شبکه های بیسیم شبکه بیسیم ( wireless ) چیست ؟ تکنولوژی شبکه‌های بی‌سیم، با استفاده از انتقال داده‌ها توسط اموج رادیویی، در ساده‌ترین صورت، به تجهیزات سخت‌افزاری امکان می‌دهد تا بدون‌استفاده از بسترهای فیزیکی همچون سیم و کابل، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. شبکه‌های بی‌سیم بازه‌ی وسیعی از کاربردها، از ساختارهای پیچیده‌یی چون شبکه‌های بی‌سیم سلولی -که اغلب برای تلفن‌های همراه استفاده می‌شود- و شبکه‌های محلی بی‌سیم ( WLAN – Wireless LAN ) گرفته تا انوع ساده‌یی چون هدفون‌های بی‌سیم، را شامل می‌شوند.

یاد آوری فرکانس (Frequency ) : عبورتعداد سیکل امواج در مدت زمان یک ثانیه از یک نقطه می باشد. مهمترین پارامتر یک موج است که با واحد هرتز Hz اندازه گیری می شود.امواج با فرکانسهای مختلف ویژگیهای متفاوت دارند. فرکانسهای موجود در طبیعت از 10 4 𝐻𝑧 تا 10 18 𝐻𝑧 است . هرچه فرکانس موج بیشتر باشد حامل انرژی بیشتری است و اگر جذب مواد شود باعث حرارت و تغییر خواص آن می شود. طول موج ) (Wave Length : فاصله دو نقطه همسان و متوالی از یک موج است. هرچه فرکانس بیشتر باشد طول موج کمتر است .

ارتباطات بی سیم از امواج الکترومغناطیسی به روشهای مختلف برای برقراری ارتباط استفاده می شود: کنترل از راه دور به کمک نور مادون قرمز ( Infrared ) : این وسیله برای ارسال کد به فواصل کوتاه تا 10 متر و عموما بصورت داخلی ( indoor ) استفاده می شود.

ارتباطات بی سیم کنترل رادیو و تلویزیون بهترین نمونه از این دستگاه است در این تکنولوژی با زدن هر کلید یک کد از ریموت به دستگاه اصلی منتقل می شود. و دستگاه کد مربوطه را به یک دستور تبدیل و عمل می کند. در این تکنولوژی نور مادون قرمز روی یک خط مستقیم و یک مخروط محدود حرکت می کند لذا بایستی لامپ مادون قرمز در دستگاه فرستنده و گیرنده در مقابل هم قرار گیرند. از این تکنولوژی برای انتقال دیتا بین نوت بوک ها و تلفنهای موبایل هم استفاده می شود که حجم کمی از دیتا را مبادله می کنند.

ارتباطات بی سیم کنترل از راه دور به کمک امواج کوتاه مایکروویو : این روش برای ارتباط با فواصل بیشتر تا 50 متر عموما برای استفاده خارجی ( Out Door ) استفاده می شود. انتشار موج از طریق یک آنتن صورت می گیرد. مورد استفاده این سیستم در کنترل خودروها و درب بازکن های منازل بسیار زیاد است.

ارتباطات بی سیم پخش سراسری رادیو و تلویزیونی (Broadcast): ارتباط نقطه به نقطه(P 2 P) : از بی سیم برای ارتباط نقطه به نقطه P2P نیز استفاده می شود.

انتشار امواج الکترومغناطيس مي‌توان سه مدل اصلي براي انتشار امواج الکترومغناطيس مطرح کرد • Ground propagation يا انتشار زميني • Sky propagation يا انتشار آسماني • Line of sight propagation يا انتشار خط ديد

انتشار امواج الکترومغناطيس • Ground propagation يا انتشار زميني : در اين نوع انتشار از آنتن‌هاي جهت دار استفاده نمي‌شد و آنتن‌هاي همه جهته مناسب تر هستند. انتشار امواج از انحناي زمين تبعيت مي‌کند و از پايين ترين لايه‌هاي جو عبور مي‌کند و در لايه‌هاي بالايي بازتاب نمي‌شود. بهترين مثال براي اين نوع انتشار راديو AM است که از فرکانس‌هاي 570 تا 1700 کيلوهرتز بهره مي‌برد. برد آنتن‌ها بستگي به ميزان قدرت فرستنده دارد. به عهنوان مثال راديو AM به طور معمول تا صدها کيلومتر برد دارد ولي هنگام شب از فاصله هزاران کيلومتري نيز شنيده مي‌شود.

