شبکه بی سیم چیست؟ انواع و استانداردهای شبکه های وایرلس

ارتباطات بی سیم راه حلی برای شرایط خاص

 

امروزه، شبکه های بی سیم (Wireless Networks) نقش بسیار مهمی‌در زندگی روزمره‌ ما دارند. از اتصال به اینترنت در خانه و محل کار گرفته تا ارتباطات صنعتی و شهری، همه جا شاهد حضور این فناوری هستیم. در این مقاله به طور جامع بررسی خواهیم کرد که شبکه بی سیم چیست، انواع شبکه های وایرلس، استانداردهای شبکه های بی سیم و در نهایت شبکه کامپیوتری بی سیم WMAN چه ویژگی‌هایی دارد.

 

شبکه بی سیم چیست

شبکه بی سیم (Wireless Network) به سیستمی از ارتباطات گفته می‌شود که در آن داده‌ها بدون استفاده از سیم یا کابل فیزیکی و به کمک امواج الکترومغناطیسی منتقل می‌شوند. در این نوع شبکه ها به جای کابل‌های مسی یا فیبر نوری، از امواج رادیویی، مادون قرمز یا ماهواره‌ای استفاده می‌شود تا دستگاه‌ها به یکدیگر متصل شوند. این شبکه ها انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به شبکه های سیمی‌دارند و راه اندازی و توسعه‌ی آنها ساده‌تر است.

کاربرد شبکه های بی سیم بسیار گسترده است و شامل مواردی مانند اینترنت وای فای خانگی، شبکه های شهری، ارتباطات موبایل و حتی شبکه های حسگر بی سیم می‌شود.

در ابتدا، WLANها (شبکه های محلی بی سیم) دارای سرعت پایین و کیفیت نامطلوبی بودند. اما امروزه، به لطف پیشرفت فناوری، این نوع شبکه ها توانسته‌اند سرعت و پایداری قابل قبولی ارائه دهند؛ به طوری که برای بسیاری از کاربران، جایگزینی مناسب برای شبکه های کابلی محسوب می‌شوند.

 

مزایای شبکه بی سیم

• نصب آسان و کاهش هزینه کابل کشی
• قابلیت جابجایی و دسترسی سریع
• گسترش پذیری در محیط‌های خانگی و اداری
• پشتیبانی از دستگاه‌های متحرک مثل لپ تاپ و موبایل

 

انواع شبکه های وایرلس

شبکه های بی سیم بر اساس گستره‌ی پوشش و کاربردشان به چند نوع مختلف تقسیم می‌شوند. در ادامه، با مهم‌ترین انواع آنها آشنا می‌شویم:

1. شبکه های بی سیم شخصی (WPAN)

WPAN (Wireless Personal Area Network) شبکه هایی با برد کوتاه هستند که برای ارتباط دستگاه‌های شخصی در فاصله‌های محدود طراحی شده‌اند. بلوتوث (Bluetooth) یکی از رایج‌ترین نمونه‌ای است که از WPAN بهره می‌برد.

2. شبکه های محلی بی سیم (WLAN)

WLAN (Wireless Local Area Network) شبکه هایی هستند که در فضاهای کوچک مانند خانه‌ها، دفاتر یا کافه‌ها استفاده می‌شوند. پرکاربردترین نمونه‌ی WLAN، وای فای (Wi-Fi) است که امکان دسترسی به اینترنت را در یک منطقه محدود فراهم می‌کند.

3. شبکه های شهری بی سیم (WMAN)

WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) شبکه هایی هستند که برای پوشش نواحی شهری یا ناحیه‌های بزرگ‌تر استفاده می‌شوند. این شبکه ها می‌توانند به عنوان زیرساختی برای اتصال دفاتر شعبه‌ای، سازمان‌های دولتی و یا حتی کاربران خانگی به اینترنت با سرعت بالا به کار روند.

4. شبکه های گسترده بی سیم (WWAN)

WWAN (Wireless Wide Area Network) شبکه هایی هستند که مناطق بسیار وسیعی را پوشش می‌دهند، حتی در سطح کشور یا قاره. اینترنت موبایل 4G و 5G از معروف‌ترین نمونه‌های WWAN هستند.

