Mimo تکنولوژی آینده شبکه های بی سیم تلفن همراه
محمد امین ناهید- ارتباطات بی سیم از سابقه بسیار طولانی برخوردار است که همین امر موجب شده این نوع از ارتباطات به گونه های مختلف روی دستگاه های همراه سبک به کار گرفته شود. معروف ترین تکنولوژی ارتباط بی سیم بلوتوث است که در مقالات قبلی در این مورد توضیحاتی داده شد. در این شماره ما قصد داریم ارتباط بی سیم از طریق WLAN ( Wireless Local Area Network ) را بررسی کنیم. بیشتر کاربران این نوع از ارتباط با نام WiFi می شناسند که اشتباه هم نیست.
هدف از ایجاد بستر ارتباط بی سیم و ارسال اطلاعات روی فرکانس های رادیویی این است که بتوان ارتباطی بدون نیاز به سیم بین دو دستگاه فرستنده و گیرنده ایجاد کرد. IEEE به عنوان یک مرجع در دنیای IT در دهه 90 قرن گذشته کد 802.11 را برای WLAN جهت ثبت استانداردهای ارتباطی تحت این بستر به وجود آورد. پس از اقدامات IEEE روی WLAN ، یک بنیاد غیر انتفاعی هم متشکل از 300 عضو در سال 2000 تشکیل شد که هدفش تایید سازگاری دستگاه ها با استانداردهای 802.11 تدوین شده توسط IEEE بود. این گروه که WiFi نام دارد هم اکنون به هر شرکتی که در ساخت محصولاتش استانداردهای 802.11 IEEE معتبر بشناسد ، گواهینامه WiFi اعطا می کند.
IEEE تا کنون 3 استاندارد برای برقراری ارتباط بین دستگاه ها تحت بستر WLAN از جمله گوشی های تلفن همراه با کدهای 802.11a ، 802.11b و 802.11g معرفی کرده است. در گذشته روی دستگاه های تلفن همراه بیشتر از استاندارد 802.11b استفاده می شد ولی امروزه در گوشی هایی که از WiFi پشتیبانی می کنند استاندارد 802.11g به کار گرفته می شود.
آخرین استاندارد IEEE در این حوزه 802.11n است که البته هنوز نهایی نشده ، ولی پیش نویس دوم آن ( Draft 2 ) که به عقیده برخی کارشناسان مقدمه ای بر نسخه نهایی این استاندارد می باشد ، طراحی شده است.
این استاندارد به شکل گسترده هم اکنون روی لپ تاپ های موجود در بازار وجود دارد و انتظار می رود که به زودی راه خود را به سوی بازار گوشی های تلفن همراه هم باز کند.
در این مقاله قصد بررسی استاندارد 802.11n ( MIMO ) که استاندارد آینده WiFi در گوشی های تلفن همراه است را داریم. همچنین در ادامه این تکنولوژی را با تکنولوژی موجود یعنی 802.11g نیز مقایسه می کنیم.
متن اصلی :
802.11n را می توان به حق انقلابی در ارتباطات بی سیم تحت بستر WLAN دانست چراکه سرعت انتقال داده در این استاندارد نسبت به استاندارد قبلی ( 802.11g ) به صورت تئوری می تواند تا 12 ( 600Mbps ) برابر رشد کند. البته به صورت عملی تاکنون بیش از 6 برابر رشد ( 300Mbps ) در دستگاه های بی سیم WLAN تحت این استاندارد مشاهده نشده است. همچنین محدوده تحت نفوذ ( Coverage ) سیگنال های رادیویی در این استاندارد نسبت به استاندارد 802.11g تا 4 برابر بیشتر شده است.
عوامل متعددی موجب شده تا استاندارد 802.11n بتواند تا این اندازه کارایی شبکه های WLAN را افزایش دهد ولی بدون شک مهم ترین عامل این بهبود ، تکنولوژی MIMO است که در این استاندارد به کار گرفته شده است. MIMO را می توان قلب شبکه های بی سیم پیاده سازی شده بر اساس استاندارد 802.11n دانست.
MIMO ( Multiple-Input , Multiple-Output ) همانطور که از نام آن هم پیداست ، به Access Point های سازگار با استاندارد 802.11n ، امکان ارسال و دریافت اطلاعات روی چندین مسیر ارتباطی بین مبدا و مقصد ، به صورت همزمان را می دهد. به عبارت دقیق تر وقتی فرستنده چندین سیگنال با محتوای داده ای متفاوت را از طریق آنتن هایش می فرستد ، گیرنده این سیگنال ها را توسط آنتن هایش دریافت می کند. سپس گیرنده اطلاعات دریافت شده توسط هریک از آنتن هایش را بررسی و آنها را کنار هم می گذارد تا محتوای داده های فرستاده شده شفاف شوند. این تکنیک در ارسال و دریافت داده ها در تکنولوژی MIMO تحت عنوان Multipath Transmiting شناخته می شود. البته این تکنیک جزئیات زیادی دارد که در این فضای محدود امکان طرح آنها نیست.
