Langaton lähiverkko

Laatija: Kristian Rauhala

Opintokirja nro: 39322 N

E-mail: krauhala@vipunen.hut.fi

Sisällysluettelo: Langaton lähiverkko

Sisällysluettelo............................................................................................... 2

Lyhenne ja termi luettelo............................................................................... 3

1. Johdanto..................................................................................................... 4

2. Langattomat lähiverkot.............................................................................. 5

2.1 Ad hoc verkko............................................................................. 6

2.2 Infrastruktuuri verkko................................................................... 7

2.3 Verkko konfiguraatiot..................................................................7

3. Langaton ympäristö................................................................................... 10

5. Langaton kanavalle pääsy (MAC).............................................................. 12

6. Multiple access protokollat........................................................................ 13

6.1. ALOHA...................................................................................... 13

6.2. CSMA......................................................................................... 13

6.3. Pollaus......................................................................................... 17

6.4. TDMA......................................................................................... 17

10. Standardointi............................................................................................ 18

13. Yhteenveto................................................................................... ............ 19

14. Viitteet...... ............................................................................................... 20

Lyhenne- ja termiluettelo

Access point, eli access piste, on radio-osat sisältävä laite, joka kytkee langattoman ja langallisen osan yhteen.

Ad hoc: Langaton lähiverkko, missä kommunikaatioon ei käytetä infrastruktuuria.

Base sation: Toimii kuten access point (ks. access point)

Broadcast: On nk. yleislähetys, jolla on useita vastaanottajaa

CSMA: Carrier Sense Multiple Access eli kanavan kuunteluun perustuva kilpavaraus protokolla.

Downlink: Radiorajapinnan liikenne, joka kulkee tukiasemasta päätelaitteeseen.

LAN: Local Area Network, lähiverkko

FIFO: First-In-First-Out on purkuri tyyppi, jossa puskurista poistutaan sisääntulo järjestyksessä.

HIPERLAN: HIgh Performance Radio LAN on standardi langattomasta lähiverkosta.

MAC: Medium Access Control on tapa, jolla kontrolloidaan kanavan varausta esim. terminaalien käyttöön.

Monitie eteneminen: Vastaanottaja vastaanottaa lähetyksen useaan kertaan, johtuen kulkuaikadispersiosta (Kuva 7).

RF: Radio Frequency, radiotaajuus

RLAN: Radio LAN

TDMA: Time Division Multiple Access

Uplink: Kuten downlink, mutta suunta liikenteellä terminaalista access pisteeseen.

1. Johdanto

Perinteisessä lähiverkossa (LAN) siirretään eri tyyppistä dataa verkkokomponenttien välillä. Normaalisti verkko muodostuu kaapeleista (esim. pari-, koaksiaali-, valokaapeli), jotka yhdistävät verkon osat toisiinsa. Verkkokomponentit, kuten palvelimet, tulostimet ja PC:t liitetään lähiverkkoon kiinteällä liittimellä.

Tietyissä lähiverkkoympäristöissä on kaapeloinnin muodostaminen vaikeaa ja epäkäytännollistä, tällöin ratkaisuna voidaan nähdä langaton lähiverkko.

Langaton lähiverkko siis perustuu erilaisiin teknisiin ratkaisuihin, joilla kiinteät kaapelit korvataan langattomilla yhteyksillä. Ajan myötä kehittynyt tekniikka (mm. tehokkaat ja pienet lap-top tietokoneet) on mahdollistanut langattomien lähiverkkojen käyttämisen rakennusten sisällä, toimistoympäristössä.

Tämä langaton kehitys mahdollistaa uusia ja erilaisia sovelluksia perinteisiin lähiverkkoihin nähden, vaikkakin langaton ympäristö tuo omia rajoitteita ja ongelmia.

Tässä työssä kuvaamme langattoman verkon päärakenneosia ja yritämme antaa lukijalle ymmärryksen, millainen on langaton lähiverkko ja miten se toimii. Tarkastelemme myös lähemmin käytettyjä kanavanpääsytekniikoita.

