ลักษณะการเชื่อมต่อของอุปกรณ์
IEEE 802.11 WLAN
มาตรฐาน IEEE 802.11 ได้กำหนดลักษณะการเชื่อมต่อของอุปกรณ์ภายในเครือข่าย
WLAN ไว้ 2 ลักษณะคือโหมด Infrastructure และโหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer
1.
โหมด Infrastructure
โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ในเครือข่าย IEEE 802.11
WLAN จะเชื่อมต่อกันในลักษณะของโหมด Infrastructure ซึ่งเป็นโหมดที่อนุญาตให้อุปกรณ์ภายใน
WLAN สามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่นได้ ในโหมด Infrastructure นี้เครือข่าย
IEEE 802.11 WLAN จะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ 2 ประเภทได้แก่ สถานีผู้ใช้ (Clien Station)
ซึ่งก็คืออุปกรณ์คอมพิวเตอร์ (Desktop, Laptop, หรือ PDA ต่างๆ) ที่มีอุปกรณ์
Client Adapter เพื่อใช้รับส่งข้อมูลผ่าน IEEE 802.11 WLAN และสถานีแม่ข่าย (Access
Point) ซึ่งทำหน้าที่ต่อเชื่อมสถานีผู้ใช้เข้ากับเครือข่ายอื่น (ซึ่งโดยปกติจะเป็นเครือข่าย
IEEE 802.3 Ethernet LAN) การทำงานในโหมด Infrastructure มีพื้นฐานมาจากระบบเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ
กล่าวคือสถานีผู้ใช้จะสามารถรับส่งข้อมูลโดยตรงกับสถานีแม่ข่ายที่ให้บริการแก่สถานีผู้ใช้นั้นอยู่เท่านั้น
ส่วนสถานีแม่ข่ายจะทำหน้าที่ส่งต่อ (forward) ข้อมูลที่ได้รับจากสถานีผู้ใช้ไปยังจุดหมายปลายทางหรือส่งต่อข้อมูลที่ได้รับจากเครือข่ายอื่นมายังสถานีผู้ใช้
Basic Service Set (BSS) หมายถึงบริเวณของเครือข่าย
IEEE 802.11 WLAN ที่มีสถานีแม่ข่าย 1 สถานี ซึ่งสถานีผู้ใช้ภายในขอบเขตของ BSS
นี้ทุกสถานีจะต้องสื่อสารข้อมูลผ่านสถานีแม่ข่ายดังกล่าวเท่านั้น
Extended Service Set (ESS) หมายถึงบริเวณของเครือข่าย
IEEE 802.11 WLAN ที่ประกอบด้วย BSS มากกว่า 1 BSS ซึ่งได้รับการเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน
สถานีผู้ใช้สามารถเคลื่อนย้ายจาก BSS หนึ่งไปอยู่ในอีก BSS หนึ่งได้โดย BSS เหล่านี้จะทำการ
Roaming หรือติดต่อสื่อสารกันเพื่อทำการโอนย้ายการให้บริการสำหรับสถานีผู้ใช้ดังกล่าว
2.
