wsc12 - Chapter 7 Low-Speed Wireless Local Area Networks

Chapter 7 Low-Speed Wireless Local Area Networks
2. Objectives- อธิบายได้ว่าใช้ WLANs อย่างไร, บอกส่วนประกอบและประเภท WLAN ได้, อธิบายว่า RF WLAN ทำงานอย่างไร, อธิบายความแตกต่างระหว่าง IR, IEEE 802.11 และ IEEE 802.11 WLANs,ลักษณะ โครงสร้างของผู้ใช้ที่เคลื่อนที่ นำเสนอโดย IEEE 802.11 NT
3. WLAN Applications-กำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากการติดตั้งสายเคเบิ้ลไม่สะดวกและมีราคาแพง จึงนำ Wireless NT มาแก้ปัญหานี้ นอกจากนั้น Wireless NT ช่วยให้ผู้ใช้หลายคนสามารถเชื่อมต่อกันได้ในวงอินเตอร์เน็ตเดียวกัน, เกตเวย์ ประกอบด้วย เครื่องที่หมายรวมถึง เร้าเตอร์ อีเธอร์เน็ต สวิตซ์ และไวร์เลสแอคเซสพอยนต์
* ผู้ใช้หลายคนใช้ AP ตัวเดียวกันได้ เป็นเหมือน NT ทั่วไปแต่ใช้ผ่านเครือข่ายไร้สาย
** เวลาผ่านเข้า downtown พบว่าเกือบทุกที่มี wireless accidential gateway ผ่านถึงผู้ใช้แถวนั้นได้
4. WLAN Components-ฮาร์ดแวร์อย่างน้อยที่จำเป็นต้องมีใน WLAN คือ คอมพิวเตอร์, ISP, Wireless NIC และ AP
* AP ทำให้ wireless LAN ได้รับความนิยมมาก
5. Wireless Network Interface Card-
NIC-ยอมให้คอมพิวเตอร์เชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายได้
*ปัจจุบันอยู่ในเมนบอร์ด เมื่อก่อน NIC เสียบ PCM SA Slot
W NIC – เชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์ในเครือข่ายได้โดยไม่ใช้สายเคเบิ้ล ส่วนมาอยู่ในรูปแบบการ์ดที่แยกต่างหาก
Mini PCI เป็นการโขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เทียบเท่าการ์ด PCI มาตรฐาน ใช้ในคอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค
6. Wireless Network Internet Card รูป mini PCI wireless NIC (รุ่นเก่า)
7. Wireless Network Interface Card เครื่องที่มีขนาดเล็กกว่ามีสองทางเลือกใช้ Wi NICs
7.1 Optional Sled ประกอบด้วย Type II PC Card Slot และ แบตเตอร์รี่
7.2 การ์ด Computer Flash (CF) หรือ การ์ด Secure Digital (SD) ที่มีขนาดเล็กและใช้พลังงานน้อยกว่า, ส่งและรับด้วยพลังงานระดับต่ำ
Intel Centrino chipset รวมฟังก์ชันการใช้งานทั้งหมดของ Wireless NIC ใช้ใส่ในเมนบอร์ดโดยตรง
8. Wireless Network Internet Card รูป CF Card wireless NIC and SD card wireless NIC
9. Access Points
เป็นศูนย์กลางของ Wireless LAN ด้วยการเชื่อมต่อกับ Wired Network มีส่วนต่างๆ ดังนี้ radio transceiver,Antenna,สาย RJ-45 พร้อมพอร์ต หน้าที่คือ เป็น BS ของการสื่อสารไร้สาย และเป็นสะพานเชื่อมต่อระหว่าง wireless และ wired networks
10. รูป 7-3 สังเกตว่าอุปกรณ์ไร้สายและมีสายไม่ได้คุยกันโดยตรงแต่คุยผ่านแอคเซสพอยนต์
11. ระยะรัศมี AP ประมาณ 115 เมตร อ.บอกว่าขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม ถ้าอยู่ในอาคารอาจสั้นแต่ภายนอกอาคารอาจไปได้ไกล
11.1 Dynamic rate selection : AP สามารถปรับเรทการส่งดาต้าให้มีค่าสูงสุดโดยอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับความแรงและคุณภาพของสัญญาณ
11.2 สามารถสนับสนุนผู้ใช้ได้มากกว่า 100 เครื่อง
11.3 Power over Ethernet (PoE) : DC Power ถูกส่งไปที่ AP ผ่านสายที่ไม่ได้ใช้ด้วยมาตรฐานเคเบิ้ล UTP Ethernet

