UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

Antene Radio, Dispozitive radio WIFI

Iliuta Virgil Balint George

GRUPA 441ANOTIUNI GENERALE Pentru realizarea unei linii de radiocomunicatie de orice tip, este necesar s existe un emittor, un receptor si instalatiile de antenfider, care realizeaz, adaptarea acestora cu mediul prin care se propag undele electromagnetice. Functionarea aparaturii de emisie si receptie se studiaz la cursuri independente. Pentru cunoasterea temeinic a functionrii liniei radio nu este sufieient numai nsusirea acestora, trebuie cunoscute si instalatiile de anten-fider si de asemenea, particularitatea propagarii undelor radio. Antenele se utilizeaz att pentru radierea ct si pentru captarea undelor radio. Denumirea de anten, vine de la cuvintul latin antenna, care nseamn catarg, bar, tija. Aceasta se explic prin faptul c primele antene utilizate au fost realizate sub form de bare sau tije metalice. Antenele se leag de emittor si receptor prin intermediul liniei de alimentare numit si fider. Cuvntul englez feed nseamn a alimenta, iar feeder- alimentator. Fiderul este destinat pentru transmiterea energiei de nalt frecvent de la emittor la anten sau de la anten la receptor. Ca fider se utilizeaz linia simetric, nesimetric sau ghidul de und. Energia dat de o surs de curent continuu sau alternativ, ca s poat fi radiat, trebuie transformat n prealabil n energie a curentilor de nalt frecvent. Mai mult dect att, pentru a transmite informatie acesti curenti trebuie s fie modulati, adic prin intermediul semnalului de transmis trebuie s fie modificat ntr-un fel amplitudinea, faza sau frecventa lor. Curentii de nalt frecvent modulati intr n anten (fig.1.1) care transform energia lor n energia radiat sub forma undelor radio. n unele cazuri, undele radio nu trebuie s fie radiate n toate directiile, ci numai ntr-o directie determinat sau numai ntr-un anumit plan. La statiile de radiodifuziune si televiziune este preferabil ca undele s se propage numai de-a lungul suprafetei pmntului (n plan orizontal); la statiile terestre pentru legturi prin sateliti artificiali ai Pmintului, numai n directia satelitului, la statiiile de radiolocatie n directia tintei etc. Deci este necesar ca instalatiile de anten-fider s aib o selectivitate spatial numit directivitate.Terminal (transmi ) tor

Modulator

Emi tor

Fider

Anten

2

Fig.1.1. Schema bloc a instalatiei de emisie Totodat antenele functioneaz bine numai n banda de frecvente si cu instalatia pentru care au fost proiectate, ele au deci si o selectivitate n frecvent. Antena de emisie are rolul de a transforma energia curentilor de nalt frecvent n energia undelor electromagnetice si de a asigura radierea acestora n directii bine determinate. Instalatia de receptie are principalul rol de a reproduce semnalul purttor de informatie, care a modulat undele radiate de antena de emisie. Energia necesar pentru reproducere este luat de la o surs local (fig.1.2). Rolul energiei captate de anten, este de a comanda energia local, dndu-i forma necesar pentru reproducerea semnalului receptionat. n prealabil, este necesar s se efectueze transformarea energiei undelor, n energie a curentilor de inalta frecvent. Functionarea instalatiei de receptie se complic datorit faptului c antena sa se gseste sub actiunea unei multitudini de semnale perturbatoare, radiate de antenele altor statii de radio, provocate de descrcrile electrice din atmosfer, de periile motoarelor de tramvai, troleibuz, etc.Receptor radio Terminal receptor

Anten

Fider

Demodulator

Fig.l.2 Schema bloc a instalatiei de receptie. Actiunea duntoare a undelor radio nedorite poate fi nlturat pe diferite cai. Metodele sunt expuse n manualele care trateaz probleme legate de receptoare radio. Deci, antena de receptie are rolul de a transforma energia undelor radio, n energia curentilor de nalt frecvent, asigurnd n acelasi timp si o selectare a semnalului util. Antenele de emisie si de receptie, care transform energia dintr-o form n alta, fac parte din clasa motoarelor si generatoarelor, ntrebuintate n diferite domenii ale tehnicii. Aceasta constatare este foarte important din doua puncte de vedere. n primul rnd, permite o just orientare n conditiile tehnice pe care trebuie s le satisfac antenele. n al doilea rnd, permite s se foloseasc n studiul antenelor, unele legi comune tuturor generatoarelor de o forma sau alta. O anten de receptie, care apare n esent ca un generator de energie electrica, se supune n ce priveste calculul curentului la borne, a puterii

3

s.a.m.d, acelorasi legi de baz ca si generatoarele de curent. Un motor electric si un generator sunt reversibile. Dup cum se va arta, si antenele (de emisie si receptie) sunt reversibile si permit s se determine propriettile unei antene de receptie, pe baza datelor de functionare ale aceleiasi antene, utilizat ca anten de emisie si invers.