انتشار امواج الکترومغناطيس • Sky propagation يا انتشار آسماني: اين نوع انتشار فقط در محدده 30 مگاهرتز کاربرد دارد در نتيجه ارتباطات محدودي مي‌توان با آن برقرار کرد. اصول اين نوع انتشار نفوذ امواج به لايه هاي بالايي جو است. در واقع در فرکانس‌هاي بالاي 2 مگاهرتز امواج به لايه هاي بالايي نفوذ مي‌کنند و لايه يونيسفر که در بالاي جو قرار دارد وظيفه بازتاب اين امواج را به عهده مي‌گيرد. سر انجام به دليل بازتاب هاي متوالي بين لايه يونيسفر و زمين، امواج از فرستنده به گيرنده منتقل مي‌شوند. به دليل نوع خاص انتشار، امواج مي‌توانند برد بالايي داشته باشند و تا هزاران کيلومتر منتقل شوند. براي درک بهتر به شکل توجه کنيد.

انتشار امواج الکترومغناطيس • Line of sight propagation يا انتشار خط ديد: در فرکانس‌هاي بالاتر از 30 مگاهرتز چون امواج به دو صورت قبلي منتشر نميشوند پس بايد به دنبال راه حل ديگري باشيم. در اينجاست که انتشار خط ديد يا به اختصار LOS مطرح مي‌شود. اين نوع انتشار از آنتن‌هاي تک جهته استفاده مي‌شود که موج را به صورت مستقيم از فرستنده به گيرنده منتقل مي‌کنند. در LOS به دليل انحناي زمين بايد طول دکل‌ها بلند باشد تا آنتن‌ها بتوانند همديگر را ببينند. از طرفي چون در ميزان بلندي طول دکل‌ها محدوديت داريم پس بايد موج را در طول مسير تقويت کنيم تا به گيرنده برسد.

شبکه های بی سیم شبکه های بی سیم (Wireless Network) شبکه های بی سیم در سالهای اخیر توسعه زیادی پیدا کرده است و پیش بینی می شود که در آینده این شبکه ها جایگزین شبکه های باسیم کوچک شوند ولی در شبکه های انتقال بین شهرها جای خود را به فیبر نوری می سپارند. انواع شبکه های بی سیم: شخصی WPAN محلی WLAN شهری WMAN در این شبکه ها از تکنولوژی Non Line Offside استفاده می شود که نیاز به دید مستقیم را حذف کرده است.

شبکه های بی سیم WPAN (Wireless Personal Area Network) بلوتوث Bluetooth استاندارد IEEE 802.15 نوع امواج مایکروویو می باشد حداکثر فاصله 15 متر امکان ایجاد شبکه از نوع Ad hoc

شبکه های بی سیم WMAN یا WiMAX سیستم ارتباطی و دیجیتالی بی سیم میباشد. همچنین به عنوان پروتکل IEEE 802.16 شناخته شده است که جایگزینی براي شبکه هاي بی سیم نواحی شهري تعیین شده است. میتواند دستیابی بی سیم پهن باند فراهم سازد ( BWA ) که تا ٣٠ مایل ( ۵٠ کیلومتر) براي ایستگاههاي ثابت و ٣ تا ١٠ مایل (۵ تا ١۵ کیلومتر) براي ایستگاههاي سیار را پوشش میدهد.

