شبکه های بی سیم (Wireless)

Wireless (شبکه بی سیم) به تکنولوژى ارتباطى اطلاق مى شود که در آن از امواج رادیویى  (radio waves)، infrared   و مایکروویو (micro wave) ، به جاى سیم و کیبل، براى انتقال سیگنال بین دو دستگاه استفاده شود. از میان این دستگاه ها مى توان پیغام گیرها (Message receivers) ، تلفن هاى همراه ، کامپیوتر هاى قابل حمل (Portable computers) ، شبکه هاى کامپیوترى (Computer networks) ، دستگاه هاى مکان یاب   (GPS) ، سیستم هاى ماهواره اى و PDA ها را نام برد.

تکنولوژى Wireless به سرعت در حال پیشرفت است و نقش کلیدى را در زندگى ما در سرتاسر دنیا ایفا مى کند. اما تکنولوژى Wireless چه فوایدى دارد. این تکنولوژى به استفاده کننده (User) امکان استفاده از دستگاه هاى متفاوت ، بدون نیاز به سیم یا کیبل ، در حال حرکت را مى دهد. شما مى توانید صندوق پست الکترونیکى(E-mail) خود را بررسى کنید ، بازار را زیر نظر بگیرید ، اجناس مورد نیاز را خریدارى کنید و یا حتى برنامه تلویزیون مورد علاقه خود را تماشا کنید. بسیارى از زمینه هاى کارى از جمله مراقبت هاى پزشکى، اجراى قوانین و سرویس هاى خدماتى احتیاج به تجهیزات Wireless دارند.

تجهیزات Wireless به شما کمک مى کند تا تمام اطلاعات را به راحتى براى مشترى خود به نمایش در بیاورید. از طرفى مى توانید تمامى کارهاى خود را در حال حرکت به سادگى به روزرسانى کنید و آن را به اطلاع همکاران خود برسانید. تکنولوژى Wireless در حال گسترش است تا بتواند ضمن کاهش هزینه ها ، به شما امکان کار در هنگام حرکت را نیز بدهد. در مقایسه با شبکه هاى سیمى (wired) ، هزینه نگهدارى شبکه هاى Wireless کمتر است شما مى توانید از شبکه هاى Wireless براى انتقال اطلاعات از روى دریاها، کوه ها و ... استفاده کنید و این در حالى است که براى انجام کار مشابه توسط شبکه هاى سیمى (wired) ، کارى مشکل در پیش خواهید داشت.

تاریخچه شبکه های بی سیم (wireless networking)

تاریخچه wireless networking بابوجود آمدن امواج رادیویی از سالیان قبل (1800) کشف کردیده است. ظهور بسیاری از تکنالوژی باگذشت سال های متمادی صورت گرفته است.

Hamburg جرمنی ملقب بنام Heinrich Rudolf Hers در سال 1888 تولد شده، واو موج رادیویی برای بار اول کشف کرد.

درسال 1894 radio wave بحیث ارتباطات استفاده شد. کیبل های تلگراف به منظور دریافت امواج رادیوی را به طوری سگنال  استفاده گردید. Herz ازرویش امواج الکترومگناتیک برای کشف رادیو،tv و رادار استفاده کرد.

سپس  مخترع ایتالوی بنام Marchese Guglielmo Marconi شعاع  موج رادیورا تا دو میل توسعه داد ، و به حیث پدر رادیو شناخت شد.اما سال 1899 توانست شکل از ارتباطات  خوب توسعه یابد.

Marconi توانست که سگنال بااستفاده از Bristol channel تا 9 میل ارسال نماید. او شعاع موج رادیو را تا 31 میل از طریق English channel در فرانسه انکشاف داد.اما در سال 1901 ساحه ارتباطات توسعه یافت و Marconi توانست از یکطرف به طرف دیگراقیانوس atlantic سگنال ها را روان نماید.

برای radio wave جنگ جهانی دوم یک مسیر بزرگ شد. ایالات متحده یگانه کشوری بود که باراول بخاطر انتقال معلومات خود در جریان جنگ استفاده کرد. این استفاده امواج رادیویی توانست امکان پیروزی را برای امریکا داد. استفاده از امواج رادیویی و انتقال معلومات منجر به اندیشدن بیشتر برای پیشرفت ان نظر به اینکه در سالهای قبل بود شد.

درسال 1972 یک گروپ از محققان تحت رهبری ازNorman Abramson  در دانشگاه Hawaii اولین شبکه ارتباطات رادیوی packet switched) ) ملقب به Alohanet مانند بوجود آوردند. Alohanet اولین wireless local area network بود،ازجانب دیگر به قسم WLAN هم شناخته شد.

