شبکه‌های نسل سوم موبایل

3G بعنوان استاندارد نسل سوم گوشی‌های موبایل و ارتباطات سیار شناخته می‌شود که در ارتباطات بی‌سیم مثل تلفن صوتی، دسترسی به اینترنت، تماس‌های ویدئویی و تلویزیون همراه کاربرد دارد. استانداردهای UMTS و CDMA2000 و EDGE و EGPR و W-CDMA و HSPA و... در زیر مجموعه‌ی 3G جای می‌گیرند.
بعد از گذشت 12 سال از پیدایش شبکه‌های 3G در دنیا و توسعه تجاری آن، سرانجام در ایران اپراتور سومی به نام رایتل اقدام به پیاده‌سازی این شبکه و ارائه سرویس‌های محدودی به مشترکین نمود. اخیرا اپراتور ایرانسل نیز اقدام به ارتقای سرویس‌های خود در چند نقطه از تهران نموده و به این ترتیب به انحصار رایتل پایان داد.
این در حالی است که همراه اول هنوز معتقد است مردم برای 3G صف نکشیده‌اند و درصد کمی از کاربران علاقمند به استفاده از این سرویس هستند!!!
در این مقاله با شبکه‌های 3G و استانداردهای آن آشنا می‌شوید، درباره‌ی تاریخچه، مشخصه‌ها، مقایسه آن با وایمکس و... می‌خوانید که امیدوارم مورد استفاده‌ی همکاران و دانشجویان علاقمند قرار گیرد.

دانلود مقاله (نسخه‌ی PDF)

راهنمای انتخاب آنتن وایرلس

یکی از مراحل مهم در برپاسازی شبکه‌های بی‌سیم انتخاب آنتن مناسب است که در ادامه به شرح برخی از پارامترهای مهم در انتخاب آنتن می‌پردازم.
بهره (Gain) آنتن یک پارامتر کلیدی در انتخاب آنتن است که به طور خلاصه با لحاظ نمودن بازدهی آنتن و میزان دریافت/ارسال سیگنال در جهت مورد نظر به دست می‌آید. به بیان دیگر عدد بهره مشخص می‌کند که آنتن تا چه حد توان ورودی را به امواج رادیویی در جهت مورد نظر تبدیل می‌کند (یا برعکس).
یکی دیگر از پارامترهای مؤثر در برد آنتن، توان خروجی آن است که معمولا بر حسب میلی‌وات محاسبه و اندازه‌گیری می‌شود. توان خروجی (TPO) میزان انرژی امواج رادیویی است که از آنتن ساطع می‌شود. هرچه میزان توان خروجی آنتن بیشتر باشد، شعاع برد آن و میزان نفوذپذیری امواج بیشتر است.
البته لازم است به این نکته توجه کنید که استفاده از آنتنی با توان بالاتر ار حد مجاز برای سلامتی کاربران آن محیط مضر خواهد بود. پس باید با در نظر گرفتن میزان حساسیت گیرنده‌ها، رعایت ارتفاع مناسب برج آنتن و با انتخاب مکان مناسب، نسبت به نصب آنتن فرستنده اقدام نمایید.
اگر برد دستگاه وایرلس شما (اکسس پوینت، روتر، کارت شبکه) کافی نیست و برای اتصال تجهیزات به آن نیاز به پوشش وسیع‌تری دارید بهتر است آنتن آن دستگاه را تعویض نمایید. آنتن‌ها با توجه به نوع کاربردشان به انواع داخلی و خارجی تقسیم می‌شوند.
برد آنتن‌های داخلی محدود بوده و معمولاً کمتر از یک کیلومتر است. البته برد آنتن‌ها رابطه‌ی معکوسی با نرخ انتقال داده دارد. هرچه فاصله‌ی گیرنده از آنتن بیشتر شود، نرخ (سرعت) انتقال داده‌ها کمتر می‌شود. به عنوان مثال برای دستیابی به سرعت 54Mbps در آنتن TL-2405C حداکثر باید در شعاع ۶۰ متری آن قرار داشته باشید. گرچه این آنتن حداکثر تا مسافت ۷۰۰ متری را پوشش می‌دهد، ولی در آن فاصله نرخ انتقال داده کمتر از یک مگابیت بر ثانیه خواهد بود.
آنتن‌های خارجی برای کاربردهای خارج از ساختمان ساخته شده، برد بیشتری دارند و در برابر باد و تغییرات جوی مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند. اما رابطه‌ی معکوس برد با نرخ انتقال داده، همچنان قابل ملاحظه است. برای مثال حداکثر پوشش آنتن TL-2424B تا ۵۶ کیلومتر (در سرعت یک مگابیت بر ثانیه) می‌باشد در حالی که برای دستیابی به سرعت 54Mbps باید حداکثر در شعاع 4.44 کیلومتری آنتن قرار داشته باشید.

