحد زمان بین دستگاه ها در هر فرکانسی مبادله می شود:

802.11b –> 11Mbps

802.11G –> 54Mbps

802.11A –> 54Mbps

802.11N –> 450Mbps

802.11AC –> 1300Mbps

مثلا اگر استاندارد  802.11b  را انتخاب کنیم، لینک بین دو دستگاه در هر ثانیه تا 11mbps می تواند تبادل اطلاعات داشته باشد.اگر بخواهیم لینکی برقرار کنیم که 100 مگابیت دیتا در هر ثانیه بین دو دستگاه جابه جا کند، طبق جدول زیر نمی توانیم لینک وایرلس را در استانداردهای b – g – a قرار دهیم و حداقل باید لینک وایرلس  در استاندارد N قرار بگیرد.

در جدول زیر تفاوت این دو استاندارد از لحاظ سرعت انتقال اطلاعات بررسی شده  است :

Theoretical speed :  :میزان  سرعت به صورت تئوری
Real-World speed :  :میزان  سرعت به صورت واقعی

همانطور که در جدول بالا مشاهده می کنیم، استاندارد 802.11n در هر دو فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز  مشترک است بنابراین با بررسی این استاندارد ،می توانیم تفاوت سرعت انتقال اطلاعات را بهتر متوجه شویم.

• سرعت تبادل اطلاعات در استاندارد 802.11n در فرکانس 5 گیگاهرتز ، برابر با 900 مگابیت بر ثانیه است .
• سرعت تبادل اطلاعات در استاندارد 802.11n در فرکانس 2.4 گیگاهرتز برابر با 300 مگابیت بر ثانیه است  .

پس در فرکانسهای بالاتر (5 گیگاهرتز) امکان انتقال سریعتر اطلاعات وجود دارد که به عنوان پهنای باند نیز شناخته می شوند. پهنای باند بالاتر به این معنی است که فایلها سریعتر بارگیری و بارگذاری می شوند.

دامنه تحت پوشش

در تصویر زیر ، دامنه ای که فرکانس های 2.4GHZ  و 5GHZ  تحت پوشش خود قرار می دهند ، مشخص شده است:

جدول زیر، تفاوت این دو فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز را از لحاظ دامنه ای که تحت پوشش قرار می دهد، بررسی می کند:

Theoretical Distance  :  :دامنه تحت پوشش  به صورت تئوری
Real-World Distance  :  : دامنه تحت پوشش  به صورت واقعی

مجدد استاندارد 802.11n که در هر دو فرکانس 2.4 گیگاهرتز و 5 گیگاهرتز  مشترک است در نظر بگیرید:

• دامنه تحت پوشش در فرکانس 5 گیگاهرتز  برابر با 820 فوت  است .
• دامنه تحت پوشش در فرکانس 2.4 گیگاهرتز برابر با 460 فوت  است  .

پس در فرکانس پایین تر ( 2.4 گیگا هرتز) دامنه ای که تحت پوشش قرار می گیرد بیشتر است .

در استاندارد 802.11ac-فرکانس 5 گیگاهرتز ، برد دامنه 820 فوت است که البته امکان بزرگتر شدن این دامنه نیز وجود دارد و همچنین تقویت شده هم است  .

**از این لینک می توانید استفاده کنید**

فرکانس 2.4 گیگاهرتز یا 5 گیگاهرتز 

برای اینکه دو دستگاه با هم حرف بزنند،باید هر دو در یک فرکانس باشند. دستگاهی که با فرکانس  2.4Gh کار می کند تنها با 2.4GH ارتباط می گیرد و دستگاهی که با فرکانس  5Gh کار می کند تنها با 5GH ارتباط می گیرد. بنابراین به عنوان یک مهندس IT باید در حین خرید دستگاه برای یک سازمان به این نکات توجه کنیم.(البته دستگاهی هم وجود دارد که هر دو حالت را ساپورت می کند)

به فرض اگر  یک دستگاه سرویس دهنده مثل access point را در باند 2.4GH قرار دادیم، باید دستگاه station مقابل آن هم در فرکانس  2.4GH با دستگاه سرویس دهنده صحبت کند تا ارتباط برقرار شود.

در تصویر زیر می توانیم دو مدل روتر برد 912 رو مشاهده می کنیم که همانطور که مشخص است، دو فرکانس برای این دستگاه وجود دارد .بنابراین سوالی که برای ما مطرح می شود این است که کدام فرکانس را باید انتخاب کنیم ؟ فرکانس 2.4 گیگاهرتز یا 5 گیگاهرتز  ؟

پاسخ به این سوال به نحوه مصرف ما بستگی دارد.به نکات زیر توجه کنید:

• امروزه  بسیاری از دستگاه ها مثل مایکروویو ،تلفن های بی سیم ،تلویزیون ، درب های کاراژ، از طول موج 2.4 گیگا هرتزی استفاده می کنند پس برای استفاده از این دستگاه ها به صورت وایرلس باید از فرکانس 2.4 گیگا هرتزی استفاده کرد. قبلا هم اشاره کردیم ،دستگاهی که با فرکانس  2.4GH کار می کند تنها با 2.4GH ارتباط می گیرد. دستگاهی که با فرکانس  5Gh کار می کند تنها با 5GH ارتباط می گیرد . پس یکی از نکاتی که باید حین خرید به آن توجه کنیم، فرکانس دستگاه هایی که قرار است با دستگاه مدنظر در ارتباط باشند.
• اگر سرعت سریع تر برای ما مهم است ، معمولاً 5 گیگاهرتز انتخاب بهتری نسبت به 2.4 گیگاهرتز است . فرکانس های بالاتر امکان انتقال سریعتر داده ها را دارند یعنی این که فایل ها سریعتر بارگیری و بارگذاری می شوند.
• هرچه فرکانس یک سیگنال بی سیم بیشتر باشد ، دامنه آن کوتاه تر است سیگنال های فرکانس بالا نمی توانند در اجسام جامد مانند دیوارها و کف ها نفوذ کنند. بنابراین اگر از دستگاهی مانند تلفن هوشمند استفاده می کنیم که مدام در حال حرکت است و در یک جا ساکن نیست، توصیه می شود از فرکانس 2.4 گیگا هرتزی استفاده کنیم چون فرکانس 2.4 گیگاهرتزی طول موج دامنه وسیع تری نسبت به 5 گیگاهرتزی دارد و می تواند راحت تر از فرکانس 5 گیگاهرتز به اجسام جامد نفوذ کند .
• فرکانس 5 گیگاهرتز چون طول موج کمتری دارد برای فواصل دور تر مناسب است.
• اگر داخل ساختمان هستیم بهتر است از فرکانس 2.4 گیگاهرتز استفاده کنیم .

نقاط منفی فرکانس  2.4GH

1- نرخ اطلاعاتی که در فرکانس  2.4GH جابجا می شود،کم است . در فرکانس 2.4GH حداکثر تا  300Mpbs  اطلاعات بین دو دستگاه جابجا می شود(300 مگابیت در واحد زمان).

2- احتمال تصادف در فرکانس  2.4GH بیشتر است چون بر اساس شکل زیر  دامنه ای که تحت پوشش قرار می دهد گسترده تراست و هر لحظه ممکن است با محیط، فرکانس های مزاحم ،نویزهای اطراف برخورد کند.

3- چون بسیاری از دستگاه ها با فرکانس 2.4GH کار می کنند پس در این فرکانس تداخل بیشتر است.

  نقاط مثبت  فرکانس  2.4GH

1- دامنه گسترده تری را تحت پوشش خود قرار می دهد.

2-قابلیت نفوذ پذیری بیشتری در اجسام جامد نسبت به فرکانس 5GH دارد .

3- ماکسیمم دامنه ای که پوشش می دهد 410 فوت است که حدودا برابر 125 متر می باشد.

نقاط منفی فرکانس  5GH

1- محدوده ای  که تحت پوشش قرار می دهد کم است، در نتیجه اگر کاربر (سرویس گیرنده) زیاد حرکت داشته باشد از محدوده ی تحت پوشش خارج شده و ارتباط اش قطع می شود .

2- نفوذ پذیری کمتری در اجسام جامد دارد .

3- ماکسیمم دامنه ای که پوشش می دهد 410 فوت است که این مقدار تقویت شده است .

نقاط مثبت فرکانس  5GH

1- اطلاعاتی که در فرکانس  5GH می تواند جابجا شود بیشتر است.  در فرکانس 5GH می توان حداکثر تا  1.7Gpbs  اطلاعات را بین دو دستگاه جابجا کرد (1.7 گیگابیت در واحد زمان). پس این فرکانس برای انتقال تصاویر خیلی مناسب است .

2- احتمال تصادف در فرکانس  5GH  کمتر است با توجه به شکل زیر طول موج کمتری دارد در نتیجه کمتر با محیط، فرکانس های مزاحم ،نویزهای اطراف برخورد می کند.

3- چون دستگاه های کمتری در این  فرکانس  کار می کنند پس در این فرکانس تداخل کمتر  است.

 

کانال های یک  فرکانس

فرکانس  2.4GH به کانال های (channel) مختلفی تقسیم می شود.

برای فهم بهتر این موضوع ، یک اتوبان را تصور کنید که در نقش باند 2.4GH می باشد ، برای اینکه بی نظمی پیش نیاید این باند را به 14 کانال (channel) تقسیم می کنیم مثل اینکه اتوبان را به 14 line تقسیم کنیم.

هر کانالی (channel) یک بازه ای دارد طبق تصویر زیر channel 1 از فرکانس 2401  تا 2423 می باشد و فرکانس مرکزی این بازه 2412 می باشد که تحت عنوان F0 مشخص شده است. کانال بعدی از فرکانس 2406 تا 2428 می باشد و فرکانس مرکزی آن 2417 و به همین ترتیب.

نکته: در دستگاه های وایرلس برای مشخص کردن فرکانس دستگاه ، لیستی از فرکانس های مرکزی رو مشاهده می کنیم(2412، 2417، 2422  و..) بنابراین اگر در روتر (یا میکروتیک ) عدد 2412 را انتخاب کردیم در واقع کانال1 یا بازه 2401-2423 را انتخاب کرده ایم، اگر بخواهیم کانال 6 یا بازه 2426-2448  را انتخاب کنیم باید فرکانس 2437 را برای دستگاه انتخاب کنیم.(در جلسات آتی ،به صورت عملی موضوع را بررسی می کنیم)

در تصویر زیر هم بازه های کانال ها مشخص شده است که همانطور که مشخص است کانال ها با هم همپوشانی دارند. یعنی در باند 2.4 که 14 کانال وجود دارد ، کانال 1 با کانال 2 و 3 و 4 و 5 تداخل دارد ولی با کانال 6 تداخلی ندارد . همچنین کانال 6  با 7،8،9،10 تداخل دارد ولی با 11 تداخل و هم پوشانی ندارد.

نکته: کانال ها با فاصله 5 تا با هم تداخل ندارند.

با این اوصاف اگر 3 دستگاه وایرلس در یک سازمان داریم برای جلوگیری از تداخل آنها ،یکی را در کانال channel 1، دیگری در کانال channel6 و سومی را در کانال channel11 قرار می دهیم، در این صورت هیچ گونه همپوشانی باهم ندارند.

نکته دیگری که در تصویر مشاهده می شود این است که اکثر کشورهای دنیا 13  کانال را ساپورت می کنند ولی کشور آمریکا فقط 11 کانال را ساپورت می کند و اگر از این حدود خارج شوید موجب جریمه می شوید.

 

 

نکته بعدی آیا باچسباندن کانال ها بهم سرعت بالاتر می رود؟

قطعا پاسخ منفی است. در حالی که ظاهرا باید سرعت انتقال بیشتر شود ولی به دلیل تداخلات زیادتر ، ممکن است سرعت گاها کاهش یابد.

توجه داشته باشید هرچه پهنای باند بالاتر می رود ، تداخل هم بیشتر می شود. هر چی شماره فرکانس مرکزی بالاتر می رود قدرت نفوذپذیری پایین تر می آید. مثلا میخواهیم در یک ساختمان قدیمی که دیوارهای ضخیم و بلندی دارد، شبکه وایرلس ایجاد کنیم ، باید فرکانس پایین تری انتخاب کنیم تا قدرت نفوذ از دیوارها بیشتر باشد و عملکرد شبکه بهتر باشد.

مثال زنده آن این است که رادیو ماشین روی موج AM ، باند فرکانسی پایینی استفاده می کند(کیلوهرتز ) .در این حالت اگر ماشین از تونل عبور کند صدا کمی خش خش می کند ولی قطع نمی شود چون ضریب نفوذ بالایی دارد. اما اگر موج fm را انتخاب کنیم هرچند کیفیت بهتری دارد ولی  چون فرکانس بالاتری دارد، ضریب نفوذ پایین تری دارد و در تونل ارتباط قطع می شود.

با این اوصاف اگر داخل ساختمان یا سازمانی شبکه وایرلس طراحی می کنیم از باند  2.4 گیگاهرتز استفاده می کنیم چون باید ضریب نفوذ بالاتر باشد ولی برای زمانی که می خواهیم شبکه وایرلس بین دو شهر طراحی کنیم از باند 5ghz استفاده می کنیم چون ضریب نفوذ کمترو کیفیت بالاتر نیاز می باشد .

در تصویر زیر هم کانال های مربوط به باند 5GH را مشاهده می کنیم:

 

همانطور که گفتیم این جلسه مقدمه ای بر شبکه های وایرلس بود وسعی کردیم به صورت خیلی مختصر به دو مفهوم مهم فرکانس 5 گیگاهرتز و فرکانس 2.4 گیگاهرتز بپردازیم و نقاط قوت و ضعفشون رو بررسی کنیم.در جلسات آتی کاربرد این مفاهیم در میکروتیک را به عینه خواهیم دید.

با دوره آموزش میکروتیک در خدمت شما هستیم. لطفا سوالات ، نظرات و پیشنهادات خود را در قسمت دیدگاه ها با ما در میان بگذارید.

به این مقاله چند تا ستاره میدی؟

[تعداد رای: 8 امتیاز: 4.4]