WLAN wiadomości wstępne

Transkrypt

1 WLAN wiadomości wstępne Wstęp Wymagania stawiane sieciom WLAN Niezawodność. Bezprzewodowa sieć WLAN powinna oferować taką samą jakość transmisji jak sieci przewodowe, zapewniając ciągłość transmisji w przypadku niesprawności węzłów lub pogorszenia parametrów kanału. Przezroczystość. Oznacza to bezproblemową współpracę systemu bezprzewodowego z systemem kablowym tzn. brak konieczności wprowadzania zmian w terminalach lub przewodowej części sieci, za wyjątkiem instalacji odpowiednich kart. Wysoka przepustowość. Sieci bezprzewodowe oferują transmisję danych z prędkością 20 Mb/s. Bezpieczeństwo. Charakteryzuje się odpowiednim zabezpieczeniem danych przed podsłuchem. Jest to trudne w sieciach bezprzewodowych ze względu na łatwy dostęp osób niepowołanych do kanału radiowego w którym odbywa się transmisja. W celu zwiększenia bezpieczeństwa stosuje się kontrole dostępu oraz identyfikację użytkownika. Mobilność. Główną zaletą sieci bezprzewodowych, która czyni je atrakcyjnymi dla użytkowników jest mobilność terminali. Dzięki temu możliwy jest odbiór i wysyłanie danych w czasie ruchu stacji roboczej w obrębie zasięgu sieci. Ekonomiczność. Koszt sieci bezprzewodowej, wraz z instalacją, nie powinien być wyższy niż koszt porównywalnej sieci przewodowej. Mimo wyższych kosztów instalacji sieci bezprzewodowej, rekonfiguracja tej sieci jest zdecydowanie tańsza niż sieci przewodowej.

2 Widmo elektromagnetyczne Rys.1 Zastosowanie widma elektromagnetycznego w telekomunikacji Sieci WLAN działają w zakresie mikrofal. Powyżej 100MHz fale rozchodzą się niemal w linii prostej, dzięki czemu mogą być dobrze ogniskowane. Cechą ujemną mikrofal jest ich załamywanie w atmosferze, różne dla różnych warunków pogodowych. Efektem jest wielodrożny zanik sygnału (multipath fading), zależny od pogody i częstotliwości. Rys.2 Spektrum elektromagnetyczne Dla sieci WLAN przeznaczone są nielicencjonowane pasma ISM Industrial, Scientific and Medical. Pasma te utworzono dla współpracy drogą radiową urządzeń przemysłowych, naukowych i medycznych, która nie wymaga zezwolenia. Jedynym ograniczeniem jest maksymalna moc sygnału wypromieniowanego przez anteny nadawcze. Sieci WLAN działały początkowo w paśmie ISM 2,4GHz, potem również w paśmie ISM 5GHz, nazwanego U-NII Unlicensed National Information Infrastructure. W USA pasmo U-NII wykorzystane jest w całości przez sieć W Europie pasmo to jest podzielone w sposób następujący: 5,15-5,25 GHz dedykowane dla sieci HIPERLAN

3 5,25-5,35 GHz dedykowane dla sieci HIPERLAN 5,725 5,825 GHz dedykowane ewentualnie dla sieci Tabela 1 Częstotliwość Zastosowanie MHz Radio AM MHz Radio - fale krótkie MHz Radio FM 600 MHz TV 900 MHz Telefony komórkowe GSM, telefony bezprzewodowe domowe GHz GPS 1.8 GHz Telefony komórkowe GSM 2.4 GHz Bluethooth,802.11b/b+/b++/g 5 GHz a, HIPERLAN 5.8 GHz Przemysł i business. 12 GHz telewizja satelitarna Moc sygnału wypromieniowanego z anteny jako istotny parametr jest podawana w mw lub w dbm. Rys.3 podaje przeliczenie jednych jednostek na drugie: Rys.3 - dbm a mw