شبکه های بی سیم انواع سرویس دهی در WiMAX : الف) سرویس بدون دید مستقیم : به این سرویس NLOS (Non- Line of sight ) گفته می شود و بر اساس آن نیازي نیست تا فرستنده و گیرنده در نقطه و دید مستقیم یکدیگر باشند. ب) سرویس دید مستقیم : به این سرویس LOS گفته می شود و بر اساس آن فرستنده و گیرنده باید در نقطه دید و مستقیم یکدیگر قرار بگیرند. از این سرویس براي مکان هایی استفاده می شود که موانع فیزیکی وجود ندارد.

شبکه های بی سیم محدوده تحت پوشش: شبکه هاي وایمکس که بر اساس سرویس NLOS طراحی پیاده سازي شده اند، می توانند محدوده اي را تحت الشعاع 6 تا 9 کیلومتري (معادل 65 کیلومتر مربع) تحت پوشش خود قرار دهند. همچنین سرویس LOS می تواند محدوده اي با شعاع 50 کیلومتر (معادل 9300 کیلومتر مربع) را تحت پوشش خود قرار دهد.

شبکه های بی سیم سرعت ارسال: یکی از نکات جالب توجه در شبکه هاي وایمکس، سرعت ارسال اطلاعات در این نوع از شبکه ها است. هر دو نوع سرویس LOS و NLOS می توانند اطلاعات را با سرعت میانگین Mbps 70 منتقل کنند. این سرعت به صورت میانگین است و بدیهی است که هرچه پارامترهاي انتقال و کیفیت افزایش پیدا کنند، سرعت شبکه نیز افزایش پیدا خواهد کرد. در شبکه هاي وایمکس سرعت انتقال حداکثر Mbps 268 است. سرعت کاربرانی که در حال حرکت هستند حد اکثر 15 Mbps است

شبکه های بی سیم بخش هاي اصلی یک شبکه وایمکس : برج وایمکس : به این بخش از شبکه وایمکس، دکل گفته می شود. عملکرد برج وایمکس مانند دکل هاي موجود در سیتسم تلفن همراه است. یکی دیگر از نام هاي برج وایمکس، Base Station است که به آن به طور اختصارBS گفته می شود گیرنده وایمکس : هر کاربر یا ایستگاه کاري که بخواهد از خدمات شبکه وایمکس استفاده کند، بایستی از گیرنده مخصوص خود استفاده کند. یکی دیگر از نام هاي گیرنده هاي وایمکس، Subscriber Station است که به آن به طور اختصار SS گفته می شود.

شبکه های بی سیم نکته : هر شبکه بی سیم وایمکس می تواند یک یا چندین دکل داشته باشد. اتصال بین دکل هاي مختلف در یک شبکه وایمکس، از طریق سرویس Los صورت می گیرد. در این حال Tower اول با Tower دوم به صورت LOS در ارتباط است. از این طریق می توان محدوده تحت پوشش شبکه را به نحو چشمگیري افزایش داد. همچنین به اتصال بین دو دکل در شبکه هاي وایمکس Backhaul گفته می شود.

شبکه های بی سیم شبکه محلی بی سیم (Wireless LAN) در سالهای اخیر شبکه های محلی بی سیم گسترش زیادی پیداکرده است و به سرعت به استاندارد ثابتی رسید که WiFi نامیده می شود. Wi-Fi (Wireless Fidelity) Wi-Fi نام تجاری است که بر روی شبکه های بی سیم سازگار با Ethernet گذارده اند. Wi-Fi امکان اتصال به شبکه را در محیط های محدود (داخلی Indoor و یا خارجی Outdoor) فراهم می کند. کامپیوتر و سایر تجهیزاتی که در محدوده یک AP (Access Point) قرار می گیرند به شبکه متصل می شوند.