Langaton lähiverkkokäsite voidaan kuvitella muodostuvan langattomasta siirtotiestä. Langattomiksi siirtoteiksi voidaan luokitella kaikki ilmassa etenevät sähkömagneettisia aaltoja käyttävät tekniikat, kuten radioaalot ja valoaallot. Tässä artikkelissa rajoitutaan pääasiassa radio (RF) tekniikkaan.

Langattomuuden tuoman liikkumisen mahdollisuutta, sekä siihen liittyvää kontrollia (esim. handover) ei käsitellä tässä työssä.

2. Langattomat lähiverkot

Langattoman lähiverkon tarkoitus ja tehtävä on sama kuin langallisen, perinteisen lähiverkon: Välittää informaatio paketteja eri laitteiden välillä, jotka ovat liittyneinä lähiverkkoon. Pakettien siirto esimerkiksi terminaalin M ja palvelimen S välillä on erä tavallisimmista toiminnoista (ks. kuva 1). Tukiasema tai pääsypiste (access point) toimii välittäjänä langattoman ja langallisen verkon välillä.

Langattomat lähiverkot voidaan ajotella kahteen perustyyppiin verkkoarkkitehtuurinsa perusteella.

· Infrastruktuuri lähiverkko, jossa osa verkosta muodostuu langallisesta ratkaisusta, kuten kuva 1.

· Ad hoc lähiverkko, jossa kaikki komponentit ovat "irrallaan" ja kommunikaatio tapahtuu ainoastaan langatonta mediaa käyttäen (ks. kuva 2).

Click here for Picture

Kuva 1. Infrastruktuurinen langaton lähiverkko

Click here for Picture

Kuva 2. Ad hoc -tyylinen langaton lähiverkko

2.1 Ad hoc lähiverkko

Ad hoc verkko muodostetaan rajoitetulle alueelle usean yksittäisen laitteen välille. Verkon laitteet muodostavat point-to-point kommunikaatioyhteydet kaikkiin verkon toisiin laitteisiin. Näin saatu verkko ei siis käytä hyväkseen kiinteää infrastruktuuria, vaan ainoastaan luotuja langattomia yhteyksiä.

Tehtyjen mittausten ja tutkimusten mukaan sisätilassa käytetyt radioverkot eivät takaa täysin kytkettyä verkkoa eri solmupisteille (ks. kuva 3).

Click here for Picture

Kuva 3. Eri solmupisteiden väliset yhteydet.

Verkon epävarmuus aiheuttaa ongelman, koska nyt jokin terminaali ei mahdollisesti voi "nähdä" haluamaansa solmupistettä. Ad hoc- verkon ratkaisemiseksi on kehitetty muutama lähestymistapa.

· Broadcasting / Flooding

Kun solmupisteellä (terminaali) on paketti valmis lähetettäväksi, se lähettää paketin sovitun kanavanpääsytavan mukaan (multiple acceess menetelmä). Vastaavasti kun solmu vastaanottaa paketin, se tarkistaa onko paketti osoitettu hänelle. Ellei, se edelleen lähettää paketin "eetteriin". Kanavan hyötysuhde on alhainen, mutta toteutus varsin yksinkertainen. Myöskään tämä tapa ei takaa että kaikki solmut kuulevat verkon liikennettä, joten solmujen on "löydettävä" hyvä sijainti.

· Solmut voivat muodostaa tilapäisen infrastruktuurin

Tämä tapahtuu muodostamalla hierarkinen pakettivälitys. Esimerkkinä voidaan mainita ns. puheenjohtajan valinta-algoritmi, jossa solmut valitsevat yhden yhteisen solmun toimimaan tukiasemana. Tämä ratkaisu on käytännöllinen ainoastaan verkossa, jossa on vähän terminaaleja. Lisäksi muuttuvien olosuhteiden vuoksi on algoritmi toistettava ajoittain, joka jälleen vähentää verkon hyötysuhdetta.

Vaikkakin ad hoc verkon luominen on mahdollista, vaativat useimmat sovellukset yhteyksiä mm. palvelimilta, jotka ennestään sijaitsevat kiinteässä infrastruktuurissa.