پاورلاین چیست؟

دستگاه پاورلاین (Powerline) محصول نوپایی است که امکان اتصال کامپیوترهای یک ساختمان را بدون نیاز به کابل‌کشی شبکه و با استفاده از سیم‌کشی برق ساختمان فراهم می‌سازد.
مزیت استفاده از پاورلاین امکان ایجاد شبکه‌ی کامپیوتری در ساختمان‌هایی است که عملیات کابل‌کشی در آن دشوار است یا دسترسی به تمام مکان‌های ساختمان ممکن نیست. این دستگاه به پریز برق معمولی متصل شده و امکان اتصال سیستم‌ها به یکدیگر را از طریق درگاه اترنت یا دسترسی بی‌سیم فراهم می‌سازد.
سرعت انتقال درگاه اترنت پاورلاین عموماً ۲۰۰ مگابیت بر ثانیه می‌باشد. البته دستیابی به اتصال گیگابیت غیرممکن نخواهد بود. فعلاً پاورلاین‌هایی وجود دارد که امکان اتصال با سرعت ۵۰۰ مگابیت در ثانیه را از طریق درگاه اترنت فراهم می‌سازد و برای انتقال چندتایی ویدیوهای HD و بازی‌های تحت شبکه مناسب است.
دسته‌ای از پاورلاین‌ها مجهز به تکنولوژی بی‌سیم (تا سرعت ۳۰۰ مگابیت در ثانیه) بوده و امکان ارتباط با تمامی دستگاه‌های استاندارد 802.11 را دارند.
از دیگر امکانات پاورلاین‌ها، قابلیت رمزگذاری بر روی اطلاعات و حالت Power Save است که موجب کاهش مصرف انرژی (تا ۷۵ درصد) در زمان‌های بیکاری دستگاه می‌گردد. دستگاه‌های پاورلاین می‌توانند تا طول ۳۰۰ متر از شبکه‌ی برق ساختمان را به شبکه‌ی کامپیوتری متصل کنند.
از تکنولوژی پاورلاین می‌توان برای به اشتراک‌گذاری اینترنت در ساختمان، به اشتراک‌گذاری محتویات دیجیتال برای دستگاههای مالتی‌مدیا، اتصال پلی‌استیشن برای بازی‌های چند نفره، ارتباط دوربین‌های مداربسته، تلفن‌های تحت شبکه، اشتراک پرینتر، اتصال سوییچ و روتر و پیاده‌سازی شبکه‌های پیشرفته استفاده نمود.