اولین WLAN نه کاملا توسعه یافته بلکه ان یک انکشاف بزرگ بود. Alohanet WLAN توانست که 7 کمپیوتر بایکدیگر باهم ارتباط دهد.

 درسال 1972 Alohanet همرای WLAN system Arpanet دریک قاره وصل گردید و این طول داشتن ارتباطات باعث از بین بردن ارتباطات کمپیوتر ها گردید.

اولین نمونه های تکنالوژی WLAN برای اینکه بر یک جمعیت مبدل شود از یک انترفیس استفاده کرد و این انترفیس را appliances  کوچک و ماشین های فابریکه تشکیل دادندوباعث update تکنالوژی گردید.

نمونه دوم تکنالوژیWLAN نسبت به سابق کرده چهاربرابر سرعت آن سریع شد تا به 2Mbps رسید.و امروز از نمونه سوم ان استفاده مینمایم همچنان سرعت سوم هم مانند سرعت تکنالوژی نمونه دوم است.

در سال 1990 Workin Group802.11 سعی کردند تا اینکه بتوانند تکنالوژی WLAN را برای ارتباطات تمام از کمپیوتر تاسیس نمایند.

درسال 1997، IEEE 802.11 این تکنالوژی را برای ارتباطات معلومات در wireless local area networks پذیرفته بود. این تکنالوژی تا به امروز روبه انکشاف است. کمپنی ها نگاه به وجود امدن یک استندار سریعتر از دیگر استندرد ها دارند. گسترشی از wireless networking بسیار به خوبی ده ها سال بعد هم ادامه پیدا خواهد کرد.

انواع استندرد  شبکه های بی سیم Kinds of wireless network standard

فناوری های انفرارید ، بلوتوث ، IEEE ، Wimax  ، Wi-Fi جایگاه ویژه ای در مخابرات بی سیم دارند. اما به دلایل مختلف هیچ کدام بطور کامل مناسب شبکه های بی سیم نیستند مؤسسات استندارد  سازی و فناوران ، عملکرد خو بی در طبقه بندی راه حل ها و فناوری ها نداشته اند. اگر هم کاری انجام شده است بدلیل گنگ بودن در حوزه کاربرد موجب ناکامی شده است. مصرف کننده های نهایی و فناوران ، استندارد  سازی را به دلایل گوناگونی احتیاج دارند. که از آن جمله است:  پیروی از مقررات جهانی ، قابلیت کار بین مارک های مختلف ، رقابت برای کاهش قیمت و ...

حال می پردازیم به معرفی استندارد  های شبکه بی سیم.

انفرارید (infrared)

انفرارید را در زبان فارسی دری به نام شعاع نوری یا اشعه مادون قرمز یاد می کنند . در علم فزیک دانشمندان این واژه را بنام طیف امواج الکترومقناطیس یاد کرده اند . اشعه  انفرارید از نوع اشعه مغناطیسی با طول مــــوج طولانی تر از نور مــرئی اما کمـتـــر از مایکرو ویو. اولین کشف کننده اشعه نوری اسحاق نیوتن میباشد ، و ولیام هرشل اولین کســی بود که درســـال 1800 م آنرا در طیف بدست آمده در منـشــــور شیشه یی آنرا جهت آندازه گیــری حرارت توسط هر رنگ بکار برد.

انفرارید در فاصله بسیار کم قابل استفاده میباشد آن هم در صورتیکه وسایل مربوطه بدون کدام تکان در یک نقطه مستقیم با مقابل یکدیگر قرار گیرد. و همین نواقص آن سبب شد تا استفاده آن محدود شده و تکنالوژی های بعدی بمیان آید.

بلوتوت (Bluetooth)

نام Bluetooth از نام یک پادشاه دانمارکى  به نام (Harald Blaatand) که در قرن دهم زندگى مى کرده، گرفته شده است. Bluetooth تاحدى متفاوت از دو استندارد  Wi-Fi و  802.11a است. Bluetooth انعطاف پذیرى بیشترى دارد ولى در مقیاس کوچکتر شبکه هاى خانگى (personal area network) عمل مى کند. عملکرد واقعى آن فقط  300 kbpsاست ، و رنج (Range) آن تقریباً ۱۰ متر است.

Wi-Fi و 802.11a براى برقرارى ارتباط بین دستگاه ها به adaptor ها، مسیر یاب ها routers)، gateway) (ایستگاه هاى) access point و برنامه هاى راه اندازى هم زمان، نیاز دارند. اما بر خلاف آنها، تمام دستگاه هایى که امواج رادیویى و آنتن هاى Bluetooth داشته باشند، با تدارکات کمى، مى توانند با یکدیگر ارتباط بر قرار کنند.