2.2 Infrastruktuuri lähiverkko

Voimme jakaa liikenteen langattomassa infrastruktuuri lähiverkossa kahteen eri suuntaan; uplink (kiinteään verkkoon päin) ja downlink (kiinteästä langattomaan päin). Kuten jo mainittiin, kohdat kiinteässä verkossa joihin langaton liikenne liittyy, kutsutaan access point:ksi (pääsypiste). Pääsypiste voi olla joko tukiasema tai toistin laajentamaan peittoaluetta.

· Downlink liikenne

Rajoitetun kaistanleveyden takia, langattomassa lähiverkossa on tyypillisesti valittu yhteinen kanava downlink liikenteelle. Downlink kommunikaatio tapahtuu tätä kanavaa hyväksikäyttäen ns. broadcats lähetyksillä. Tarkemmin sanottuna access point lähettää (broadcast) paketin kaikille asemille, vaikka se olisi tarkoitettu vain yhdelle niistä.

· Uplink liikenne

Uplink liikenne tarvitsee yleensä sovitun kanavanpääsymenetelmän (multiple access), jolla organisoidaan terminaalien lähetykset. Tästä aiheesta tarkemmin kappaleessa multiple access protokollat.

2.3. Verkko konfiguraatiot

Kuvaamme lyhyesti langattomissa lähiverkoissa tyypillisimpiä verkkoratkaisuja.

Tarvittavat langattoman lähiverkon osat (access point tai tukiasema) voidaan järjestää erilailla muodostamaan eri käyttötarkoituksiin sopivia verkko konfiguraatioita.

Peer-to-peer

Peer-to-peer verkko sopii tavalliseen client-server ratkaisuun, jossa esim. printteri on usean PC:n käytössä langattoman linkin avulla (ks. kuva4).

Tämä ratkaisu voisi sopia erinomaisesti pieneen toimistoon tai kongferenssisaliin.

Click here for Picture

Kuva 4. Normaali peer-to-peer verkko.

Langaton linkki lähiverkkojen yhdistäjänä

Langaton linkki voi yhdistää langallisia lähiverkkoja. Tämä sovellus on käytännöllinen, jos esimerkiksi kaapelointi on mahdotonta/vaikeaa.

Ratkaisua voidaan käyttää myös eri rakennuksissa olevien lähiverkkojen liittämiseen. Kuva 5.

Click here for Picture

Kuva 5. LAN:en yhdistäminen langattomalla linkillä.

Langaton lähiverkko PC-ryhmittymillä

Usean PC:n ryhmittymä (cluster) voidaan kytkeä esim. LAN hub:iin, joka edelleen liittyy langalliseen verkkoon langattomalla linkillä. Ratkaisulla voidaan saavuttaa etua laitekustannuksissa. Kuva 6.

Click here for Picture

Kuva 6.

Myös mahdollisia hybridi verkkoratkaisuja voidaan muodostaa yhdistelemällä yllä esitettyjä konfiguraatioita.

3. Langaton ympäristö

Click here for Picture

Kuva 7. Monitie-eteneminen

Tyypillisesti langaton lähiverkko toimii voimakkaassa monitie-etenemis ympäristössä, jossa verkon tila tyypillisesti voi vaihdella voimakkaasti lyhyen ajan tai etäisyyden sisällä. Kuvattu ympäristö muodostaa kommunikaatiosta epäluotettavan.

Okumura-Hata malli, joka perustuu kokeellisiin mittaustuloksiin, antaa approksimaation radiotiestä kaupungissa ja maaseudulla, täten sen soveltaminen sisätiloissa ei anna riittävän oikeaa kuvaa. Sisätilassa olevalla langattomalla lähiverkolla pyritään saavuttamaan mahdollisimman suuri peittoalue, päinvastoin kuin solukkoverkossa. Sisätilan radioaallon etenemisongelma voidaan nähdä kolmiulotteisena, jossa mm. antenni asennuskorkeus on vaikuttava tekijä.

Muita vaikuttavaia tekijöitä:

· käytetty radiotaajuus

· käytetyn antennin rf-ominaisuudet

· rakennuksessa käytetyt materiaalit

· kerroksen huone jako

· huoneiden korkeus

· ikkunoiden lukumäärä

· huoneiston kalusteet

Kaikki nämä tekijät muodostavat radiotien etenemisen ennustamisen erittäin monimutkaiseksi.