مادون قرمز در دوربین‌های شبکه

مادون قرمز، آن قسمت از تشعشعات الکترومغناطیس هستند که طول موج بیشتری از نور مرئی دارند و دقیقا در کنار طیف قرمز مرئی قرار می‌گیرند.
گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس می‌کنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی بدن انسان و یخ هم از خود انرژی گرمایی ساطع می‌کنند. انتشار گرما باعث آشکار شدن اجسام در تصاویر مادون قرمز می‌شوند.
دسته‌ای از دوربین‌های شبکه با استفاده از این تکنولوژی امکان دریافت و پردازش تصاویر در تاریکی مطلق را میسر می‌سازند. کیفیت تصاویر بستگی به کیفیت و تعداد سنسورهای مادون قرمز استفاده شده در دوربین دارد. همچنین فاصله اجسام با دوربین، به طور مستقیم در کیفیت تصاویر تأثیر گذار است. هرچه فاصله سوژه از دوربین بیشتر باشد، امکان تشخیص آن توسط دوربین سخت‌تر می‌شود.
برای دوربین‌های با کاربرد بیرون از ساختمان (Outdoor Cameras) قابلیت تشخیص اجسام در تاریکی مطلق و تا فاصله‌های دورتر اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. به طوری که در بعضی از دوربین‌های تحت شبکه قابلیت دریافت تصاویر در تاریکی، تا شعاع ۵۰ متری وجود دارد که با پیشرفت تکنولوژی روزبه‌روز بر این مقدار افزوده می‌شود. علاوه بر آن، امکان تشخیص حرکت سوژه و ارسال هشدار امنیتی از دیگر ویژگی‌های دوربین‌های شبکه است.