 

استانداردهای شبکه های بی سیم

برای این که ارتباطات بی سیم در سراسر جهان یکپارچه و سازگار باشند، استانداردهای مختلفی تعریف شده‌اند. در زیر به مهم‌ترین استانداردهای شبکه بی سیم اشاره می‌کنیم:

استاندارد IEEE 802.11 (Wi-Fi)

یکی از مهم‌ترین استانداردهای شبکه بی سیم، خانواده‌ی IEEE 802.11 است که معمولاً با نام وای فای شناخته می‌شود. این استاندارد شامل نسخه‌های مختلفی است، مانند:

802.11b: اولین نسخه تجاری وای فای با سرعت 11Mbps

802.11g: سرعت بیشتر (تا 54Mbps) با استفاده از فرکانس 2.4GHz

802.11n: معرفی تکنولوژی MIMO برای افزایش سرعت و کیفیت ارتباط

802.11ac: استاندارد برای شبکه های پرسرعت روی فرکانس 5GHz

802.11ax (Wi-Fi 6): نسل جدید وای فای با سرعت بیشتر، ظرفیت بالاتر و مصرف انرژی کمتر

استانداردها سری IEEE 802.11 برای ارتباطات وای فای

استاندارد	سرعت انتقال داده	فرکانس کاری	ویژگی‌ها
802.11a	تا 54 Mbps	5 GHz	مقاوم تر در برابر تداخل، اما برد کمتر
802.11b	تا 11 Mbps	2.4 GHz	ارزانتر ولی کندتر
802.11g	تا 54 Mbps	2.4 GHz	ترکیبی از سرعت بالا و برد مناسب
802.11n	تا 600 Mbps	2.4 و 5 GHz	استفاده از MIMO برای سرعت بیشتر
802.11ac	تا 1.3 Gbps و بیشتر	5 GHz	پشتیبانی از پهنای باند بالا، مناسب برای ویدئو HD
802.11ax (Wi-Fi 6)	تا 9.6 Gbps	2.4 و 5 GHz	بهینه برای محیط های پرتراکم، مصرف کمتر انرژی

توجه: Wi-Fi 6E نسخه‌ای از Wi-Fi 6 است که از فرکانس 6 GHz نیز پشتیبانی می‌کند.

استاندارد IEEE 802.16 (WiMAX)

WiMAX یا IEEE 802.16 استانداردی است که برای شبکه های WMAN توسعه داده شده است. این فناوری امکان برقراری ارتباطات بی سیم با سرعت بالا در فواصل طولانی‌تر از وای فای را فراهم می‌کند.

استاندارد بلوتوث (IEEE 802.15.1)

بلوتوث یکی از مهم‌ترین فناوری‌های WPAN است و با استاندارد IEEE 802.15.1 شناخته می‌شود. این فناوری برای انتقال داده‌های کم حجم بین دستگاه‌های نزدیک به هم مناسب است.

 

انواع شبکه بی سیم

انواع مختلفی از شبکه های بی سیم وجود دارند که بر اساس مقیاس و کاربرد دسته‌بندی می‌شوند:

1. WLAN (Wireless Local Area Network): از این نوع شبکه برای شبکه های محلی بی سیم مانند وای فای خانگی یا اداری و معمولاً از استانداردهای IEEE 802.11 استفاده می‌کنند.

2. WPAN (Wireless Personal Area Network): شبکه هایی در برد کوتاه که معمولاً زیر 10 متر هستند مانند اتصال بلوتوث (Bluetooth) می‌باشد.

3. WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): برای اتصال بین دفاتر یک سازمان در سطح شهر استفاده می‌شود.

4. WWAN (Wireless Wide Area Network): برای شبکه هایی در مقیاس گسترده مانند شبکه های تلفن همراه (3G, 4G, 5G) استفاده می‌شود.

 

شبکه کامپیوتری بی سیم

شبکه کامپیوتری بی سیم به سیستمی‌گفته می‌شود که چندین کامپیوتر و دستگاه دیگر را بدون کابل به یکدیگر متصل می‌کند. این نوع شبکه ها معمولاً شامل یک نقطه دسترسی (Access Point) هستند که به عنوان مرکز ارتباطی عمل می‌کند. هر دستگاه برای اتصال به شبکه از کارت شبکه‌ی بی سیم (Wireless NIC) استفاده می‌کند.

مزایای شبکه های کامپیوتری بی سیم شامل موارد زیر است:

• کاهش هزینه‌های سیم‌کشی
• سهولت در گسترش و جابه‌جایی کاربران
• دسترسی راحت‌تر در محیط‌های غیرقابل سیم‌کشی
• با این حال، امنیت این شبکه ها باید به دقت مدیریت شود، چرا که خطراتی مانند نفوذ غیرمجاز و حملات هکری وجود دارد.