Oheista kaavaa voidaan käyttää arvioimaan sisätilan etenemistä:

L = L(dø) + 10* n * log (d/dø)

missä: L= vaimennus

n= vaimennus kerroin

dø= viittaus piste

d= etäisyys lähettimestä

Erilaisia arvoja etenemiskertoimelle:

- vapaa tila 2,0

- käytävä 1,4-1,8

- huoneen sisällä 2,7-6,5

Click here for Picture

Kuva 8. RF eteneminen sisätiloissa. Vasemmanpuolinen peittoalue saavutetaan antennin takakeilalla. Yhteydet paikkoihin, joihin ei ole näköyhteyttä saavutetaan aaltojen heijastumisilla seinistä.

Sisätilan peittoa voidaan parantaa toistimilla ja valitsemalla sopiva antenni.

Valitsemalla antennin asennuspaikka huolella, voidaan saavuttaa 15-20 dB kerrosvaimennus. Vaimennus eri kerrosten välillä ei ole vakio, koska rf-aallot heijastuvat ympäristösta ja penetroituvat ikkunoiden lävitse. Kuva 9.

-5dB

-6dB

-18dB

Tx T -20dB

Tx

Kuva 9.Radiaaallon vaimeneminen eri kerrosten välillä.

5. Langaton kanavalle pääsy (MAC)

Langaton media poikkeaa huomattavasti langallisesta. Täten monet funktiot, joiden toteuttaminen langallisessa ymparistössä on triviaalia, voivat aiheuttaa vaikeuksia langattoman ympäristön takia.

Kun käytössä on yhteinen kommunikaatiokanava, on varauduttava ehkäisemään ongelmia, joita aiheutuu kun useat terminaalit haluavat lähettää kanavalle samanaikaisesti. Kun näin käy, sanotaan lähettävien osapuolten lähetysten törmäävän, jolloin lähetetty informaatio korruptoituu eli tuhoutuu.

Ongelmana on siis kuinka kanavan käyttöä jaetaan tasapuolisesti säilyttäen kuitenkin kohtuullinen hyötysuhde kanavalla.

Langattoman lähiverkon ydin on juuri uplink liikenne ja täten kanavalle pääsy on olennainen osa langattomassa ympäristössä.

Vaikeus joka syntyy kanavasta, jonka on itse kuljetettava kontrollitietonsa on synnyttänyt ns. kilpavaraus (random-access) menetelmät. Verkon on tunnistettava terminaalit, jotka haluavat lähettää tietoa. Kun yhteys terminaaliin on muodostettu ei kilpavarausta enää tarvita.

6. Multiple access protokollat

Kuten tunnettua kanavalle pääsy kontrolli (MAC) riippuu huomattavasti kanavanpääsy protokollasta, eli multiple access protokolla, täten käytetty protokolla on erittäin tärkeä langattomassa lähiverkossa.

Langattomiin lähiverkkoihin on kehitetty useita erilaisia protokollia. Tässä kappaleessa kuvaamme muutamia tunnetuimpia metodeja, kuten ALOHA, CSMA, etc.

6.1. ALOHA

ALOHA-protokolla oli ensimmäinen random/multiple access menetelmä, jota on sovellettu laajempiin langattomiin verkkoihin. Alkuperäinen versio, pure ALOHA, sallii terminaalien aloittaa lähetyksensä minä ajanhetkenä hyvänsä. Jos tietyn ajan kuluessa terminaali saa kuittauksen vastaanottajalta, se voi olettaa lähetyksen menneen perille ilman törmäyksiä muiden terminaalien lähetyksiin. Muussa tapauksessa oletetaan törmäys tapahtuneeksi ja terminaalin on tehtävä uudelleenlähetys. Välttyäkseen jatkuvilta törmäyksiltä, ennen uudelleenlähetystä terminaali odottaa arvotun ajanjakson verran. Näin parannetaan hyötysuhdetta jakamalla törmänneet paketit tietylle ajalle.

Toinen tapa käyttää yhteistä radiokanavaa on jakaa ei synkronoitu ALOHA:n kanava tiettyihin aikaosiin (timeslot). Jaettujen "slottien" koko on yhtenevä paketin lähettämiseen kuluvan ajan kanssa (olettaen että paketit ovat vakiomittaisia).

