В соответствии со стандартом 802.11 связь осуществляется на физическом (physical) уровне и подуровне MAC канального (Data-link)уровня модели OSI. Основой работы беспроводных сетей на физическом уровне является радиосвязь (Radio Frequncy communications).
В отличие от проводных работа беспроводных намного менее предсказуема, т.к. в проводных сетях передача сигнала происходит в т.н. ограниченной среде (bounded medium). В беспродных же сетях сигнал передается в неограниченной среде (unbounded medium), и может распространятся во сех направлениях (если не ограничивается или не перенаправляется за счет внешних воздействий).
Электромагнитный спектр (EM, electromagnetic spectrum) это набор различных видов электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение представляет собой электромагнитные волны, которые могут распространятся в пространстве и материи. В качестве примера электромагнитных волн можно приветси рентгеновское излучение, гамма-излучение, видимый свет, радиоволны.
Радиосигнал создается за счет постоянного тока (AC, alternating current), генерируемого передатчиком. Ток передается через кабель на антену, в результате чего создаются электромагнитые волны. При изменении тока в антенне изменяются свойства электромагнитного поля вокруг нее.
Характеристики радиоволн:
-Длина волны.
-Частота
-Амплитуда
-Фаза
! скорость света в вакууме обозначается латинской буквой "c" (обозначение происходит от латинского celeritas - скорость).
Существует обратно пропорциональая (inverse) зависимость между длиной волны и частотой, которая иллюстрируетс следующей формулой: λ = c/f (где λ - длина волны, c - скорость света в вакууме, f - частота в Гц). Проще говоря: чем выше частота радиосигнала, тем меньше длина волны и наоборот.
Например, AM-радиостанции работают на частотах, гораздо более низких, чем беспроводные сети стандарта 802.11, спутниковая связь - на гораздо более высоких.
Радиосигналы затухают (attenuate) при распространении в пространстве и материи. Антенны имеют эффективную площадь принимаемой мощности, называемую апертурой (aperture). Энергия радиоволн, улавилваемая апертурой антенны тем меньше тем меньше, тем меньше частота волны. Хотя длина волны и частота напрямую не влияют на затухание, волны с малой длиной затухают быстрее. Теоретически, в вакууме электромагнитные волны могут распространяться бесконечно, но в атмосфере сигнал будет затухать, пока амплитуда не станет малой настолько, что приемник не сможет обнаружить сигнал.
Амплитуда = мощность сигнала. Чем вышем мощность в Вт, тем больше амплитуда.
Если разность фаз сигналов - 0 градусов, они усливают друг друга. Если разница 180 градусов - взанимно "уничтожаются".
Человеческое тело поглощает радиосигнал, т.к. на 50-65% состоит из воды. Это следует учитывать при проектировании беспроводных сетей в помещениях, где находится большое количество людей.
Радиоволны отражаются от плоских поверхностей, размер которых больше длины волны. Металлические поверхности всегда вызывают отражение радиоволн. Также его могут вызвать такие материалы как бетон и стекло.
Для 802.11a/b/g отраженный сигнал может служить причиной падения производительности, в то время как 802.11n и 802.11ac исплользуют его для повышения производительности (MIMO).
Рассеивание (scattering) проще всего описать как множественные отражения. Множественные отражения происходят тогда, когда длина электромагнитной волны больше, чем частицы среды, от которых данная волна отражается.
Можно выделить два вида рассеивания. Первый происходит, когда радиосигнал распространяется в среде и отдельные электромагнитные волны отражаются от мельчайших частиц данной среды. Смог или песчаная буря в пустыне могут вызывать такое рассеивание.
Второй вид рассеивания происходит, когда сигнал на пути своего распространения встречает неровную поверхность и отражается во множестве направлений. Заборы из металлической сетки, металлическая сетка под штукатуркой на стенах, листва деревьев, скалистая поверхность земли обычно вызывают подобное рассеивание. При столкновении с неровной поверхностью, основной сигнал распадается на множество отраженных от чего сильно ухудшается, вплоть до того, что не может быть обнаружен приемником.
При определенных условиях радиосигнал может преломляться, т.е. менять направление распространения на границах сред с различной плотностью. Преломление (рефракция) радиосигнала как правило связано с состоянием атмосферы.
В случае длинных линков, расположенных вне помещений, рефракционные изменения называют k-фактором (k-factor). K-фактор 1 означает, что преломления нет. K-фактор меньше единицы, например 2/3 означает, что сигнал изгибается вверх (от земной поверхности), K-фактор больше единицы говорит о том, что сигнал изгибается вниз (к земной поверхности). При нормальном состоянии атмосферы K-фактор примерно равен 4/3, т.е. сигнал слегка изгибается к земной поверхности.
