دانلود مقاله تکنولوژی های لایه فیزیک

تکنولوژی های لایه فیزیک 802.11: 802.11 به عنوان استاندارد تعداد متفاوتی تکنولوژیهای لایه فیزیکال را که توسط MAC به کار می‌رود را تعریف کرده است که عبارتند از: 802.11 2.4 GHZ frequency hopping PHY 802.11 2.4 GHZ direct sequencing PHY 80.11b 2.4 GHZ direct sequencing PHY 802.11a 5 GHZ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) PHY 802.11g 2.4 GHZ extended tate physical (ERP) layer 802.11 اترنت بی سیم شامل (HR-DSSS) 802.11b و همچنین 802.11 a استاندارد OFDM و 802.11 g ERP است.

در حقیقت تفاوت اصلی بین انواع 802.11 ها در لایه ‌ فیزیکال آنهاست.

مفاهیم لایه ‌ فیزیکی بی سیم: لایه فیزیکال 802.11 اساساً مکانیزمهای ارسال را برای MAC فراهم می‌کند به علاوه بر آن اعمال ثانویه‌ای همچون تشخیص وضعیت محیی بی‌سیم و گزارش آن به MAC را هم انجام می‌دهد.

فراهم آوردن این مکانیزمهای ارسال مستقل از MAC، در هر دو لایه فیزیکی و MAC توسعه یافته است.

این استقلال بین MAC و PHY عاملی است که باعث افزایش نرخ انتقال بالاتر در 802.11 b , 802.11a و 802.11 g شده است.

در حقیقت لایه MAC برای همه فیزیکال‌ها یکسان است.

هر یک از لایه های 802.11 دارای دو زیر لایه می باشند: Physical layer convergence procedure (PLCP) Physical Medium Dependant (PMD) PLCP در واقع یک لایه handshake است که واحدهای داده پروتکل MAC را قادر می‌سازد که بین ایستگاههای MAC روی PMD انتقال داده شوند، که روش انتقال و دریافت داده در محیط بی سیم می‌باشد.

تا حدی، می توان PMDرا به عنوان یک سرویس انتقال بی سیم تصور کرد که توسط PLCP کنترل می‌ شود.

زیر لایه‌های PLCP و PMD بر مبنای انواع 802.11 متغیر هستند.

همه PLCP با صرفنظر از نوع فیزیکی 802.11، دارای داده‌های اولیه‌ای که واسط برای ارسال داده‌های هشت‌تایی بین MAC و PMD را فراهم می‌کنند، بعلاوه دارای توابع اولیه‌ای است که MAC را قادر می‌سازد که زمان شروع ارسالش را به فیزیکال اعلام کند و فیزیکال را قادر می‌سازد که به MAC زمان کامل شدن ارسالش را اعلام کند.

در جهت دریافت، توابع اولیه PLCP از فیزیکال به MAC نشان می دهند که چه زمانی شروع به دریافت ارسال از ایستگاه دیگر کرده‌اند و چه زمان ارسال کامل شده است.

برای پشتیبانی از (CCA) Clear channel assesment ، همه PLCPها مکانیزمی برای MAC تدارک دیده‌اند که موتور CCA را reset کرده و برای فیزیکال وضعیت جاری محیط بی‌سیم را گزارش بدهد.

به طور کلی plcpها در 802.11 برطیق دیاگرام زیر عمل می‌کنند.

وضعیت عملیاتی پایه، بر اساس روش Carrier sence clear channel assessment (CS/CCA) است.

این رویه شروع سیگنال را از ایستگاههای مختلف تشخیص می‌دهد و معلوم می‌کند که آیا کانال برای ارسال افراد است یا خیر.

به محض دریافت یک TX و آغاز دادخواست، با تغییر PMD از دریافت به ارسال به وضعیت انتقال تغییر حالت داده و واحد داده پروتکل Plcp را می‌فرستد.

PLCP Protocol dataunit (PPDU) سپس، تصور می کند که TX تمام شده و به وضعیت (CAICCA) بر می‌گردد.

PLCP وضعیت دریافت را زمانیکه رویه CS/CCA هدر PLCP و پریمبل آن را تشخیص می‌دهد، درخواست می‌کند اگر PLCP خطایی را تشخیص دهد، خطا را به MAC نشان میدهد و رویه CS/CCA را پیش می‌برد.