 

شبکه WMAN چیست؟

شبکه WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) یکی از انواع شبکه های بی سیم است که طراحی شده تا ارتباطات درون یک شهر یا ناحیه جغرافیایی وسیع را برقرار کند. این نوع شبکه معمولاً برای اتصال شعبه‌های مختلف یک شرکت یا فراهم کردن اینترنت شهری استفاده می‌شود.

یکی از فناوری‌های کلیدی برای پیاده‌سازی WMAN، استاندارد WiMAX است. WiMAX می‌تواند دسترسی پهنای باند (Broadband) به اینترنت را بدون نیاز به کابل در فواصل طولانی (تا چندین کیلومتر) فراهم کند. این ویژگی به ویژه در مناطقی که زیرساخت‌های سیمی ضعیف یا گران قیمت هستند بسیار ارزشمند است.

ویژگی‌های اصلی شبکه WMAN عبارتند از:

• پوشش وسیع‌تر نسبت به WLAN
• سرعت انتقال داده بالا (تا 70 مگابیت بر ثانیه و بالاتر)
• پشتیبانی از کاربران در حال حرکت (مانند اتصال اینترنت موبایل)
• قابلیت ارائه‌ی سرویس‌های متنوع مانند اینترنت، صوت، ویدئو و داده به صورت همزمان

 

نوع ارتباطات بی سیم

در یک ساختار WLAN، یک دستگاه فرستنده و گیرنده مرکزی، اکسس پوینت (Access Point) استفاده می‌شود. AP با استفاده از کابل شبکه استاندارد به شبکه محلی سیمی متصل می‌گردد. در حالت ساده، گیرنده AP وظیفه دریافت، ذخیره و ارسال داده را بین شبکه محلی سیمی و WLAN بعهده دارد. AP با آنتنی که به آن متصل است، می‌تواند در محل مرتفع و یا هر مکانی که امکان ارتباط بهتر را فراهم می‌کند، نصب شود. هر کاربر می‌تواند از طریق یک کارت شبکه بی سیم (Wireless Adapter) به سیستم WLAN متصل شود. این کارت‌ها به صورت استاندارد برای رایانه‌های شخصی و کیفی ساخته می‌شوند. کارت WLAN به عنوان واسطی بین سیستم عامل شبکه کاربر و امواج دریافتی از آنتن عمل می‌کند. سیستم عامل شبکه عملاً درگیر چگونگی ارتباط ایجاد شده نخواهد بود. امروزه استاندارد غالب در شبکه های IEEE802.11 ،WLAN می‌باشد. گروهی که بروی این استاندارد کار می‌کند در سال 1990 با هدف توسعه استاندارد جهانی شبکه سازی بی سیم با سرعت انتقال 1 تا 2 مگابیت در ثانیه شکل گرفت. استاندارد مذکور با نام IEEE802.11a شناخته می‌شود. استاندارد IEEE802.11b که جدیدتر است، سرعت انتقال را تا 5/5 و 11 مگابیت در ثانیه می‌افزاید.

شبکه های وایرلس (WLAN) از دو هم‌بندی یا Mode حمایت می‌کنند:

• Infrastructure : شبکه های بی سیم در حالت زیرساختی عموماً توسط روترهای Wi-Fi ایجاد می‌شوند.
• Ad-Hoc : شبکه های Ad-Hoc معمولاً شبکه هایی با عمر کوتاه هستند که توسط یک لپ تاپ یا دستگاه دیگر ایجاد می‌شوند.

 

Ad-Hoc Mode

در هم‌بندی Ad-Hoc کامپیوترها به شبکه بی سیم مجهز هستند و مستقیماً با یکدیگر به شکل Peer-to-Peer ارتباط برقرار می‌نمایند. کامپیوترها برای ارتباط باید در محدوده یکدیگر قرار داشته باشند. این نوع شبکه برای پشتیبانی از تعداد محدودی از کامپیوترها، مثلاً در محیط خانه یا دفاتر کوچک طراحی می‌شود. امروزه نوعی از هم‌بندی Ad-Hoc به نام Peer-to-Peer Networking Ad-Hoc مطرح است. این نوع شبکه که به شبکه Mesh نیز معروف است، شبکه ای پویا از دستگاه‌های بی سیم است که به هیچ نوع زیرساخت موجود یا کنترل مرکزی وابسته نیست. در این شرایط، دستگاه‌های شبکه همچنین به مانند گره‌هایی عمل می‌کنند که کاربران از طریق آنها می‌توانند داده‌ها را انتقال دهند، به این معنی که دستگاه هر کاربر بعنوان مسیریاب و تکرارکننده (Repeater) عمل می‌کند. این شبکه نوع تکامل یافته شبکه Point-to-Multipoint است که در آن همه کاربران می‌بایست برای استفاده از شبکه دسترسی مستقیم به نقطه دستیابی مرکزی داشته باشند.