CLASIFICAREA ANTENELOR Principiile de functionare si particularittile constructive ale antenelor de diferite tipuri depind n sare msur, de gama de frecvente n care lucreaz. Din acest motiv naintea clasificrii propriuzise a antenelor, se va face o prezentare a modului cum este mprtit conventional spectrul undelor electromagnetice. Undele radio sunt unde electromagnetice cu frecventa cuprins ntre limitele 10 3 Hz 1016 Hz . Cercetarile din ultimii ani arat c n natur, exist fenomene la care apar unde radio de frecvent foarte joas, ce poate fi exprimat n miimi de Hz. Astfel de unde apar din cauza fluctuatiilor fluxului de electroni si protoni, emis de Soare, la trecerea acestora prin atmosfera terestr. Undele radio cu frecventa foarte joas sunt strns legate de undele mecanice, care apar ntr-o plasm si care au primit denumirea de unde magnetohidrodinamice. Unde radio cu frecvent foarte joas apar si la descrcrile electrice atmosferice. n ce priveste limita superioar a frecventei undelor radio, pna nu de mult, se indicau frecvente n jur de 1012 Hz , n gama undelor submilimetrice. Cercetarile din ultimul timp au aratat ca generatoarele moleculare permit generarea undelor radio din gama optic, care cuprinde si gama undelor ultraviolete. Pe msura dezvoltrii stiintei si tehnicii limita superioar a frecventei undelor radio va depasi limita conventional de 1016 Hz . Clasificarea undelor radio si denumirea lor se face n multe moduri. Cea mai cunoscut este nsa asa numita mprtire zecimal (Tabelul 1.1). Denumirea undelor este legat de lungimea de und n vid.

4

Tabelul 1.1 Nume Simbol Gama de frecvente 3 to 30 Hz Lungime de und 10,000 km to 100,000 km Aplicatii

Frecvente extrem ELF de joase Frecvente super joase Frecvente ultra joase Frecvente foarte joase Frecvente joase SLF ULF VLF

LF

Frecvente medii Frecvente inalte Frecvente foarte inalte Frecvente ultra inalte Frecvente super inalte

MF HF VHF UHF SHF

Frecvente extrem EHF de inalte

audibile 20+ Hz, comunicatii cu submarine audibile, reteaua de 1,000 km to 30 to 300 Hz alimentare (50 Hertz sau 60 10,000 km Hertz) audibile, comunicatii cu 300 Hz to 3 kHz 100 to 1000 km mine audibile gama 20 Hz la 20 kHz (pentru a fi audibile 3 to 30 kHz 10 to 100 km energia trebuie convertit in sunet) Radiodifuziune 30 to 300 kHz 1 to 10 km international , navigational beacons, lowFER navigational beacons, 300 to 3000 radiodifuziune AM, 100 m to 1 km kHz comunicatii maritime si aviatie 3 to 30 MHz 10 to 100 m unde scurte radiodifuziune FM, 30 to 300 MHz 1 to 10 m televiziune, aviatie television, telefonie mobil, 300 to 3000 10 to 100 cm retele wireless, cuptoare cu MHz microunde retele wireless, radar, 3 to 30 GHz 1 to 10 cm legturi prin satelit Legturi de date n microunde, radioastronomie, 30 to 300 GHz 1 to 10 mm telecomenzi, sisteme avansate de armament.

Benzile de frecvente reglementate de IEEE US sunt:Banda Gama de Originea denumirii 5

HF VHF UHF L S C X Ku K Ka V W

frecvente 3 to 30 MHz 30 to 300 MHz 300 to 3000 MHz 1 to 2 GHz 2 to 4 GHz 4 to 8 GHz 8 to 12 GHz 12 to 18 GHz 18 to 26 GHz 26 to 40 GHz 40 to 75 GHz 75 to 111 GHz

High Frequency Very High Frequency Ultra High Frequency Long wave Short wave Compromis intre S and X Folosite in secolul XX pentru conducerea focului, X (are forma reticulului din sistemele de ochire) German Kurz-under(sub) Kurz (scurt) Kurz-above (deasupra) W urmeaz dup V n alfabet

Benzile de frecvene folosite n domeniul radiocomunicatiilor militare i codificarea acestora, adoptate de rile membre U.E. si N.A.T.O. sunt: Band Gama de a Frecvente A 0 to 0.25 GHz B 0.25 to 0.5 GHz C 0.5 to 1.0 GHz D 1 to 2 GHz E 2 to 3 GHz F 3 to 4 GHz G 4 to 6 GHz H 6 to 8 GHz I 8 to 10 GHz J 10 to 20 GHz K 20 to 40 GHz L 40 to 60 GHz

Benzile de frecvent utilizate pentru ghiduri de und: Band Gama de frecvente a6

R D S E G F C H X Ku K Ka Q U V W Y

1.70 to 2.60 GHz 2.20 to 3.30 GHz 2.60 to 3.95 GHz 3.30 to 4.90 GHz 3.95 to 5.85 GHz 4.90 to 7.05 GHz 5.85 to 8.20 GHz 7.05 to 10.10 GHz 8.2 to 12.4 GHz 12.4 to 18.0 GHz 15.0 to 26.5 GHz 26.5 to 40.0 GHz 33 to 50 GHz 40 to 60 GHz 50 to 75 GHz 75 to 110 GHz 325 to 500 GHz