دیاگرام وضعیت PLCP بلوک‌های ساختمان لایه فیزیکال: برای درک PMD متفاوت باید مفاهیم اولیه ذیل را درک کنیم: ScramblingCodingInter leavingSym bol mapping- Scramling: یکی از اصول طراحی فرستنده جدید که ارسال داده را در نرخ‌های بالا امکانپذیر می‌کند، فرض بر این است که داده‌های شما فراهم می‌کنید از نظر فرستنده به طور رندم ظاهر می‌شود.

بدون این فرض، بسیاری از بهره‌ها که از بلوک‌های ساختمانی دیگر ساخته می‌شود، درک نخواهد شد.

Scrambling: روش کدگذاری داده‌ای به صورت تصادفی قبل از ارسال است که برای جلوگیری از اینکه مجموعه‌ای از صفرها یا یک‌های متغیر باعث مشکلات هماهنگی درگیرنده شوند.

گیرنده گوشا سپس این داده‌های تصادفی را بر اساس ترتیب ساختار اصلی کد گشایی می‌کند.

اغلب روش‌های کدگذاری self- synchroniz هستنتد، به این معنی که کد گشا قادر است خودش را با وضعیت کدگذار هماهنگ کند.

Coding: کدنیگ مکانیزمی است که ارسال داده با نرخ بالا را در کانال‌های نویزدار امکانپذیر می‌کند.

همه کانال های انتقال دارای نویز هستند که خطاها به شکل بیت‌های تغییر یافته یا اصلاح شده را باعث می شود.

کدینک به شما این اجازه را می دهد که مقدار داده ارسالی در محیط نویزدار را به حداکثر برسانید.

رایج‌ترین نوع کدینگ در سیستمهای ارتباطی امروزه ، کدهای پیچیده هستند چرا که به راحتی به صورت سخت‌افزاری با جمع کننده‌ها قابل پیاده‌سازی هستند.

Interleaving: Interleaversها مطرح شدند تا در بلوک‌هایی که خطا ممکن است رخ دهد پخش شوند.

یک inter leaver می‌تواند یک ساختار نرم افزاری یا سخت افزاری باشد.

هدف اصلی آن پخش بیت‌های مجاور با قرار دادن بیت‌های غیرمجاور در کنار آن‌هاست.

802.11 wlan s استاندارد اولیه 802.11 دو متد برای لایه فیزیکال wlan تعریف کرده است: 2.4 GHZ frequency hopping spread spectrum (FHSS) 2.4 GHZ direct Sequence spread spectrum (DSSS) Frequenycy Hopping wlans: FHSS در شبکه‌های بی سیم محلی نرخ انتقال داده 1 Mbps و 2Mbps را ساپورت می‌کند، همانطور که از نامش پیداست، وسایل FHSS تغییر می‌کنند یا “hops” فرکانس‌ها را می‌پرند یا تغییر می‌دهند با یک الگوی پرشی از پیش تعیین شده و نرخ را، ست می‌کنند، وسایل FHSS طیف فرکانسی موجود را به 79 کانال بدون Overlap تقسیم می‌کنند (برای شمال امریکا و اغلب کشورهای اروپایی) بین رنج 2.402تا 2.480GHZ .

هر کانال 1MHZ پهنا دارد، بنابراین شبکه‌های بی سیم محلی تقریباً با سرعت 1Mbps و از میان 79 کانال با سرعتی کمتر می‌پرند.

ترتیب پرش‌ها باید در حداقل سرعت 5/2 بار در هر ثانیه انجام شود و حداقل باید 6 کانال را در بر گیرد (6 MHZ) برای به حداقل رساندن تصادم بین فضاهای دارای over lap، توالی پرش‌های ممکنه می‌تواند به سه مجموعه تقسیم‌بندی شود.

در کل، الگوهای پرش یک مسیر هستند در میان کانال‌های موجود فراهم می‌کنند به نحوی که هر پرش حداقل 6MHZ را بپوشاند و احتمال تصادم را به حداقل برساند.

Direct sequence spread spetrum wlans DSSS از دیگر ویژگیهای 802.11 مربوط به لایه فیزیکال است.

طبق آنچه در سال 1977 تعیین شده ، DSSS نرخ داده 1 , 2 مگابایتی را ساپورت می‌کند.

در سال 1999، گروه کار 802.11 استاندارد 802.11b را تصویب کردند که نرخ انتقال داده 5.5 و 11 Mbps را ساپورت کند.

