معيار شبكة واي فاي IEEE 802.11n WLAN

يُعد معيار (IEEE 802.11n) هو التالي من سلسلة (IEEE 802.11) لمعايير الشبكة المحلية اللاسلكية بعد (802.11a) و(802.11b) و(802.11g)؛ لتمكين تقنية (Wi-Fi) من مواكبة متطلبات السرعة والقدرة المتزايدة، كما تتراوح سرعات النقل لتقنية تعديل (802.11n) من (100 إلى 200 ميغا بايت في الثانية) وهي أعلى معدلات نقل بين جميع تقنيات التعديل.

ما هو معيار شبكة واي فاي IEEE 802.11n WLAN؟

معيار (IEEE 802.11n WLAN): هو معيار (IEEE 802.11 Wi-Fi) الذي اعتمد التقنيات بما في ذلك (OFDM) و(MIMO)؛ لتمكينه من توفير بيانات عالية السرعة عند ذروة (600 ميجابت في الثانية) للشبكات المحلية اللاسلكية والاتصالات اللاسلكية.

يقوم (IEE 802.11n) إلى زيادة السرعات التي يمكن تحقيقها لشبكات (Wi-Fi) بما يتجاوز تلك التي يمكن تحقيقها باستخدام (802.11g)، ومع زيادة مستويات البيانات المرتفعة التي يتم نقلها والتي غالباً ما تكون مدفوعة باستخدام الفيديو، سعت (IEEE) إلى الحفاظ على تقدم المتطلبات والتأكد من أنّ شبكة (Wi-Fi) قادرة على تلبية احتياجات المستخدمين في السنوات القادمة، حيث توصلت الصناعة إلى ناتج مهم حول ميزات نظام الشبكة المحلية اللاسلكية (802.11n) في أوائل عام 2006م، وقد أعطى هذا للعديد من مصنعي الرقائق معلومات كافية لبدء تطويرهم.

المواصفات الأساسية لمعيار IEEE 802.11n:

كانت الفكرة وراء معيار (IEEE 802.11n)، أنّه سيكون قادراً على توفير أداء أفضل بكثير ويكون قادراً كذلك على مواكبة السرعات المتزايدة بسرعة التي توفرها تقنيات مثل (Ethernet)، أمّا عندما تم تقديم معيار (802.11n) فإنّه قدم مستوى رائعاً من الأداء في ذلك الوقت، حيث تم دمج عدد من الميزات الجديدة في معيار (IEEE 802.11n) للشبكات المحلية اللاسلكية لتمكين الأداء العالي، ومن أهم الابتكارات:

• التغييرات في تنفيذ (OFDM).

• إدخال تقنية (MIMO).

• توفير الطاقة (MIMO).

• عرض النطاق الترددي قناة أوسع.

• تقنية الهوائي.

• انخفاض الدعم للتوافق مع الإصدارات السابقة في ظل ظروف خاصة؛ لتحسين سرعة نقل البيانات.

على الرغم من أنّ كل من هذه الابتكارات الجديدة تضيف تعقيداً للنظام، إلّا أنّه يمكن دمج الكثير من هذا في الشرائح، ممّا يتيح استيعاب قدر كبير من زيادة التكلفة من خلال عمليات الإنتاج الكبيرة للشرائح، كما يوفر (802.11n) التوافق مع الإصدارات السابقة للأجهزة الموجودة في الشبكة باستخدام الإصدارات السابقة من (Wi-Fi)، وهذا يضيف عبئاً كبيراً على أي عمليات تبادل وممّا يقلل سعة نقل البيانات ولتوفير أقصى سرعات لنقل البيانات عندما تعمل جميع الأجهزة في الشبكة اللاسلكية وفقاً لمعيار (802.11n) يمكن إزالة ميزة التوافق مع الإصدارات السابقة.

عندما تبدأ الأجهزة الأقدم في التسجيل بالشبكة اللاسلكية، يتم إعادة إدخال ميزات التوافق مع الإصدارات السابقة كما هو الحال مع (802.11g)، حيث يُعد تشغيل الشبكة المحلية اللاسلكية بالكامل متباطئ إلى حد كبير، لذلك فإنّ تشغيل شبكة في وضع (802.11n) فقط يوفر مزايا كبيرة، في ضوء الميزات المرتبطة بالتوافق مع الإصدارات السابقة هناك أوضاع يمكن أن تعمل فيها نقطة وصول (802.11n)؛ وهي:

• وضع (Legacy only in 802.11 a, b, and g)

• الوضع المختلط (كلاهما 802.11 a وb وg وn).