4 Strefa Fresnela (czyt. frenela) to jedno z najważniejszych pojęć pojawiające się w tematyce radiowej. Jest to obszar aktywnie uczestniczący w przenoszeniu energii sygnału radiowego. Kształt tego obszaru w przekroju wzdłużnym jest elipsą, a w przekroju poprzecznym jest okręgiem. Promień tego okręgu zmienia się na długości całego łącza radiowego i przyjmuje wartość maksymalną w połowie odległości między antenami (rys.4). Rys.4 Strefa Fresnela Technologie sieci bezprzewodowych Rys.5 Podział technologii pod kątem zasięgu

5 Rys.6 Zależność szybkości transmisji od prędkości poruszania się terminala ruchomego Rys.7 Współpraca sieci 2G, 3G i WLAN na jednym obszarze. Czerwona linia to przykładowa trasa abonenta

6 Rozwój standardu (bezprzewodowego Ethernetu) Rys.8 Grupy robocze 802 Rys.9 Rodzina IEEE 802 i jej związek z modelem OSI Warstwa fizyczna jest w sieciach bezprzewodowych złożona i w standardzie dzieli się na 2 podwarstwy: wyższą PLCP Physical Layer Convergence Procedure obejmującą procedurę mapowania ramek MAC na medium niższą PMD Physical Medium Dependent do przesyłania tych ramek

7 Najważniejsze daty w rozwoju : 1997 pierwsza wersja standardu WLAN: IEEE druga wersja standardu: IEEE b (ISO/IEC : 1999); powstaje standard IEEE a; powstaje Wireless Ethernet Compatibility Alliance (od 2002 Wi-Fi Alliance) 2000 czołowe amerykańskie uniwersytety wprowadzają sieci WLAN w swoich campusach; jesień pierwszy dokument w ramach IEEE podważający bezpieczeństwo WLAN (autor: Jesse Walker Intel) 2001 zima pierwszy spoza IEEE dokument (z Berkeley) opisujący zagrożenia w IEEE ; wiosna IEEE wydziela w ramach grupę (TGi) poświęconą bezpieczeństwu; wiosna IEEE udostępnia bezpłatnie standardy 802 po 6 miesiącach od ich publikacji 2002 jesień Wi-Fi ogłasza Wi-Fi Protected Access (WPA) jako zbiór przejściowych zasad zwiększających bezpieczeństwo WLAN 2003 połowa czerwca ratyfikacja standardu g 2004 przewidywana ostateczna ratyfikacja specyfikacji i oraz prace nad standardem e Grupy robocze mające na celu rozwijanie standardu w różnych jego aspektach:

8 802.11d jej zadaniem jest zdefiniowanie takich parametrów użytkowych i wymogów, aby standard w wersji a mógł być używany w innych krajach poza Stanami Zjednoczonymi, e mająca za zadanie zdefiniowanie zarządzania jakością usług QoS, f grupa stworzona do zajmowania się rozwojem protokołu IAPP (Inter- Access Point Protocol) służącego do roamingu w sieciach bezprzewodowych , h wynikiem pracy tej grupy ma być zapewnienie lepszych mechanizmów transmisji radiowej poprzez dynamiczny przydział kanałów radiowych i kontrolę mocy, i grupa, której zadaniem jest rozszerzenie i polepszenie mechanizmów bezpieczeństwa i autoryzacji użytkowników sieci, j grupa, mająca za zadanie opracowanie w przyszłości globalnego standardu zgodnego z IEEE, ETSI Hiperlan 2, m grupa, która ma na celu poprawianie błędów w dotychczasowych specyfikacjach. Standard b w chwili obecnej jest najbardziej rozpowszechnionym standardem lokalnych sieci bezprzewodowych WLAN. Związana jest z nim nazwa Wi-Fi (Wireless Fidelity). Każde urządzenie oznaczone takim znakiem przeszło pomyślnie proces certyfikacji w specjalnie utworzonej do tego celu instytucji WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), obecnie Wi-Fi Alliance. Certyfikat Wi-Fi gwarantuje pełną zgodność z protokołem b.