لایه فیزیکی 802.11b DSSS با لایه فیزیکی 802.11 DSSS سازگار می‌باشد.

شبکه‌های بی سیم محلی کانال‌های 22 MHZای را استفاده می‌کنند که اجازه می‌دهد شبکه‌های wlan چند گانه در یک پوشش فضایی کار کنند.

در امریکا و اغلب اروپا کانال های 22 MHZ به سه کانال بدون Over lap در رنج 2.483تا 2.4 به کار می‌روند.

802.11 b WLANS: 802.11 b در سال 1999 بر مبنای High- Rate DSSS (HR- DSSS ) طرح ریزی شد.

که امکان افزایش نرخ انتقال داده به 11 Mbps در باند 2.4 GHZ ISM را می‌دهد .

با استفاده از Complementary code keying (cck) یا به طور اختیاری packet binary convolutional coding (PBCC).

HR-DSSS همان الگوی کانال بندی DSSS را با پهنای باند 22 MHZ و تعداد یازده کانال، با overlap و سه کانال بدون overlap ، در باند YSM 2.4 GHZ استفاده می‌کند.

802.11 HR-DSSS PLCP زیر لایه PLCP برای HR-DSSS دارای دو فریم PPDU است: بلند و کوتاه، Preamble و هدر در HR-DSSS long PLCP همیشه در سرعت 1 Mbps ارسال می‌‌شود تا سازگاریش را با DSSS قبلی حفظ کند.

در واقع، long- plcp در HR-DSSS با نمونه مشابه‌اش در DSSS یکی است با تعدادی ملحقات برای ساپورت data Rate بالاتر.

زیر لایه PLCP برای HR-DSSS دارای دو فریم PPDU است: بلند و کوتاه، Preamble و هدر در HR-DSSS long PLCP همیشه در سرعت 1 Mbps ارسال می‌‌شود تا سازگاریش را با DSSS قبلی حفظ کند.

این ملحقات عبارتند از: - the signal subfield has the additional data Rates specified.

- the service subfield defines the privously reserved bits.

- the length submit still proide the namber of ms to transmit the PSDU.

Additional srgnal subfielol Mapping یک short PLCP وسیله‌ای برای به حداقل رساندن Orerhead در حالیکه همچنان فرستنده و گیرنده به طور درست با هم مرتبط باشند، فراهم می‌آورد.

هدر آن همچنان همان preamble هد و فرمت PSDU را به کار می‌برد، اما هدر PLCP در 2Mbps ارسال می‌شود، در حالیکه PSDU در نرخ 1 یا 2 یا 5/5 یا 11 Mbps ارسال می‌شود.

بعلاوه، subfield آن چنین تغییر می‌کند: - فیلد هماهنگی آن از 128 بیت به 56 بیت تقلیل یافته و رشته‌ای از صفرهاست.

- فیلد SFD آن 16 بیتی است و عملکرد یکسانی برای نشان دادن ابتدای فریم دارد اما نشان می‌دهد که Long header یا short header استفاده می‌شود.

HR- DSSS short PPDU Subfield های گوناگون در نرخ داده مناسب و با یکی از دو تکنیک مدولاسیون: PBCC یا CCK ارسال می‌شوند 802.11 a wlans: در همان زمانی که 802.11 b طرح معرفی HR-DSSS را می‌ریخت، 802.11a در سال 1999 برای معرفی (OFDM) Orthogonal Frequency Division Multiplexing را برای لایه فیزیکی روی 5 GHZ طرح‌ریزی می‌کرد.

802.11a نرخ داده تا 24 Mbps و به طور انتخابی تا 54 Mbps را روی باندهای (U-NII) Unlicensed National information ynfrastructure از 5.15 تا 5.25 و 5.25- 5.35 GHZ و 5.725-5.825 GHZ را فراهم می‌آورد.

802.11 a کانال‌های 20 MHZ به کار می‌گیرد و چهار کانال که در هر سه باند U-Nyy ، تعریف می‌کنند.

802.11 j IEEE 802.11 j ضمیمه‌ای برای شبکه‌های محلی و شهری (MAN) طرح ریخت که نیازهای عملیات 802.11 a روی باند 4.9 GHZ اختصاص یافته در ژاپن و u.s فراهم آورد.

همچنین برای امنیت عمومی برنامه‌ها در 5.03-5.091 مختص ژاپن.

