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.