امنیت شبکه های بی سیم

یکی از راه حل های امنیت در شبکه های بی سیم استفاده از استانداردهای رمزگذاری است؛ به این طریق داده ها به صورت رمز مبادله می شوند و امکان دستیابی به آن ها آسان نیست.
پروتکل WEP
WEP (مخفف Wireless Encryption Protocol یا Wired Equivalent Privacy) یکی از الگوریتم های امنیتی در شبکه های بی سیم 802.11 است. WEP چندان امن نیست و قابل نفوذ است؛ با این حال در تمامی دستگاه های بی سیم پشتیبانی می شود. بزرگترین ضعف WEP استفاده از کلید ثابت (Static) است. به این معنی که همه ی کاربران با رمز یکسان به دستگاه بی سیم متصل می شوند و تمامی بسته ها فقط با یک کلید رمزگذاری می گردند. به این ترتیب با استراق سمع، بسته های WEP کافی برای کشف کلید وجود دارد.
فرمت کلید در WEP
کلید WEP می تواند ۶۴ یا ۱۲۸ بیتی باشد که به ترتیب شامل ۱۰ و ۲۶ رقم هگزا دسیمال است. یعنی برای کلید ۱۲۸ بیتی باید ۲۶ رقم هگزا دسیمال وارد نمود (هر رقم هگزا دسیمال یک عدد بین ۰ تا ۹ یا یک حرف از A تا F میتواند باشد).
ضمنا در بعضی دستگاه ها می توانیم به جای ارقام هگزا دسیمال یک رشته متنی وارد کنیم ولی باز هم این کاراکترها به مقادیر معادل اسکی (ASCII) تبدیل می شوند. پس واضح است که برای کلید ۶۴ بیتی یک رشته ی ۵ کاراکتری و برای کلید ۱۲۸ بیتی یک رشته ی ۱۳ کاراکتری می‌توان وارد نمود (هر کاراکتر در استاندارد ASCII با دو رقم هگزا تعریف می شود).
احراز هویت در WEP
در پروتکل WEP احراز هویت (Authentication) دو حالت دارد. در حالت Open System Authentication هیچ نوع Handshake بین طرفین انجام نمی شود و از کلید WEP فقط برای رمزگذاری بسته های داده استفاده می شود؛ اما در حالت Shared Key یک Handshake چهار مرحله ای داریم:
۱- کلاینت درخواست اتصال می فرستد.
۲- اکسس پوینت با یک متن رمز نشده (Clear Text) پاسخ می دهد.
۳- کلاینت متن فوق را با استفاده از کلید WEP رمز نموده و بازمی گرداند.
۴- اکسس پوینت پاسخ کلاینت را رمزگشایی می کند و اگر با الگوی خودش مطابقت داشت، درخواست اتصال را قبول می کند. و بعد از آن بسته های داده را با استفاده از کلید WEP رمزگذاری می کند.
اگرچه هر دو مکانیسم ضعیف است اما بر خلاف آن چه تصور می شود، احراز هویت در حالت Open System امن تر است. زیرا در حالت Shared Key با استراق سمع مراحل Handshake، امکان کشف کلید وجود دارد.
پروتکل WPA
WPA (مخفف Wi-Fi Protected Access) توانست امنیت قوی تری نسبت به WEP فراهم کند. اما برای استفاده از WPA باید تمام دستگاه های آن شبکه از این استاندارد پشتیبانی کنند. در این الگوریتم، داده ها توسط پروتکل TKIP (مخفف Temporal Key Integrity Protocol) و در نسخه ی جدیدتر آن بنام WPA2 بر مبنای AES (مخفف Advanced Encryption Standard) رمز می شوند که AES بسیار امن تر از TKIP است (WPA2 از TKIP به عنوان Optional نیز پشتیبانی می کند).
اگر دستگاه شما در سال های اخیر ساخته شده است شاید با بروز رسانی برنامه ی سخت افزاری (Firmware) آن بتوانید از حالت WPA استفاده کنید. زیرا مکانیزم سخت افزاری WPA مشابه WEP است با این تفاوت که در WPA پروتکل TKIP به هر بسته (Packet) یک کلید منحصر به فرد (Unique) اختصاص می دهد که به طور مداوم تغییر (Rekeying) می کند.
فرمت کلید و احراز هویت در WPA
WPA Personal یکی از متداول ترین حالت های احراز هویت WPA است که به آن PSK (مخفف WPA Pre-Shared Key) نیز می گویند. در این حالت از یک عبارت ۸ تا ۶۳ کاراکتری برای رمزگذاری استفاده می شود (این حالت با WPA2 نیز کار می کند).
در حالت دیگری از WPA به نام WPA Enterprise که به آن AEP (استاندارد 802.1x) نیز می گویند، برای احراز هویت از یک Radius سرور استفاده می‌شود. اگر چه این کار کمی پیچیده تر می گردد، اما امنیت بیشتری را فراهم می کند. برای مثال می توان از کشف پسوردهای کوتاه جلوگیری نمود (این حالت با WPA2 نیز کار می کند).
چند نکته
لازم به یادآوری است که با انتخاب WEP دستگاه 802.11n شما با سرعت ۵۴ مگابیت در ثانیه (حالت 802.11b/g) کار می کند و امکان استفاده از قابلیت های Draft 11n وجود ندارد. برای کار در سرعت بالاتر از ۵۴ مگابیت در ثانیه با دستگاه 802.11n لازم است که حالت AES را انتخاب کنید.
اگر دستگاه شما از WPA2 پشتیبانی می کند استفاده از WPA توجیهی ندارد. البته در دستگاه های قدیمی که فقط از WPA پشتیبانی می کنند و یا تحمل بار پردازش بالایی ندارند برای جلوگیری از کند شدن سرعت شبکه ناگزیر به استفاده از WPA به جای WPA2 هستیم (WPA2 نیاز به توان پردازش بالاتری دارد).

