امروزه شبکه‌های وایرلس (Wi-Fi) به یکی از اصولی‌ترین و حیاتی‌ترین اجزای فناوری اطلاعات تبدیل شده‌اند. در این مقاله، به بررسی انواع استانداردهای شبکه های وایرلس معرفی شده از 802.11a تا Wi-Fi 6 خواهیم پرداخت.
استانداردهای شبکه های وایرلس محلی یا همان IEEE 802.11 تحت عنوان ISO/IEC 8802-11:1999، توسط سازمان استاندارد سازی بین‌المللی (ISO) و مؤسسه استانداردهای ملی آمریکا (ANSI) پذیرفته شده است.
استاندارد ۱۹۹۷، پهنای باند ۲Mbps را تعریف می‌کند با این ویژگی که در شرایط نامساعد و محیط‌های دارای اغتشاش (نویز) این پهنای باند به مقدار ۱Mbps کاهش می یابد. گروه کاری ۸۰۲٫۱۱ به زیر گروه‌های متعددی تقسیم می‌شود. برخی از مهم‌ترین زیر گروه‌های استانداردهای شبکه های وایرلس در زیر آمده است.
مهم‌ترین زیر گروه‌های استانداردهای شبکه‌های وایرلس
استانداردهای شبکه‌های وایرلس شامل چندین زیر گروه می‌شود که در زیر به توضیح این زیر گروه‌ها خواهیم پرداخت.
کمیته ۸۰۲٫۱۱e کمیته‌ای است که سعی دارد قابلیت QoS اِتـِرنت را در محیط شبکه‌های بیسیم ارائه کند. توجه داشته باشید که فعالیت‌های این گروه تمام گونه‌های ۸۰۲٫۱۱ شامل a، b، و g را در بر دارد. این کمیته در نظر دارد که ارتباط کیفیت سرویس سیمی یا Ethernet QoS را به دنیای بیسیم بیاورد.
کمیته ۸۰۲٫۱۱g کمیته‌ای است که با عنوان ۸۰۲٫۱۱ توسعه یافته نیز شناخته می‌شود. این کمیته در نظر دارد نرخ ارسال داده‌ها در باند فرکانسی ISM را افزایش دهد. باند فرکانسی ISM یا باند فرکانسی صنعتی، پژوهشی، و پزشکی، یک باند فرکانسی بدون مجوز است. استفاده از این باند فرکانسی که در محدوده ۲۴۰۰ مگاهرتز تا ۲۴۸۳٫۵ مگاهرتز قرار دارد، بر اساس مقررات FCC در کاربردهای تشعشع رادیویی نیازی به مجوز ندارد.
استاندارد ۸۰۲٫۱۱g یکی دیگر از استانداردهای شبکه‌های وایرلس است که تا کنون نهایی نشده است و مهم‌ترین علت آن رقابت شدید میان تکنیک‌های مدولاسیون است. اعضاء این کمیته و سازندگان تراشه توافق کرده‌اند که از تکنیک تسهیم OFDM استفاده نمایند ولی با این وجود روش PBCC نیز می‌تواند به عنوان یک روش جایگزین و رقیب مطرح باشد.
کمیته ۸۰۲٫۱۱h مسئول تهیه استانداردهای یکنواخت و یکپارچه برای توان مصرفی و نیز توان امواج ارسالی توسط فرستنده‌های مبتنی بر ۸۰۲٫۱۱ است.
فعالیت دو کمیته ۸۰۲٫۱۱i و ۸۰۲٫۱۱x در ابتدا برروی سیستم‌های مبتنی بر ۸۰۲٫۱۱b تمرکز داشت. این دو کمیته مسئول تهیه پروتکل‌های جدید امنیت هستند. استاندارد اولیه از الگوریتمی موسوم به WEP استفاده می‌کند که در آن دو ساختار کلید رمز نگاری به طول ۴۰ و ۱۲۸ بیت وجود دارد. WEP مشخصاً یک روش رمزنگاری است که از الگوریتم RC4 برای رمزنگاری فریم‌ها استفاده می‌کند. فعالیت این کمیته در راستای بهبود مسائل امنیتی شبکه‌های محلی بیسیم است.
این استاندارد لایه‌های کنترل دسترسی به رسانه (MAC) و لایه فیزیکی (PHY) در یک شبکه محلی با اتصال بیسیم را دربردارد.