Tämä parannettu versio, slotted ALOHA, vaatii että jokainen terminaali halutessaan lähettää paketin, aloittaa lähetyksensä aikaosan alussa. Näin, jos paketit törmäävät, on törmäys täysin päällekkäinen (vrt. osittain päällekkäinen), parantaen näin kanavan kanavan hyötysuhdetta.

6.2. CSMA

Ethernetin valtavan suosion takia, CSMA on ollut usean laitetoimittajan valinta.

CSMA kuuluu ALOHA perheeseen protokolliin. Se perustuu kanavan tilan tunnistamiseen ennen lähettämistä, jotta vältyttäisiin törmäämisiltä. Tämä on varsin yksinkertainen tapa parantaa ALOHA:n suorituskykyä.

CSMA:sta on kehitetty useita eri versioita, jotka poikkeavat toisistaan tavoilla, mitä eri versiot tekevät kanavan kuuntelun jälkeen. Joka tapauksessa, jos lähettäjä huomaa törmäyksen tapahtuneeksi, se arpoo jälleen ajan, jonka odottamisen jälkeen tehdään uudelleenlähetysyritys.

Seuraavassa kuvaamme lyhyesti eri CSMA versioita.

Nonpersistent CSMA

Eli "ei hellittävä,itsepintainen" CSMA:n toimintaperiaate on seuraava.

1) Jos kanava todetaan vapaaksi, lähetetään paketti.

2) Jos kanava todetaan varatuksi, odotetaan satunnaisesti arvottu viive, jonka jälkeen aloitetaan alusta kuuntelemalla kanavaa.

P-persistent CSMA

P-persistent CSMA protokolla toimii seuraavasti.

Terminaali, jolla on paketti valmiina lähetettäväksi kuuntelee kanavaa.

1) Jos kanava todetaan vapaaksi, lähetetään paketti todennäköisyydellä p.

2) Jos kanava todetaan varatuksi, odotetaan kunnes kanava on vapaa, jonka jälkeen lähetetään todennäköisyydellä p.

Parametri p valitaan sopivasti siten että interferenssi taso on pieni, mutta kanavan hiljaiset periodit minimaalisia.

Molemmista yllämainituista versioista voidaan muodostaa ns. slotted versio, joita ei tässä yhteydessä kuitenkaan esitetä.

Kuten viitteessä [6] todetaan CSMA parantaa suorituskykyä eri versioilla (ks. taulukko 1).

Pure ALOHA                     0,184                  
Slotted ALOHA                  0,368                  
1-Persistent CSMA              0,529                  
Slotted 1-Persistent CSMA      0,531                  
0,1-Persisten CSMA             0,791                  
Nonpersistent CSMA             0,815                  
0,03-Persistent CSMA           0,827                  
Slotted Nonpersistent CSMA     0,857                  
Perfect scheduling             1,000                  
                                                      
Taulukko 1.                                           
                                                      

CSMA/CD Collision Detection (törmäyksen havainnointi)

CSMA/CD, jossa käytetään siis törmäyksien havaitsemista hyödyksi, on eniten käytetty multiple access protokolla langallisissa puu/bus-verkkotopologioissa. Se on myös erittäin käytetty protokolla langattomissa ympäristöissä.CSMA/CD, jota voidaan kuvainnollisesti kutsua myös kuuntele kuin lähetät, on siis myös parannettu versio edelläkuvatusta. CSMA/CD parantaa tavallisen CSMA:n tehokkuutta törmäysten tapahtuessa. Kun tavallisessa CSMA:ssa tapahtuu törmäys jää kanava koko törmäyksen ajalta (molempien pakettien kestoaika) hyödyntämättä. Jos törmäyksen paketit (edes toinen) ovat kovin suuria verrattuna etenemisviiveeseen, voi hukattu tehokkuus olla melkoinen. Tehokkuutta voidaan parantaa, jos lähettäjät kuuntelevat kanavaa oman lähetyksensä ajan.