Три основных причины преломления сигнала: водяные испарения, изменения температуры воздуха, и изменение атмосферного давления.
Радиосигнал также может преломляться некоторыми типами стекла в помещениях.
Дифракция - огибание сигналом препятствия. Зависит от формы, размера и материала препятствия, а также поляризации, фазы и амплитуды радиоволны. Непосредственно позади препятствия будет располагаться область называемая тенеью, в которой, в зависимости от того, как изменит направление сигнал, огибающий данное препятствие, сигнал будет невозможно принять или его качество будет сильно снижено.
Затухание (loss, attenuation) сигнала можно описать как уменьшение амплитуды или мощности сигнала. Мощность сигнала может теряться при передаче как по проводу, так и по воздуху. В проводном сегменте, сигнал может терять мощность из-за сопротивления кабеля или других компонентов, например коннекторов. При распрстранении по воздуху затухание может быть вызвано, например, поглощением сигнала материалами, через которые он проходит (в частности стенами).
В некоторых случаях затухание создается искуственно, например, когда добаляются аттеньюаторы, для того чтобы мощность сигнала соответствовала стандартам.
Следует также помнить, про существование потери сигнала в свободном пространстве (FSPL), т.е. о том, что мощность сигнала будет снижаться даже при распространении в зоне прямой видимости и отсутствии отражения, дифракции, поглощения и т.п. Такие потери вызваны естесвенным расширением волн, также называемым дивергенция (расхождение) луча (beam divergence). Чем дальше от излучателя, тем больше площадь распространения радио сигнала и тем сильнее он затухает. FSPL пристутствует даже в вакууме! (Очень хорошо описано здесь: https://www.cwnp.com/forums/posts?postNum=295865)
Каждый раз при увеличении дистанции вдвое, потери сигнала в свободном пространстве составляют 6dB.
Многопоточное распространение (multipath) - явление, выражающееся в том, что сигнал поступает на принимающую антенну в виде двух или более лучей в одно и то же время или с небольшими (наносекунды) интервалами. Возникает в результате отражения, преломления, дифракции и т.п. Время между принятием этих сигналов называется задержкой распространения (delay spread). В телевидении многолучевое распространение вызывает появление дублирующего изображения. Для радиоволн эффект может быть как полезным, так и деструктивным (из-за разницы фаз, комбинированный сигнал может усиливаться, затухать или повреждаться. Этот эффект называется замиранием (Rayleigh fading) сигнала).
Возможные результаты многолучевого распространения:
-upfade. небольшая разница фаз лучей (от 0 до 120 градусов) приводит к тому, что сигнал усиливается. Тем не менее он не может быть мощнее переданного из-за потерь в свободном пространстве.
-downfade. при разнице фаз лучей от 121 до 179 градусов, мощность сигнала будет снижаться.
-nulling. при разнице фаз в 180 между лучами и основной волной, сигнал будет уничтожаться (cancel).
-повреждение сигнала. из-за разницы во времени между основным и отраженными сигналами, а также из-за того, что может существовать множество отраженных сигналов, у приемника могут возникнуть проблемы с демодуляцией. Из-за задержки распространения сигналы могут налагаться друг на друга из-за чего данные повреждаются. Это явление также называется межсимвольной интерференцией (intersymbol interference, ISI).
Поврежденные данные должны быть переданы повторно, т.к. не проходят проверку целостности (CRC).
Для старого 802.11/a/b/g оборудование многопоточное распространение может стать серьезной проблемой. Помочь в таком случае может использование направленных антенн, разнесенный прием. Иногда помогает уменьшение мощности передаваемого сигнала или использование антенны с меньшей чувствительностью.
Усиление (gain). Существует активное и пассивное усиление. Активное усиление обычно обеспечивается передатчиком или усилителем, расположенным между передатчиком и антенной. Многие передатчики могут передавать сигнал с разным уровнем мощности. Усилитель, как правило, работает в обоих направлениях, т.е. усиливает мощность как входящего, так и исходящего сигнала. Устройства активного усиления требуют внешнего источника питания.
Пассивное усиление достигается за счет фокусирования радиосигнала с помощь антенны. Антенна работает так, что сигнал фокусируется в одном направлении. Не требует внешнего источника питания. Антенна усиливает как передаваемый, так и принимаемый сигнал (т.е. коэффициент усиления антенны будет применяться как к передаваемому, так и к принимаемому сигналу).
Источник: D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administratio Official Study Guide
В отличие от проводных работа беспроводных намного менее предсказуема, т.к. в проводных сетях передача сигнала происходит в т.н. ограниченной среде (bounded medium). В беспродных же сетях сигнал передается в неограниченной среде (unbounded medium), и может распространятся во сех направлениях (если не ограничивается или не перенаправляется за счет внешних воздействий).
Электромагнитный спектр (EM, electromagnetic spectrum) это набор различных видов электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение представляет собой электромагнитные волны, которые могут распространятся в пространстве и материи. В качестве примера электромагнитных волн можно приветси рентгеновское излучение, гамма-излучение, видимый свет, радиоволны.
Радиосигнал создается за счет постоянного тока (AC, alternating current), генерируемого передатчиком. Ток передается через кабель на антену, в результате чего создаются электромагнитые волны. При изменении тока в антенне изменяются свойства электромагнитного поля вокруг нее.
Характеристики радиоволн:
-Длина волны.
-Частота
-Амплитуда
-Фаза
! скорость света в вакууме обозначается латинской буквой "c" (обозначение происходит от латинского celeritas - скорость).
Существует обратно пропорциональая (inverse) зависимость между длиной волны и частотой, которая иллюстрируетс следующей формулой: λ = c/f (где λ - длина волны, c - скорость света в вакууме, f - частота в Гц). Проще говоря: чем выше частота радиосигнала, тем меньше длина волны и наоборот.
Например, AM-радиостанции работают на частотах, гораздо более низких, чем беспроводные сети стандарта 802.11, спутниковая связь - на гораздо более высоких.
Радиосигналы затухают (attenuate) при распространении в пространстве и материи. Антенны имеют эффективную площадь принимаемой мощности, называемую апертурой (aperture). Энергия радиоволн, улавилваемая апертурой антенны тем меньше тем меньше, тем меньше частота волны. Хотя длина волны и частота напрямую не влияют на затухание, волны с малой длиной затухают быстрее. Теоретически, в вакууме электромагнитные волны могут распространяться бесконечно, но в атмосфере сигнал будет затухать, пока амплитуда не станет малой настолько, что приемник не сможет обнаружить сигнал.
Амплитуда = мощность сигнала. Чем вышем мощность в Вт, тем больше амплитуда.
Если разность фаз сигналов - 0 градусов, они усливают друг друга. Если разница 180 градусов - взанимно "уничтожаются".
Человеческое тело поглощает радиосигнал, т.к. на 50-65% состоит из воды. Это следует учитывать при проектировании беспроводных сетей в помещениях, где находится большое количество людей.
Радиоволны отражаются от плоских поверхностей, размер которых больше длины волны. Металлические поверхности всегда вызывают отражение радиоволн. Также его могут вызвать такие материалы как бетон и стекло.
Для 802.11a/b/g отраженный сигнал может служить причиной падения производительности, в то время как 802.11n и 802.11ac исплользуют его для повышения производительности (MIMO).
Рассеивание (scattering) проще всего описать как множественные отражения. Множественные отражения происходят тогда, когда длина электромагнитной волны больше, чем частицы среды, от которых данная волна отражается.
Можно выделить два вида рассеивания. Первый происходит, когда радиосигнал распространяется в среде и отдельные электромагнитные волны отражаются от мельчайших частиц данной среды. Смог или песчаная буря в пустыне могут вызывать такое рассеивание.
Второй вид рассеивания происходит, когда сигнал на пути своего распространения встречает неровную поверхность и отражается во множестве направлений. Заборы из металлической сетки, металлическая сетка под штукатуркой на стенах, листва деревьев, скалистая поверхность земли обычно вызывают подобное рассеивание. При столкновении с неровной поверхностью, основной сигнал распадается на множество отраженных от чего сильно ухудшается, вплоть до того, что не может быть обнаружен приемником.
При определенных условиях радиосигнал может преломляться, т.е. менять направление распространения на границах сред с различной плотностью. Преломление (рефракция) радиосигнала как правило связано с состоянием атмосферы.
В случае длинных линков, расположенных вне помещений, рефракционные изменения называют k-фактором (k-factor). K-фактор 1 означает, что преломления нет. K-фактор меньше единицы, например 2/3 означает, что сигнал изгибается вверх (от земной поверхности), K-фактор больше единицы говорит о том, что сигнал изгибается вниз (к земной поверхности). При нормальном состоянии атмосферы K-фактор примерно равен 4/3, т.е. сигнал слегка изгибается к земной поверхности.