• وضع حقل أخضر (802.11n) أي أقصى أداء.

من خلال تنفيذ هذه الأوضاع، يكون (802.11n) قادراً على توفير توافق كامل مع الإصدارات السابقة مع الحفاظ على أعلى معدلات البيانات، وهذه الأوضاع لها تأثير كبير على الطبقة المادية (PHY) وطريقة هيكلة الإشارة.

أوضاع الإشارة في IEEE 802.11n:

تم تصميم طريقة استخدام (OFDM) لتمكينه من تلبية المتطلبات المختلفة لـ (802.11n)، حيث تم تحديد تنسيقين جديدين لبروتوكول تقارب طبقة (PHY) و(PLCP) أي الوضع المختلط والحقل الأخضر، حيث تسمى هذه التنسيقات عالية الإنتاجية (HT)، بالإضافة إلى التنسيقات السابقة هناك تنسيق مكرر قديم يقوم على تكرر الحزمة القديمة (20 ميجا هرتز) في نصفين (20 ميجا هرتز) من القناة (40 ميجا هرتز) الإجمالية، كما يتم تغيير تنسيقات الإشارة وفقاً للوضع الذي يعمل فيه النظام:

• الوضع القديم (Legacy Mode): هو الوضع الذي يحدث إمّا كإشارة 20 ميجا هرتز أو 40 ميجا هرتز:

1- وضع (20 ميجاهرتز): في هذا الوضع تنقسم إشارة (802.11n) إلى 64 حاملة فرعية، حيث يتم إدخال 4 إشارات تجريبية في الموجات الحاملة الفرعية (-21 و-7 و7 و21)، وفي الأسلوب القديم تُرسل الإشارة على الموجات الحاملة الفرعية (-26 إلى -1) ومن (1 إلى 26)، مع كون الصفر هو الموجة الحاملة المركزية، أمّا في أوضاع (HT) يتم إرسال الإشارة على الموجات الحاملة الفرعية (-28 إلى -1) ومن (1 إلى 28).

2- وضع (40 ميجاهرتز): بالنسبة لهذا الإرسال، يتم استخدام قناتين متجاورتين (20 ميجاهرتز) وفي هذه الحالة يتم تقسيم القناة إلى 128 موجة حاملة فرعية، حيث يتم إدخال 6 إشارات تجريبية في الموجات الحاملة الفرعية (-53، -25، -11، 11، 25، 53)، كما يتم إرسال الإشارة على الموجات الحاملة الفرعية (-58 إلى -2) ومن (2 إلى 58).

• الوضع المختلط (Mixed Mode): هو الوضع الذي يتم فيه إرسال الحزم مع تمهيد متوافق مع (802.11a / g) القديم، كما يحتوي باقي الحزمة على تنسيق تسلسل تدريب (MIMO) جديد.

• وضع المجال الأخضر (Greenfield): هو الوضع الذي يتم فيه إرسال حزم عالية الإنتاجية بدون جزء متوافق قديم، ونظراً لأنّ هذا الشكل من الحزم لا يحتوي على أي عناصر قديمة فإنّ الحد الأقصى لسرعة نقل البيانات على الشبكة المحلية اللاسلكية أعلى بكثير.

تقنية MIMO في IEEE 802.11n:

لكي تكون الشبكة قادرة على حمل معدلات بيانات عالية جداً على الشبكة المحلية اللاسلكية، غالباً داخل المكتب أو البيئة المحلية، يتم استخدام (802.11n) تقنية (MIMO) ممّا يُعطي أقصى استفادة من النطاق الترددي المتاح، كما يسمح معيار (802.11n) لما يصل إلى أربعة تدفقات مكانية لإعطاء تحسن كبير في معدل البيانات المتاح المتاح؛ لأنّه يسمح بعدد من تدفقات البيانات المختلفة ليتم نقلها عبر نفس القناة، وكما إنّ عدد تدفقات البيانات وسعة البيانات الإجمالية مقيد بعدد التدفقات المكانية التي يمكن حملها أي أحد حدود ذلك هو عدد الهوائيات المتاحة في أي من الطرفين.