Tarkemmin kuvattuna CSMA/CD:n lisätoiminnat edelliseen:

1) Jos törmäys havaitaan, välittömästi lopetetaan paketin lähetys ja lähetetään ns.häirintä signaali (jamming), jolla varmistetaan että kaikki asemat ovat havainneet törmäyksen.

2) Häirintäsignaalin jälkeen odotetaan satunnainen aika, jonka jälkeen yritetään uudelleenlähetystä CSMA:n avulla.

Hukattu kapasiteetti pienenee aikaan, joka kuluu törmäyksen havaitsemiseen. Pahimmassa tapauksessa terminaalit ovat lähekkäin, mutta mahdollisimman kaukana access pisteestä tai tukiasemasta. Tässä tapauksessa vaadittu aika törmäyksen havaitsemiseen on n. 4 kertaa etenemisviive terminaalista access pisteeseen. Tilannetta havainnoillistetaan kuvassa 11.

Click here for Picture

Kuva 11. Pahin tapaus: Etenemisviive terminaalista A tai B access pisteeseen on aika T. Jos terminaali A aloittaa paketin lähettämisen(ajanhetkellä T0) terminaalille B, viive on 2*T ennenkuin paketti saapuu B:lle. Nyt jos ajanhetkellä T0+(2*t)- B aloittaa lähetyksen se havaitsee törmäyksen ajanhetkellä T0+2*T. Täten viive, jolloin A vastaanottaa häirintäsignaalin B:ltä on 4*T.

Jotta törmäyksien havainnoimisesta olisi hyötyä on lähetettävien pakettien oltava riittävän suuria niin että törmäys havainto ehtii ennen paketin loppua. Muussa tapauksessa systeemin on sama kuin normaali CSMA, jossa törmäys siis havaitaan vasta paketin lähettämisen loputtua.

Törmäyksen havaitsemisen etu Ethernetissä perustuu törmäyksen havaitsemisen helppouteen. On varsin helppoa mitata siirtolinjan jännitettä. Vaikkakin radioteknologia on varsin kehittynyttä on kanavan kuunteleminen langattomissa verkoissa varsin hankalaa piilossa olevien terminaalien takia (hidden terminal problem).

Piiloterminaali ongelma (Hidden terminal problem)

CSMA verkon tehokkuus siis perustuu kanavan kuuntelemiseen, onko kanava vapaa lähettämistä varten. Klassinen ongelma hidden terminal perustuu siihen, että radioverkossa kanavan vapaaksi tunnistaminen ei ole täysin luotettavaa (esim. radioaaltojen vaimeneminen sisätiloissa). On siis mahdollista että kaksi terminaalia lähettää tietoa accesspisteelle. Kun terminaali aikoo lähettää pakettia, on mahdollista että se ei kuule toisen terminaalin lähetystä ja täten aistii virheellisesti kanavan vapaaksi. Tämä saattaa tapahtua silloin kun terminaalit ovat kuuloetäisyydellä accesspisteeseen, mutta "ei-kuuloetäisyydellä" toisistaan tai niiden välillä saattaa olla radioaaltoja estävä esine. Kuva 12.

Click here for Picture

Kuva 12. Hidden terminal ongelma, jossa esine estää terminaaleja kuulemasta toisiaan.

Voidaan myös havaita heikkoja puolia CSMA:n stabiliteetista. Kuten ositetaan tutkimuksissa [4,6] ALOHA ja CSMA eivät ole vakaita ja viive lisääntyy karkeasti kuorman mukaan.

CSMA/CA Collision Avoidance (törmäyksen välttäminen)

Vähentääkseen piiloterminaalin ongelmaa ja lisätäkseen luotettavuutta on kehitetty modifikaatio CSMA/CA. Tämä versio perustuu nelinkertaiseen kättelyyn (ks. kuva 13), joka vähenttää epäluotettavuutta.

Click here for Picture

Kuva 13. Kättely algoritmi CSMA/CA protokollassa.

6.3. Pollaus

Edellä kuvasimme random access protokollia (kilpavaraus) langattomissa lähiverkoissa. Seuraavassa lyhyt kuvaus keskitetystä protokollasta, pollauksesta, joka sopii tyypilliseen langattomaan lähiverkkoon, missä terminaalit liittyvät tukiasemaan tai access pisteeseen. Radioverkon häipymisluonteen takia, keskitetty pollaus takaa kohtalaisen luotettavan kanavanvarausmenetelmän.

