5 Βασικές έννοιες των ασύρματων δικτύων

5.1 Ορισμοί • 

Ασύρματο δίκτυο: το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο στο οποίο το μέσο μετάδοσης είναι ο αέρας και όχι κάποιο ενσύρματο μέσο 

• Συχνότητα: ο αριθμός που εκφράζει πόσες φορές επαναλαμβάνεται η μεταβολή που χαρακτηρίζει ένα τηλεπικοινωνιακό σήμα στη μονάδα του χρόνου. Μετριέται σε μεταβολές (κύκλους) ανά δευτερόλεπτο δηλαδή Hertz (Hz)

 • Φέρον κύμα: το τηλεπικοινωνιακό κύμα που μεταφέρει το σήμα πληροφορίας. Μπορεί να παραλληλιστεί με το κανάλι συντονισμού στο ραδιόφωνο ή στην τηλεόραση  Εύρος ζώνης: το σύνολο των συχνοτήτων που περιέχει ένα σήμα.

 • Ψηφιακό σήμα: ένα σήμα που λαμβάνει διακριτές τιμές σε αντίθεση με το αναλογικό

 • Αναλογικό σήμα: είναι σήμα που λαμβάνει συνεχείς τιμές

 • Κωδικοποίηση: η διαδικασία μετατροπής του σήματος σε δυαδικές τιμές που να μπορούν να μετατραπούν σε μεταδιδόμενα σήματα

 • Ρυθμός μετάδοσης: ο αριθμός που εκφράζει την ονομαστική ποσότητα της πληροφορίας που μεταδίδεται από μια ζεύξη στην μονάδα του χρόνου

 • Κανάλια επικοινωνίας: οι επιμέρους υποδιαιρέσεις του εύρους ζώνης στις οποίες είναι δυνατή η αυτόνομη μετάδοση/επικοινωνία για ένα σύστημα

 • Bιαμόρφωση: η διαδικασία τελικής μετατροπής της πληροφορίας σε αναλογικό σήμα για να μεταδοθεί

 • Πρωτόκολλο επικοινωνίας: το σύνολο των προδιαγραφών και κανόνων που ορίζουν την τις απαραίτητες λειτουργίες για την υλοποίηση μιας συγκεκριμένης δικτυακής λειτουργίας

 • Θόρυβος: οποιοδήποτε σήμα ή παρεμβολή που αλλοιώνει το αρχικό σήμα πληροφορίας

 • Ανίχνευση λαθών: το σύνολο των διαδικασιών που ανιχνεύουν ή και διορθώνουν λάθη που μπορεί να εισέρχονται κατά την μετάδοση της πληροφορίας

 5.2 Εισαγωγή

Ασύρματα δίκτυα είναι τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα που χρησιμοποιούν ραδιοκύματα για την μετάδοση της πληροφορίας. Τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, με συχνότητα φέροντος η οποία εξαρτάται κάθε φορά από τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που απαιτείται να υποστηρίζει το δίκτυο. Φέρον λέγεται ο ηλεκτρομαγνητικό κύμα που μεταφέρει την πληροφορία και το οποίο τυπικά χαρακτηρίζεται από τη συχνότητά του. Η ασύρματη επικοινωνία, σε αντίθεση με την ενσύρματη, δεν χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης κάποιον τύπο καλωδίου, αλλά τον αέρα. Σε παλαιότερες εποχές τα τηλεφωνικά δίκτυα ήταν αναλογικά, αλλά σήμερα όλα τα ασύρματα δίκτυα βασίζονται σε ψηφιακή τεχνολογία.

Το πρόβλημα της ύπαρξης πολλών καλωδίων

 Στα ασύρματα δίκτυα εντάσσονται τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, οι δορυφορικές επικοινωνίες, τα ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής (WWAN), τα ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα (WMAN), τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) και τα ασύρματα προσωπικά δίκτυα (WPAN). Τα τέσσερα τελευταία εξετάζονται σε αυτήν την υποενότητα. Η τηλεόραση και το ραδιόφωνο, αν και ως μέσα επικοινωνίας είναι στις περισσότερες περιπτώσεις ασύρματα, δεν συμπεριλαμβάνονται στα ασύρματα δίκτυα, καθώς η μετάδοση γίνεται προς πάσα κατεύθυνση χωρίς να υπάρχει κάποιο δομημένο «δίκτυο» τηλεπικοινωνιακών κόμβων με τη συνήθη έννοια του «ενεργού» δικτύου. Η επικοινωνία σε αυτά τα δίκτυα είναι μονόπλευρη από τον πομπό στους δέκτες και όχι αντίστροφα.

5.2.1 Εύρος ζώνης και ψηφιακή μετάδοση

 Τα ψηφιακά σήματα είναι ροές δυαδικών ψηφίων που μπορούν να κωδικοποιούν τις μεταβολές μιας συνεχούς φυσικής ποσότητας. Η μέθοδος κωδικοποίησης συνήθως ορίζει συγκεκριμένα μόνο επίπεδα τιμών που μπορεί να πάρει το σήμα, το καθένα εκ των οποίων αντιστοιχεί σε μία ακολουθία ενός ή περισσότερων bits. Μία τέτοια ακολουθία από bits ονομάζεται σύμβολο. Έτσι, το σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως κυματομορφή σε ένα γράφημα, ο κάθετος άξονας του οποίου αντιστοιχεί στην ποσότητα που μεταβάλλεται και ο οριζόντιος στον χρόνο. Αυτό το σήμα που μεταφέρει κωδικοποιημένη πληροφορία δεν έχει μία συγκεκριμένη συχνότητα μια και δεν είναι καν περιοδική κυματομορφή, αλλά ισοδυναμεί με άθροισμα πολλών περιοδικών ημιτονοειδών σημάτων, ελαφρώς διαφορετικών συχνοτήτων των οποίων η παράθεση συνθέτει το ολικό. Ο μετασχηματισμός Fourier καταδεικνύει πόσο συμμετέχει το ημίτονο κάθε πιθανής συχνότητας στο ολικό σήμα, ενώ το σύνολο των συχνοτήτων που συμμετέχουν λέγεται εύρος ζώνης του σήματος και μετράται σε Hertz (Hz). Ένα ψηφιακό σήμα μπορεί να μεταδώσει μόνο ψηφιακά δεδομένα, ενώ αντίθετα ένα αναλογικό σήμα στο οποίο η φυσική ποσότητα μεταβάλλεται με συνεχή τρόπο μπορεί να μεταδώσει τόσο ψηφιακά όσο και αναλογικά δεδομένα. Όταν μεταδίδονται ψηφιακά δεδομένα, ο ρυθμός μετάδοσης μπορεί να μετρηθεί ως ψηφία (bits) ή ως σύμβολα ανά δευτερόλεπτο.

Κάθε μέσο μετάδοσης μπορεί να μεταδώσει σήματα που περιέχουν συχνότητες μόνο εντός ενός συγκεκριμένου εύρους. Αυτό το εύρος ονομάζεται εύρος ζώνης του καναλιού. Αν ο μετασχηματισμός Fourier ενός σήματος δείξει ότι αυτό περιέχει συχνότητες εκτός του διαθέσιμου από το κανάλι εύρους ζώνης, τότε μετά την κωδικοποίηση, αλλά πριν τη μετάδοση, απαιτείται το σήμα να υποστεί διαμόρφωση, μία διεργασία που προσαρμόζει κατάλληλα το τελευταίο, ώστε να εμπίπτει στο εύρος ζώνης του καναλιού. Χαρακτηριστικά παραδείγματα του μηχανισμού της διαμόρφωσης είναι το ραδιόφωνο και τα γνωστά modems που χρησιμοποιούνται στην επικοινωνία υπολογιστών μέσω του τηλεφωνικού δικτύου. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων αυτό γίνεται με το αρχικό σήμα να πολλαπλασιάζεται (στο πεδίο της συχνότητας) με ένα υψίσυχνο ημιτονοειδές σήμα το οποίο δεν είναι σήμα πληροφορίας, το φέρον. Το προκύπτον σήμα είναι το σήμα που μεταφέρει τα δεδομένα. Συνήθως η ίδια μέθοδος μετάδοσης προσδιορίζει ταυτόχρονα και την κωδικοποίηση και τη διαμόρφωση. Οι μέθοδοι αυτές εκτελούνται μέσω ηλεκτρονικών διατάξεων στον πομπό και αντιστρέφονται στον παραλήπτη.

5.2.2 Δίκτυα υπολογιστών και στοίβα πρωτοκόλλων Οι τηλεπικοινωνίες περιγράφονται με όρους υπολογιστών, καθώς οι περισσότερες τηλεπικοινωνιακές συσκευές διαχειρίζονται ψηφιακά δεδομένα. Ακόμα και τα κινητά τηλέφωνα κατ' ουσία δεν είναι παρά μικροί σε μέγεθος και δυνατότητες ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Στα δίκτυα υπολογιστών η αποστολή και η λήψη δεδομένων γίνεται σε βήματα, όπου διαδοχικά επίπεδα επεξεργασίας παρεμβάλλονται στα υπό εξέταση τηλεπικοινωνιακά δεδομένα και εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες που σχετίζονται με την μετάδοση της πληροφορίας. Το σύνολο κανόνων στο οποίο υπακούν αυτές οι λειτουργίες, καθώς και η προτυποποιημένη μορφή των δεδομένων που υφίστανται επεξεργασία σε κάθε επίπεδο ονομάζεται πρωτόκολλο επικοινωνίας του αντίστοιχου επιπέδου. Τα πρωτόκολλα αυτά σχηματίζουν, όπως λέμε, μία "στοίβα" η οποία χαρακτηρίζει επακριβώς τον τύπο και τον τρόπο επικοινωνίας. Για παράδειγμα, ένα γνωστό πρωτόκολλο είναι το πρωτόκολλα διαδικτύου (internet protocol - IP) στο οποίο οφείλει το όνομά του το διαδίκτυο (internet).

Σχήμα 14: Bιαδοχικά βήματα επεξεργασίας κατά την αποστολή πληροφορίας Οι εφαρμογές που χρησιμοποιούν ένα δίκτυο συλλέγουν και επεξεργάζονται τα δεδομένα τα οποία επιθυμούν να αποστείλουν στο δίκτυο σύμφωνα με προδιαγραφές που ονομάζονται πρωτόκολλα. Τα πρωτόκολλα προδιαγράφουν επιπλέον στοιχεία που προστίθενται στα δεδομένα που μεταφέρονται στο δίκτυο προκειμένου να υποστηριχθούν οι δικτυακές λειτουργίες. Έτσι καθορίζουν "ετικέτες" ώστε να γίνεται κατανοητή η φύση των δεδομένων, π.χ. αν είναι κρυπτογραφημένη η επικοινωνία, με ποιόν τρόπο, τι είδους υπηρεσία αφορά η επικοινωνία κτλ.

Οι ετικέτες και τα δεδομένα σχηματίζουν πακέτα πληροφορίας τα οποία προωθούνται στα επίπεδα της λογικής μέχρι να αποδοθούν στο μέσο μετάδοσης. Ανάλογα με την λειτουργία που επιτελούν τα πρωτόκολλα επικοινωνία στρωματώνονται σε μια στοίβα η οποία αποτελείται από τα γνωστά 7 επίπεδα της στοίβας πρωτοκόλλων OSI (Open Systems Interconnection reference model).