TEHNOLOGIA WI FI Wi-Fi este numele comercial pentru tehnologiile construite pe baza standardelor de comunicaie din familia IEEE 802.11 utilizate pentru realizarea de reele locale de comunicaie (LAN) fr fir (wireless, WLAN) la viteze echivalente cu cele ale reelelor cu fir electric de tip Ethernet. Suportul pentru Wi-Fi este furnizat de diferite dispozitive hardware, i de aproape toate sistemele de operare moderne pentru calculatoarele personale (PC), rutere, telefoane mobile i cele mai avansate console de jocuri. Standardul IEEE 802.11 descrie protocoale de comunicaie aflate la nivelul gazd-reea al Modelului TCP/IP, respectiv la nivelurile fizic i legtur de date ale Modelului OSI. Aceasta nseamn c implementrile IEEE 802.11 trebuie s primeasc pachete de la protocoalele de la nivelul reea (IP) i s se ocupe cu transmiterea lor, evitnd eventualele coliziuni cu alte staii care doresc s transmit. 802.11 face parte dintr-o familie de standarde pentru comunicaiile n reele locale, elaborate de IEEE, i din care mai fac parte standarde pentru alte feluri de reele, inclusiv standardul 802.3, pentru Ethernet. Cum Ethernet era din ce n ce mai popular la jumtatea anilor 1990, s-au7

depus eforturi ca noul standard s fie compatibil cu acesta, din punctul de vedere al transmiterii pachetelor. Standardul a fost elaborat de IEEE n anii 1990, prima versiune a lui fiind definitivat n 1997. Acea versiune nu mai este folosit de implementatori, versiunile mai noi i mbuntite 802.11a/b/g fiind publicate ntre 1999 i 2001. Din 2004 se lucreaz la o nou versiune, intitulat 802.11n i care, dei nu a fost definitivat, este deja implementat de unii furnizori de echipamente. Din punct de vedere al securitii, IEEE i Wi-Fi Alliance recomand utilizarea standardului de securitate 802.11i, respectiv a schemei WPA2. Alte tehnici simple de control al accesului la o reea 802.11 sunt considerate nesigure, cum este i schema WEP, dependent de un algoritm de criptare simetric, RC4, nesigur. Limitrile standardului provin din mediul fr fir folosit, care face ca reelele IEEE 802.11 s fie mai lente dect cele cablate, de exemplu Ethernet, dar i din folosirea benzii de frecven de 2,4 GHz, mprit n 12 canale care se suprapun parial dou cte dou. Limitrile date de consumul mare de energie, precum i de reglementrile privind puterea electromagnetic emis, nu permit arii de acoperire mai mari de cteva sute de metri, mobilitatea n cadrul acestor reele fiind restrns. Cu toate acestea au aprut i unele tehnologii care permit legturi fr fir bazate pe standardul 802.11 ntre dou puncte fixe aflate la distane de ordinul sutelor de kilometri. Standardele IEEE 802.11 Standardul IEEE 802.11 a fost initiat in 1990 si finalizat in 1997 pentru a acoperi retelele care asigura conexiunile fara fir intre statii fixe, portabile si in miscare pe arie locala; In loc de un singur standard (IEEE 802.11b), exista un intreg alfabet de variante wireless din care userii pot alege. 802.11a, 802.11b, 802.11g si 802.11h concureaza pentru preferinta userului, ca tehnologii de baza,cu 802.11n asteptnd la rnd. Iar 802.11c, 802.11d, 802.11e, 802.11f si 802.11i adauga inca putina culoare acestui amestec.

8

Fig.3 Alfabetul 802.11 STIVA DE PROTOCOALE IEEE 802.11 Nivelul fizic Prima specificaie IEEE 802.11, elaborat n 1997, permitea trei moduri principale de transmitere fr fir a biilor. Prima dintre acestea era o tehnologie optic, cu transmitere n infrarou, tehnologie similar cu cea folosit de telecomenzile diferitelor aparate electronice. Aceasta presupune ns limitarea ariei de acoperire a reelei la ncperea n care este instalat, fapt ce poate fi vzut i ca avantaj din punctul de vedere al securitii. Viteza oferit de aceast tehnologie este de maximum 1 2 Mbps. Celelalte dou tehnologii de transmisie sunt tehnologii radio n banda de 2,4 GHz, band ce nu necesit licene de utilizare. Din cauza libertii de utilizare a acestei benzi, ea este folosit i de alte tehnologii, cum ar fi Bluetooth sau telefoanele fixe cordless, ceea ce poate cauza

9

uneori interferene, dei n general puterea de transmisie a tuturor acestor dispozitive este redus. Stiva protocoalelor IEEE 802.11, cu corespondena n modelele de referin OSI i TCP/IP Protocoale Wi-Fi LLC (802.2) DCF CSMA/CA MAC PCF MAC Nivel OSI Nivel TCP/IP

Legtur de date Gazd reea

Infrarou FHSS DSSS

OFDM HR-DSSS 802.11g Fizic (802.11a) (802.11b)

Prima se numete FHSS (spectru mprtiat cu salturi de frecven), i, pentru a aloca eficient frecvenele din banda de 2,4 GHz, presupune schimbarea periodic a frecvenei de transmisie, n urma unor numere pseudoaleatoare generate de staiile care comunic. Cealalt tehnologie radio este DSSS (spectru mprtiat cu secven direct). Ambele ofer rate de transfer de maxim 1 sau 2 Mbps. n 1999, IEEE a mai standardizat dou modaliti de transmisie, cu scopul de a mri ratele de transfer, i anume OFDM (multiplexare cu divizare n frecvene ortogonale), o tehnic simiar cu CDMA, prin aceea c transmisia este prezent simultan pe mai multe frecvene; i HRDSSS, modalitate similar spectrului mprtiat cu secven direct, dar cu o rat mai ridicat de transmitere a fragmentelor, n band mai ngust. OFDM permite, teoretic, viteze de transmisie de pn la 54 Mbps, i a fost standardizat sub denumirea IEEE 802.11a. HR-DSSS permite viteze de 1, 2, 5,5 sau 11 Mbps, ntre care poate schimba pe parcursul transmisiei. Standardul HR-DSSS a fost denumit IEEE 802.11b. n 2001, IEEE a publicat standardul 802.11g, o specificaie ce combin banda ngust a HR-DSSS cu tehnica de modulaie OFDM. Din 2004, IEEE are n lucru i standardul 802.11n, care deja a nceput s fie implementat de mai muli productori de echipamente. Data ateptat a definitivrii specificaiei este iunie 2010. Prin acest standard, la nivelul fizic se aduc tehnologiile MIMO i Channel Bonding. MIMO presupune folosirea de mai multe antene pentru a trata semnalele multici (unde ajunse la anten pe alte ci dect de cea direct, prin reflexie, la momente de timp diferite de undele venite pe calea direct). MIMO profit de semnalele multici, folosind Space Division Multiplexing (SDM) i multiplexnd semnalele n fluxuri spaiale. Fiecare flux spaial necesit la receptor i transmitor o anten separat.10