انواع استانداردهای شبکه‌های وایرلس
استانداردهای شبکه‌های وایرلس – استاندارد وایرلس 802.11a
سرعت انتقال داده: ۵۴ مگابیت بر ثانیه
باند فرکانسی: ۵ گیگاهرتز
استفاده از مودولاسیون OFDM (تنقیح متقارن چندین قسمت)
802.11a یکی از اولین استانداردهای Wi-Fi بود که برای بیسیم ۵ گیگاهرتزی ارائه شد.
استانداردهای شبکه‌های وایرلس – استاندارد 802.11b
سرعت انتقال داده: ۱۱ مگابیت بر ثانیه
باند فرکانسی: ۲.۴ گیگاهرتز
استفاده از مودولاسیون DSSS (پخش پراکنده سیگنال دیجیتال)
802.11b با سرعت بالا و باند فرکانسی کمتر نسبت به 802.11a عرضه شد و به عنوان Wi-Fi قابل توجهی شناخته می‌شود.
استانداردهای شبکه‌های وایرلس – استاندارد 802.11g
سرعت انتقال داده: ۵۴ مگابیت بر ثانیه
باند فرکانسی: ۲.۴ گیگاهرتز
استفاده از مودولاسیون OFDM
802.11g توانست سرعت بالاتری نسبت به 802.11b ارائه دهد و همچنین با آن سازگاری داشت.
استانداردهای شبکه‌های وایرلس – استاندارد 802.11n
سرعت انتقال داده: تا ۳۰۰ مگابیت بر ثانیه
باند فرکانسی: ۲.۴ گیگاهرتز و ۵ گیگاهرتز
استفاده از MIMO (ورودی چندگانه و خروجی چندگانه)
802.11n امکان ارتقاء سرعت و پوشش شبکه را فراهم کرد و برای بسیاری از برنامه‌ها مناسب بود.
استانداردهای شبکه‌های وایرلس – استاندارد 802.11ac
سرعت انتقال داده: تا ۱.۳ گیگابیت بر ثانیه
باند فرکانسی: ۵ گیگاهرتز
استفاده از MIMO و OFDM
802.11ac با سرعت عالی و قابلیت پشتیبانی از فرکانس بالاتری، مناسب برای بارهای کاری سنگین و ویدیو استریمینگ است.
استانداردهای شبکه‌های وایرلس – استاندارد Wi-Fi 6 (802.11ax)
سرعت انتقال داده: تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه
باند فرکانسی: ۲.۴ گیگاهرتز و ۵ گیگاهرتز
استفاده از MIMO و OFDMA (دسترسی چندکاناله چندکاناله به منظور بهبود کارایی)
Wi-Fi 6 با سرعت و کارایی بالاتر و افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه بیسیم برخوردار است.
استاندارد Wi-Fi 6 (یا 802.11ax) یکی از جدیدترین و پیشرفته‌ترین استانداردهای شبکه‌های وایرلس است که توانایی بهبود عملکرد و امنیت شبکه‌های بیسیم را فراهم می‌کند. در ادامه، به توضیح بیشتر درباره دستگاه‌هایی که از استاندارد Wi-Fi 6 پشتیبانی می‌کنند و مزایای استفاده از این استاندارد خواهیم پرداخت.
دستگاه‌هایی که از Wi-Fi 6 پشتیبانی می‌کنند
دستگاه‌هایی که از استاندارد Wi-Fi 6 پشتیبانی می‌کنند، عبارتند از:
تلفن‌های هوشمند: بسیاری از تلفن‌های هوشمند جدید از Wi-Fi 6 پشتیبانی می‌کنند، که این امکان را فراهم می‌کند تا از این تکنولوژی در اتصال به شبکه‌های بیسیم استفاده کنند.
لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترها: بسیاری از لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترهای جدید این استاندارد را پشتیبانی می‌کنند. این به کاربران این امکان را می‌دهد که از سرعت بالا و کارایی بهتر در شبکه‌های بیسیم بهره‌مند شوند.
اکسس پوینت هایIoT: دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) نیز امکان استفاده از قابلیت Wi-Fi 6 دارند. این یک بهینه‌سازی برای دستگاه‌های کوچک و اندازه‌ی کم انرژی است.
راه‌اندازهای توزیع پهنای باند (Access Points): APهایی که از Wi-Fi 6 پشتیبانی می‌کنند، می‌توانند از عملکرد بهتر و پوشش گسترده‌تری برخوردار باشند.