9 Topologia sieci Sieci składają się z czterech głównych elementów fizycznych (rys.10). Rys.10 Elementy lokalnych sieci bezprzewodowych

10 Typy sieci Podstawowy element składowy sieci to BSS Basic Service Set funkcjonujący na obszarze zwanym komórką cell lub podstawowym obszarem usług BSA Basic Service Area. BSS występuje w dwóch odmianach: jako niezależny IBSS (rys.11) i strukturalny BSS (rys.12). Rys.11 Sieć ad-hoc (Independent BSS) Stacje wyposażone są w adaptery bezprzewodowe jako zewnętrzne moduły lub wewnętrzne karty radiowe (Wireless PCI Adapter, Wireless USB Adapter, Wireless PC Card). Muszą znajdować się w odległościach gwarantujących bezpośrednią komunikację. Stacje pozostają w relacjach sąsiedzkich (łączność każdego z każdym). Rys.12 Sieć strukturalna z jedną komórką (BSS) W sieci strukturalnej łączność między stacjami realizowana jest wyłącznie przez punkty dostępowe AP, zwane czasem stacjami bazowymi. Wszystkie stacje muszą znajdować się w zasięgu AP, lecz nie musza widzieć się wzajemnie. Takie rozwiązanie ma następujące zalety: upraszcza procedury w warstwie fizycznej w porównaniu z relacjami sąsiedzkimi AP może uczestniczyć w oszczędzaniu energii buforują ramki przeznaczone dla stacji znajdującej się w trybie oszczędnym (uśpienia). W sieciach z AP stacje, aby korzystać z usług sieciowych, muszą dokonać powiązania (skojarzenia) (association) z konkretnym AP. Jest to proces inicjowany wyłącznie przez stacje, a AP może przydzielić dostęp.

11 Punkty dostępu, które łączą się ze sobą za pomocą sieci przewodowej, zapewniają rozszerzenie zasięgu komunikacji. Sieć, w której mamy połączonych ze sobą kilka AP nosi nazwę rozszerzonego zbioru obsługi (ESS- Extended Service Set).Terminale ruchome mogą się przemieszczać pomiędzy różnymi podstawowymi zespołami obsługi (BSS) nie tracąc przy tym połączenia (rys.13). Rys.13 Różne typy sieci WLAN obsługuje mobilność w warstwie liniowej w ramach ESS, ale tylko wtedy, gdy sieć szkieletowa jest pojedynczą domeną warstwy liniowej, taką jak współdzielony Ethernet lub VLAN. To ograniczenie musi być brane pod uwagę podczas projektowania sieci AP w ESS działają zespołowo, reprezentowane są na zewnątrz przez jeden 48 bitowy adres MAC. Router w sieci szkieletowej dostarcza ramki do dowolnego AP, który musi zlokalizować stację docelową. Sieć szkieletowa jest nośnikiem systemu dystrybucyjnego, logicznie utworzonego przez AP współpracujące ze sobą. Konkretny AP najczęściej pełni rolę mostu, posiadając przynajmniej jeden bezprzewodowy i jeden przewodowy interfejs sieciowy. Wymiana informacji między stacjami zawsze odbywa się za pośrednictwem takiego mostu. Różne niezależne BSS-y mogą dzielić przepustowość pojedynczego kanału radiowego, możliwy jest zatem negatywny wzajemny wpływ. Precyzyjnie opracowane reguły warstwy MAC w sieciach umożliwiają współistnienie różnych sieci w tej samej przestrzeni.