Channel Bonding nseamn folosirea a dou canale separate, fiecare cu o lime de band de 20 MHz pentru transmisia datelor, dublnd rata fizic de transfer. IEEE i-a propus, prin tehnologia 802.11n s ofere un standard ce poate furniza rate de transfer de 270 Mbps. Subnivelul accesului la mediu Exist dou tehnici principale de acces la mediu n standardul 802.11. Una este funcia de coordonare distribuit (n englez Distributed Control Function, DCF), prin care staiile controleaz fiecare propriul acces la mediu, similar Ethernetului, constituind o reea ad-hoc fr fir. Cealalt metod de control al accesului la mediu se numete funcie de coordonare punctual (Point Coordination Function, PCF) i implic arbitrajul centralizat al accesului la mediu, cu ajutorul unei staii de baz.

Problema staiei ascunse: A ncearc s transmit lui B n timp ce C transmite deja; A crede c nu va fi nicio coliziune. Problema staiei expuse: B vrea s-i transmit lui A n timp ce C transmite altcuiva. B crede c va avea loc coliziune la A Funcia de coordonare distribuit S-a ncercat ca modelarea nivelului legtur de date a standardului IEEE 802.11 s fie ct mai similar cu standardul 802.3 (Ethernet), deja familiar implementatorilor. Realizarea controlului accesului la mediu prin tehnica CSMA/CD de la Ethernet nu este ns posibil, deoarece caracteristicile mediului sunt foarte diferite. La Ethernet, exista ntotdeauna certitudinea c, odat transmis un semnal pe mediu (cablu), acesta ajunge la toate staiile din domeniul de coliziuni. n cazul 802.11 mediul nu mai este ns cablul, ci eterul. Domeniul de coliziuni este aici11

mrginit de puterea de transmisie a emitorului radio al staiei care transmite i este influenat de poziia spaial a staiilor, ducnd la probleme ca staia ascuns i staia expus, probleme ce afecteaz funcionarea CSMA/CD. Problema staiei ascunse apare cnd o staie A transmite unei staii B n timp ce aceasta din urm primete mesaje de la o alt staie C, aflat n afara ariei de acoperire a lui A. A nu recepioneaz semnalul trimis de C, deci nu poate detecta coliziunea n caz de transmisie pe aceeai frecven. Similar, problema staiei expuse apare n exemplul de mai sus dac B vrea s-i transmit lui A, ascult canalul i constat c n acel moment transmite C, dar A i C nu se vd una pe cealalt i la destinaie nu ar fi nicio coliziune. Din aceste motive, CSMA/CD nu este utilizabil n contextul reelelor fr fir. Cum coliziunile sunt foarte greu de detectat, IEEE a recurs la o alt strategie de control al accesului la mediu, i anume CSMA cu evitarea coliziunilor (CSMA with collision avoidance, CSMA/CA). Cum canalul trebuie s fie liber i la transmitor i la destinatar, transmitorul transmite doar cnd simte canalul liber. n acel moment, el trimite un cadru RTS (Request To Send) i ateapt rspunsul o perioad, repetnd cererea dac trece un anumit timp. Destinatarul, dac este liber, rspunde cu un CTS (Clear To Send). Dup primirea CTS, transmitorul trimite cadrul de date, dup care ateapt confirmarea receptorului. Toate staiile altele dect cele dou i care primesc un RTS sau un CTS transmis de altcineva i iau o perioad de ateptare n care nu transmit, pentru a evita coliziunea cu cadrele transmise de celelalte staii. Funcia de coordonare punctual n cazul funciei de coordonare punctual, exist o aa-numit staie de baz, care poate fi un punct de acces IEEE 802.11, un ruter cu capabiliti IEEE 802.11, sau un calculator cu interfa de reea 802.11 configurat n modul de lucru master. Aceast funcie de coordonare se bazeaz pe ideea c staia de baz este cea care controleaz accesul la mediu, acordnd cte o cuant de timp fiecrui dispozitiv conectat. n acest fel, ntruct staiile transmit doar atunci cnd li se permite, sunt evitate coliziunile. Periodic, staia de baz emite un cadru-baliz (beacon frame) care conine setri privind conexiunea fizic (de exemplu, duratele de timp pentru saltul de la o frecven la alta n cazul utilizrii FHSS) i care cere staiilor ce doresc s se conecteze s anune acest lucru. Staia de baz poate, de asemenea, n cazul n care poate pstra ntr-un buffer cadrele primite, s cear unei staii conectate s treac n stand-by i s o trezeasc atunci cnd aceasta a primit mai multe cadre.12