مزایای استفاده از استاندارد Wi-Fi 6
سرعت بالا: Wi-Fi 6 با افزایش سرعت انتقال داده تا ۱۰ گیگابیت بر ثانیه، امکان انجام وظایفی مانند دانلود فایل‌های بزرگ، استریم ویدیو با کیفیت بالا و بازی‌های آنلاین با تاخیر کمتر را فراهم می‌کند.
کارایی بالا در محیط‌های پرتراکم: Wi-Fi 6 با استفاده از OFDMA (دسترسی چندکاناله چندکاناله) امکان اتصال به زمان بهتری را در محیط‌هایی با تعداد دستگاه‌های بیسیم زیاد را فراهم می‌کند.
مصرف انرژی کمتر: این استاندارد بهینه‌سازی‌هایی برای کاهش مصرف انرژی در دستگاه‌ها دارد، که به درازای عمر باتری دستگاه‌ها کمک می‌کند.
امنیت بهتر: Wi-Fi 6 امکان استفاده از ویژگی‌های امنیتی بهتری را فراهم می‌کند، از جمله WPA3 که برای حفاظت از اطلاعات شبکه اهمیت دارد.
پشتیبانی از IoT: این استاندارد بهبود‌هایی در پشتیبانی از دستگاه‌های IoT دارد، از جمله کاهش تداخل‌های بیسیم و افزایش پوشش.
استفاده از استاندارد Wi-Fi 6 برای شبکه‌های بیسیم به تجربه بهتری برای کاربران و افزایش عملکرد و امنیت شبکه منجر می‌شود. اگر تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه‌ی بیسیم خود را افزایش داده‌اید و نیاز به سرعت و کارایی بالا دارید، Wi-Fi 6 ممکن است گزینه‌ی مناسبی برای شما باشد.
—
استانداردهای شبکه‌های وایرلس و مفهوم فرکانس‌های رادیویی
امواج رادیویی (RF)
امواج رادیویی نوعی از امواج الکترومغناطیسی هستند که برای انتقال داده‌ها در شبکه‌های بیسیم استفاده می‌شوند. این امواج با سرعت نور حرکت می‌کنند و بسته به فرکانسشان می‌توانند مسافت‌های مختلفی را طی کنند. فرکانس امواج رادیویی یا RF معمولاً به واحد هرتز (Hz) اندازه‌گیری می‌شود.
استانداردهای شبکه‌های وایرلس و باندهای فرکانسی رایج
برای آشنایی بیشتر با استانداردهای شبکه‌های وایرلس لازم است بدانید که سه باند اصلی فرکانسی در شبکه‌های وایرلس مورد استفاده قرار می‌گیرند که در زیر به آنها اشاره شده است.
باند 2.4 GHz: این باند رایج‌ترین باند فرکانسی برای شبکه‌های وایرلس است. محدوده سیگنال در این باند معمولاً بزرگ‌تر است، اما ممکن است به دلیل تداخل بیشتر با سایر دستگاه‌ها (مانند مایکروویوها و دستگاه‌های بلوتوث) سرعت کمتری داشته باشد.
باند 5 GHz: این باند برای ارائه سرعت بالاتر طراحی شده و تداخل کمتری نسبت به 2.4 GHz دارد، اما محدوده پوشش سیگنال آن کمتر است. به دلیل کانال‌های بیشتر و فرکانس بالاتر، در محیط‌های با تراکم زیاد کاربران بهتر عمل می‌کند.
باند 60 GHz: این باند به‌طور گسترده در تکنولوژی‌های جدید ارتباطات بیسیم استفاده می‌شود، به‌ویژه در حوزه‌هایی مانند Wi-Fi 6E و 802.11ad/ay. این فرکانس در باند میلی‌متری (mmWave) قرار دارد و به دلیل مزایای ویژه‌ای که دارد، توجه زیادی در صنعت شبکه‌های بیسیم به خود جلب کرده است. فرکانس 60 GHz پهنای باند بسیار بیشتری نسبت به باندهای 2.4 GHz و 5 GHz فراهم می‌کند. این امر باعث می‌شود تا سرعت انتقال داده‌ها در این باند بسیار بالا باشد، به طوری که می‌تواند سرعت‌هایی تا چندین گیگابیت در ثانیه (Gbps) را پشتیبانی کند.