Pollaus protokollassa accesspiste jatkuvasti "pollaa " terminaaleja peittoalueella.

Kun terminaalia pollataan, se joko kertoo halukkuuden lähetykseen tai että tarvetta lähetykseen ei ole. Kun kaikki terminaalit on pollattu, alkaa accesspiste vastaamaan lähetyspyyntöihin. Terminaalien pollaus aiheuttaa redundanttia kanavan käyttöä, täten pollaus algoritmillä ei saavuteta suurta kanavan hyötysuhdetta.

Tarkemmin pollauksesta viiteessä [3].

6.4. Time division multiple access (TDMA)

TDMA (aika jakoinen kanavanpääsymenetelmä) systeemissä kanava jaetaan ajallisesti siten, että kanavan käyttäjille on allokoitu oma aikaväli, jolloin koko kanava on lähettäjän käytössä. Kanavan käyttäjien lukumäärä on rajoittunut kanavalle allokoitujen aikavälien lukumäärään. TDMA tekniikka vaatii terminaalien ja verkon synkronointia, jotta terminaalit lähettäisivät vain oman aikavälinsä aikana. Synkronoinnin takia TDMA on varsin monimutkainen ja vaativa menetelmä. Kuitenkin useat matkapuhelinjärjestelmät, kuten GSM, käyttävät TDMA:ta.

7. Standardointi

Langattomia lähiverkkoja on käytetty jo muutamia vuosia, mutta tilanne on kaoottinen jos katsotaan eri valmistajien langattomia lähiverkkotuotteita (ks. taulukko 2). Mitään yhteistä järjestelmää tai standardia ei ole noudatettu, joten laitteiden yhteensopivuus on lähes mahdotonta.

Standardointijärjestöjen IEEE study group 802.11 sekä Euroopan HIPERLAN (HIgh Performance Radio LAN) tarkoituksena on modostaa langattomille lähiverkoille standardi, joka tukee laajakaistaisia palveluita.

Maailmanlaajuinen kysyntä RF teknologiaa kohtaan on luonut erittäin kovan kilpailun taajuusalueista. Langattomille lähiverkoille mahdolliset yhteiset taajuusalueet ovat Amerikan,United States ISM (industrial, scientific and medical) kaistat (902-928 MHz, 2400-2483.5 MHz and 5725-5850 MHz) sekä Euroopan HIPERLAN kaistat (5.15-5.30 GHZ and 17.1-17.3 GHZ).

Product /        Freq. (MHz)     Link rate       Protocol        Network         
company                                                          topology        
Altair Plus II   18-19 GHz       15 Mb/s         Ethernet        radio to base   
Motorola                                                         to Ethernet     
WaveLAN AT&T     902-928         2 Mb/s          Ethernet-like   peer-to-peer    
Netwave Xircom   2,4 GHz         1 Mb/s          Ethernet        HUB             
                                                 Token ring                      
JRL-100 Japan    2,4 GHz         2 Mb/s          Ethernet        All, but not    
Radio co                                                         ad hoc          
IBM              2,4 GHz         1 Mb/s          TDMA            peer-to-peer    
WiLAN WI-LAN     902-928         20 Mb/s         Ethernet,       peer-to-peer    
                                                 Token ring                      
RadioLink        902-928 MHz,    250 Kb/s        ?               HUB             
Microwave,CA     2,4 GHz                                                         
Range LAN        902-928 MHz     242 Kb/s        Ethernet,       ?               
Proxim, Inc.                                     Token ring                      
Frrelink         2,4 and 5,8     5,7 Mb/s        Ethernet        HUB             
Cabletron Sys.   GHz                                                             
LAWN O'Neill     902-928         38,4 Kb/s       AX.25           peer-to-peer    
Comm.                                                                            
AirLAN           902-928         2 Mb/s          Ethernet        PCMCIA, radio   
Solectek, CA                                                     to HUB          
Intersect        902-928         2 Mb/s          Ethernet,       HUB             
Persoft Inc.                                     tokenring                       

Taulukko 2. Eri valmistajien langattomia lähiverkkotuotteita ja niiden ominaisuuksia.