بلوتوت نوع ساده ای از ارتباط شبکه های بی سیم است که حداکثر ارتباط 8 دستگاه را با تکنولوژی Bluetooth پشتیبانی می کند دستگاههایی از قبیل PDA ، نوت بوک ، تلفن های همراه و کامپیوترهای شخصی از جمله این موارد هستند می دهد اگرچه این تکنولوژی ممکن است در صفحه کلیدها ، موس ها ، Headset و Hands-free تلفن های همراه نیز دیده شود این تکنولوژی در سال 1994 توسط شرکت اریکسون ایجاد شد در سال 1998 تعداد کوچکی از کمپانیهای مشهور مانند اریکسون ،نوکیا ، اینتل و توشیبا استفاده شد . بلوتوس در فواصل کوتاهی بین 9 تا 90 متر کار می کنند این فاصله پشتیبانی به امنیت این تکنولوژی می افزاید. چرا که اگر کسی بخواهد ارتباط شما را شنود کند گر چه به ابزار خاصی نیاز ندارد اما  در فاصله نزدیکی از شما قرار بگیرد مهمتری ویژگی بلوتوس این است که بر خلاف Infrared  موانعی مانند دیوار تاثیری بر روی سیگنال آن ندارند از تکنولوژی رادیوئی استفاده کرده که خیلی گران نبوده و مصرف برق خیلی کمی دارد .

استندرد IEEE 802.11

 فامیل 802.11 اولین بار در سال 1990 بوسیله انستیتیو IEEE معرفی گردید که اکنون تکنولوژیهای متفاوتی از این استندارد  برای شبکه های بی سیم ارائه گردیده است. این فامیل با گذاشت وقت به اشکال مختلف معرفی گردید، که هر کدام آن در فوق بشکل مفصل تشریح میکنیم.

استندرد 802.11

 برای روشهای انتقال FHSS(frequency hopping spared spectrum ) یا DSSS (direct sequence spread spectrum )  با سرعت  1Mbps تا  2Mbps در کانال  2.4GHz قابل استفاده می باشد.

استندرد 802.11a

 این استندارد  از فرکانس 5 GHZ استفاده می کند. سرعت انتقال داده در این استندارد  معادل 54Mbps است. به دلیل بالا بودن فرکانس، قیمت تجهیزات این استندارد  نیز گران تر از سایر استندارد  ها می باشد.

استندرد 802.11b

این استندارد  بر خلاف استندارد  بالا، از فرکانس 2.4 GHZ استفاده می کند. به همین دلیل نیز تجهیزات این دو استندارد  با یکدیگر تطابق ندارند و نمی توانند با هم در ارتباط باشند. سرعت انتقال داده در این استندارد  پایین و در حدود 11 تا 22Mbps می باشد. قیمت تجهیزات این استندارد  نیز ارزان تر است.

استندرد 802.11g

این استندارد  در واقع شکلی از دو استندارد  بالاست که هم از فرکانس پایینی استفاده می کند ( و در نتیجه هزینه کمتری روی دست مشتری می گذارد ) و هم اینکه از سرعت بالای 54Mbps  پشتیبانی می کند. این استندارد  با هر 2 استندارد  بالا، مطابق است و همین ویژگی های منحصر به فرد است که باعث محبوبیت این استندارد  شده است.

 استندرد Wi-Fi

اصطلاح Wi-Fi مخفف عبارت Wireless Fidelity است و استندارد ی از زیر مجموعه Bluetooth است و تحت آن، ارتباطى با قدرتى بیشتر از خود Bluetooth ایجاد خواهد شد. ارتباط Wi-Fi بیشتر بر پایه ارتباط شبکه اینترنت به صورت بى سیم تاکید مى کند و همین امر باعث محبوبیت بسیار زیاد آن شده است.  با استفاده از این تکنولوژى به راحتى در مسافرت ، هواپیما و یا هتل مى توان از طریق Laptop به اینترنت متصل شد.

این نوع شبکه ها بسته به نوع استانداری که از آن پیروی می کنند بردی تا 400 متر دارند. محدوده فرکانسی امواج این شبکه در محدوده امواج مایکروویو قرار دارد. نکته جالب این است که بر خلاف شبکه های کیبلی ، این نوع شبکه ها از هیچ گونه توپولوژی خاصی پیروی نمی کنند و تمام سخت افزار های موجود در شبکه می توانند به راحتی و بدون هیچ گونه مشکلی مانند تصادم ، با هم در ارتباط باشند. با توجه به بردی که این شبکه ها دارند به نظر برای شرکت ها و یا منازل مسکونی کاملا مناسب هستند.

وایمکس WiMax(Worldwide Interoperability for Microware Access)

با افزایش فاصله های مخابراتی ، اتصال کابلی و ارتباط با فیبر نوری از لحاظ اقتصادی دیگر به صرفه نمی باشد. اما فناوری بی سیم امکان دسترسی به نواحی دور را به شکلی مقرون به صرفه مهیا می کند.

وایمکس ( مخفف: قابلیت کار با سیستم های دیگر در برای دسترسی ماکروویو ) - یا IEE 802.16 و Wireless MAN  دسترسی با پهنای باند زیاد را به فواصل طولانی تر از 802.16 (LAN بی سیم ) فراهم می آورند.

نکات مثبت وایمکس:

چهار عنصر تعریف کننده موجب تفاوت وایمکس با دیگر فناوری های بی سیم شده است.

·         وایمکس یک روش دسترسی بی سیم و با پهنای باند زیاد است(BMA) . که ارتباط سریع و با پهنای باند بالا را به نقاط دور ایجاد می کند. این فناوری منطبق باIEEE 802.16/ETSI HiperMAN می باشد و مناسب تجهیزاتی است که قابلیت کار با سیستم های دیگر را دارند.

·         فناوری که مبنا و اساس این استندارد  است اغلب با عنوان "Wireless MAN wireless local loop" یا وایمکس شناخته می شود.

·         مهمترین ویژگی وایمکس قابلیت کار محصولات تولید کنندگان مختلف با هم می باشد.

·         وایمکس از روش های مدولاسیون متفاوتی در بین مصرف کننده ها بهره می جوید و از ایستگاه های پایه در فواصل مختلف استفاده می کند.

انواع شبکه های بی سیم  Kinds of Wireless Network

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 کیبل ، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

 از نظر ابعاد ساختاری، شبکه‌های بی‌سیم به سه دسته تقسیم می‌گردند که عبارت از  WWAN، WLAN  و WPAN مباشند.

WLANS (Wireless Local Area Networks)

این نوع شبکه برای استفاده کنندگان محلی از جمله محیطهای(Campus)  دانشگاهی یا آزمایشگاهها که نیاز به استفاده از اینترنت دارند مفید می باشد. در این حالت اگر تعداد استفاده کنندگان محدود باشند می توان بدون استفاده از Access Point  این ارتباط را برقرار نمود . در غیر اینصورت استفاده از Access Point ضروری است. می توان با استفاده از آنتن های مناسب مسافت ارتباطی استفاده کنندگان را به شرط عدم وجود مانع تاحدی طولانی تر نمود.
برای تنظیم نمودن این نوع شبکه ها میتوانیم از دو طریق استفاده نمایم اول بدون نقطه مرکزی(Ad hoc)، دوم با نقطه مرکزی (infrastructure) میباشد.

WPANS (Wireless Personal Area Networks)

دو تکنولوژی مورد استفاده برای این شبکه ها عبارت از :IR (Infra Red ) و Bluetooth (IEEE 802.15 ) می باشد که مجوز ارتباط در محیطی حدود 90 متر را می دهد البته در IR نیاز به ارتباط مستقیم بوده و محدودیت مسافت وجود دارد .

مثال از شبکه های WPANs میتوانیم ریموت های تلویزن، بلوتوت نمودن از طریق موبایل ها وغیره کارهای کوچک دیگر داد.

WMANS (Wireless Metropolitan Area Networks)

توسط این تکنولوژی ارتباط بین چندین شبکه یا ساختمان در یک شهر برقرار می شود برای Backup آن می توان از خطوط اجاره ای ،فیبر نوری یا کابلهای مسی استفاده نمود .

WWANS (Wireless Wide Area Networks)

برای شبکه هائی با فواصل زیاد همچون بین شهرها یا کشورها بکار می رود این ارتباط از طریق آنتن ها ی بی سیم یا ماهواره صورت می پذیرد .

Wireless Network devices  وسایل شبکه های بی سیم

برای ایجاد یک شبکه بی سیم ضرورت به وسایل میشود که ما قادر به وصل نمودن هر wireless client در آن شویم. قابل یاد آوری است که نه تنها در شبکه های بی سیم ، بلکه برای ایجاد یک محیط یکه چندین وسیله با هم ارتباط داشته باشند چینن نیاز به میان می آید.

بلاخره برای وصل نمودن wireless client ها ویا ایجاد یک شبکه بی سیم در یک ساحه محدود (WLAN) و نا محدود (WWAN) چینن وسایل ضرورت میشود.