โหมด Ad-Hoc หรือ Peer-to-Peer
เครือข่าย IEEE 802.11 WLAN ในโหมด Ad-Hoc หรือ
Peer-to-Peer เป็นเครือข่ายที่ปิดคือไม่มีสถานีแม่ข่ายและไม่มีการเชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่น
บริเวณของเครือข่าย IEEE 802.11 WLAN ในโหมด Ad-Hoc จะถูกเรียกว่า Independent
Basic Service Set (IBSS) ซึ่งสถานีผู้ใช้หนึ่งสามารถติดต่อสื่อสารข้อมูลกับสถานีผู้ใช้อื่นๆในเขต
IBSS เดียวกันได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านสถานีแม่ข่าย แต่สถานีผู้ใช้จะไม่สามารถรับส่งข้อมูลกับเครือข่ายอื่นๆได้
การเข้าใช้ช่องสัญญาณด้วยกลไก
CSMA/CA
บทบาทหนึ่งของ MAC Layer ในมาตรฐาน IEEE 802.11
คือการจัดสรรการเข้าใช้ช่องสัญญาณซึ่งแต่ละสถานีใน BSS หรือ IBSS จะต้องแบ่งกันใช้ช่องสัญญาณที่ถูกกำหนดมาสำหรับใช้งานร่วมกันอย่างเป็นธรรม
มาตรฐาน IEEE 802.11 ได้กำหนดให้ใช้กลไก CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision
Avoidance) เพื่อจัดสรรการใช้ช่องสัญญาณร่วมกันดังกล่าว
CSMA
with Random Back-Off
กลไก CSMA (Carrier Sense Multiple Access) with
Random Back-Off เป็นเทคนิคอย่างง่ายสำหรับจัดสรรการเข้าใช้ช่องสัญญาณของผู้ใช้แต่ละคน
(ซึ่งต้องแบ่งกันใช้ช่องสัญญาณร่วมนี้) อย่างยุติธรรม กลไกนี้เป็นที่ยอมรับและนิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย
เช่น ในมาตรฐาน IEEE 802.3 Ethernet LAN หลักการทำงานของกลไก CSMA คือ เมื่อสถานีหนึ่งต้องการเข้าใช้ช่องสัญญาณ
สถานีดังกล่าวจะต้องตรวจสอบช่องสัญญาณก่อนว่ามีสถานีอื่นทำการรับส่งสัญญาณข้อมูลอยู่หรือไมและรอจนกว่าช่องสัญญาณจะว่าง
เมื่อช่องสัญญาณว่างแล้วสถานีที่ต้องการเข้าใช้ช่องสัญญาณจะต้องรอต่อไปอีกระยะหนึ่ง
(Random Back-Off) ซึ่งแต่ละสถานีได้กำหนดระยะเวลาในการรอดังกล่าวไว้แล้วด้วยการสุ่มค่าหลังจากเสร็จการใช้ช่องสัญญาณครั้งก่อน
สถานีที่สุ่มได้ค่าระยะเวลาในการรอน้อยกว่าก็จะมีสิทธิในการเข้าใช้ช่องสัญญาณก่อน
แต่อย่างไรก็ตามในบางกรณีกลไกดังกล่าวอาจจะกำหนดให้สถานีมากกว่าหนึ่งสถานีส่งข้อมูลในเวลาพร้อมๆ
กันซึ่งจะทำให้เกิดการชนกันของสัญญาณได้ ซึ่งหากเกิดการชนกันของสัญญาณขึ้นจะต้องมีการส่งสัญญาณข้อมูลเดิมซ้ำอีกครั้งด้วยกลไกที่กล่าวมาแล้วข้างต้น
CSMA/CD
กลไก CSMA/CD (Collision Detection) เป็นเทคนิคที่รู้จักกันดีซึ่งถูกนำมาใช้ในมาตรฐาน
IEEE 802.3 Ethernet LAN ซึ่งการทำงานกลไก CSMA/CD โดยหลักแล้วเป็นเช่นเดียวกับที่กล่าวไว้ในส่วนของ
CSMA with Random Back-Off แต่จะมีรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตรวจสอบว่าเกิดการชนกันของสัญญาณหรือไม่