12 Oczywiście AP mogą być połączone łączem radiowym (rys.14), wykorzystując anteny kierunkowe (mamy system dystrybucyjny z nośnikiem bezprzewodowym). Przy widzialności optycznej anten zasięg dochodzi do 30 km. Rys.14 Przykład połączeń p2p Bezprzewodowe sieci z architekturą stałą są często wykorzystywane przez dostawców usług internetowych. Takie rozwiązanie daje możliwość łatwego doprowadzenia łącza internetowego do użytkowników indywidualnych np. na osiedlu domków jednorodzinnych. W budynku, gdzie znajduje się punkt dostępowy stosuje się antenę dookólną, a abonenci korzystają z anten kierunkowych. Warunkiem dla zestawienia takiego połączenia jest widzialność optyczna kierunkowych anten nadawczo-odbiorczych zamontowanych u abonentów z anteną na punkcie dostępowym. Hot Spot Hot spoty to miejsca szczególnie atrakcyjne komercyjnie (hotele, porty lotnicze, centra handlowe itp.) dla dostawców usług internetowych WISP (Wireless Internet Service Provider). Przy użyciu notebooka czy komputera PDA użytkownik może uzyskać dostęp do Internetu, czy też zalogować się do swojej sieci przy wykorzystaniu technologii VPN. Punkt dostępu komunikuje się z komputerem użytkownika (dokładnie rzecz biorąc z zainstalowanym w nim interfejsem bezprzewodowym). Użytkownik może zalogować się używając strony logowania wyświetlonej przez przeglądarkę sieci web. Zasięg między punktem dostępu a użytkownikiem wynosi najczęściej od 50 do 150 m. Szybkość połączenia to 11 Mbps przy zastosowaniu technologii IEEE b (znanej jako Wi-Fi), zatem ograniczeniem ze względu na przepustowośc jest stałe łącze do Internetu, a nie sieć bezprzewodowa. Rys.15 przedstawia prostą konfigurację sieci Hot Spot zainstalowanej w kawiarni.

13 Rys.15 Przykładowa sieć Hot Spot Wireless Gateway łączy funkcjonalność punktu dostępowego, routera oraz firewalla w jednym urządzeniu. Użycie np. Wireless Gateway DSA-3100 firmy D-Link umożliwia udostępnianie istniejącego łącza DSL lub modemu kablowego 50 użytkownikom. Wireless Gateway pracuje jako brama pomiędzy użytkownikami a siecią zewnętrzną (na przykład siecią Internet). Gateway ten oferuje interfejs administracji, nie wymaga instalacji specjalnego oprogramowania oraz zarządza identyfikacją użytkowników. Pierwsze zapytanie http jest przekierowane do serwera uwierzytelniającego celem logowania. Współpracuje on z różnymi metodami uwierzytelniania, np. poprzez konta zdefiniowane w lokalnej bazie lub z wykorzystaniem serwerów RADIUS. Dodatkową cechą jest zarządzenie pasmem. Wireless Gateway rozpoznaje tzw. zaufaną sieć oraz sieć administrowaną, w tym przypadku użytkowników bezprzewodowych. Usługi w sieci

14 Mobilność W ramach BSS Stan ten w zaleceniu definiowany jest jako bez przejścia. Przejście między BSS-ami w ramach ESS Zalecenie gwarantuje usługę mobilności. Stacje ruchome w sposób ciągły monitorują moc i jakość sygnału od wszystkich AP w ramach ESS. Przy przejściu między AP (dezasocjacja z pierwszym i asocjacja z drugim AP) wymagana jest wymiana informacji niestandaryzowanym protokołem IAAP między tymi AP w DS, stąd AP powinny pochodzić od tego samego producenta. Przejście między ESS-ami nie gwarantuje mobilności, tzn. połączenia w wyższych warstwach zostaną przerwane, chyba że stosowane są odpowiednie protokoły, np. Mobile IP w przypadku protokołów TCP/IP. Warstwa fizyczna W podstawowej wersji standardu zostały zdefiniowane trzy różne typy warstwy fizycznej PHY i jedna podwarstwa MAC (rys.16). W kolejnych rozszerzeniach a, b i g zdefiniowano kolejne trzy nowe warstwy fizyczne, standard e będzie opisywał nową podwarstwę MAC.