Operarea mixt Cele dou funcii, coordonarea punctual i cea distribuit, nu sunt mutual exclusive, ele putnd fi folosite simultan n aceeai reea. Pentru aceasta, un cadru de confirmare (ACK) venit n urma transmiterii unui cadru de date este urmat de o perioad de linite, n care, dup anumite perioade de timp, se pot trimite diferite alte tipuri de cadre (cadre baliz ale staiei de baz, cadre RTS/CTS, sau cadre ce semnaleaz erori). Controlul logic al legturii Controlul logic al legturii (Logical Link Control, LLC) este un subnivel al nivelului legtur de date din modelul OSI care se ocup cu controlul fluxului datelor. La acest nivel se preiau pachetele de la protocoalele de nivel 3 (de exemplu, IP sau IPX) i se adaug ntr-un antet LLC informaii necesare la destinaie pentru a decide crui protocol sunt destinate pachetele respective. Fiind independent de mediul de transmisie, LLC a fost standardizat de IEEE sub numele de IEEE 802.2, mult nainte de elaborarea standardului 802.11, fiind utilizat deja i n alte tehnologii de reea din seria IEEE 802, cum ar fi Ethernet sau FDDI. Folosirea de ctre 802.11 a subnivelului LLC aa cum este el definit n standardul 802.2 a ajutat la ndeplinirea scopului de a realiza o tehnologie fr fir compatibil cu Ethernet. Formatul cadrului Exist mai multe tipuri de cadre transmise n cadrul IEEE 802.11cadre de confirmare, cadre RTS/CTS, cadre de date, cadre ce semnaleaz diverse erori, cadre de autentificare, asociere sau reasociere cadre baliz, cadre de cutare i rspuns la cutare. Ele sunt identificate n primul rnd dup primii doi octei ai acestora, care formeaz antetul de control al cadrului. Semnificaia fiecrui bit din acest antet este cea din tabelul urmtor:

Cmp

Dimensiune [bii]

Semnificaie

13

Versiune

2

Specific versiunea de MAC pe care o implementeaz acest cadru

Tip

2

Identific tipul cadrului: poate lua trei valori: cadru de date, cadru de control sau cadru de gestiune

Subtip

4

Identific mai precis tipul de cadru. De exemplu, cadrele de control pot fi RTS, CTS sau confirmri.

Ctre DS

1

Arat direcia cadrului (dac este de la staie spre sistemul de distribuie)

De la DS

1

Invers dect bitul anterior

MF

1

Semnaleaz faptul c acesta este un cadru multifragment

Rencercare 1

Semnaleaz faptul c acest cadru este retransmis dup un eec

Consum

1

Bit prin care staia de baz pune receptorul n ateptare sau l trezete din starea de ateptare

Mai mult

1

Arat c transmitorul mai are cadre de trimis receptorului

WEP

1

Semnalizeaz criptarea prin metoda WEP

Ordine

1

Arat c acest cadru, mpreun cu celelalte care au acest bit setat trebuie s fie preluate n ordinea n care au fost transmise

Celelalte cmpuri ale cadrului sunt descrise astfel:

14

Cmp

Dimensiune [octei]

Semnificaie

Controlul 2 cadrului

Fiecare bit are semnificaia dat n tabelul de mai sus

Durat

2

Durata estimat de ocupare a canalului, antet folosit de cadrele de control (RTS/CTS). Acest antet este citit de staiile tere, pentru a ti ct timp s stea n ateptare atunci cnd detecteaz transmiterea lui.

Adres 1

6 Exist patru cmpuri de adres. Primele dou reprezint, respectiv, adresa transmitorului i cea a receptorului. Celelalte sunt folosite n cazul comunicaiei ntre celule diferite ale aceleiai reelefiind respectiv adresa celulei surs i a celulei destinaie

Adres 2

6

Adres 3

6 Reprezint numrul de secven (primii 12 bii) i numrul de fragment (ultimii patru bii)

Secven 2

Adres 4

6

A patra adres n cazul cadrelor de gestiune i al cadrelor de date, aici st ncrctura informaional a cadrului.

Date

02312

Suma de control

4

Folosit pentru a asigura integritatea datelor. Se calculeaz cu ajutorul CRC (n caz de transmisie necriptat sau criptat cu WEP), algoritmului Michael (n cazul WPA) sau CCMP (n cazul WPA2)

Fiecare cadru poate conine maxim 2304 octei de date utile, dimensiunea minim a cmpului de date fiind de 2312 octei, pentru a face loc posibilului overhead al WEP. Nu toate cadrele folosesc toate cmpurile. De exemplu, cadrele de control nu folosesc adresele 3 i 4, nici secvena i nici datele.