ในกรณีนี้สถานีที่กำลังทำการส่งสัญญาณข้อมูลอยู่จะต้องคอยตรวจสอบด้วยว่ามีการชนกันของสัญญาณเกิดขึ้นหรือไม่
(ในขณะเดียวกันกับที่ทำการส่งสัญญาณข้อมูล) โดยการตรวจวัดระดับ voltage ของสัญญาณในสายสัญญาณว่ามีค่าสูงกว่าปกติหรือไม่
ซึ่งหากระดับ voltage ของสัญญาณในสายสัญญาณในสายสัญญาณมีค่าสูงกว่าค่าที่กำหนดแสดงว่าเกิดการชนกันของสัญญาณขึ้น
ในกรณีดังกล่าวสถานีที่กำลังส่งสัญญาณข้อมูลอยู่จะต้องยกเลิกการส่งสัญญาณทันทีและปฏิบัติตามกลไกที่กล่าวมาแล้วข้างต้นเพื่อทำการส่งข้อมูลเดิมซ้ำอีกต่อไปท
CSMA/CA with Acknowledgement
เป็นที่ควรสังเกตว่าเทคนิค CSMA/CD ไม่สามารถนำมาใช้กับ
WLAN ซึ่งใช้การสื่อสารแบบไร้สายได้ สาเหตุหลักๆ ก็คือการตรวจสอบการชนกันของสัญญาณในระหว่างที่ทำการส่งสัญญาณจะต้องใช้อุปกรณ์รับส่งคลื่นวิทยุที่เป็น
Full Duplex (สามารถรับและส่งสัญญาณในเวลาเดียวกันได้) ซึ่งจะมีราคาแพงกว่าอุปกรณ์รับส่งคลื่นวิทยุที่ไม่สามารถรับและส่งสัญญาณในเวลาเดียวกัน
นอกจากนี้แต่ละสถานีใน BSS หรือ IBSS อาจไม่ได้ยินสัญญาณจากสถานีอื่นทุกสถานีหรือปัญหาที่เรียกว่า
Hidden Node Problem (ดังในรูปที่ 3: สถานี A ได้ยินสัญญาณจากสถานีแม่ข่าย (Access
Point) แต่ไม่ได้ยินสัญญาณจากสถานี C และในทางกลับกันสถานี C ไม่ได้ยินสัญญาณจากสถานี
A แต่ได้ยินสัญญาณจากสถานีแม่ข่าย ซึ่งสถานการณ์ดังกล่าวนี้เป็นสถานการณ์เกิดขึ้นใน
WLAN โดยทั่วไป) ดังนั้นการตรวจสอบการชนกันของสัญญาณโดยตรงเป็นไปได้ยากหรือเป็นไปไม่ได้เลย
มาตรฐาน IEEE 802.11 จึงได้กำหนดให้ใช้เทคนิค CSMA/CA with Acknowledgement สำหรับการจัดสรรการเข้าใช้ช่องสัญญาณของแต่ละสถานีเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้
ซึ่งการทำงานของกลไก CSMA/CA โดยหลักแล้วเป็นเช่นเดียวกับที่กล่าวไว้ในส่วนของ
CSMA with Random Back-Off แต่จะมีรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการชนกันของสัญญาณและเทคนิคสำหรับการตรวจสอบว่าเกิดการชนของสัญญาณหรือไม่แบบเป็นนัย
โดยสถานีผู้ส่งสัญญาณข้อมูลจะต้องรอรับ Acknowledgement จากสถานีที่ส่งข้อมูลไปให้
หากไม่ได้รับ Acknowledgement กลับมาภายในเวลาที่กำหนดจะถือว่าเกิดการชนของสัญญาณขึ้นและต้องทำการส่งข้อมูลเดิมซ้ำอีกต่อไปสำหรับการหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการชนกันของสัญญาณนั้น
มาตรฐาน IEEE 802.11 ได้ใช้กลไกที่เรียกว่า Virtual Carrier Sense เพื่อแก้ไขปัญหาที่แต่ละสถานีใน
BSS หรือ IBSS อาจไม่ได้ยินสัญญาณจากสถานีอื่นบางสถานี (Hidden Node Problem)
