Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Метод 802.11a основан на технологии OFDM( Orthogonal Frequency Division Multiplexing), так как она эффективно использует спектр и устойчива к искажению беспроводного сигнала, например, из-за многолучевого распространения. Биты параллельно отправляются по 52 поднесущим, из которых 48 содержат данные и 4 служат для синхронизации. Каждый символ длится 4 мкс и отправляет 1, 2, 4 или 6 бит. Биты кодируются для исправления ошибок, для этого применяется сверточный код. Поэтому только 1/2, 2/3 или 3/4 бит не являются избыточными. В разных комбинациях 802.11a может обеспечивать восемь разных показателей скорости, от 6 до 54 Мбит/с. Это значительно выше, чем у 802.11b, к тому же в диапазоне 5 ГГц намного меньше помех. Однако радиус действия 802.11b примерно в семь раз дальше, чем у 802.11a, что во многих ситуациях бывает крайне важно.

Несмотря на большую дальность действия, разработчики 802.11b не собирались давать этому молодому да раннему стандарту шансов на победу в соревновании скоростей. К счастью, в мае 2002 года FCC отменила давнее правило, требующее, чтобы все беспроводное коммуникационное оборудование, работающее в США в диапазонах ISM, применяло расширение спектра, поэтому стало возможным запустить работу над 802.11g — этот стандарт был одобрен комитетом IEEE в 2003 году. Он копирует методы модуляции OFDM стандарта 802.11a, но вместе с 802.11b используется в ограниченном диапазоне ISM 2,4 ГГц. Он предлагает те же скорости, что и 802.11a (от 6 до 54 Мбит/с) плюс, разумеется, совместимость с любыми устройствами 802.11b, которые могут оказаться рядом. Все эти различия зачастую сбивают простых пользователей с толку, поэтому продукты обычно поддерживают 802.11a/b/g в одной общей плате.

Не сбираясь останавливаться на достигнутом, комитет IEEE начал работу над физическим уровнем 802.11n, характеризующимся очень высокой пропускной способностью. Он был одобрен в 2009 году. Цель 802.11n — обеспечить пропускную способность не менее 100 Мбит/с, устранив все накладные расходы беспроводной связи. Для этого требуется увеличение базовой скорости как минимум в четыре раза. Комитет удвоил ширину каналов с 20 до 40 МГц и снизил накладные расходы на пересылку кадров, разрешив совместную отправку целой группы кадров. Что еще важнее, в стандарте 802.11n предусмотрено использование до четырех антенн для пересылки до четырех потоков информации одновременно. Сигналы потоков смешиваются на стороне получателя, но их можно разделить с помощью коммуникационных техник MIMO (Multiple Input Multiple Output, несколько входов — несколько выходов). Наличие нескольких антенн дает огромный выигрыш в скорости либо больший радиус действия и повышение надежности. MIMO, как и OFDM, — это одна из тех хитрых коммуникационных идей, которые в корне меняют дизайн беспроводных сетей и о которых мы наверняка нередко будем слышать и в будущем. Краткое описание техники использования нескольких антенн в стандарте 802.11 см в (Halperin и др., 2010).

4.4.3. Стандарт 802.11: протокол подуровня управления доступом к среде

Однако вернемся из области электротехники в область компьютерных наук. Протокол подуровня MAC (напомним, MAC расшифровывается как Medium Access Control — Управление доступом к среде) в стандарте 802.11 довольно сильно отличается от аналогичного протокола Ethernet вследствие двух фундаментальных факторов, характерных для беспроводного обмена данными.

Во-первых, радиопередатчики почти всегда работают в полудуплексном режиме. Это означает, что они не могут на одной и той же частоте одновременно передавать сигналы и прослушивать всплески шума. Получаемый сигнал может быть в миллион раз слабее передаваемого и его может быть просто не слышно. В Ethernet станция ожидает, пока в канале настанет тишина, и тогда начинает передачу. Если шумовой всплеск не приходит обратно в течение времени, необходимого на пересылку 64 байт, то можно утверждать, что кадр почти наверняка доставлен корректно. В беспроводных сетях такой механизм распознавания коллизий не работает.

Вместо этого 802.11 пытается избегать коллизий за счет протокола CSMA/CA( CSMA with Collision Avoidance, CSMA с предотвращением коллизий). Концепция данного протокола схожа с концепцией CSMA/CD для Ethernet, где канал прослушивается перед началом отправки, а период молчания после коллизии вычисляется экспоненциально. Однако если у станции есть кадр для пересылки, то она начинает цикл с периода молчания случайной длины (за исключением случаев, когда она давно не использовала канал, и он бездействует). Станция не ожидает коллизий. Число слотов, в течение которых она молчит, выбирается в диапазоне от 0 до, скажем, 15 в случае физического уровня OFDM. Станция дожидается бездействия канала в течение короткого периода времени (называемого DIFS; подробнее о нем ниже) и отсчитывает слоты бездействия, приостанавливая отсчет на время отправки кадров. Свой кадр она отправляет, когда счетчик достигает нуля. Если кадр проходит успешно, то адресат немедленно отправляет обратно короткое подтверждение. Если подтверждение отсутствует, делается вывод, что произошла ошибка — коллизия или иная. В таком случае отправитель удваивает период молчания и повторяет попытку, продолжая экспоненциально наращивать длину паузы (как с Ethernet), пока кадр не будет успешно передан или пока не будет достигнуто максимальное число повторов.