15 Rys.16 Warstwa fizyczna w Na warstwę fizyczną składają się dwie podwarstwy. Są to: - PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) - PMD (Physical Medium Dependent) Podwarstwa PLCP jest niezależna od medium, zapewnia przekształcenie jednostki MPDU (MAC Protocol Data Unit ) otrzymywanych z podwarstwy MAC, w ramki w formacie PPDU (PLCP Protocol Data Unit), które mają format odpowiedni do stosowanej techniki transmisji. Natomiast podwarstwa PMD jest zależna od medium i obsługuje rzeczywistą transmisję danych a więc np.: kodowanie i modulację. Podstawowa wersja standardu definiuje trzy różne typy warstw fizycznych: - transmisja radiowa z wykorzystaniem techniki DS-SS (Direct Sequence Spread Spectrum) metoda rozpraszania widma poprzez kluczowanie bezpośrednie - transmisja radiowa z wykorzystaniem techniki FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum) metoda rozpraszania widma poprzez przeskoki po częstotliwościach - transmisja w podczerwieni (nie będzie omawiana) Transmisja radiowa odbywa się w ogólnie dostępnym paśmie ISM 2,4000-2,4835 GHz o szerokości 83,5MHz. Podstawową szybkością transmisji jest 1Mb/s. Standard definiuje również rozszerzoną szybkość do 2 Mb/s, która ma zastosowanie przy przesyłaniu danych użytkowych. Warstwa fizyczna DS-SS Technika DS-SS wiąże strumień danych z kodem cyfrowym o znacznie większej prędkości (rys.17). W rzeczywistości jest jedyną, która zyskała popularność w praktycznym zastosowaniu.

16 Stosując technikę DS-SS czyli bezpośredniego rozpraszania ciągiem losowym, dane są reprezentowane jako ciąg impulsów wysyłanych znacznie szybciej niż oryginalne bity danych. Efekt jest taki, że widmo sygnału ulega rozproszeniu na osi częstotliwości. Jako ciąg rozpraszający stosuje się 11-symbolowy kod Barkera (+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1). Rys.18 Istota rozpraszania sygnału przy użyciu kodu Barkera Operacja daje nam ciąg o szybkości 11Mb/s, który służy następnie jako sygnał modulujący nośną. Do modulacji używa się metody DBPSK (modulacja z różnicowym kluczowaniem fazy)- dla prędkości 1Mb/s lub DQPSK (modulacja z różnicowym kwadraturowym kluczowaniem fazy)- dla prędkości 2Mb/s. Uzyskujemy zatem pasmo sygnału rzędu 22MHz. W systemie DS-SS pasmo 83,5MHz podzielono na 14 kanałów (tab.2), oddalonych od siebie o 5 MHz. Ponieważ pasmo sygnału jest większe od odległości kanałów, kanały częściowo nachodzą na siebie. Jeśli zaistnieje sytuacja, że zespoły BSS będą się częściowo pokrywać obszarem, to aby mogły równocześnie pracować, częstotliwości nośnych będą musiały różnić się o co najmniej 30MHz. W praktyce oznacza to, że bez wzajemnego zakłócania, na tym samym obszarze będą mogły funkcjonować tylko trzy kanały. Styk radiowy tworzony przy użyciu metody DS-SS, zapewnia duży zasięg, odporność na zaniki oraz wysoką prędkość transmisji. Poprzez zastosowanie kluczowania bezpośredniego, każdy transmitowany bit obrazowany jest jako 11-chipowowy wzorzec. Dobór odpowiedniego wzorca (kod Barkera) minimalizuje autokorelację z własnym sygnałem, przesuniętym w wyniku wielodrogowości i korelację wzajemną z ciągami pseudolosowymi generowanymi przez inne nadajniki. Do wad można zaliczyć niską pojemność systemu oraz wysoki pobór mocy. Technika ta jest także droższa w produkcji w porównaniu do metody FH-SS.