กลไกดังกล่าวมีการทำงานดังนี้ เมื่อสถานีที่ต้องการจะส่งแพ็กเก็ตข้อมูลได้รับสิทธิในการเข้าใช้ช่องสัญญาณแล้วจะทำการส่งแพ็กเก็ตสั้นๆ
ที่เรียกว่า RTS (Request To Send) เพื่อเป็นการจองช่องสัญญาณ ก่อนที่จะส่งแพ็กเก็ตข้อมูลจริง
ซึ่งแพ็กเก็ต RTS ประกอบไปด้วยระยะเวลาที่คาดว่าใช้ช่องสัญญาณจนแล้วเสร็จ (Duration
ID) รวมถึง Address ของสถานีผู้ส่งและผู้รับ เมื่อสถานีผู้รับได้ยินสัญญาณ RTS
ก็จะตอบรับกลับมาด้วยการส่งสัญญาณ CTS (Clear To Send) ซึ่งจะบ่งบอกข้อมูลระยะเวลาที่คาดว่าสถานีที่กำลังจะทำการส่งข้อมูลนั้นจะใช้ช่องสัญญาณจนแล้วเสร็จ
หลักการก็คือทุกๆสถานีใน BSS หรือ IBSS ควรจะได้ยินสัญญาณ RTS หรือไม่ก็ CTS
อย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่าง เมื่อได้รับ RTS หรือ CTS ทุกๆสถานีจะทราบถึงว่าช่วงเวลาที่ระบุไว้ใน
Duration ID ซึ่งช่องสัญญาณจะถูกใช้และทุกสถานีที่ยังไม่ได้รับสิทธิในการเข้าใช้ช่องสัญญาณจะตั้งค่า
NAV (Network Allocation Vector) ให้เท่ากับ Duration ID ซึ่งแสดงถึงช่วงเวลาที่ยังไม่สามารถเข้าใช้ช่องสัญญาณได้
ทุกๆสถานีจะใช้กลไก Virtual Carrier Sense ดังกล่าวผนวกกับการฟังสัญญาณในช่องสัญญาณจริงๆ
ในการตรวจสอบว่าช่องสัญญาณว่างอยู่หรือไม่
มาตรฐานการรับส่งข้อมูลความเร็วสูง
มาตรฐาน IEEE 802.11 เป็นข้อกำหนดของมาตรฐานเครือข่าย
LAN แบบไร้สายซึ่งถูกพัฒนาโดยคณะกรรมการ IEEE ( Institute of Electrical and
Electronic Engineering ) เพื่อจะใช้เป็นข้อกำหนดของการอินเตอร์เฟสผ่านอากาศระหว่างผู้ใช้งานแบบไร้สายกับตัว
Access Point ซึ่งได้เริ่มมาตั้งแต่ปี 1990 แล้วค่อยๆเป็นรูปเป็นร่างขึ้นเรื่อยๆจากฉบับร่าง
1-6 จนกระทั่งยอมรับกันเป็นฉบับมาตรฐานเมื่อ 26 เดือนมิถุนายน 1997
เหมือนกับมาตรฐาน IEEE 802.3 ซึ่งใช้กับเครือข่าย
LAN แบบใช้สาย และ IEEE 802.5 สำหรับเครือข่าย Token Ring มาตรฐาน IEEE 802.11
จะมุ่งความสนใจไปที่ระดับล่างสุดสองระดับของ ISO model ( คือ physical layer
และ data link layer ) ซึ่งจะทำให้ application, network OS, protocol, รวมทั้ง
TCP/IP ใดๆก็ตามสามารถใช้งานบน 802.11 compliant WLANs ได้ง่ายๆเช่นเดียวกับใช้งานบน
Ethernet โดยทั่วๆไป
มาตรฐาน 802.11 นี้จะใช้รูปแบบการสื่อสารหลักๆใน 2 รูปแบบ คือ Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) และ Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Spread Spectrum หรือการแพร่กระจายคลื่นแบบนี้ถูกค้นคิดขึ้นมาจากหน่วยงานทหาร การสื่อสารทั้ง 2 รูปแบบนี้จะใช้งาน bandwidth มากกว่าการสื่อสารแบบ narrowband ( ซึ่งในที่นี้หมายถึงแบบ infrared ) แต่ทำให้สัญญาณมีความแรงมากกว่าซึ่งก็จะง่ายสำหรับตัวรับในการตรวจจับมากกว่าสัญญาณแบบ narrowband