شبکه های بی سیم Wi-Fi (Wireless Fidelity) سری a با استاندارد IEEE802.11a با نرخ داده 54Mbps در فرکانس 5 GHz سری b با استاندارد IEEE802.11b با نرخ داده 11Mbpsدر فرکانس 2.4 GHz با این وجود تعداد کانال‌های قابل استفاده در نوع b در مقایسه با نوع a، بیش‌تر است. سری g با استاندارد IEEE802.11g با نرخ داده 54Mbps در فرکانس 2.4 GHz سری n با استاندارد IEEE802.11n با نرخ داده 150Mbps در فرکانس 2.4 و 5 GHz

Allowable MIMO streams 802.11 protocol Release date Fre- quency Band- width Stream data rate Allowable MIMO streams (GHz) (MHz) (Mbit/s) 802.11-1997 Jun 1997 2.4 22 1, 2 N/A a Sep 1999 5 20 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 3.7 b 1, 2, 5.5, 11 g Jun 2003 n Oct 2009 2.4/5 7.2, 14.4, 21.7, 28.9, 43.3, 57.8, 65, 72.2  (6.5, 13, 19.5, 26, 39, 52, 58.5, 65) 4 40 15, 30, 45, 60, 90, 120, 135, 150 (13.5, 27, 40.5, 54, 81, 108, 121.5, 135)

شبکه های بی سیم MiMO چیست ؟ 802.11n در دو باند فركانس 2/4 گيگاهرتز و پنج گيگاهرتز كار مي كند. اين استاندارد با استفاده از چند جريان داده و چند آنتن در يك كانال واحد به حداكثر سرعت خود مي رسد. خصوصيت چند آنتني را در اصطلاح MIMO مي نامند. حق امتياز MIMO اواخر دهه 1980 و قبل از پديد آمدن شبكه هاي بيسيم ثبت شده است، ولي اين واژه از زماني كه IEEE استاندارد 802.11n را پيشنهاد داد، توجه زيادي را به خود جلب كرده است.

تبادل اطلاعات در 802.11 پروتکل IEEE802.11 روش زیر را برای تبادل داده قرار داده است: - هنگامی که یک Node می خواهد اطلاعات ارسال کند ابتدا یک بسته که مشخص کننده آمادگی (RTS) است را به گیرنده می فرستد. اگر Node گیرنده، این بسته را دریافت نماید ، بسته ای مبنی بر آمادگی برای ارسال (CTS) بر می گرداند. Node ارسال کننده با دریافت آن بسته داده را می فرستد و در صورت ارسال موفق بسته، تصدیق آن را (Ack) دریافت می کند. Ack Acknowledgement Packet Data CTS Clear To Send RTS Ready To Send

توپولوژی 802.11 در یک تقسیم بندی کلی می‌توان دو همبندی (توپولوژی) را برای شبکه‌های محلی بی‌سیم در نظر گرفت : 1- همبندی فی‌البداهه Ad Hoc( IBSS ) : در این همبندی ایستگاه‌ها از طریق رسانه بی‌سیم به صورت نظیر به نظیر با یکدیگر در ارتباط هستند و برای تبادل داده (تبادل پیام) از تجهیزات یا ایستگاه واسطی استفاده نمی‌کنند. واضح است که در این همبندی به سبب محدودیت‌های فاصله هر ایستگاهی ضرورتاً نمی‌تواند با تمام ایستگاه‌های دیگر در تماس باشد

توپولوژی 802.11 2- همبندی زیرساختار ( Infrastructure ): در این هم بندی سیستم توزیع، رسانه‌ای است که از طریق آن نقطه دسترسی ( Access Point ) یا ( AP ) با سایر نقاط دسترسی در تماس است و از طریق آن می‌تواند فریم‌ها را به سایر ایستگاه‌ها ارسال نماید. از سوی دیگر می‌تواند بسته‌ها را در اختیار ایستگاه‌های متصل به شبکه سیمی نیز قراردهد