17 W procesie przekazywania danych, podwarstwa PLCP otrzymuje od podwarstwy MAC jednostkę MPDU, która zostaje przekształcona w jednostkę PPDU (rys.19). Podwarstwa PLCP dodaje preambułę oraz nagłówek. Dodawane informacje: preambuła i nagłówek są zawsze transmitowane z prędkością 1 Mb/s, natomiast jednostka MPDU może być przesyłana z prędkością 1 Mb/s lub 2 Mb/s. Rys.19 Budowa ramki stosowanej w technice DS-SS Elementy ramki obsługiwane przez warstwę PLCP pełnią następujące funkcje: - SYNC (Synchronization) - służy do synchronizacji, ustalania siły sygnału, kompensacji przesunięcia częstotliwości - SFD (Start Frame Delimiter) umożliwia wykrycie przez odbiornik początku ramki. - SIG (Signal) informuje o szybkości transmisji jednostki MPDU, danych użytkownika - SERV (Service) zarezerwowane na przyszłość - LEN (Lenght) określa długość jednostki MPDU - CRC (Cyclic Redundancy Check) kontrola poprawności nagłówka - MPDU dane użytkownika, ramka z podwarstwy MAC Warstwa fizyczna FHSS Technika z rozproszonym widmem i skakaniem po częstotliwościach FH-SS, wybiera kolejne nośne przy użyciu sekwencji pseudolosowych (rys.20, 21). Sekwencje są tak dobrane, aby zminimalizować wzajemne interferencje, pracujących we wzajemnym obszarze zespołów BSS. Szybkość przeskoków jest regulowana, a ustala je punkt dostępu. Najniższa stosowana częstotliwość przeskoku to 2.5Hz, a minimalna odległość skoku nośnej to 6MHz.

18 Rys. 21 Istota rozpraszania sygnału przez przeskoki częstotliwości. W systemie określono 96 kanałów w odstępie 1MHz w przedziale 2,400-2,495GHz. (tab.3). W transmisji stosowana jest modulacja GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Przy transmisji z prędkością 1Mb/s modulacja jest dwuwartościowa, przy prędkości 2Mb/s

19 stosowana jest czterowartościowa modulacja, stąd w obu przypadkach sygnał zajmuje takie samo pasmo. Styk radiowy oparty na metodzie FH-SS charakteryzuje wiele zalet takich jak: wysoka odporność na zakłócenia, duża pojemność systemu, małym pobór mocy oraz niski koszt produkcji nadajnika i odbiornika. Zasięg można określić jako średni. Technika skakania po częstotliwościach jest także pewnym dodatkowym zabezpieczeniem przed podsłuchem. Standard b Poszerzenie standardu dotyczy utworzenia nowej warstwy fizycznej, pracujacej również w paśmie 2.4GHz i noszącej nazwę HR-DSSS (High Rate DSSS). Standard b wprowadza dwie nowe prędkości transmisji 5,5Mb/s oraz 11Mb/s. Ponieważ częstotliwość sekwencji rozpraszania jest również 11MHz, zachowano taką samą zajętość pasma. Aby uzyskać większą prędkość transmisji prz takim samym pasmie, zastosowano nową metodę modulacji CCK (Complementary Code Keying).W procesie kodowania zamiast kodu Barkera zastosowano kodowanie CCK, tzw. kluczowanie kodem komplementarnym, wynalezionym przez Golay a. Standard b definiuje również drugi nowy, bardziej wydajny tryb modulacji, który jest opcjonalny, PBCC (Packet Binary Convolutional Coding. W nowej warstwie fizycznej HR-DSSS format ramki PPDU jest taki sam jak w DSSS. Ustanowiono natomiast dwie długości ramek PPDU Rys. 22 Budowa ramek stosowanych w technice HR-DSSS. Pierwsza ramka, określana jako długa ramka PPDU (HR-DSSS/long) jest identyczna jak ramka w warstwie fizycznej DSSS standardu Wprowadzenie ramki tego typu zapewnia zgodność wstecz i umożliwia współpracę tych systemów. Preambuła wraz z nagłówkiem są przesyłane z prędkością taką samą jak w czyli 1Mb/s, natomiast ramka MPDU może być przesłana z dowolną prędkością - 1, 2, 5,5 lub 11Mb/s. Nowością jest druga ramka, nazywana krótką ramką PPDU (HR-DSSS/short), jest ona opcjonalna. Część sterująca ramki uległa skróceniu i trwa 96µs zamiast 192µs. Uzyskano to poprzez skrócenie pola preambuły SYNC do 56 bitów oraz przesyłanie całego nagłówka z prędkością 2Mb/s. Pole MPDU może być przesłane z prędkościami 2, 5,5 lub 11Mb/s. Poprzez taką budowę, ramki te nie są kompatybilne z podstawowym standardem DSSS i nie jest możliwa wymiana ich ze starszymi stacjami. Stosowanie krótkich ramek zmniejsza nadmiarowość informacji, zapewniając tym samym efektywniejsze wykorzystanie kanału transmisyjnego.