15

Tehnologia Retelele wireless se impart in doua clase importante, factorul decisiv fiind frecventa de banda. Tehnologiile mostenite folosesc banda de 2.4 GHz, in timp ce variantele ulterioare folosesc banda mai lata, de 5 GHz. ` Prima clasa include standardul The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11b (11 Mbps) si succesorul sau, 802.11g (54 Mbps). Aceasta prima clasa este, in prezent, cea mai frecventa optiune. b) Pe de alta parte, 802.11a si 802.11h, ambele putnd sa obtina o rata nominala de 54 Mbps, opereaza in banda de 5 GHz. 802.11b - a fost ratificat de IEEE in 16 septembrie 1999 si este, probabil, cel mai popular protocol de retea wireless utilizat in prezent. Utilizeaza tipul de modulatie DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Opereaza in banda de frecvente ISM (Industrie, Stiinta, Medicina); nu sunt necesare licente att timp ct se utilizeaza aparatura standardizata. Limitarile sunt: puterea la iesire de pna la 1 watt iar modulatiile numai de tipul celor care au dispersia spectrului cuprinsa intre 2,412 si 2,484 GHz. Are o viteza maxima de 11 Mbps cu viteze utilizate in prezent de aproximativ 5 Mbps. 802.11g a fost ratificat in iunie 2003. In ciuda startului intrziat, acest protocol este, in prezent, de facto protocolul standard in retelele wireless, deoarece este implementat practic pe toate leptopurile care au placa wireless si pe majoritatea celorlalte dispozitive portabile. Foloseste aceeasi subbanda de frecvente din banda ISM ca si 802.11b, dar foloseste tipul de modulatie OFDM (Orthogonal Frecvency Division Multiplexing). Viteza maxima de transfer a datelor este de 54 Mbps, cu implementari practice la 25 Mbps. Viteza poate cobori pna la 11 Mbps sau chiar la valori mai mici, trecnd la tipul de modulatie DSSS, pentru a se realiza compatibilitatea cu mult mai popularul protocol 802.11b. 802.11a a fost ratificat de IEEE in 16 septembrie 1999. Utilizeaza tipul de modulatie OFDM. Are o viteza maxima de 54 Mbps cu implementari de pna la 27 Mbps. Opereaza in banda ISM intre 5,745 si 5,805 GHz si in banda UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) intre 5,170 si 5,320 GHz. Aceasta il face incompatibil cu 802.11b sau 802.11g. Frecventei utilizate mai mari ii corespunde o bataie mai mica la aceeasi putere de iesire si, cu toate ca in subgamele utilizate spectrul de frecvente este mai liber in comparatie cu cel din jurul frecventei de 2,4 GHz, in unele zone din lume, folosirea acestor frecvente nu este legala. Utilizarea16

unui echipament bazat pe acest protocol in exterior se poate face numai dupa consultarea autoritatilor locale. De aceea, echipamentele cu protocolul 802.11a, cu toate ca sunt ieftine, nu sunt nici pe departe la fel de populare ca cele cu 802.11b/g. 802.11h, care este numita in SUA o problema de compatibilitate in Europa, este varianta europeana a standardului american. Cele mai importante functionalitati ale acesteia sunt selectarea dinamica a frecventei si puterea variabila a transmitatorului, pe care European Telecommunications Standards Institute (ETSI) o mandateaza pentru piata europeana pentru a se asigura ca sistemele au o putere a transmitatorului rezonabila. IEEE 802.11c specifica metode de wireless bridging, adica, metode de conectare a unor tipuri diferite de retele prin mijloace wireless. 802.11d este numit si World Mode: acest lucru se refera la diferentele regionale din tehnologii, de exemplu ct de multe si care canale sunt disponibile pentru utilizare si in care regiuni ale lumii. Ca user, trebuie doar sa numiti tara in care doriti sa folositi placa WLAN si driverul se ocupa de restul. IEEE 802.11e defineste Quality-of-Service si extensiile streaming pentru 802.11a/ h si g. Scopul este de a imbunatati retelele de 54 Mbps pentru aplicatii multimedia si Voice over IP, adica, telefonie prin retele IP si internet. Pentru a fi utilizate cu multimedia si voce, reteaua rebuie sa suporte ratele garantate pentru fiecare serviciu, cu intrzieri minime de propagare. 802.11f descrie metodele de schimbare a standardului (Roaming) intre access point-uri, iar IAPP, Inter Access Point Protocol, se ocupa de detalii. Implementari hardware n general, dispozitivul necesar pentru realizarea unei reele 802.11 este interfaa de reea prezent pentru dispozitivele ce trebuie conectate. Se fabric interfee de reea 802.11 PCI i miniPCI (pentru laptopuri), dar i dispozitive USB sau PCMCIA. Multe laptopuri au interfaa de reea integrat, ca i multe PDA-uri i smartphone-uri. Folosind aceste dispozitive, se poate realiza o conexiune peer-to-peer, cu funcie de coordonare distribuit pentru controlul accesului la mediu.17

Un ruter IEEE 802.11 cu trei antene pentru utilizatori casnici De asemenea, exist puncte de acces wireless, dispozitive care fac conexiunea la nivelul legtur de date ntre o reea cablat i una fr fir, controlnd accesul la mediu prin funcia de coordonare punctual. Mai multe puncte de acces coordonate ntre ele pot fi folosite pentru a acoperi o suprafa mai mare. Punile sunt dispozitive similare punctelor de acces, ele fiind folosite n general pentru stabilirea unei conexiuni fr fir ntre dou reele cablatelucru necesar n cazul n care nu se poate sau nu este practic s se ntind un cablu ntre cele dou reele, cum ar fi cazul ntre dou cldiri aflate pe pri diferite ale unei strzi. Muli productori de echipamente comercializeaz dispozitive care combin un ruter cu un switch Ethernet i, eventual, cu un modem ADSL ntr-un sistem care ofer soluii accesibile pentru crearea i administrarea unei reele casnice. Acestea sunt de cele mai multe ori furnizate mpreun cu un firmware configurabil ce poate realiza NAT, firewalling sau control al ratei de transfer i poate funciona ca server DNS i DHCP; n locul firmware-ului dedicat, se pot folosi sisteme de operare multiplatform pentru astfel de rutere, cum ar fi DD-WRT, un sistem bazat pe nucleul Linux. Unele astfel de dispozitive pot avea i porturi USB, i pot astfel funciona ca print-servere (mpreun cu o imprimant USB) sau ca servere de fiiere (mpreun cu uniti de stocare USB). Standardul IEEE 802.11 (1997) si variantele sale, IEEE 802.11b si IEEE 802.11a (1999), specifica debitele, benzile de frecvente si metodele de transmisiune prezentate in tabelul care urmeaza.

18

Specificatiile standardului IEEE 802.11 prevad trei variante de implementare pentru nivelul fizic: folosind spectru imprastiat cu salt de frecventa (FHSS), folosind spectru imprastiat cu secventa directa (DSSS) folosind radiatii in infrarosu (IR). Standardul IEEE 802.11 prevede transmisiunea cu debite de 1 Mb/s si 2 Mb/s in banda de 2,4 GHz (banda ISM - Industrial, Scientific and Medical band), metodele de transmisiune radio recomandate fiind FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum - Spectru imprastiat cu salt de frecventa) si DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Spectru imprastiat cu secventa directa). FH-SS Sistemele care au la baza FH-SS utilizeaza banda ISM (Industrial, Scientific and Medical band) de 2,4GHz. In SUA sunt specificate maxim 79 de canale pentru salturi de frecventa. Primul canal are frecventa centrala de 2,402 GHz iar celelalte canale sunt distantate cu 1 MHz. Prin mprastierea spectral n cadrul comunicatiilor RF se ntelege o diviziune n frecvent, n timp sau pe baza unei scheme de codare, a benzii disponibile. Mesajele ce urmeaz a fi transmise sunt si ele n mai multe prti numite pachete, care vor fi transmise pe anumite segmente ale spectrului astfel divizat. Metoda numit Frequency division spread spectrum sau Frequency hopping este folosit const n mprtirea spectrului n diferite frecvene sau canale. Urmnd aceast metod mesajul continut ntr-un singur pachet este transmis pe un anumit canal, apoi dispozitivul radio selecteaz un alt canal proces numit salt sau hopping ctre o alt frecvent pentru a transmite urmtorul pachet, si procesul se repet n acelasi mod pn se transmite ntregul mesaj, prin aceasta efectundu-se o mprstiere a mesajului pe ntregul spectru disponibil.

19

Sistemele care folosesc DS-SS lucreaza de asemenea banda ISM de 2,4 GHz. In acest caz pentru transmisiunile cu viteza de baza de 1Mb/s se foloseste modulatie diferentiala binara cu comutarea fazei (DBPSK) . Pentru viteze de 2 Mb/s se foloseste modulatie diferentiala in cuadratura cu comutarea fazei (DQPSK). Imprastierea este realizata prin impartirea benzii disponibile in 11 subcanale, fiecare cu latimea benzii de 11 MHz. Transmisiunea in infrarosu (IR - Infrared), o alta specificare a standardului, necesita vizibilitatea directa intre transmitator si receptor, prin urmare distantele de transmisiune sunt mici, corespunzatoare unei camere (semnalele IR nu pot trece prin ziduri). Se foloseste modulatia impulsurilor in pozitie (PPM - Pulse Position Modulation). Aceasta metoda de transmisiune n-a prezentat interes pentru fabricantii de produse WLAN. Standardul IEEE 802.11b utilizeaza metoda de modulatie CCK (Complementary Code Keying - Comutare cu coduri complementare), n care codurile de mprastiere a spectrului sunt coduri complementare, pentru debitele de 5,5 si 11 Mb/s si DSSS pentru debitele de 1 si 2 Mb/s. Standardul IEEE 802.11a prevede utilizarea metodei OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), modularea purtatorilor fiind, n functie de debit, BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quaternary PSK), 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) si 64-QAM.

Limitari Reelele Wi-Fi ofer rate de transfer mari pe distane mici, fiind una dintre cele mai rapide reele fr fir, dar i cea care ofer cea mai mic mobilitateBluetooth este i ea o tehnologie fr fir gndit pentru acces pe distane i mai mici, de ordinul a civa metri, dar care ofer aceleai rate de transfer, avantajul ei constnd ntr-o mai mare economie de energie. Pentru mrirea ariei de acoperire, IEEE a standardizat tehnologia WiMAX, pentru reele metropolitane fr fir (IEEE 802.16). ntruct echipamentele pentru WiMAX sunt ns costisitoare, Intel a dezvoltat o tehnologie de conexiune fr fir bazat pe standardele 802.11 cu dirijarea undelor, i care poate asigura legtura ntre dou puncte aflate la distane de ordinul sutelor de kilometri, costul echipamentelor20

fiind cu dou ordine de mrime mai mici dect cele ale punctelor de acces 802.16 (WiMAX). Rata de transfer

Grafic al ariilor de acoperire ale diferitelor tehnologii fr fir. Wi-Fi ofer rate de transfer mari pe distane mici (reele locale). Reelele WiMAX sunt o tehnologie pentru reele metropolitane. GSM/GPRS sunt reele cu arie mare de acoperire, dar care ofer rate de transfer de civa kilobii pe secund. Ratele de transfer ale standardului 802.11 au fost, la nceput (anii 19971999), de ordinul megabiilor pe secund, ntr-o perioad n care reelele Ethernet, cablate, ofereau rate de ordinul zecilor i sutelor de megabii pe secund. n anul 2009, sunt disponibile pe scar larg echipamente Ethernet Gigabit, aprnd chiar i echipamente ce transfer date prin cablu la 10 Gbps, n timp ce reelele 802.11g ating rate de transfer de 56 Mbps, iar noul standard 802.11n i propune s ating 270 Mbps. Din punctul de vedere al ratei de transfer, din cauza caracteristicilor adesea imprevizibile ale mediului, cum ar fi zgomote electromagnetice provenite din diverse surse (alte dispozitive ce folosesc aceeai band, cum ar fi Bluetooth sau cuptoarele cu microunde) sau fenomene atmosferice (cea, fenomene electrice i electrostatice), reelele Wi-Fi rmn n urma celor cablate. Totui, reelele 802.11 sunt cele mai rapide reele fr fir, singurele care se pot compara ca rat de transfer cu reelele locale cablate. Aria de acoperire O limitare important a reelelor Wi-Fi o constituie aria de acoperire. Ea depinde mult de capabilitile antenelor dispozitivelor i de topografia particular a zonei pe care urmrete reeaua s o acopere. Plantele absorb radiaiile electromagnetice, i astfel instalarea unei reele ntr-o zon mpdurit (cum ar fi un parc) limiteaz aria de acoperire a acesteia. Pereii de beton reflect puternic undele radio, instalarea unei reele ntro cldire aducnd astfel limitarea numrului de camere ce poate fi21