يسمح معيار (802.11n) للأنظمة بقدرة تصل إلى (4 × 4 : 4)، إلّا أنّ التكوينات الشائعة المستخدمة تشمل (2 × 2 : 2) و(2 × 3 : 2) و(3 × 2 : 2)، حيث تتمتع جميع هذه التشكيلات بنفس القدرة على إنتاج البيانات ولا تختلف إلّا حسب مستوى التنوع الذي توفره الهوائيات، حيث أنّ تكوين الـ (3 × 3 : 3) أصبح أكثر انتشاراً؛ لأنّه يحتوي على إنتاجية أعلى وبسبب تدفق البيانات الإضافي الموجود.

تُعد إحدى مشكلات استخدام (MIMO) في أنّه يزيد من قوة دوائر الأجهزة، حيث يجب دعم المزيد من أجهزة الإرسال والاستقبال وهذا يستلزم استخدام المزيد من التيار، في حين أنّه من غير الممكن القضاء على زيادة الطاقة الناتجة عن استخدام (MIMO) في (802.11n)، فمن الممكن تحقيق أقصى استفادة منها، وعادةً ما يتم نقل البيانات بطريقة “متقطعة”، ممّا يعني أنّ هناك فترات طويلة يبقى فيها النظام خاملاً أو يعمل بسرعة بطيئة للغاية، حيث خلال هذه الفترات التي لا تكون فيها تقنية (MIMO) مطلوبة يمكن أن تبقى الدائرة غير نشطة بحيث لا تستهلك الطاقة.

كيفية زيادة عرض النطاق الترددي في معيار IEEE 802.11n:

يكون الوضع غير المتزامن لرقائق (802.11n) الجديدة يتم تشغيله باستخدام عرض نطاق قناة مزدوج الحجم كما استخدمت الأنظمة السابقة عرض النطاق الترددي (20 ميجا هرتز)؛ لكن الأنظمة الجديدة لديها خيار استخدام (40 ميجا هرتز)، حيث أنّ المفاضلة الرئيسية لهذا هو أنّه هناك عدداً أقل من القنوات التي يمكن استخدامها للأجهزة الأخرى، كما تتوفر مساحة كافية عند (2.4 جيجا هرتز) لثلاث قنوات (20 ميجا هرتز)، ولكن يمكن استيعاب قناة واحدة فقط (40 ميجا هرتز)، وبالتالي فإنّ اختيار استخدام (20 أو 40 ميجاهرتز) يجب أن يتم ديناميكياً بواسطة الأجهزة الموجودة في الشبكة.

كيفية استخدام تقنية الهوائي في IEEE 802.11n:

بالنسبة لـ (IEEE 802.11n)، تم تحسين التقنيات المرتبطة بالهوائي بشكل كبير من خلال إدخال تشكيل الحزمة والتنوع، كما يعمل تشكيل الحزمة على تركيز الإشارات الراديوية مباشرةً على طول المسار لهوائي الاستقبال لتحسين النطاق والأداء العام، كما يعني ارتفاع مستوى الإشارة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء أنّه يمكن الاستفادة الكاملة من القناة، كما يُستخدم التنوع الهوائيات المتعددة المتاحة ويجمع أو يختار أفضل مجموعة فرعية من عدد أكبر من الهوائيات للحصول على ظروف الإشارة المثلى.

يمكن تحقيق ذلك لأنّه غالباً ما يكون هناك فائض من الهوائيات في نظام (MIMO)، ونظراً لأنّ (802.11n) يدعم أي عدد من الهوائيات بين واحد وأربعة، فمن الممكن أن يحتوي أحد الأجهزة على ثلاثة هوائيات بينما يكون لجهاز آخر يتصل به اثنان فقط، كما يمكن استخدام الهوائي الفائض المفترض لتوفير استقبال أو إرسال متنوع حسب الاقتضاء.

كان إدخال معيار (IEEE 802.11n) خطوة مهمة إلى الأمام في تقنية الشبكة المحلية اللاسلكية، ولقد مكّن شبكة (Wi-Fi) من مواكبة الطلبات المتزايدة التي يتطلبها العدد المتزايد من الهواتف الذكية التي تدعم (Wi-Fi) والأجهزة الإلكترونية الأخرى، حيث كان (802.11n) مهماً في عدد من التقنيات الجديدة التي تم نقلها إلى الأمام في الإصدارات الأحدث من معيار (802 Wi-Fi)، واستمرت العديد من الأجهزة الإلكترونية في استخدامه لسنوات عديدة بعد ذلك.