Ασύρματο δίκτυο

Ως ασύρματο δίκτυο χαρακτηρίζεται το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο, συνήθως τηλεφωνικό ή δίκτυο υπολογιστών, το οποίο χρησιμοποιεί, ραδιοκύματα ως φορείς 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. Η ασύρματη επικοινωνία, σε αντίθεση με την ενσύρματη, δεν χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης κάποιον τύπο καλωδίου. Σε παλαιότερες εποχές, τα τηλεφωνικά δίκτυα ήταν αναλογικά, αλλά σήμερα όλα τα ασύρματα δίκτυα βασίζονται σε ψηφιακή τεχνολογία και, επομένως, κατά μία έννοια, είναι ουσιαστικώς δίκτυα υπολογιστών.

Ένας φορητός υπολογιστής ο οποίος επικοινωνεί ασύρματα μέσω ραδιοκυμάτων, με ένα σημείο πρόσβασης το οποίο συνδέεται στο Internet ή σε κάποιο ενσύρματο LAN.

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 αυτό το άρθρο. Η τηλεόραση και το ραδιόφωνο, αν και ως τηλεπικοινωνιακά μέσα είναι εκ φύσεως ασύρματα στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν συμπεριλαμβάνονται στα ασύρματα δίκτυα, καθώς η μετάδοση γίνεται προς πάσα κατεύθυνση χωρίς να υπάρχει κάποιο δομημένο «δίκτυο» τηλεπικοινωνιακών κόμβων (συσκευών) με τη συνήθη έννοια. Επιπλέον, τα μεταφερόμενα δεδομένα συνήθως είναι αναλογικά και, επομένως, δεν μπορούν να θεωρηθούν δίκτυα υπολογιστών.

Υπόβαθρο

Εύρος ζώνης, ψηφιακή μετάδοση και ψηφιακό σήμα

Ένα ψηφιακό σήμα είναι μία ροή δυαδικών ψηφίων (bits) και μπορεί να κωδικοποιηθεί μέσω των μεταβολών μιας συνεχούς φυσικής ποσότητας με τη μέθοδο κωδικοποίησης συνήθως να ορίζει συγκεκριμένες μόνο επιτρεπτές μεταβολές ή επίπεδα τιμής, το καθένα εκ των οποίων αντιστοιχεί σε μία ακολουθία ενός ή περισσότερων bit (μία τέτοια ακολουθία ονομάζεται σύμβολο). Έτσι, το σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως κυματομορφή σε ένα γράφημα, ο κάθετος άξονας του οποίου αντιστοιχείτην ποσότητα που μεταβάλλεται και ο οριζόντιος στον χρόνο. Αυτό το σήμα που μεταφέρει κωδικοποιημένη πληροφορία δεν έχει μία συγκεκριμένη συχνότητα f (δεν είναι καν περιοδική κυματομορφή για να έχει συχνότητα), αλλά μαθηματικά ισοδυναμεί με ένα άθροισμα πολλών περιοδικών ημιτονοειδών σημάτων, ελαφρώς διαφορετικών συχνοτήτων, τα οποία προστίθενται, δίνοντας το ολικό σήμα (ένα εύρος συχνοτήτων Δf επικεντρωμένο γύρω από μία κεντρική συχνότητα f).

Ο μαθηματικός μετασχηματισμός Φουριέ 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 Χερτζ (Hz). Ένα ψηφιακό σήμα μπορεί να μεταδώσει μόνο ψηφιακά δεδομένα, ενώ, αντίθετα, ένα αναλογικό σήμα (στο οποίο η φυσική ποσότητα μεταβάλλεται με συνεχή τρόπο και όχι μόνο σε επιτρεπτά επίπεδα τιμής που αναπαριστούν ακολουθίες bit) μπορεί να μεταδώσει τόσο ψηφιακά όσο και αναλογικά δεδομένα. Όταν μεταδίδονται ψηφιακά δεδομένα, ο ρυθμός μετάδοσης μπορεί να μετρηθεί ως bps (bit ανά sec, ισούται με το μέγεθος "σύμβολα ανά δευτερόλεπτο" επί το "πλήθος bit ανά σύμβολο"), ενώ αντίστοιχο μέγεθος δεν υπάρχει κατά τη μετάδοση αναλογικών δεδομένων, αφού αυτά μεταδίδονται σε πραγματικό χρόνο (π.χ. παραδοσιακή τηλεόραση, τηλέφωνο και ραδιόφωνο).

Γραφική παράσταση ψηφιακού σήματος.