acoperit de o singur celul. n interiorul cldirilor, un punct de acces cu o anten de dimensiuni mici i un pre accesibil poate acoperi o raz de aproximativ 32 m, iar n exterior, acelai punct de acces poate ajunge la 95 m. Aria de acoperire poate fi i mai restrns n cazul folosirii benzii de 5 GHz n locul celei de 2,4 GHz (mai zgomotoas, dar n care se poate acoperi o arie mai mare). Transmisiunea la cea mai mare distan cu ajutorul unor dispozitive Wi-Fi a fost realizat, folosind antene puternice i semnale direcionate, de Ermanno Pietrosemoli de la Escuela Latinoamerica de Redes, care a transferat 3 MB de date ntre vrfurile El Aguila i Platillon din Venezuela, aflate la o distan de 382 km.[23] Canalele

Repartizarea canalelor n banda de 2,4 GHz n Japonia, Wi-Fi folosete 14 canale ale benzii de 2,4 GHz, n Statele Unite 11 iar n Europa 13. n zonele unde acioneaz mai multe puncte de acces, acestea se pot interfera, deoarece benzile nu sunt complet separate. Doar trei canale (1, 6 i 11 n SUA, mai multe combinaii n Europa i Japonia) pot fi complet separate, n condiiile n care toate punctele de acces dintr-o zon folosesc doar IEEE 802.11g, fr posibilitatea de a recurge la 802.11b n caz de condiii dificile. n Uniunea European, puterea radiat izotrop echivalent maxim este de 100 mW (20 dBm). Echipamente standard ce folosesc tehnologia Wi-Fi Wireless acces point conecteaza un grup de echipamente wireless la o retea cablata adiacenta. Acces point-ul este similar cu hub-ul de retea, transmitand date intre echipamentele wireless conectate la el si echipamentele conectate prin cablu la retea, cel mai des fiind legat direct la un hub sau

22

switch, lasand astfel echipamentele wireless sa comunice cu alte echipamente conectate prin cablu. Adaptoarele wireless permit conectarea echipamentelor la retelele wireless. Aceste adaptoare se conecteaza la echipamente prin diverse interfete de conectare : PCI, miniPCI, USB, ExpressCard, Cardbus si PC card. Cele mai noi laptopuri sunt echipate cu adaptoare wireless interne.

Routerele Wireless integreaza WAP, switch ethernet si o aplicatie interna de routare care furnizeaza adresa IP routabile, NAT (Network Address Translation) si transmiterea DNS (Domain Name System) printr-o interfata WAN integrata. Un router wireless permite echipamentelor de retea wireless cablate sa se conecteaze la un WAN (cable modem sau DSL modem). Acest echipament are atat functii de acces point si routare cat si de switch-ing intre echipamentele conecate la el , toate astea fiind configurate printr-o interfata, de multe ori, grafica. Wireless network bridges conecteaza o retea cablata cu o retea wireless. Este diferit de acces point, in sensul ca acces point-ul conecteaza echipamente wireless la o retea cablata la nivelul datalink. Doua wireless bridge-uri pot fi folosite pentru a conecta doua retele cablate printr-o conexiune wireless, folositoare in situatiile in care utilizarea cablurilor nu este permisa . Repetoarele wireless pot extinde aria de acoperire a retelelor wireless existente. Trebuie insa tinut seama ca fiecare punct de repetare a semnalului, pe langa amplificarea acestuia, introduce si un timp de intarziere.

23

AUTORI Iliuta Virgil: Notiuni generale, Clasificarea antenelor, Tehnolofia WiFi, Echipamente WiFi Balint George: Standardele IEEE 802.11 (stiva de protocoale, tehnologia, implementari hardware), Limitari, Aria de acoperire

BIBLIOGRAFIE

24

Tannenbaum, Andrew (2004), Reele de calculatoare, ediia a patra, Editura Byblos www.wi-fi.org www.ieee.orgwww.standards.ieee.org/getieee802/802.11.html

Rughini, Rzvan; Deaconescu, Rzvan; Dobrescu, Mihai; Iconaru, Cristian (2007), Administrarea reelelor locale, Bucureti: Editura Printech Rughini, Rzvan; Deaconescu, Rzvan; Ciorba, Andrei; Doinea, Bogdan, Reele Locale, Bucureti: Editura Printech http://en.wikipedia.org/wiki/WiFi http://en.wikipedia.org/wiki/802.11 http://www.lamit.ro/retele-internet-radio-wireless-wifi.htm Alfabetul 802.11 - Jorg Luther IEEE 802 Tutorial

25