در معماری Mesh کاربران می‌توانند بوسیله Multi-Hopping، از طریق گره‌های دیگر به نقطه مرکزی وصل شوند، بدون اینکه به ایجاد هیچگونه پیوند مستقیم کانکتور فرکانس رادیویی (RF) نیاز باشد. بعلاوه در شبکه Mesh در صورتیکه کاربران بتوانند یک پیوند فرکانس رادیویی برقرار کنند، نیازی به نقطه دسترسی (Access Point) نیست و کاربران می‌توانند بدون وجود یک نقطه کنترل مرکزی با یکدیگر، فایلها، نامه‌های الکترونیکی و صوت و تصویر را به اشتراک بگذارند. این ارتباط دو نفره، به آسانی برای دربرگرفتن کاربران بیشتر قابل گسترش است.

 

اکسس پوینت ها

 

کاربرد Infrastructure Mode

هم‌بندی زیر ساخت (Infrastructure) اصولاً برای گسترش و افزایش انعطاف پذیری شبکه های کابلی معمولی بکار می‌رود. بدین شکل که اتصال کامپیوترهای مجهز به تکنولوژی بی سیم را با استفاده از Access Point به آنها، امکان‌پذیر می سازد.

 

Access Point چیست

در برخی موارد، یک اکسس پوینت (AP) کامپیوتری است که کارت شبکه بی سیم را کنار کارت شبکه معمولی که آن را به یک LAN کابلی متصل می‌کند، دارا می‌باشد. کامپیوترهای بی سیم با استفاده از AP به عنوان واسطه با شبکه کابلی ارتباط برقرار می‌کنند. AP اساساً بعنوان یک پل مترجم (Translation Bridge) عمل می‌کند، زیرا سیگنال‌های شبکه بی سیم را به سیگنال‌های شبکه کابلی تبدیل می‌کند. مانند تمام تکنولوژی‌های ارتباطی بی سیم، شرایط مسافتی و محیطی می‌توانند بروی عملکرد ایستگاه‌های سیار تأثیرگذار باشند . یک AP می‌تواند 10 تا 20 کامپیوتر را پشتیبانی کند، بسته به اینکه میزان استفاده آنها از LAN چقدر است. این پشتیبانی تا زمانی ادامه دارد که آن کامپیوترها در شعاع تقریبی 30 تا 60 متر (100 تا 200 فوت) نسبت به AP قرار داشته باشند. موانع فیزیکی مداخله کننده این عملکرد را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهند.

 

 

در اینجا وظیفه یک AP دریافت اطلاعات از سرویس گیرنده ها (Clients) از طریق هوا و ارسال آن اطلاعات از طریق یک پورت به Hub می‌باشد. AP به عنوان یک پل ارتباطی بین شبکه WLAN و شبکه LAN عمل می‌کند.

 

سلول یا Cell چیست

ناحیه‌ای که توسط یک AP تحت پوشش قرار می‌گیرد سلول (Cell) نامیده می‌شود. هر ایستگاه در داخل Cell می‌تواند به AP دسترسی پیدا کند. وظیفه یک AP ایجاد هماهنگی بین سرویس گیرندگان (Clients) شبکه WLAN و یک شبکه LAN می‌باشد.

به منظور گسترش بخش بی سیم و تحت پوشش قرار دادن سرویس گیرندگان بیشتر، می‌توان از APهای متعدد در مناطق مختلف استفاده کرد، و یا اینکه یک Extension Point را بکار گرفت. Extension point یک تقویت کننده سیگنال‌های بی سیم است که به عنوان ایستگاهی بین سرویس گیرندگان بی سیم و AP عمل می‌کند. استاندارد IEEE802.11 دو سلول را به عنوان یک BSS-Basic Service Set در نظر می‌گیرد. اگر شبکه از چند Access Point استفاده کند، APها با یک ستون فقرات بنام DS(Distribution System) به هم اتصال می یابند. DS معمولاً یک شبکه کابلی است، اما می‌توان آن را بی سیم هم در نظر گرفت.