Τα κανάλια επικοινωνίας είναι φυσικές δίοδοι, που επιτρέπουν σε σήματα κωδικοποιημένα μέσω μίας συγκεκριμένης φυσικής ποσότητας, να μεταδοθούν κατά μήκος τους· έτσι επιτυγχάνονται οι τηλεπικοινωνίες. Τα κανάλια που συναντώνται στην πράξη είναι τα ενσύρματα ηλεκτρικά (χάλκινα καλώδια σύστροφου ζεύγους ή ομοαξονικά), τα ενσύρματα οπτικά (οπτικές ίνες) και τα ασύρματα (ο ελεύθερος χώρος). Οι αντίστοιχες μεταβαλλόμενες φυσικές ποσότητες είναι η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το καλώδιο και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Άρα το φυσικό μέσο χάρη στις ιδιότητες του οποίου μεταδίδεται η πληροφορία, είναι αντίστοιχα ο ηλεκτρισμός (ηλεκτρόνια), το φως (φωτόνια) και το ηλεκτρομαγνητικό κύμα (φωτόνια).

Κάθε κανάλι μπορεί να μεταδώσει, χωρίς σημαντικές απώλειες ισχύος, σήματα που περιέχουν συχνότητες μόνο εντός ενός συγκεκριμένου εύρους· αυτό είναι το εύρος ζώνης του καναλιού. Αν ο μετασχηματισμός Φουριέ 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. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων αυτό γίνεται με το αρχικό σήμα (σήμα βασικής ζώνης) να πολλαπλασιάζεται με ένα δεύτερο, συνεχώς ταλαντούμενο, υψίσυχνο ημιτονοειδές σήμα, χωρίς ενσωματωμένη πληροφορία, το φέρον, και με το προκύπτον σήμα (σήμα-RF ή διαμορφωμένο σήμα) να μεταδίδει έτσι τα δεδομένα. Συνήθως η ίδια μέθοδος προσδιορίζει ταυτόχρονα και την κωδικοποίηση και τη διαμόρφωση (αν αυτή απαιτείται), οπότε τα όρια μεταξύ τους είναι δυσδιάκριτα. Οι μέθοδοι αυτές εκτελούνται μέσω ηλεκτρονικών διατάξεων στον πομπό και αντιστρέφονται στον παραλήπτη, επίσης από ηλεκτρονικές διατάξεις. Το διαμορφωμένο σήμα είναι αναλογικό ενώ το σήμα προκύπτει από απλή κωδικοποίηση είναι ψηφιακό (στην πραγματικότητα τα ψηφιακά σήματα προσεγγίζονται από κατάλληλα αναλογικά, καθώς μαθηματικά προκύπτει ότι ένα αυθεντικό ψηφιακό σήμα απαιτεί άπειρο εύρος ζώνης).

Σύμφωνα με τη θεωρία πληροφοριών, η πληροφορία (η ροή bit στις ψηφιακές επικοινωνίες) είναι μέτρο της εντροπίας ενός σήματος, οπότε από όσο περισσότερες συχνότητες αποτελείται ένα σήμα (εύρος ζώνης) τόσο περισσότερη πληροφορία φέρει στον ίδιο χρόνο και άρα τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός με τον οποίον μεταδίδεται η πληροφορία που αυτό περιέχει. Μαθηματικά αυτό προκύπτει από το Θεώρημα του Σάνον. Παράλληλα, κάθε φυσικό μέσο και κανάλι επικοινωνίας έχει συγκεκριμένη χωρητικότητα (μέγιστο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων μέσω αυτού) η οποία εξαρτάται από το δικό του εύρος ζώνης. Επίσης, όσο μεγαλύτερο είναι το εύρος ζώνης του καναλιού, τόσα διαφορετικά Δf μπορούν να περάσουν παράλληλα, με κάποια μέθοδο πολυπλεξίας συχνότητας ή χρόνου, οπότε τόσα περισσότερα διαφορετικά σήματα μπορούν να μεταδοθούν ταυτόχρονα από το κανάλι. Το εύρος ζώνης ενός σήματος συνήθως εξαρτάται άμεσα από τη μέγιστη συχνότητα που περιέχεται σε αυτό και η οποία καθορίζει πόσο «πυκνά» είναι τοποθετημένα τα σύμβολα στην κυματομορφή: όσο μεγαλύτερη είναι η μέγιστη συχνότητα ενός σήματος, τόσο ταχύτερα αυτό δύναται να μεταβάλλεται και άρα τόσο λιγότερο χρόνο «καταλαμβάνει» η μετάδοση ενός συμβόλου σε αυτό, άρα τόσο μεγαλύτερα είναι και το εύρος ζώνης και ο ρυθμός μετάδοσης του σήματος. Τα αδιαμόρφωτα ψηφιακά σήματα έχουν όλα περίπου το ίδιο εύρος ζώνης, αν και σε κάθε σήμα η ισχύς κατανέμεται διαφορετικά στις διάφορες συχνότητες, και οι διάφορες μέθοδοι κωδικοποίησης το προσαρμόζουν κατάλληλα στο εκάστοτε κανάλι, ώστε η μετάδοση να εκμεταλλεύεται όσο το δυνατόν καλύτερα το διαθέσιμο εύρος ζώνης (και άρα τον διαθέσιμο ρυθμό μετάδοσης) του τελευταίου..