12. WLAN Mode
12.1 Adhoc mode
12.2 Infrastructure mode

13. Ad Hoc Mode
รู้จักกันในชื่อ peer to peer mode
ชื่ออย่างเป็นทางการ คือ Independent Basic Service Set (IBSS) mode
โดย Wireless clients สื่อสารโดยตรงด้วยกันเองโดยไม่ผ่าน AP ทำให้มีความรวดเร็วและติดตั้งเครื่องไร้สายได้ง่ายขึ้น

ข้อเสียคือ wireless clients สามารถสื่อสารด้วยกันเองได้เท่านั้น
14. รูป Ad hoc mode

15. Infrastructure mode
รู้จักกันในชื่อ Basic Service Set (BSS) ประกอบด้วย wireless clients และ AP
-Extended Service Set (ESS)คือ BSS ตั้งแต่ 2 ตัวขึ้นไปอยู่ในเครือข่ายเดียวกัน ช่วยให้ผู้ใช้สามารถเคลื่อนที่ได้โดยที่เครือข่ายไม่หลุด
-wireless clients และ AP ทั้งหมด ต้องอยู่ในเครือข่ายเดียวกัน เพื่อให้ผู้ใช้ใช้ได้ต่อเนื่องโดยสัญญาณไม่หลุด
16.รูป ESS

17.จัดการได้ยากกรณีที่เครือข่ายมีขนาดใหญ่ ในเรื่องประสิทธิภาพและความปลอดภัยอาจสวนทางกัน
subnet คือยูนิตเครือข่ายที่ประกอบด้วย คอม 2-3 เครื่อง
การแบ่ง ESS เป็นสับเนต : ผู้ใช้ไม่สามารถเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งระหว่าง AP ได้ง่ายๆ

18.Wireless LAN Standards and Operation ส่วนใหญ่เป็นมาตรฐาน IEEE 802.11

19.มาตรฐาน IEEE 802.11
กำหนด ว่าเป็น LAN ที่ปราศจากสายเคเบิ้ล ทั้งแบบเคลื่อนที่และนั่งอยู่กับที่ (สรุป เป็นเครือข่ายไร้สายนั่นแหละจ้า)
มีเรทที่ 1 หรือ 2 Mbps โดยใช้ IR แบบกระจาย (ที่เรียนไปก่อนกลางภาค)และ RF
ลักษณะเฉพาะของ WLAN คือต้องไม่เป็นอุปสรรคต่อชั้นสูงๆ ของ TCP/IP protocol stack หรือ OSI protocol model

20.ภาพนี้แสดงว่าเป็น 802.11 ในชั้น data link กะ phy เท่านั้น

21.IEEE 802.11 Infrared WLAN Standard
พูดถึง Infrared พอๆกับ RF WLANs โดยเป็น IR แบบกระจาย
-PHY Layer sublayers มีแบบ PMD กับ PLCP

22. ภาพนี้แสดงว่า (มองล่างขึ้นบน) PMD นั้นทำหน้าที่เตรียมการส่ง แล้ว PLCP ที่อยู่ข้างบนทำหน้าที่ติดต่อระหว่าง MAC Layer กะ PMD ทำหน้าที่แปลงข้อมูลให้เหมาะกับการส่ง

23. procedure ของ IR แบบกระจายในชั้น phy layer
- แปลงข้อมูลที่รับจาก MAC layer ไปเป็นเฟรมที่ชั้น PMD layer สามารถส่งได้
- ขนาดเฟรมวัดแบบ time slots(ไม่ใช่บิท)
- IR เริ่มที่ 1001
- ค่าดาต้าเรทบอกถึง ความเร็วในการส่ง
- การปรับระดับโดยตรง (คือกำหนดความเข้มสัญญาณในการส่ง มีสองค่าคือ 0 หรือ 1ในรูป 24) ประกอบด้วยรูปแบบของจังหวะของ IR และ ยอมให้เครื่องรับกำหนดระดับสัญญาณได้