20 IEEE b+ oraz IEEE b++ Istnieją nieoficjalne rozszerzenia standardu b. Poprzez zastosowanie kodowania PBCC, osiąga się większy zysk kodowy w porównaniu do CCK. W praktyce binarne kodowanie splotowe PBCC, przy takiej samej zajętości pasma jak CCK (pracującego przy prędkości 5,5 i 11Mb/s) potrafi osiągnąć szybkość transmisji 22Mb/s. Urządzenia pracujące w tej technice oznaczane są jako b+. Jednak producenci nie poprzestali na tym, w chwili obecnej funkcjonuje już kolejna nieoficjalna odmiana b, pod oznaczeniem b++ potrafiąca przesyłać dane z prędkością 44Mb/s a (Wi-Fi 5) Wprowadzony w roku 1999 nowy standard rozszerzający, a, definiuje zupełnie nową warstwę fizyczną z modulacją wielotonową OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). W modulacji wielotonowej, strumień danych przesyłany jest w postaci sygnału zbiorczego, złożonego z wielu ciągów danych przesyłanych z niższą prędkością w modulowanych odpowiednio (tab.4) podpasmach. Ortogonalność nośnych w podpasmach oznacza ich wzajemną niezależność. Druga kolumna w tab.4 podaje parametry korekcyjnego kodowania splotowego. Tab.4 Tryby pracy warstwy fizycznej Modulacja Sprawność Szybkość ilość bitów kodowania Transmisji danych/symbol OFDM BPSK 1/2 6 Mb/s 24 BPSK 3/4 9 Mb/s 36 QPSK 1/2 12 Mb/s 48 QPSK 3/4 18 Mb/s 72 16QAM 1/2 24 Mb/s 96 16QAM 3/4 36 Mb/s QAM 2/3 48 Mb/s QAM 3/4 54 Mb/s 216 System pracuje w mniej zakłóconym od 2,4MHz paśmie określanym jako U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure), (tab.5). Nowe dostępne pasmo jest znacznie szersze i wynosi 300MHz, podzielone jest na trzy podpasma po 100MHz każde.. W każdym podpaśmie wydzielone zostały cztery kanały o nośnych oddalonych od siebie o 20MHz. Trzy podpasma z czterema kanałami daję łączną liczbę 12 dostępnych kanałów. Tabela 5. Kanały i częstotliwości używane w protokole a Pasmo Numer kanału Częstotliwość Dolne U-NII 5,15GHz 5,25GHz Środkowe U-NII 5,25GHz 5,35GHz Górne U-NII 5,725GHz 5,825GHz 36 5,180 GHz 40 5,200 GHz 44 5,220 GHz 48 5,240 GHz 52 5,260 GHz 56 5,280 GHz 60 5,300 GHz 64 5,320 GHz 149 5,745 GHz 153 5,765 GHz 157 5,785 GHz 161 5,805 GHz Maksymalna moc nadawcza 50mW 250mW 1000mW