توپولوژی 802.11 نقطه ی دسترسی - access point : نقاط دسترسی در شبکه‌های بی‌سیم، همان‌گونه که در قسمت‌های پیش نیز در مورد آن صحبت شد، سخت افزارهای فعالی هستند که عملاً نقش سوییچ در شبکه‌های بی‌سیم را بازی‌کرده، امکان اتصال به شبکه های سیمی را نیز دارند. در عمل ساختار بستر اصلی شبکه عموماً سیمی است و توسط این نقاط دسترسی، کامپیوترها و ایستگاه‌های بی‌سیم به شبکه‌ی سیمی اصلی متصل می‌گردد

امنیت در 802.11 سه قابلیت و سرویس پایه توسط IEEE برای شبکه‌های محلی بی‌سیم تعریف می‌گردد : 1- Authentication به معنی احراز هویت 2- Confidentiality به معنی قابل اعتماد بودن 3- Integrity به معنی یکپارچگی

Authentication احراز هویت بدون رمزنگاری : 1- Open System Authentication : در این روش تمامی مخدوم‌هایی که تقاضای پیوستن به شبکه را به نقاط دسترسی ارسال می‌کنند با پاسخ مثبت روبه‌رو می‌شوند و تنها آدرس آن‌ها توسط نقطه‌ی دسترسی نگاه‌داری می‌شود. به‌همین دلیل به این روش NULL Authentication نیز اطلاق می‌شود. 2- Closed System Authentication : در این روش فقط آدرسهایی که از قبل برای AP مشخص شده باشند حق اتصال به شبکه را دارند و سایر درخواستها رد می شوند.

Authentication احراز هویت با رمزنگاری : shared key authentication WEP : در این روش، نقطه‌ی دسترسی AP یک رشته‌ی تصادفی تولید کرده و آن‌را به مخدوم می‌فرستد. مخدوم این رشته‌ی تصادفی را با کلیدی از پیش تعیین شده (که کلید WEP نیز نامیده می‌شود) رمز می‌کند و حاصل را برای نقطه‌ی دسترسی ارسال می‌کند. نقطه‌ی دسترسی به روش معکوس پیام دریافتی را رمزگشایی کرده و با رشته‌ی ارسال شده مقایسه می‌کند. در صورت هم‌سانی این دو پیام، نقطه‌ی دسترسی از اینکه مخدوم کلید صحیحی را در اختیار دارد اطمینان حاصل می‌کند. روش رمزنگاری و رمزگشایی در این تبادل روش RC4 است.

Authentication shared key authentication WPA: زمان زیادی نیست که روش WPA به داد شبکه‌های بی‌سیم می‌رسد. WPA مخفف عبارت Wi-Fi Protected Access است . هیچ تضمینی بر هک نشدن کدگذاری به روشWPA وجود ندارد، با این وجود بسیار بهتر از WEP عمل می‌کند. برتری‌های این روش عبارتند از: ۱- با استفاده از پروتکل TKIP کلیدهایی که تولید می‌شوند حالت موقتی دارند. علاوه بر آن توسط یک تابع یا الگوریتم که Hash نام دارد این کدگذاری‌ها صورت می‌گیرد. تابعHash ای که در روش WPA به کار می‌رود بسیار بهینه‌تر از WEP عمل می‌کند. ۲- شناسایی کاربر در این روش به صورت بهینه‌تری انجام می‌گیرد. با استفاده از پروتکل EAP که مخفف Extensible Authentication Protocol است، به بررسی کلیدی با عنوان Public می‌پردازد و به افراد خارج از شبکه موجود اجازه وارد شدن به شبکه را نمی‌دهد.

Authentication shared key authentication WPA2: ۱- WPA2 نسخه بهبود یافته WPA می باشد. ۲- WPA تنها از رمزگذاری TKIP پشتیبانی می کند در حالی که WPA2 از AES نیز پشتیبانی می کند. ۳- از لحاظ تئوری WPA2 قابل هک نیست در حالی که WPA قابل هک می باشد. ۴- نیاز WPA2 به قدرت پردازشی بیش از WPA می باشد.