Три основных причины преломления сигнала: водяные испарения, изменения температуры воздуха, и изменение атмосферного давления.
Радиосигнал также может преломляться некоторыми типами стекла в помещениях.
Дифракция - огибание сигналом препятствия. Зависит от формы, размера и материала препятствия, а также поляризации, фазы и амплитуды радиоволны. Непосредственно позади препятствия будет располагаться область называемая тенеью, в которой, в зависимости от того, как изменит направление сигнал, огибающий данное препятствие, сигнал будет невозможно принять или его качество будет сильно снижено.
Затухание (loss, attenuation) сигнала можно описать как уменьшение амплитуды или мощности сигнала. Мощность сигнала может теряться при передаче как по проводу, так и по воздуху. В проводном сегменте, сигнал может терять мощность из-за сопротивления кабеля или других компонентов, например коннекторов. При распрстранении по воздуху затухание может быть вызвано, например, поглощением сигнала материалами, через которые он проходит (в частности стенами).
В некоторых случаях затухание создается искуственно, например, когда добаляются аттеньюаторы, для того чтобы мощность сигнала соответствовала стандартам.
Следует также помнить, про существование потери сигнала в свободном пространстве (FSPL), т.е. о том, что мощность сигнала будет снижаться даже при распространении в зоне прямой видимости и отсутствии отражения, дифракции, поглощения и т.п. Такие потери вызваны естесвенным расширением волн, также называемым дивергенция (расхождение) луча (beam divergence). Чем дальше от излучателя, тем больше площадь распространения радио сигнала и тем сильнее он затухает. FSPL пристутствует даже в вакууме! (Очень хорошо описано здесь: https://www.cwnp.com/forums/posts?postNum=295865)
Каждый раз при увеличении дистанции вдвое, потери сигнала в свободном пространстве составляют 6dB.
Многопоточное распространение (multipath) - явление, выражающееся в том, что сигнал поступает на принимающую антенну в виде двух или более лучей в одно и то же время или с небольшими (наносекунды) интервалами. Возникает в результате отражения, преломления, дифракции и т.п. Время между принятием этих сигналов называется задержкой распространения (delay spread). В телевидении многолучевое распространение вызывает появление дублирующего изображения. Для радиоволн эффект может быть как полезным, так и деструктивным (из-за разницы фаз, комбинированный сигнал может усиливаться, затухать или повреждаться. Этот эффект называется замиранием (Rayleigh fading) сигнала).
Возможные результаты многолучевого распространения:
-upfade. небольшая разница фаз лучей (от 0 до 120 градусов) приводит к тому, что сигнал усиливается. Тем не менее он не может быть мощнее переданного из-за потерь в свободном пространстве.
-downfade. при разнице фаз лучей от 121 до 179 градусов, мощность сигнала будет снижаться.
-nulling. при разнице фаз в 180 между лучами и основной волной, сигнал будет уничтожаться (cancel).
-повреждение сигнала. из-за разницы во времени между основным и отраженными сигналами, а также из-за того, что может существовать множество отраженных сигналов, у приемника могут возникнуть проблемы с демодуляцией. Из-за задержки распространения сигналы могут налагаться друг на друга из-за чего данные повреждаются. Это явление также называется межсимвольной интерференцией (intersymbol interference, ISI).
Поврежденные данные должны быть переданы повторно, т.к. не проходят проверку целостности (CRC).
Для старого 802.11/a/b/g оборудование многопоточное распространение может стать серьезной проблемой. Помочь в таком случае может использование направленных антенн, разнесенный прием. Иногда помогает уменьшение мощности передаваемого сигнала или использование антенны с меньшей чувствительностью.
Усиление (gain). Существует активное и пассивное усиление. Активное усиление обычно обеспечивается передатчиком или усилителем, расположенным между передатчиком и антенной. Многие передатчики могут передавать сигнал с разным уровнем мощности. Усилитель, как правило, работает в обоих направлениях, т.е. усиливает мощность как входящего, так и исходящего сигнала. Устройства активного усиления требуют внешнего источника питания.
Пассивное усиление достигается за счет фокусирования радиосигнала с помощь антенны. Антенна работает так, что сигнал фокусируется в одном направлении. Не требует внешнего источника питания. Антенна усиливает как передаваемый, так и принимаемый сигнал (т.е. коэффициент усиления антенны будет применяться как к передаваемому, так и к принимаемому сигналу).
Источник: D. Coleman, D. Wescott - Certified Wireless Network Administratio Official Study Guide
Комментариев нет:
Отправить комментарий