21 Dużej zmianie w protokole a uległa również budowa ramki PPDU. Rys. 23 Budowa ramki stosowanej w technice OFDM W budowie ramki można wyszczególnić, tak jak w poprzednich wersjach protokołu trzy podstawowe człony preambułę (zawierającą sekwencję synchronizacyjną, wielkość 12 symboli OFDM), nagłówek (bez pola SERV ma wielkość 1 symbol OFDM) oraz pole danych MPDU. Pola nagłówka oznaczają kolejno: - RATE informuje z jaką prędkością (jedna z ośmiu) przesyłana jest część DATA - X zarezerwowane - LEN (Lenght) - podaje długość pola MPDU w bajtach - PAR (Parity) bit parzystości dla póle RATE i LEN - TAIL 6-bitowe pole wypełnione zerami - SERV (Service) sekwencja bitów umożliwiająca synchronizację odbiornika. Na samym końcu, za jednostką MPDU, umieszczone jest jeszcze raz pole TAIL oraz wyrównujące odpowiednio rozmiar pole PAD. Jedną z motywacji dla OFDM jest zgodność z europejskim systemem HiperLan 2. Podstawową wadą a jest większa moc urządzeń nadawczo-odbiorczych (zasilanie bateryjne w MS) i mniejszy zasięg, co wymusza stosowanie dużej liczby AP g Standard g, pracuje w paśmie ISM 2,4GHz, i jest zgodny z poprzednia wersją protokołu b. Dla zapewnienia zgodności z b jest używana modulacja CCK dla prędkości 5,5Mb/s i 11Mb/s. Kolejną obowiązkową modulacją jest taka sama jak w a modulacja OFDM, dając maksymalną prędkości 54Mb/s.. Tab. 5 pokazuje porównanie wykorzystywanych technik. Tab.5 Porównanie dostępnych trybów pracy w protokołach b, a i g Prędkość Rodzaj b 2,4GHz a 5GHz g 2,4Ghz nośnej Wymagane Opcjonalne Wymagane Opcjonalne Wymagane Opcjonalne 1 Mb/s P Barker Barker 2 Mb/s P Barker Barker 5,5 Mb/s P CCK PBCC CCK PBCC 6 Mb/s W OFDM OFDM CCK-OFDM 9 Mb/s W OFDM OFDM, CCK-OFDM 11 Mb/s P CCK PBCC CCK PBCC 12 Mb/s W OFDM OFDM CCK-OFDM 18 Mb/s W OFDM OFDM, CCK-OFDM 22 Mb/s P PBCC

22 24 Mb/s W OFDM OFDM CCK-OFDM 33 Mb/s P PBCC 36 Mb/s W OFDM OFDM, CCK-OFDM 48 Mb/s W OFDM OFDM, CCK-OFDM 54 Mb/s W OFDM OFDM, CCK-OFDM P modulacja z jedną nośną, W modulacja z wieloma nośnymi wielotonowa Mimo wysokich wartości przesyłu, nie należy spodziewać się łatwego osiągnięcia wartości 54 Mb/s w paśmie 2,4GHz, gdyż zakres ten już w chwili obecnej jest mocno obciążony i zaszumiony. W podstawowych technikach CCK oraz OFDM, cała transmitowana ramka: preambuła z nagłówkiem oraz cześć danych modulowana oraz kodowana jest tą samą metodą. Natomiast dwie pozostałe, które są opcjonalne posiadają hybrydową budowę ramki. W technice CCK-OFDM preambuła oraz nagłówek przesyłane są metodą CCK, natomiast reszta dane, modulacją OFDM. Taki typ transmisji został wprowadzony dla sieci w których pracują starsze urządzenia standardu b. Urządzenia te są w stanie odczytać nagłówek, uzyskując informacje o długości całej transmisji. Oczywiście nie są one w stanie odebrać części danych, ale informacje odczytane z nagłówka umożliwią efektywniejszy bezkolizyjny ruch w kanale radiowym. Technika PBCC jest podobnie jak poprzednia zbudowana jako hybryda dwóch metod. Tutaj również nagłówek transmitowany jest metodą CCK, a pole danych metodą PBCC. Stosowanie CCK zapewnia zgodność pracy sieci z poprzednim standardem b. Przewidziane są cztery prędkości transmisji 5,5 i 11MB/s jak w standardzie b oraz dwie nowe 22 i 33Mb/s. Poważnym problemem w nowym standardzie g jest uzyskanie dobrej współpracy metod pracujących na jednej nośnej Barker, CCK, PBCC z metodą wielotonową OFDM. Sama technika unikania kolizji CSMA/CA nie będzie tutaj efektywna. Na szczęście problem ten może rozwiązać inne rozwiązanie, zaimplementowane już w podstawowym standardzie Nowy problem jest podobny do problemu ukrytej stacji i poprzez zastosowanie mechanizmu RTS/CTS będzie możliwa rezerwacja kanału dla niesłyszalnej przez niektóre stacje transmisji OFDM.