หน่วยงานทหารใช้วิธีการเหล่านี้ในการปิดกั้นการใช้งานจากอุปกรณ์อื่นๆที่จะมาทำให้ระบบเกิดปัญหา
FHHS สัญญาณจะกระโดดจากความถี่หนึ่งไปยังอีกความถี่หนึ่งในอัตราที่ได้กำหนดไว้แล้ว
ซึ่งจะรู้กันเฉพาะตัวรับกับตัวส่ง ส่วน DSSS จะมีการส่ง chipping code ไปกับสัญญาณแต่ละครั้งด้วย
ซึ่งจะมีเฉพาะตัวรับกับตัวส่งเท่านั้นที่จะรู้ลำดับของ chip
สำหรับการใช้งานแบบไร้สายทุกวันนี้ DSSS มีคุณสมบัติที่โดดเด่นและให้
throughput ที่มากกว่า เมื่อเร็วๆนี้เองที่ได้มีการพัฒนาจนได้อัตราการส่งข้อมูล
11 Mbps ผ่านการส่งแบบ DSSS และเป็นมาตรฐานที่โดดเด่นของ WLAN ผลิต-ภัณฑ์ซึ่งรองรับมาตรฐาน
802.11b ( อัตราส่งถ่ายข้อมูลสูง 11 Mbps ) นี้สามารถทำงานร่วมกับผลิตภัณฑ์ซึ่งทำงานกับมาตรฐาน
DSSS แบบเก่า 802.11 ( อัตราส่งถ่ายข้อมูล 1 และ 2 Mbps ) ได้
ระบบ FHHS จะถูกใช้กับอุปกรณ์ที่มีกำลังส่งต่ำ,
เป็น application ที่ใช้งานในย่านต่ำๆ เช่น โทรศัพท์ไร้สายความถี่ 2.4 GHz แต่จะใช้งานร่วมกับผลิตภัณฑ์
DSSS ไม่ได้นอกเหนือไปจาก
มาตรฐาน
สำหรับ
WLAN ที่จะถูกนำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมของแต่ละหน่วยงานแล้ว มันจะต้องมีความน่าเชื่อถือและคุณสมบัติด้านความปลอดภัยเหมือนเช่นที่ระบบ
LAN แบบใช้สายเป็น หลักการของ roaming คือ เพื่อจะให้ผู้ใช้งานสามารถใช้งานเคลื่อนที่ไปโดยไม่รู้สึกว่าเป็นการเคลื่อนที่ผ่าน
Access Point คนละตัว เทคนิคที่ใช้ในการ roaming ขั้นสูงถูกเสนอโดยผ่านผู้ผลิตผลิตภัณฑ์
WLAN เช่น preemtive roaming ( คือ การเชื่อมต่อกับ Access Point ตัวใหม่ให้ได้ก่อนที่จะปล่อยการเชื่อมต่อกับ
Access Point ตัวเก่า ) นั่นเป็นสิ่งที่ตอบสนองกับความต้องการของตลาด
มาตรฐาน 802.11 b ได้กำหนดทางเลือกของการเข้ารหัสไว้ก่อนทำการส่งข้อมูล
โดยใช้อัลกอริธึมการเข้ารหัสแบบ 40 บิตซึ่งรู้จักกันในชื่อ RC4 นอกจากนั้นผู้ผลิตบางรายก็ยังเสนอให้มีการตรวจสอบก่อนใช้งานโครงข่ายด้วยวิธีการที่เรียกว่า
Wired Equivalent Privacy (WEP) shared-key อันเดียวกันจะใช้ในการตรวจสอบก่อนที่จะทำการเข้ารหัสหรือถอดรหัสข้อมูล
ซึ่งจะมีเพียงผู้ใช้งานที่ถูกต้องเท่านั้นจึงจะมี shared-key ที่ถูกต้องในการถอดรหัสข้อมูลออกมาได้
เนื่องด้วยเทคโนโลยีไร้สายถูกคิดค้นขึ้นมาจากหน่วยงานทางทหาร ฉะนั้นเรื่องความปลอดภัยจึงเป็นหัวใจสำคัญอย่างยิ่ง