مطابق فرآیندهای از پیش تعریف شده در تکنولوژی MIMO ، دستگاه فرستنده باید حداقل دو آنتن و دستگاه گیرنده باید حداقل یک آنتن داشته باشد. این وضعیت با عبارت " 2:1 " توصیف می شود. حداکثر آنتن های به کار گرفته شده برای پیاده سازی شبکه ها تحت تکنولوژی MIMO چهار آنتن در سمت گیرنده و فرستنده ( 4:4 ) است. لازم به ذکر است که از مرحله 2:1 تا 2:2 و 3:1 تا 3:2 با افزایش آنتن ها ، پیشرفت چشمگیری در بهبود کارایی شبکه به چشم می خورد ، ولی از مرحله 3:3 به بعد بهبود کارایی در شبکه آنچنان چشم گیر نیست. جالب است بدانید که دستگاه هایی هم اکنون در بازار موجود هستند که دارای آنتن داخلی می باشند ولی از لحاظ کارایی تفاوت چندانی با دستگاه های با آنتن خارجی ندارند.
علاوه بر MIMO تکنولوژی دیگری که موجب افزایش کارایی شبکه های منطبق بر استاندارد 802.11n شده Channel Bonding نام دارد. برای آشنایی با این تکنولوژی در ابتدا باید اصولی را مرور کنیم. دستگاه های فرستنده و گیرنده در شبکه های بی سیم از فرکانس خاصی برای ارسال و دریافت داده استفاده می کنند تا تداخلی در ارتباط ایجاد نشود. این فرکانس در هر استانداردی تعیین شده است. IEEE فرکانس ارسال و دریافت را در شبکه های پیاده سازی شده با 802.11n فرکانس های 2.4 Ghz و 5 Ghz تعیین کرده است. همچنین برای ارسال داده ها به صورت بی سیم باید یک پهنای باند ثابت توسط گیرنده و فرسنده از قبل تعریف شده باشد. به عنوان نمونه شبکه های پیاده سازی شده بر مبنای استاندارد 802.11g از پهنای باند 20 Mhz برای ارسال داده ها استفاده می کنند. IEEE پهنای باند شبکه های 802.11n را 20 Mhz و 40 Mhz در نظر گرفته است.
در حالتی که شبکه های 802.11n با پهنای باند 40 Mhz کار می کنند ، در واقع از دو پهنای باند کنار هم 20 Mhz بهره می برند. در این حالت با توجه به اینکه پهنای باند دوبرابر شده ، میزان داده رد و بدل شده هم دو برابر می شود. این نحوه ارسال و دریافت داده در پهنای باند 40 Mhz که متشکل از دو باند 20 Mhz است را Channel Bonding می گویند.
از سوی دیگر وقتی ما داده های زیادی داریم و پهنای باند ما تنها 20 Mhz است ، باید داده ها را به قطعات کوچکتری تقسیم کنیم و در شروع و پایان هر قطعه اطلاعاتی را هم اضافه کنیم که در مقصد ، گیرنده بتواند بر اساس آن اطلاعات اضافی دوباره تکه های داده را کنار هم قرار داده و آنها را یکپارچه کند. این اطلاعات اضافی برای هر تکه از داده ها لازم است. وقتی که ما دو باند 20 مگاهرتز جدا از هم داریم می توانیم 2 تکه کوچک را همزمان بفرستیم. ولی در هر دوی این تکه ها که همزمان فرستاده شده اند ، باید اطلاعات اضافی را هم برای سرهم شدن هر یک از آنها در مقصد اضافه کنیم.
اما حالا تصور کنید که دو باند 20 مگاهرتزی ما درست کنار هم قرار دارند. در این حالت ما می توانیم یک حجم دوبرابر از داده را به صورت یکپارچه ارسال کنیم. به عبارت دیگر با کنار هم قرار گرفتن باندها ، لازم نیست دوبار داده به صورت جدا بفرستیم و تنها کافی است که داده ها را کنار هم قرار داده و روی باند 40 مگاهرتزی ارسال بع صورت یکپارچه ارسال کنیم. به طبع آن اطلاعات اضافی هم که باید درج شوند نسبت به حالتی که باندهای ما جدا از هم بود ، نصف خواهند شد چراکه داده های ما که قبلاً دو تکه بودند ، اکنون یکپارچه شده اند. ( برای فهم بهتر این مطلب به شکل توجه کنید. )
با توجه به اینکه اطلاعات اضافی کمتری برای سرهم کردن تکه های داده در مقصد ، در این حالت روی باند قرار گرفته ، داده های اصلی می توانند بیش از دو برابر روی باند قرار بگیرند چراکه جای داده های اضافی که دیگر به آنها نیاز نداریم را می توان به داده های اصلی داد.
استفاده از تکنیک فوق در کنار تکنولوژی های Channel Bonding و MIMO از اصلی ترین دلایل برتری استاندارد 802.11n بر استاندارهای قبلی WLAN می باشد.
علاوه بر تکنیک هایی که در این مقاله به صورت خیلی مختصر به آنها اشاره کردیم ، تکنیک های دیگری هم برای ارسال بهینه داده تحت استاندارد 802.11n وجود دارند که در اینجا به دلیل کمبود فضا نمی توانیم به آنها اشاره کنیم ، ولی در صورت علاقه می توانید به White Paper های بسیاری که در این زمینه به صورت رایگان روی اینترنت قرار دارند مراجعه کنید.