• Wireless PC Card Adaptor
• Wireless Access Point
• Wireless Repeater
• Wireless Router
• Wireless Bridge
• Wireless Antenna

وسایل که در بالا یاد آوری شدیم مهم ترین از وسایل برای ایجاد یک شبکه بی سیم بهتر میباشد در بعداً بالای هر یک از اینها بحث خواهیم کرد.

Wireless PC Card Adaptor

هرگاه بخواهیم با یک سیتم از شبکه بی سیم وصل شویم در صورتیکه کمپیوتر دارای خدمات از ایجاد یک شبکه بی سیم نباشد، ضرورت به نصب یک کارت بنام(Wireless PC Card Adaptor) در slotهای PCI کمپیوترهای Desktop و در slotهای PCMCIA از کمپیوترهای Laptop ایجاد میشود. این کارت ها داری یک انتن در قسمت backpanel کمپیوترهای Desktop میباشد. که توسط همین آنتن signalها را گرفته به سیتم کمپیوتر و بعداً پروسس میشود.

Wireless Access Point

Wireless access point که معمولاً به شکل (AP-WAP) در کتاب های بیان میشود. AP منحیث یک مرکز ارسال و دریافت (Transmit ,Receive ) سیگنال ها در شبکه های بی سیم میباشد. این وسیله در خانه ویا در شرکت های کوچک تجارتی استفاده میشود، AP دارای یک کارت شبکه بشکل built-in ،آنتن و ارسال کننده امواج رادیوی(Radio transmitter)  میباشد و همچنان از استندرد Wi-Fi نیز پشتبانی میکند.

قابل یاد آوری است که یک AP اسبق تنها 10 الی 20 wireless client میتوانست که اجازه ارتباطات را بدهد اما وسایل فعلی الی255 wireless client را اجازه میدهد.

Wireless Repeater

Repeater یک وسیله برقی میباشد که داری خصوصیات اخذ و دوباره انتقال دادن آن بشکل قویتر آن میباشد ویا میتوان گفت که بخاطر تقویت بخشیدن سیگنال ها به فاصله های دور میباشد.

پس بدین منظور شبکه های بی سیم نیز دارای چینن وسیله که بتوانت سیگنال ها را به فاصله های دور بین دو ویا چندین Access point رهنمایی کند.

Wireless Router

wireless router یک وسیله است که وظیفه یک router را  انجام میدهد و در وسایل شبکه های بی سیم wireless router منحیث یک Access Point نیز کار میدهد، این وسیله به ما اجازه میدهد تا به انترنت ویا به یک شبکه کمپیوتری بدون نیاز به کیبل وصل شویم و میتوانت در هر دو شبکه های wired/wireless استفاده شود.

بسیاری از wireless router های جدید دارای خصوصیات خوبی نسبت به شکل اولی شان میباشد.

• دارای یک LAN port (port برای شبکه های Ethernet)، که میتوانت منحیث یک port مانندnetwork switch استفاده شود
• دارای یک WAN Port ، بخاطر وصل شدن به یک WAN ویا دسترسی به انترنت و اگر از این port استفاده نشود بسیاری از کارهای router توقف داده میشود.
• دارای یک انتن میباشد که ارتباط از وسایل دیگرشبکه های بی سیم مانند wireless NIC،Wireless Repeater، Wireless Bridgeو Wireless Access Point را بر خود میگیرد.

 Wireless Bridge

این وسیله برای ارتباط دادن دو و یا بیشتر از دو شبکه های بی سیم استفاده میشود وظیفه اصلی این وسیله فقط ایجاد ارتباط قوی البته با فاصله بیشتر قابل استفاده میشود بدلیل قمیت بودن این وسیله  مورد استفاده ان کمتر میباشد.

آنتن های بی سیمWireless Antenna

آنتن های بی سیم در شبکه های بی سیم برای تبدیل نمودن سکینال به شکل digital ویا دیتا تبدیل میکند، آنتن های بی سیم بدو شکل برای تبدیل نمودن سگینال به دیتا تقسیم میشود indoor، outdoor.

انتهای outdoor عموماً دارای پوشش و اتصالاتی هستند که بتوانند در شرایط دشوار فضای آزاد مثل باد، طوفان، برف، باران وغیره قابل استفاده میباشد در حالایکه آنتنهای indoor  در دورن ساختمان تحت پوشش محدود میباشد.

از این آنتن های بیشتر در وسایل که قبلاً یاد آور شدیم قابل استفاده میباشند یعنی در wireless Access Point، wireless router، wireless repeater وغیره در این وسایل معمولاً دیتا ها را توسط آنتن ها یشان تغیر و تبدیل میکنند.