فرکانس و طول موج
فرکانس به تعداد دفعاتی اشاره دارد که یک موج در هر ثانیه نوسان می‌کند. اگر یک موج در هر ثانیه بیشتر نوسان کند (فرکانس بالاتری داشته باشد)، این به معنای آن است که طول موج آن کوتاه‌تر است. به عبارت دیگر، موج‌های با فرکانس بالا دارای فاصله‌های کمتری بین قله‌ها (نقاط بالایی موج) هستند.
از طرف دیگر، موج‌های با فرکانس پایین نوسانات کمتری در هر ثانیه دارند و به همین دلیل طول موج آنها طولانی‌تر است (فاصله بین قله‌های موج بیشتر است).
چرا این مهم است؟
فرکانس‌های بالاتر: به دلیل اینکه طول موج کوتاه‌تری دارند، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند و نمی‌توانند به‌خوبی از موانع عبور کنند (مثل دیوارها). به همین دلیل، برای مسافت‌های کوتاه‌تر مناسب هستند و سرعت داده‌ها در آنها معمولاً بیشتر است.
فرکانس‌های پایین‌تر: چون طول موج بلندتری دارند، بهتر از موانع عبور می‌کنند و مسافت‌های طولانی‌تر را پوشش می‌دهند. اما سرعت انتقال داده در این فرکانس‌ها معمولاً کمتر است.
بنابراین، فرکانس‌های بالاتر برای ارتباطات سریع در فواصل کوتاه (مانند وای‌فای) و فرکانس‌های پایین‌تر برای ارتباطات در مسافت‌های طولانی‌تر (مانند رادیوهای AM و FM) مناسب هستند.
نسبت فرکانس و پهنای باند
افزایش فرکانس معمولاً به پهنای باند بیشتر منجر می‌شود که این به معنای ظرفیت بالاتر برای انتقال داده است. مثلاً در باند 5 GHz، کانال‌های بیشتری با پهنای باند وسیع‌تر موجود است که امکان انتقال داده با سرعت‌های بالاتر را فراهم می‌کند.
انتشار امواج رادیویی
امواج رادیویی به شکل‌های مختلفی در محیط پخش می‌شوند و بسته به محیط فیزیکی (مانند موانع، دیوارها و دیگر موانع طبیعی یا مصنوعی) می‌توانند دچار تضعیف یا انعکاس شوند. برخی از حالت‌های انتشار امواج شامل موارد زیر است:
انعکاس (Reflection): امواج به یک سطح برخورد کرده و به سمت دیگری بازتاب می‌شوند.
انکسار (Refraction): امواج هنگام عبور از مواد مختلف مانند هوا و شیشه تغییر مسیر می‌دهند.
پراکندگی (Scattering): امواج در اثر برخورد به اجسام کوچک مانند ذرات هوا پراکنده می‌شوند.
جذب (Absorption): مواد خاصی انرژی امواج را جذب کرده و باعث کاهش قدرت سیگنال می‌شوند.
قدرت سیگنال و تضعیف (Attenuation)
قدرت سیگنال‌های رادیویی با فاصله از منبع پخش کاهش می‌یابد. این تضعیف سیگنال به دلیل عوامل مختلفی از جمله فاصله، موانع فیزیکی و تداخل امواج رخ می‌دهد. تضعیف یکی از چالش‌های اصلی در طراحی شبکه‌های وایرلس است و باید با دقت برای پوشش مناسب محیط و کیفیت سیگنال در نقاط مختلف شبکه بررسی شود.
کانال‌های رادیویی
باندهای فرکانسی به کانال‌های کوچکتری تقسیم می‌شوند. برای مثال، باند 2.4 GHz شامل 14 کانال مختلف است که در اکثر کشورها کانال‌های 1 تا 11 مورد استفاده قرار می‌گیرند. در باند 5 GHz نیز کانال‌های متعددی وجود دارند. برای جلوگیری از تداخل، بهتر است کانال‌های با فاصله از هم استفاده شوند (مثل کانال 1، 6 و 11 در باند 2.4 GHz).
تداخل (Interference)
تداخل زمانی رخ می‌دهد که چندین دستگاه به‌طور همزمان از یک کانال یا باند فرکانسی استفاده کنند. این تداخل می‌تواند عملکرد شبکه را کاهش داده و به قطع ارتباط یا کاهش سرعت منجر شود. برای مقابله با تداخل:
استفاده از کانال‌های کم ترافیک.
تنظیم توان خروجی مناسب برای دستگاه‌ها.
استفاده از باندهای فرکانسی مختلف (مانند استفاده از باند 5 GHz).
کاربرد انواع آنتن‌ها شبکه‌های بیسیم
نوع و طراحی آنتن‌ها تأثیر مهمی بر روی انتشار و قدرت سیگنال‌های رادیویی دارند. انواع آنتن‌ها شامل:
آنتن‌های Omni-directional: سیگنال‌ها را به‌طور مساوی در همه جهات ارسال می‌کنند. این آنتن‌ها برای پوشش گسترده و عمومی مناسب هستند.
آنتن‌های Directional: سیگنال‌ها را به یک جهت خاص متمرکز می‌کنند و برای لینک‌های نقطه به نقطه (Point-to-Point) مناسب هستند.
آنتن‌های Sectoral: سیگنال‌ها را در یک زاویه مشخص منتشر می‌کنند و برای پوشش مناطق بزرگ در یک جهت خاص کاربرد دارند.
دستیابی به بهترین عملکرد وایرلس با استفاده از آنتن‌ها
برای دستیابی به بهترین عملکرد وایرلس و کیفیت ارتباط، لازم است به موارد زیر توجه کنید:
موقعیت‌یابی صحیح آنتن‌ها: آنتن‌ها باید در مکانی نصب شوند که بتوانند بدون موانع به سمت دستگاه‌های گیرنده ارسال کنند.
تنظیم توان خروجی مناسب: افزایش توان سیگنال همیشه به معنای بهبود کیفیت نیست و ممکن است تداخل ایجاد کند.
انتخاب کانال مناسب: از کانال‌هایی استفاده کنید که کمترین تداخل را دارند.
مفهوم MIMO و Beamforming در آنتن‌های شبکه‌های بیسیم
MIMO (Multiple Input, Multiple Output) تکنولوژی است که از چند آنتن برای ارسال و دریافت داده‌ها استفاده می‌کند، به‌طوری‌که عملکرد و ظرفیت شبکه افزایش می‌یابد.
Beamforming نیز تکنولوژی‌ای است که به آنتن اجازه می‌دهد تا سیگنال‌ها را به‌طور خاص به سمت دستگاه‌های گیرنده متمرکز کند تا بهره‌وری شبکه افزایش یابد و سیگنال قوی‌تری ارائه شود.
با دانستن اصول شبکه‌های بیسیم، می‌توانید شبکه‌های وایرلس بهینه‌تر و قابل اطمینان‌تری طراحی و مدیریت کنید.
معیارهای لازم برای انتخاب استاندارد وایرلس مناسب
سرعت: اگر نیاز به انتقال داده‌های بزرگ با سرعت بالا دارید، استفاده از استانداردهای جدیدتر مانند Wi-Fi 6 می‌تواند گزینه مناسبی باشد.
تعداد دستگاه‌ها: اگر برنامه دارید تعداد زیادی دستگاه به شبکه‌ی وایرلس متصل کنید، استانداردهایی مانند Wi-Fi 6 با ویژگی‌هایی مانند OFDMA به کارایی بیشتر در محیط‌های پرتراکم کمک می‌کنند.
محدودیت‌های فرکانسی: برخی از استانداردها در باندهای فرکانسی خاصی کار می‌کنند. اطمینان حاصل کنید که استفاده از استاندارد انتخابی با محدودیت‌های فرکانسی شما سازگار است.
هزینه: استفاده از استانداردهای جدیدتر ممکن است هزینه بیشتری داشته باشد. برنامه ریزی مالی خود را با توجه به این مسئله انجام دهید.
با انتخاب استاندارد مناسب و تنظیمات بهینه، شبکه وایرلس خود را به بهترین شکل ممکن مدیریت کنید و از امکانات بیسیم با کیفیت بالا بهره‌مند شوید. به یاد داشته باشید که به مرور زمان تکنولوژی‌ها بهبود می‌یابند و بهترین انتخاب برای شما ممکن است تغییر کند، بنابراین باید با توجه به نیازهای فعلی و آینده‌ی خود، استاندارد مناسب را انتخاب کنید.
در نهایت، با اطلاعات به‌روز و انتخاب صحیح، می‌توانید بهترین استفاده از فناوری Wi-Fi را داشته باشید و با راه اندازی شبکه بیسیم، ارتباط بیسیم سریع و پایداری را تجربه کنید.