طرح شماره‌گذاری کانال‌ها، کانال‌های 240 تا 255 را روی این باند فرکانسی (5 GHZ) پوشش می‌دهد.

802.11 a OFDM PLCP: PLCP Sublayer برای 802.11a دارای فرمت فریم خاص خودش است.

که در زیر آمده است.

802.11 a PPDU Frame Format سه جزء اساسی PPDU را تشکیل می‌دهد: OFDM Preamble, signal, Data OFDM Preamble حاوی Short sync برای آموزش مراتب و long sync است.

گیرنده این قالب را برای outomatic gain control (AGC) ، Timing و تخمین افست اولیه فرکانس، به کار می‌برد.

فیلد سیگنال با پنچ subfield درست می‌شود.

- زیر فیلد Rate چهار بیتی است و نرخ انتقال داده را برای بخش داده فریم معین می‌کند.

- بیت R برای استفاده‌های اتی رزرو شده.

- زیر فیلد Lertgth که یک فیلد دوازده بیتی Integer است، تعداد Octtها در PSDU معلوم می کند.

- بیت P یک بیت پریتی زوج برای 17 بیت در Length, R , Rate است.

- فیلد Tail شش بیت صفر Nonscrambled را فراهم می‌کند.

فیلد داده دارای چهار subfield است: - زیر فیلد Service هفت بیت که به صفر ست می‌شوند را فراهم می کند که هفت بیت رزرو شده به دنبال آن می‌آید که آنها هم با صفر ست می شوند.

این زیر فیلد به گیرنده فرصت هماهنگ شدن می‌دهد.

- PSDU Subfild بیت‌های واقعی داده، که فرستاده می‌شود را نشان می‌دهد.

- Tail subfield شش صفر scrambled را با شش صفر un scrambled جایگزین می‌کند.

- بیت‌های PAD تعداد بیت‌های مورد نیاز به منظور رسیدن به تعداد کدهای مناسب در نمونه OFDM را اضافه می‌کند.

802.11 g WLANS: استاندارد IEEE 802.11 g ، در سال 2003 پذیرفته شد، یک ERP برای فراهم آوردن نرخ انتقال داده تا 54 Mbps روی باند 2.4 GHZ ISM با استفاده از تکنیک OfDM که در استاندارد 802.11 a معرفی شد، ایجاد کند.

در مقایسه با 802.11a، این استاندارد به طور کامل با 802.11 b سازگار است چرا که محصولات 802.11 g می‌تواند با سرعت کمتر در 802.11 b هم کار کنند.

سه طرح مدولاسیون تعریف می‌شود: ERR-ORFMو ERP-PBCC و DSSS-OFDM ERP-OFDM به طور ویژه مکانیزیمهایی برای 54,48,36,24,18,12,9,6 مگابیت در هر ثانیه را فراهم می‌آورد.

با سرعتهای 24,12,6 (Mbps) علاوه بر 1,2, 5/5,11 اجباری هستند.

این استاندارد همچنین اجازه انتخاب PBCC برای سرعتهای 22 و 33 Mbps و همچنین در DSSS-OFDM برای سرعتهای 54 Mbps , 48, 6,9,12,18,24,36 Mbps را می‌دهد.

802.11 g PLCP استاندارد 802.11 g پنج فرمت برای PPDU تعریف می‌کند: short preamble, long preamble a Long Dsss- OFDM Preamble, ERP- OFDM Preamble و Short DSSS- OFDM Preamble سه مورد اول را الزاماً ساپورت می‌کند اما ساپورت دو مورد آخر انتخابی است.

جدول زیر Preamble های متفاوت را به طور خلاصه درباره نرخ انتقال داده و طرح مدولاسیون تشریح می‌کند.

Preambles Long eamble همان Long preamble تعریف شده در HR-Dsss را به کار می‌برد بعلاوه فیلد Source اصلاح شده در جدول زیر: بیت‌های Length extension تعداد هشتایی‌ها را معین می‌کند، زمانیکه مدهای PBCC با سرعت 11Mbps و ERP-PBCC با سرعتهای 33Mbps و 22 به کار می‌روند.

در Short preamble هم اصطلاحات مشابه آنچه قبلاً گفته شد روی Short Peamble HR- DSSS+ انجام می‌گیرد.

ERP-OFDM هم 802.11a preamble را پذیرفته و شش میکروثانیه سیگنال اضافی به آن می‌افزاید، هنگامی که هیچ ارسالی صورت