Стандарт 802.11, більш відомий як Wi-Fi, є основою сучасних бездротових мереж. Його розвиток і вдосконалення мають ключове значення для забезпечення високої якості передачі даних. Однак, у процесі експлуатації цих мереж виникають різноманітні проблеми, пов'язані з інтерференцією, шумами та обмеженнями пропускної здатності. У цьому контексті дослідження методів покращення якості каналу передачі даних є надзвичайно актуальним. У даній роботі аналізуються сучасні підходи до оптимізації роботи протоколів 802.11, включаючи методи контролю доступу до каналу, використання множинних антен MIMO (Multiple Input Multiple Output) та управління частотними ресурсами, що дозволяє підвищити ефективність і надійність бездротових мереж.
Мета дослідження полягає у систематичному аналізі та оцінці різноманітних методів і технологій, спрямованих на покращення якості передачі даних у бездротових мережах стандарту 802.11. Основними завданнями є вивчення та порівняння ефективності методу контролю доступу до каналу, таких як RTS/CTS, методів управління мережею DFS та QoS, аналіз використання технології MIMO для підвищення пропускної здатності, дослідження методів модуляції, таких як OFDM. Це дозволить визначити найбільш оптимальні рішення для підвищення надійності та продуктивності бездротових мереж, враховуючи специфіку різних умов експлуатації.
Метод контролю доступу до каналу RTS/CTS (Request To Send / Clear To Send) [1] є одним із механізмів, використовуваних у бездротових мережах стандарту 802.11 на базі загального принципу CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Принцип роботи цього методу полягає в тому, що перед фактичною передачею даних передавач (відправник) відправляє запит (RTS) на передачу до отримувача (приймача). Отримувач в свою чергу відповідає (CTS), підтверджуючи готовність прийняти дані. Цей механізм дозволяє уникнути можливих конфліктів передачі даних та зменшити втрату часу і пропускну здатність, особливо в умовах великої кількості станцій у мережі. Серед переваг методу варто відзначити зниження рівня колізій та покращення ефективності передачі даних у бездротових мережах. Проте, серед недоліків може бути збільшення накладних витрат на передачу додаткових керуючих фреймів (RTS та CTS), що може знизити доступну пропускну здатність мережі.
Використання множинних антен MIMO [2] є одним з методів покращення якості каналу передачі даних у стандартах 802.11. Принцип роботи MIMO полягає в одночасній передачі та прийомі кількох потоків даних через декілька антен, що дозволяє значно підвищити пропускну здатність та надійність бездротової мережі. Технологія MIMO використовує просторове мультиплексування, де кожна антена передає незалежний потік даних, а на приймальній стороні відбувається комбінування цих потоків для відновлення оригінального сигналу. Це дозволяє збільшити об'єм переданої інформації без необхідності збільшення ширини частотного каналу. Завдяки MIMO значно покращується продуктивність мережі, зростає швидкість передачі даних та зменшуються затримки. Проте, недоліками цього методу є підвищена складність апаратного забезпечення та збільшені витрати на виробництво і обслуговування пристроїв з підтримкою MIMO, а також необхідність точного налаштування та калібрування антен для досягнення оптимальної роботи.
До методів управління мережею належать DFS (Dynamic Frequency Selection) та QoS (Quality of Service) [3]. Принцип роботи DFS полягає в пошуку і виборі менш забруднених частот для уникнення перешкод від інших пристроїв, що працюють у тому ж діапазоні. З іншого боку, QoS відповідає за призначення пріоритетів різним типам трафіку в мережі залежно від їх важливості та вимог до якості обслуговування. Принцип роботи QoS полягає в тому, щоб гарантувати, що важливі дані, такі як голосова або відеоінформація, матимуть пріоритет у передачі. Переваги методів управління мережею DFS та QoS полягають у покращенні надійності, ефективності та якості обслуговування бездротових мереж. Використання DFS дозволяє автоматично вибирати оптимальні частоти для уникнення перешкод та забезпечення стабільної передачі даних. З іншого боку, застосування QoS гарантує, що важливі дані матимуть пріоритет, що сприяє забезпеченню стабільності і надійності мережі. Незважаючи на це, недоліки методів можуть включати складність налаштування та управління, а також можливість зниження загальної пропускної здатності мережі у деяких сценаріях використання.
Метод Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) [4] полягає в розділенні широкосмугового сигналу на кілька більш вузьких підканалів, які передаються паралельно. Кожен підканал модулюється з використанням модуляції з амплітудною та фазовою маніпуляцією (QAM - Quadrature Amplitude Modulation), що дозволяє передавати більше інформації на одному каналі. Переваги OFDM включають високу ефективність використання радіочастотного спектру, стійкість до мультиплексування та виграш в каналі зв'язку. Завдяки розділенню сигналу на багато підканалів OFDM здатний компенсувати ефект розпливання та забезпечити стабільну передачу даних навіть у вимогливих радіочастотних середовищах. Однак, серед недоліків OFDM можна відзначити високі вимоги до точності синхронізації та складність управління фазовими та амплітудними складовими сигналу при високих швидкостях передачі даних.
Дослідження різноманітних методів покращення якості передачі даних у бездротових мережах стандарту 802.11 підтверджує, що кожен з них має свої переваги та обмеження. RTS/CTS зменшує колізії, але може збільшити накладні витрати. MIMO підвищує пропускну здатність, але потребує складнішого обладнання. DFS автоматично вибирає частоти, QoS гарантує пріоритет даних, але обидва можуть бути складними в управлінні. OFDM ефективно використовує спектр, але потребує точної синхронізації і може бути складним на високих швидкостях. Від методів управління мережею, таких як DFS та QoS, до технологій MIMO та методів контролю доступу до каналу, кожен підхід важливий для покращення ефективності та надійності бездротових мереж і залежить від конкретних вимог.
Список літератури
1. Канальний рівень IEEE 802.11 – Вікі ЦДУ. Вікі ЦДУ. URL: https://wiki.cusu.edu.ua/index.php/Канальний_рівень_IEEE_802.11 (дата звернення: 22.05.2024).
2. Kim J., Lee I. 802.11 WLAN: history and new enabling MIMO techniques for next generation standards. IEEE Communications Magazine. 2015. Vol. 53, no. 3. P. 134–140. URL: https://doi.org/10.1109/mcom.2015.7060495 (Дата звернення: 22.05.2024).
3. Кучернюк П. В. Технології останньої милі. Текст лекцій з дисципліни «Комп’ютерні мережі та засоби телекомунікацій». Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. 124 с.
4. OFDM – 802.11 Protocol Description. https://www.hdv-fiber.com/. URL: https://www.hdv-fiber.com/uk/news/ofdm-802-11-protocol-description/ (date of access: 22.05.2024).
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter