¡Espero que los expertos en física puedan darme algunos consejos sobre el principio de funcionamiento de la antena de la tarjeta de red inalámbrica! ¡Gracias!
El principio de funcionamiento del AP inalámbrico es transmitir señales de red a través de pares trenzados. Después de la compilación por los productos AP, las señales eléctricas se convierten en señales de radio y se envían para formar una cobertura de red inalámbrica. El cable y la fuente de alimentación son suficientes.
En términos simples, es tecnología de radiofrecuencia de microondas.
Las computadoras portátiles actualmente tienen varios modos de transmisión de datos inalámbricos, como WIFI, GPRS y CDMA, para acceder a Internet. por China Telecom y China Unicom En el primero participan China Telecom o China Netcom, pero no muchos de ellos tienen principalmente sus propias estaciones base WIFI (en realidad enrutadores WIFI, etc.) que acceden a Internet y tarjetas de red WIFI para portátiles. El concepto básico es casi el mismo: la transmisión de datos se realiza de forma inalámbrica. El acceso inalámbrico a Internet sigue el estándar 802.1q
A través de la transmisión inalámbrica, un punto de acceso inalámbrico envía una señal y se utiliza una tarjeta de red inalámbrica para recibir y enviar datos
La red inalámbrica es una de las redes físicas básicas para realizar Internet móvil. En primer lugar, proporciona un método de acceso a la red de alta velocidad para computadoras móviles (terminales móviles). En la actualidad, los servicios de comunicación proporcionados por LAN inalámbrica son en realidad un gran mercado sin explotar con un gran potencial. Muchas grandes empresas del mundo, como IBM, AT&T (Incent), DEC, AMD, etc., están intensificando el desarrollo de productos de redes inalámbricas.
Aunque ahora hay algunos productos en el mercado, sólo permiten establecer redes inalámbricas de computadoras simples, y todavía no se han visto productos que realmente admitan las comunicaciones móviles. La Asociación IEEE lanzó el protocolo IEEE802.11 y formuló el protocolo de control de acceso a medios para LAN inalámbrica. La tarjeta de red que desarrollamos no solo cumple con el protocolo IEEE802.11, sino que también tiene funciones de itinerancia y caminata.
Los componentes de hardware de la tarjeta de red inalámbrica incluyen amplificador de antena RF, IF, SS y NIC, como se muestra en la figura.
@@49E19000.GIF; Figura 1 Diagrama esquemático de la composición del hardware de la tarjeta de red@@
NIC es la unidad de control de interfaz de red, que completa el control de interfaz entre SS unidad y la computadora. SS es una unidad de demodulación y deexpansión de espectro ensanchado. Completa la expansión del espectro de los datos transmitidos y la demodulación de la señal recibida. Al mismo tiempo, también tiene la función de procesar datos. Las funciones de procesamiento de suma y decodificación también requieren conversión paralelo/serie y serie/paralelo en QPSK. En la unidad SS, también es necesario controlar la potencia de transmisión y configurar la recepción en consecuencia, y tener detección de energía del canal (ED-Energy Detect, que en realidad es el indicador de intensidad de la señal recibida (RSSI -Receive Signal Strength Indication) e intensidad de la portadora ( CS-CarrierSense, en realidad calidad de señal (SQ-Signal Quality) detección y otras funciones. IF es una unidad de frecuencia intermedia, que completa la modulación de la señal de espectro ensanchado (BPSK/QP
SK) y la conversión de frecuencia y otros procesamientos de la señal recibida. La unidad de antena RFamp completa funciones tales como conversión de frecuencia ascendente y descendente, amplificación de potencia (PA) y amplificación de bajo ruido (LNA) de la señal de frecuencia intermedia transmitida. Generalmente incluye interruptores de antena y diversidad, e interruptores T/R, LNA <. /p>
y PA, oscilador local, mezclador down/down y varias piezas de filtro.
El comunicador de espectro ensanchado (SS Transceiver) está compuesto por unidades de Antena RFamp, IF y SS.
El principio de funcionamiento de la tarjeta de red inalámbrica
Según el protocolo IEEE802.11, la tarjeta LAN inalámbrica se divide en la capa de control de acceso a medios (MAC) y la capa física ( PHY Layer)
Entre los dos, también se define una subcapa física de control de acceso a medios (MAC-PHY) (Subcapas). La capa MAC proporciona la interfaz entre el host y la capa física y administra la memoria externa. Corresponde a la unidad NIC del hardware de la tarjeta de red inalámbrica.
La capa física implementa específicamente la recepción y transmisión de señales de radio, que corresponde al comunicador de espectro extendido en el hardware de la tarjeta de red inalámbrica.
La capa física proporciona información CCA de estimación de canal inactivo a la capa MAC para decidir si la señal se puede enviar, a través del control de la capa MAC
Implementar CCSMA/CA protocolo de la red inalámbrica y MAC: la subcapa PHY implementa principalmente el empaquetado y desempaquetado de datos y coloca la información de control necesaria delante del paquete de datos.
El protocolo IEEE802.11 establece que la capa física debe tener al menos un método para proporcionar señales CCA de estimación de canal inactivo.
El principio de funcionamiento de la tarjeta de red inalámbrica es el siguiente: cuando la capa física recibe la señal y confirma que está libre de errores, la envía a la subcapa MAC-PHY Después.
Al desembalar, los datos se entregan a la capa MAC y luego se determina si los datos se envían a esta tarjeta de red. Si es así, entréguelos; de lo contrario, deséchelos.
Si la señal enviada a la tarjeta de red recibida por la capa física es incorrecta, se debe notificar al extremo emisor para reenviar la información del paquete. Cuando la tarjeta de red
tiene datos para enviar, primero debe determinar si el canal está inactivo. Si está vacío, se enviará después de un período de espera aleatorio; de lo contrario, no se enviará todavía.
Dado que la tarjeta de red funciona en modo dúplex por división de tiempo, no puede recibir al enviar ni enviar al recibir.
Comunicador de espectro ensanchado
Las funciones y especificaciones técnicas del comunicador de espectro ensanchado son las siguientes:
1. Espectro ensanchado y desensanchado
·Limitar la densidad espectral de potencia de transmisión para reducir el impacto en otros dispositivos
·Mejorar la anti-; Capacidad de interferencia;
·Tiene cierto efecto de cifrado;
·Mejora la potente función de acceso múltiple en un entorno multiusuario.
Las tecnologías de espectro ensanchado recomendadas por IEE802.11 incluyen dispersión directa (DS) y salto de frecuencia (FH), y los métodos de modulación correspondientes son PS y
FSK respectivamente. En la tarjeta de red que desarrollamos, utilizamos el método de expansión directa.
2. Codificación y decodificación del tiempo de banda base
El codificador de tiempo codifica y decodifica el tiempo de banda base (Bit) no codificado y decodificado respectivamente. Hay dos propósitos al codificar los datos: uno es ampliar aún más el espectro y reducir el desequilibrio en el número de "0" y "1" en los datos y el otro es obtener uno; p>
Confidencialidad determinada.
3.Modulación y demodulación DBPSK/DQPSK
El códec y módem diferencial BPSK/QPSK codifican y decodifican las señales BPSK/QPSK enviadas y recibidas respectivamente
Modulación .
4. Conversión arriba/abajo
Convierte la señal modulada IF transmitida a RF para su transmisión y convierte la señal RF recibida a IF para su posterior procesamiento.
.
5. Transmisión y recepción de señales de RF
6. Recepción de diversidad inalámbrica
Se puede lograr diversidad de doble polarización o diversidad de espacio dual, mejorando así la Rendimiento de la capa física de la tarjeta de red inalámbrica.
7. Detección de portadora (CS) o detección de calidad de señal (SQ)
8. Detección de energía (ED) o indicación de intensidad de señal recibida (RSSI)
9.Control PA
La potencia de transmisión del transmisor se puede controlar según sea necesario.
10. Indicadores técnicos
·Rango de frecuencia: 2,1400 GHz ~ 2,500 GHz;
·Método de modulación: DS/BPSK o DS/QPSK, el código de referencia puede ser programación
·Método de comunicación: semidúplex
·Potencia de transmisión: 10 mW/100 mW, selección adaptativa
·Velocidad de datos: 2 Mbps/4 Mbps;
·Velocidad del código PN y longitud del código: 11.264 Mc/s, 11 chips-64 chips programables
·Método relacionado: filtro coincidente
· Código PN; tiempo de adquisición de sincronización: un período de pseudocódigo;
·Diversidad de antena: diversidad adaptativa espacial
·Sensibilidad del receptor: -89dBm~-99,5dBm, BER10-6.
NIC
Las funciones de la NIC son:
·Recibir la hora del conductor y encuadrarla para enviarla
·Desde el; comunicador de espectro extendido Recibir datos, dividir el marco y enviarlos al controlador
·Control de acceso a medios (MAC
·Interfaz de bus con el host
<); p>·Gestión móvil: transferencia, inicio de sesión de usuario y autenticación;·Sincronización de red: la sincronización de red se refiere a la sincronización del reloj de esta estación con la estación base y otras estaciones WLAN
; ·Gestión de ahorro de energía: Cuando no hay volumen de negocio o hay poco volumen de negocio, la capa física se pone en estado de suspensión o modo de trabajo de ahorro de energía.
Protocolo de control de acceso a medios
Protocolo de control de acceso a medios, concretamente IEEE802.11MAC, IEEE802.11MAC se basa en CSMA/CA y se puede configurar sobre él
El mecanismo de acceso para el acceso al canal libre de contención, este es el método de control de red central (PCF). En el método PCF, el dominio del tiempo se divide en formato de supertrama. Durante el período libre de competencia de la supertrama, el nodo de control central (generalmente el AP) realiza un sondeo y solo una estación puede enviar en un momento determinado.
Durante el período de competencia de la supertrama, se utiliza un método CSMA/CA mejorado, o método de acceso distribuido (DCF). De esta manera, además de admitir servicios asíncronos en un modo de acceso competitivo, IEEE8021
1MAC también puede admitir servicios síncronos o servicios por tiempo limitado en un modo de acceso libre de contención. Los servicios con plazos determinados son fundamentales para las comunicaciones de voz y datos en tiempo real.
1.CSMA/CA y DCF
a) CSMA/CA básico y prioridad de acceso
Como se mencionó anteriormente, IEEE802.11MAC tiene dos tipos de control de acceso método: distribuido (DCF) y método de control centralizado (PCF), ambos basados en CSMA/CA. El algoritmo CSMA/CA básico utilizado por IEEE802.11MAC es muy simple: cuando se detecta que el período de inactividad del canal es mayor que un cierto intervalo de trama (IFS), las tramas se enviarán inmediatamente; de lo contrario, el acceso se retrasará hasta que sea necesario; intervalo de fotograma detectado y luego seleccione el retraso de retroceso para ingresar al retroceso; reinicie el proceso anterior después de que se complete el retroceso. CSMA/CA básico utiliza la portadora proporcionada por la capa física para monitorear la señal indicadora CS para monitorear la ocupación del canal. IEEE802.11MAC estipula tres prioridades de acceso. Dependiendo de la prioridad, IS
es diferente.
Prioridad corta: Prioridad para servicios que requieren respuesta inmediata (como ciertos marcos de control). Por ejemplo, la trama Ack de la capa MAC o la trama de respuesta del host al sondeo cuando se utiliza PCF.
Este intervalo de trama de prioridad se llama SIFS.
Prioridad PCF: la prioridad del método de acceso PCF. Este intervalo de cuadro de prioridad se llama PIFS.
Prioridad DCF: la prioridad del método de acceso DCF. Este intervalo de cuadro de prioridad se llama DIFS. Cada uno de los IFS anteriores satisface: DF
Sgt;
b) CSMA/CA mejorado
Para mejorar la confiabilidad de CSMA/CA básico para la transmisión de servicios asíncronos, IEEE802.11MAC se basa en CSMA/CA básico
Básicamente utilice el mecanismo de reconocimiento de la capa MAC, es decir, CSMA/CA Ack, para que la pérdida de tramas pueda detectarse y reenviarse en la capa MAC
Además, para reducir aún más la probabilidad de colisión en diversos entornos, la estación de origen y la estación de destino pueden intercambiar tramas de control cortas, concretamente RTS/CTS, antes de que accedan con prioridad corta. El campo Duración en el marco RTS/CTS es utilizado por cada estación (excepto la estación de destino) para establecer su vector de asignación de red (NAV: Net Allocation Vector) para determinar qué canal se utilizará.
¿Cuánto tiempo dura? ¿Se necesita de esta manera, la función de monitoreo del transportista se puede realizar monitoreando y manteniendo CS y NAV? IEEE802.11MAC requiere que el método DC
deba admitir CSMA/CA básico y, opcionalmente, admitir CSMA/CA mejorado, es decir, CSMA/CA Ack y CSMA/CA Ack RS/C
TS.
c) Algoritmo de acceso retardado y backoff
Como se mencionó anteriormente, cuando la estación que quiere enviar una trama detecta que el canal está ocupado, retrasará el acceso hasta que detecte que el canal está ocupado. el tiempo de inactividad del canal es mayor que I
Después de FS/SIFS, seleccione un valor de tiempo de retroceso e ingrese al estado de retroceso. Esto resuelve
la disputa entre varios sitios que están experimentando retrasos.
En el estado de retroceso, el temporizador de retroceso solo cuenta cuando se detecta que el canal está inactivo. Si se detecta que el canal está ocupado, el
temporizador de retroceso dejará de contar hasta que se detecte que el tiempo de inactividad del canal es mayor que DIFS. El temporizador no reanudará el conteo. El efecto de este enfoque
es: cuando varias estaciones se retrasan y entran en un estado de retroceso aleatorio, la estación con el valor de tiempo de retraso más pequeño (Backoff) ganará la competencia
y así obtendrá Acceso a los medios: La estación que pierde la competencia permanece en estado de retroceso hasta el próximo DIFS. De esta manera,
estos sitios maestros pueden tener un tiempo de espera más corto que los sitios nuevos que entran en pausa por primera vez. Además, el proceso de retroceso también se puede retransmitir
.
d) Evitar reencuadres
Debido a que el reconocimiento y la retransmisión se introducen en IEEE802.11 MAC, pueden ocurrir reencuadres, es decir, pueden ocurrir reencuadres en la estación receptora
Recibió múltiples marcos idénticos. IEEE802.11MAC utiliza el campo MPDU-ID en la trama para evitar reencuadres. Las tramas en la misma MPDU tienen el mismo valor de MPDU-ID y las tramas en diferentes MPDU tienen diferentes valores de MPDU-ID. La estación receptora mantiene un buffer de MPDU-ID y rechazará las tramas retransmitidas cuyo valor de MPDU-ID sea el mismo que un valor de MPDU-ID en el buffer.
2. Modo de control de red central PCF
a) Tipos de negocios admitidos por PCF
Como se muestra en la Figura 2, el modo PCF lo proporciona lo anterior. mencionó la implementación de prioridad de acceso del protocolo CSMA/CA, que puede admitir servicios no competitivos con plazos determinados y servicios asincrónicos no competitivos. DCF solo admite servicios asincrónicos competitivos.
@@49E19001.GIF; Figura 2 Modelo de negocio MAC IEEE802.11@@
b) Estructura de supertrama
@@49E19002.GIF; estructura de PCF@@
IEEE802.11MAC utiliza la supertrama que se muestra en la Figura 3 para implementar PCF. Durante una supertrama (SFP), PCF usa el período libre de contención C
FP) y DCF usa el período de contención (CP).
Al comienzo de la supertrama, si el canal está inactivo, PCF obtiene acceso al canal; de lo contrario, PCF retrasa hasta detectar que el canal está vacío
El tiempo de inactividad es mayor que PIFS. antes de que pueda obtener acceso al canal. De esta manera, es posible provocar la expansión de la supertrama, provocando que el punto de inicio de la CFP en la supertrama sea variable y que la longitud de la CFP sea variable. Los servicios asincrónicos de DCF se retrasarán automáticamente hasta que CFP obtenga los derechos de acceso al canal.
c) Principio del protocolo PCF
El protocolo PCF se basa en un mecanismo de sondeo. Si una estación (como una estación portátil o fija) desea proporcionar servicios no competitivos, debe enviar una solicitud al punto de acceso APA (es decir, a la estación base). Después del permiso, la estación lo hará. ser incluido en la secuencia de votación, por lo tanto participar en negocios no competitivos.
El AP envía tramas de datos de enlace descendente (servicios CF-Down) con prioridad PCF a estaciones que participan en servicios que no son de competencia. Específicamente, los bits de sondeo en el campo de control del encabezado de la trama se utilizan para implementar la consulta. Si la estación encuestada tiene datos almacenados en caché, los datos se enviarán inmediatamente después de detectar un SIFS. Cuando el AP envía una encuesta, si no hay respuesta dentro del tiempo PIFS, el AP retomará el control del canal y enviará la siguiente trama de sondeo. Las estaciones que participan en servicios libres de contención no responden al sondeo de AP cuando ocurren las siguientes condiciones: No hay ningún servicio libre de contención de enlace ascendente (CF-Up) esperando ser enviado y no hay contienda por la trama de enlace descendente recibida anteriormente (. CF-Down) tampoco es necesario reconocerlo.