รูป 24 บอกรหัสของ time slot

25. อ่านตาราง ถ้า data rate = 000 ส่งด้วยอัตราเร็ว 1.0 Mbps DCLA Value จะดูว่าหลักใด และ lavel ใดควรเป็น 0 หรือ 1

26. มาตรฐาน Diffused infrared physical medium dependent
- PDM แปล 1 กะ 0 เป็นจังหวะแสงเพื่อใช้ในการส่ง
- PDM ส่งข้อมูลโดยใช้ จังหวะแสง
- 16 PPM คือ แปลง 4 บิท เป็น 16 จังหวะ
- 4 PPM ใช้ส่ง 2 Mbps
- แต่ละ time slot เท่ากับ 250 ns

27. และ 28 คือรูปของ 16 PPM และ 4 PPM ตามลำดับ

29. มาตรฐาน 802.11b รู้จักกันในชื่อ Wi-Fi
- เพิ่มความเร็วอีก 2 ระดับ คือ 5.5 Mbps และ 11 Mbps
- RF และ DSSS เป็นเพียงเทคโนโลยีการส่ง
- Phy Layer แบ่งเป็น 2 ส่วน (อีกแล้ว) คือ PDM และ PLCP

30. physical layer convergence procedure standards
- ใช้พื้นฐาน DSSS
- แปลงข้อมูลที่รับจาก MAC layer
- PLCP frame สร้างขึ้นจาก 3 ส่วน : preamble, header และ data
- preamble, header ส่งข้อมูลที่ 1 Mbps สื่อสารระหว่างเครื่องที่ slower และ faster

31. รูป PLCP frame

32. physical medium dependent standards
- แปลง 1 กะ 0 ของเฟรมเป็นสัญญาณวิทยุเพื่อใช้ในการส่ง
- มาตรฐาน 802.11b ใช้ในด้านอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ และการแพทย์ (ย่าน ISM) โดยมี 14 คลื่นความถี่ เริ่มที่ 2.412 GHz และเพิ่มทีละ 0.005 GHz ดังรูปตาราง 14 ช่องสัญญาณของ 802.11b ISM band
- PDM สามารถส่งข้อมูลที่ 11,5.5,2 หรือ 1 Mbps
- ที่ 1 Mbps ใช้ DBPSK 2 ระดับ
- ที่ 2, 5.5, 11 Mbps ใช้ DQPSK
- ในการส่งที่เรทมากกว่า 2 Mbps ใช้ CCK ตามตาราง 64 vode word 8 บิท
- MAC Layer : 802.11b Datalink Layer ประกอบด้วย 2 sublayers คือ LLC และ MAC
- การเปลี่ยนแปลงของ 802.11b จำกัดอยู่ในชั้น MAC Layer
- บน WLAN เครื่องทั้งหมดแชร RF Spectrum เดียวกัน
- Distributed Coordination Function
- Channel access methods สามารถป้องกัน collisions ได้ โดยใช้ CSMA/CA
หน้า 36 รูปแสดงว่าเครื่องบนและเครื่องล่างส่งดาต้ามาชนกันเลยก่อน collision ตรงกลาง

37. Distributed coordination function
- CSMA/CD ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการ collisions ส่วน CSMA/CA นั้นหลีกเลี่ยง collisions
- ด้วยการยืนยันข้อมูลเพราะ collisions ส่วนใหญ่เกิดขึ้นหลังจากที่แต่ละเครื่องส่งข้อมูลเสร็จแล้ว นิยมใช้วิธีให้เครื่องทั้งหมดรอด้วยเวลาค่าหนึ่ง (ค่านี้สุ่มขึ้นมา) และยังลด collisions ด้วยการใช้ ACK
1.ร้องขอว่าให้ส่งหรือ เคลี่ยร์ เพื่อส่ง (RTS/CTS) protocol และ fragmentation ดูรูปหน้า 40 (RTS/CTS) protocol - นิยมใช้
2.Polling เป็นวิธีหนึ่งของ channel access method โดยให้แต่ละเครื่องต้องถามก่อน ส่งข้อมูล จึงเป็นวิธีกำจัด collisions ที่มีประสิทธิภาพมาก ดูรูป Polling หน้า 41- ไม่นิยม
3. PCF ใช้ AP เป็น Polling Device