นอกจากเรื่องความน่าเชื่อถือกับเรื่องความปลอดภัยแล้ว มาตรฐาน 802.11b ยังมีโหมดสนับสนุนการจัดการพลังงานอีก 2 รูปแบบ คือ Continuous Aware Mode และ Power Saving Polling Mode โดยโหมดแรกสัญญาณวิทยุจะส่งอยู่ตลอดและทำให้สูญเสียพลังงาน ในขณะที่โหมดต่อมาสัญญาณวิทยุจะอยู่ในภาวะนอนหลับหรือ sleep เพื่อที่จะถนอมพลังงาน
แนวโน้มการเจริญเติบโต
จนกระทั่งปัจจุบันนี้ตลาดของ WLAN ได้ถูกมุ่งความสนใจไปที่ภาคอุตสาหกรรม
เนื่องจากการทำงานในโรงงานซึ่งมีความจำเป็นที่พนักงานจะต้องเคลื่อนย้ายการทำงานในโรงงานไปๆมาๆ
นอกจากนั้นยังรวมถึงธุรกิจการค้าปลีกและโกดังหรือคลังสินค้า ซึ่งพนักงานต้องมีอุปกรณ์ขนาดมือถือสำหรับใช้เก็บข้อมูลและบริหารบัญชีรายการสินค้าคงคลัง
อย่างไรก็ตามแนวโน้มน่าจะเปลี่ยนไปในเร็วๆนี้เนื่องจากเป็นมาตรฐานที่ได้รับการสนับสนุนอย่างกว้างขวาง
- ตั้งแต่ปี 1999 ซึ่ง 802.11b ได้ประกาศใช้งานมาก็ได้รับการตอบรับจากผู้ผลิตในตลาดไร้สายอย่างมาก
การทำงานร่วมกัน - เพื่อความแน่ใจของการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ผลิตต่างแบรนด์กัน
ผู้ที่จะซื้อผลิตภัณฑ์ควรสังเกตุที่เครื่องหมาย Wi-Fi ( Wireless Fidelity )
ซึ่งออกโดย WECA ( Wireless Ethernet Compatibility Alliance ) เป็นองค์กรที่ออกใบรับรองผลิตภัณฑ์ซึ่งได้มาตรฐาน
802.11b จากการทดสอบ www.wirelessethernet.org ค่าใช้จ่าย - adapter card ที่ใช้งานกับโครงข่ายแบบไร้สายมีราคาตกลงมากเฉลี่ยแล้ว
200% ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมา ประสิทธิภาพ - อัตราส่งถ่ายข้อมูลอยู่ที่ 11 Mbps
ซึ่งเป็นความเร็วที่เทียบเท่ากับ Ethernet ทั่วๆไป OS ที่สนับสนุน - Microsoft
Windows 95 และ Windows 98 ซึ่งสนับสนุนกับสภาพแวดล้อมแบบไร้สายได้ดีกว่าเวอร์ชั่นที่แล้วมา
ส่วน Windows 2000 ก็สนับสนุนด้วย เศรษฐกิจในยุค Internet - ด้วยความเจริญเติบโตของ
Internet และการทำธุรกรรมผ่าน e-Business ทำให้การทำงานไม่ควรจะถูกจำกัดให้อยู่กับที่อีกต่อไป
Gartner
Group - ได้ทำการวิจัยลงไปในองค์กรโดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์
ระบุได้ว่า "การลงทุนลงไปในเครื่องตั้งโต๊ะจะถูกเพิกเฉย เพราะว่าผู้คนจะใช้เวลาน้อยลงที่จะอยู่ที่โต๊ะทำงาน"
การใช้งานเสียงผ่านระบบไร้สายเป็นเรื่องปกติ แต่การใช้งานด้านข้อมูลผ่านระบบไร้สายยังใช้งานกันน้อยมาก
นั่นจึงเป็นสัญญาณที่ดีว่าตลาดยังคงมีโอกาสขยายตัวอีกมาก ค่าใช้จ่ายของเครื่อง
laptop จะอยู่ในราว 25% ของการจัดซื้อภายในองค์กร ( Intel Corporate Market Research,
2000 ) 75% ของหน่วยงานขนาดใหญ่กำลังพิจารณาถึงการใช้งาน WLAN ( Campbell DeLong
Resources, Inc., 1/2000 )