10. Yhteenveto

Olemme esittäneet yleiskuvan langattomista lähiverkoista, langattomasta ympäristöstä, verkko arkkitehtuureista sekä multiple access menetelmistä.

Koska langaton ympäristö tuo mukanaan lukemattomia ongelmia, on lähiverkko langattomana huomattavasti monimutkaisempi kuin traditionaalinen langallinen lähiverkko. Haaste kanavanpääsyn kontrolloiminen vaikuttaa olevan radio LAN:ien ydin. Kuten edellä todettiin on olemassa useita erilaisia protokollia asia hoitamiseksi, joten ei ole itsestään selvää mikä protokolla sopii parhaiten mihinkin verkkoratkaisuun. Voidaan siis todeta, että tuskin on yhtä ja ainoaa parasta protokolla, vaan eri protokollat soveltuvat eri ympäristöihin.

Tähänastiset langattomat lähiverkkotuotteet eivät ole noudattaneet mitää sovittua standardia, joten tuotteiden yhteensopivuus on muodostunut ongelmaksi. Erilaisten ratkaisujen käyttäminen saattaa vaikeuttaa langattomien sovellusten (kuten radio LAN:it) läpimurtoa, joten on tärkeää että yhteisiä standardeja luodaan.

Langaton kommunikaatio itsessään soveltuu erittäin hyvin useisiin sovelluksiin, täten kasvava trendi langattomasta kommunikaatiosta lisää myös langattomien lähiverkkojen kysyntää tulevaisuudessa.

11. Viitteet

1. Santamaria A., Lopez-Hernandez F. J.. Wireless LAN systems. Norwood, United Kingdom: Artec House, 1994. 252 s. ISBN 0-89006-609-4.

2. Stallings, William. Data and computer communications. 3rd ed. New York, USA: Macmillian, 1991. 817. ISBN 0-02-946478-1.

3. Zhang Zhensheng, Anthony S. Acampora. Performance of a modified polling strategy for broadband wireless LANs in a Harsh fading environment. In: Global telecommunications conference. Pheonix ,Arizona, USA. December 2-5, 1991. Pheonix, Arizona, USA: IEEE communications society, 1991. s. 1141-1146. ISBN 920747-1.

4. Kwang-Cheng, Chen. Medium access control of wireless LANs for mobile computing. IEEE Network, September/October 1994. s. 50-63.

5. David F Bantz., Frederic J Bauchot. Wireless LAN design alternatives. IEEE Network, March/April 1994. s. 43-53.

6. Leonard Kleinrock, Fouda A. Tobagi. Packet switching in radio channels: Part 1- carrier sense multiple access modes and their throughput-delay characteristics. IEEE transactions on communications, 1975. Vol 23, nro 12, s.1400-1416.

7. Leonard Kleinrock, Fouda A. Tobagi. Packet switching in radio channels: Part 2- the hidden terminal problem in carrier sense multiple-access and busy-tone solution. IEEE transactions on communications, 1975. Vol 23, nro 12, s.1417-1433.

8. Joseph F. Rizzo, Nelson R. Sollenberg. Multitier wireless access. IEEE Persona communications, June 1995. s. 18-30.

9. S. K. Biswas, J. D. Porter and A. Hopper. Performance of a multiple access protocol for an ATM based pico-cellular radio LAN. Proceedings of the third IEEE international sympoosium on personal indoor and mobile radio communications, Boston, Massachusetts, October 1992, s. 139-144.

10. Donald C. Cox. Wireless personal communications: What is it ? IEEE Persona communications, April 1995. s. 20-35.

12. D. Buchholz, P. Odlyzko, M. Taylor and R. White. Wireless in-building network architecture and protocols. IEEE Network magazine, November 1991. s. 31-38.

13. ETSI, Working group RES 10. HIRERLAN; Functional Specification. Version 1.1. January 1995.

14. C. Ko, C. Cheng, C. Lu. Performance of slotted ALOHA in multiple joint cell of wireless networks. Proceedings of the third IEEE international sympoosium on personal indoor and mobile radio communications, Boston, Massachusetts, October 1992, s. 271-275.