42.Association และ Reassociation
- ให้ clients เข้าร่วม WLAN และยังคงติดต่อในเครือข่ายอยู่
Association เริ่มด้วย client สแกนคลื่นในอากาศ ที่มีประเภทการสแกนดังนี้
a)Passive Scanning
client คอยฟังว่าแต่ละช่องเพื่อตั้งช่วงเวลา ฟังสำหรับเฟรมบีคอนถูกส่งจากทุก AP ตัวเฟรมเองประกอบด้วย SSID ของ AP
b)Active Scanning
client ส่งเฟรมเพื่อสอบถามแต่ละ channel แล้วรอ response frame

-Association request frame ประกอบด้วยความจุและอัตราที่ client นั้นรับได้
-Association response frame ส่งโดย AP, บรรจุ status code และเลข client ID สำหรับ client นั้นๆ

Reassociation
-client อาจดร็อปการเชื่อมต่อกับ AP หนึ่งแล้วสถาปนาการเชื่อมต่อกับ connection อื่นๆ
-จำเป็นเมื่อผู้ใช้เคลื่อนที่ไปครอบคลุมพื้นที่หนึ่ง AP
-client ส่ง Reassociation request frame แก่ AP ใหม่
-AP ส่ง Reassociation response frame กลับ
-AP ใหม่ส่ง Disassociation frame แก่ AP เก่า

หน้า 45 รูป Reassociation process ที่ Client G ปล่อย AP1 ไปเกาะ AP2 แทน

46 เรื่องการจัดการพลังงาน อ. บอกว่าไม่สำคัญ ส่วน 47-48 ข้ามไป 49เลย

49 MAC frame format 3 แบบ
- เฟรมจัดการ ใช้ติดตั้งตอนเริ่มการสื่อสาร ดูรูปหน้า 50
- เฟรมควบคุม ช่วยในการส่งเฟรมที่บรรจุข้อมูล ดูรูปหน้า 51
- เฟรมข้อมูล บรรจุข้อมูลเพื่อส่งแก่ client เป้าหมาย ดูรูปหน้า 52

53 กฎการรอเวลา เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันของ CSMA/CA
ประเภท IFS
-SIFS - รอ ack กลับมาในช่วงเวลาที่กำหนด
-DIFS - รอช่วงเวลาหนึ่งแล้วค่อยส่งใหม่

ขนาดของเฟรมประกอบด้วยระยะเวลาที่ใช้ส่งข้อมูลบวก SIFS
หลังจากรับ ACK เริ่มการส่งโดยรอ backoff interval สุ่ม
-ถ้าการส่งครั้งนั้นไม่ได้รับ ACK ภายใน SIFS จะยอมให้ควบคุมสื่อ และถ้าเฟรม ack ถูก เครื่องที่ส่งต้องฟังขณะรอ backoff interval

สรุป
เทคโนโลยีไร้สายที่น่าสนใจในทุกวันนี้ คือ RF WLANs
-Wireless NIC ทำหน้าที่เหมือนกับ wired NIC
-ส่วนต่างๆ ของ AP คือ Antenna , Radio Tranceiver, RJ-45 wired network interface
-การส่งผ่านข้อมูลใน RF WLAN มีทั้งแบบ Ad hoc และ Infrastructure mode
-มาตรฐาน IEEE 802.11 กำหนดให้เครื่อข่าย LAN ส่งข้อมูลแบบไร้สายเคเบิ้ล
-มาตรฐาน 802.11 ใช้วิธีเข้าถึงด้วย DCF เจาะจงด้วยวิธี CSMA/CA
-มาตรฐาน 802.11 หา polling เรียก PCF
-เครื่องมือ mobile WLAN ต้องใช้แบตเตอรี่เป็นหลัก จึงต้องมี sleep mode เพื่อประหยัดแบตเตอรี่
-มาตรฐาน 802.11 มี MAC frame 3 ประเภท คือ MAnagement frames, Control frames และ data frames

~The End~
Reference : Wireless# Guide to Wireless Communications Second Edition By: Jorge Olenewa and Mark Ciampa