3. Sincronización de red
Cada estación de una red inalámbrica (WLAN) tiene su propio reloj interno La llamada sincronización de red se refiere a la sincronización de estos relojes. En WLA multizona
, el AP (estación base) controla la sincronización de la red. Envía periódicamente tramas de baliza que contienen su propia información de reloj. Cada dispositivo en el BSS conectado al AP. La estación modifica su reloj local. contra este faro. En una WLAN ad hoc, todas las estaciones son responsables de enviar balizas de sincronización de red periódicamente. Cada estación compara y ajusta su reloj local con la hora "escuchada" según un algoritmo determinado. >
Se pueden sincronizar los relojes de toda la red.
Muchas funciones en las redes inalámbricas se implementan con la ayuda de relojes sincronizados por cada estación. Por ejemplo, las siguientes funciones típicas se implementan mediante
sincronización:
. · Gestión del ahorro energético, permitiendo al MT apagar su receptor hasta la llegada de la siguiente baliza.
·Gestión de la capa física, por ejemplo, cuando la capa física utiliza el método de espectro ensanchado por salto de frecuencia, se utiliza la sincronización de la red para determinar el tiempo del salto de frecuencia.
·Admite servicios de tiempo limitado y utiliza sincronización de red para completar la sincronización de supertramas.
Aunque la transmisión de baliza debe ser regular, también debe seguir el principio básico de acceso al canal de CSMA/CA, por lo que el "intervalo de baliza" determinado
solo puede esperarse. La baliza contiene marca de tiempo, intervalo de baliza y otros contenidos. Las balizas se envían como transmisiones y contienen la dirección de red física (NID) del remitente.
Cómo obtener sincronización al conectarse a la red es en realidad la base para resolver el traspaso.
4. Gestión del ahorro de energía
El mecanismo de gestión del ahorro de energía proporcionado por IEEE802.11MAC permite apagar los transceptores de cada estación de la red durante un período de tiempo para que puedan funcionar
Modo de ahorro de energía de bajo consumo.
Su principio básico es lograr una relación razonable entre rendimiento y consumo de energía para sitios de la red en diferentes entornos.
En una WLAN multizona, cuando una estación quiere entrar en modo de ahorro de energía, debe notificar al AP con antelación. El AP almacenará temporalmente los datos enviados a la estación y los reenviará a la estación en el momento apropiado. La baliza enviada periódicamente por el AP contiene la tabla de indicación de servicio TIM, que identifica qué estaciones tienen datos para recibir en el AP. Las estaciones que funcionan en modo de ahorro de energía aún necesitan "despertarse" periódicamente en ciertos intervalos para recibir marcos de control como, por ejemplo, marcos de baliza. La estación identificada en el TIM debe aplicar al AP o estar preparada para recibir los datos almacenados temporalmente
En una WLAN ad hoc, ninguna estación como un AP está siempre activa y proporciona servicios temporales a otras estaciones. Para admitir el modo de trabajo de ahorro de energía, cada estación debe "activarse" periódicamente en función de la sincronización de toda la red. Cuando una estación quiere enviar datos a una estación en modo de ahorro de energía, envía un marco de control declarativo (ATIM) por adelantado, para que la estación en modo de ahorro de energía pueda La estación de destino puede encender el transceptor regularmente y mantener la normalidad estado de funcionamiento durante un período de tiempo para recibir datos posteriores enviados desde la estación de origen.
Conclusión
Para las redes inalámbricas, se ha determinado el estándar mundial actual (IEEE802.11), se han lanzado uno tras otro el hardware de la tarjeta de red y los circuitos integrados correspondientes, y el precio ha ido aumentando gradualmente. cayó.
, el software de las tarjetas de red inalámbrica también ha madurado gradualmente y su mercado será cada vez más claro si se combina con la red de Internet móvil
y se modela la red. en forma de red celular de telefonía móvil, sus perspectivas serán aún más prometedoras.