مفهوم پهنای کانال در شبکه های بی سیم

در ساختمان هایی که امکان کابل کشی وجود دارد و کاربر سیار نداریم، استفاده از بستر سیمی ارجح است. با این حال ارتباط بی سیم با توجه به هزینه مناسب و سرعت نصب و راه اندازی بالا، از جمله متداول ترین ارتباطات شبکه ای در منازل و دفاتر کاری است. برای دستیابی به شبکه ی بی سیم مطلوب، متغیرهای متنوعی وجود دارد؛ دسته ای از آن ها در دستگاه های بی سیم، قابل تنظیم می باشند که شاید کمتر به آن ها توجه کنیم. یکی از این پارامترها پهنای کانال (Channel Width) است.
پهنای کانال عبارت است از پهنای طیفی که فرستنده، سیگنال خود را در آن منتشر می کند. بر اساس مطالعات و تجربیاتم، پهنای کانال در تجهیزات 802.11 اثر مستقیمی روی توان عملیاتی (Throughput)، برد سیگنال و توان مصرفی دارد. برای مثال وقتی که کار کمتری انجام می دهیم، انتخاب یک کانال باریک تر، برد را افزایش داده و توان مصرفی را پایین می آورد. اگر دستگاهی از حالت خودکار (Auto) پشتیبانی کند، به صورت پویا (Dynamic) پهنای کانال را در حالت بهینه تنظیم می کند.
پهنای کانال معمولا ۲۰ یا ۴۰ مگاهرتز انتخاب می شود. پر واضح است که پهنای ۴۰ مگاهرتز فضای بیشتری برای انتقال فراهم می کند و توان عملیاتی را افزایش می دهد؛ به شرطی که کارت شبکه کاربر از آن پشتیبانی کند. در عوض استفاده از پهنای ۲۰ مگاهرتز، ارتباط پایدارتری ایجاد می کند و دامنه ی تاثیر نویز را تنگ تر می کند.
از طرفی یک دستگاه بی سیم 2.4 گیگاهرتز از دامنه ی 2.412 تا 2.484 گیگاهرتز برای انتقال سیگنال استفاده می کند که با انتخاب پهنای کانال ۲۰ مگاهرتز، حداکثر می توان سه کانال بدون همپوشانی در این دامنه تعریف نمود. در اکثر کشورها استفاده از کانال های ۱، ۵، ۹، و ۱۳ پیشنهاد می شود. به این ترتیب می توانیم در یک ساختمان، چهار شبکه بی سیم بدون همپوشانی و تداخل کانال داشته باشیم (فرکانس کانال های فوق به ترتیب ۲۴۱۲، ۲۴۳۲، ۲۴۵۲ و ۲۴۷۲ مگاهرتز می باشد. در برخی از کشورها مثل انگلیس استفاده از کانال های ۱، ۶ و ۱۱ قرارداد شده است که فرکانس آن ها به ترتیب ۲۴۱۲، ۲۴۳۷ و ۲۴۶۲ مگاهرتز می باشد).
متاسفانه با انتخاب پهنای کانال ۴۰ مگاهرتز، فقط امکان استفاده از یک کانال ۲۰ مگاهرتزی (بدون همپوشانی در یک محیط) باقی می ماند.
البته در باند ۵ گیگاهرتز با توجه به دامنه ی گسترده تر (4.195 تا 5.825 گیگاهرتز) امکان تراکم و تداخل شبکه های مجاور، کمتر است. بنابراین اگر دستگاه شما از آن پشتیبانی می کند بهتر است انتخاب پهنای کانال را روی Auto بگذارید تا درباره ی پهنای ۲۰ یا ۴۰ مگاهرتز تصمیم گیری کند.
دقت کنید که با انتخاب باند ۵ گیگاهرتز، کاربرانی که کارت شبکه ی آن ها استاندارد 802.11b/g می باشد، امکان اتصال به شبکه ی بی سیم را نخواهند داشت. همچنین کاربرانی که کارت شبکه ی آن ها استاندارد 802.11a است، نمی توانند به شبکه ی بی سیم 2.4 گیگاهرتز متصل شوند.

دردسرهای Wi-Fi

تقریبا تمام کسانی که از شبکه ی Wi-Fi استفاده می کنند با مشکلاتی مانند کاهش سرعت، قطع شدن ارتباط و ضعف سیگنال یا از کار افتادن دستگاه وایرلس روبرو بوده اند. با توجه به اینکه بیشترین میزان تماس های تلفنی از سوی مشتریان مربوط به مشکلات آن ها با ارتباط Wi-Fi است، در ادامه به ریشه یابی و معرفی کاستی های موجود در تنظیمات شبکه های بی سیم می پردازیم تا عواملی که عملکرد سیستم را دچار وقفه می کند بشناسید.