Δίκτυα υπολογιστών

Οι τηλεπικοινωνίες στη σημερινή εποχή περιγράφονται και με όρους υπολογιστών, καθώς οι περισσότερες τηλεπικοινωνιακές συσκευές διαχειρίζονται ψηφιακά δεδομένα. Ακόμα και τα κινητά τηλέφωνα κατ' ουσίαν δεν είναι παρά ηλεκτρονικοί υπολογιστές σε σμίκρυνση.

Στα δίκτυα υπολογιστών η αποστολή και η λήψη δεδομένων γίνεται σε βήματα, όπου διαδοχικά επίπεδα επεξεργασίας παρεμβάλλονται στα υπό εξέταση τηλεπικοινωνιακά δεδομένα και εκτελούν ανάλογες λειτουργίας. 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. Ακολουθεί η συνηθέστερη κατηγοριοποίηση επιπέδων από το χαμηλότερο προς το υψηλότερο της στοίβας:

• Φυσικό επίπεδο (physical layer)
• Επίπεδο ζεύξης δεδομένων (data link layer)
  • Υποεπίπεδο MAC (ελέγχου πρόσβασης μέσου)
  • Υποεπίπεδο LLC (ελέγχου λογικής ζεύξης)
• Επίπεδο δικτύου (network layer)
• Επίπεδο μεταφοράς (transport layer)
• Επίπεδο εφαρμογών (application layer)

Ένα καλώδιο Ethernet για ενσύρματα LAN.

Μία εφαρμογή συλλέγει τα δεδομένα, τα οποία επιθυμεί να αποστείλει στο δίκτυο, σύμφωνα με κάποιο πρωτόκολλο εφαρμογών, το οποίο εξαρτάται από αυτήν. Το πρωτόκολλο αυτό προδιαγράφει τι επιπλέον στοιχεία προστίθενται στα υπό εξέταση δεδομένα προκειμένου να υποστηριχθούν κάποιες λειτουργίες (π. χ. κάποιου είδους "ετικέτες" ώστε να γίνει κατανοητή από τον παραλήπτη η φύση των δεδομένων). Έτσι, σχηματίζεται ένα πακέτο επιπέδου εφαρμογών το οποίο προωθείται στον πυρήνα του λειτουργικό σύστημα, όπου είναι υλοποιημένο το επίπεδο μεταφοράς, σύμφωνα με κάποιο χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο μεταφοράς. Το επίπεδο μεταφοράς προσθέτει τα δικά του στοιχεία (την "κεφαλίδα" του), προκειμένου να υποστηριχθούν οι επιπλέον δικές του λειτουργίες, και το τελικό πακέτο προωθείται στο επίπεδο δικτύου. Το επίπεδο δικτύου προσθέτει επίσης τη δική του κεφαλίδα και προωθεί το άθροισμα, το πακέτο επιπέδου δικτύου, στο υποεπίπεδο LLC. Το τελευταίο διασπά το πακέτο σε πλαίσια LLC και, όταν ο αποστολέας λαμβάνει τον έλεγχο του καναλιού, (π.χ. όταν του δίνεται δικαίωμα εκπομπής σε ένα Ethernet LAN ενώ οι υπόλοιποι κόμβοι του τοπικού δικτύου εξαναγκάζονται σε αναμονή μέχρι να τελειώσει) μέσω των λειτουργιών που ορίζονται στο υποεπίπεδο MAC, προβαίνει σε αποστολή των πλαισίων LLC σύμφωνα με τους κανόνες του χρησιμοποιούμενου πρωτοκόλλου φυσικού επιπέδου. Οι κανόνες αυτοί ορίζουν τον τρόπο κωδικοποίησης σε κάποιο φυσικό μέσο, τον τυχόν τρόπο διαμόρφωσης και τον τρόπο μετάδοσης.

Αυτή η πολύπλοκη διαστρωμάτωση είναι απαραίτητη λόγω των διαφορετικών υπηρεσιών που παρέχει κάθε επίπεδο. Το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο ζεύξης δεδομένων, από κοινού, ουσιαστικά επιτυγχάνουν την αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων στο ίδιο φυσικό μέσο (π.χ. σε ένα τοπικό δίκτυο ή σε σύνδεση από σημείο σε σημείο) και υλοποιούνται σε υλικό με τη βοήθεια μόνο μίας κάρτας δικτύου. Το επίπεδο δικτύου προδιαγράφει τη δρομολόγηση πακέτων διαμέσου διαφορετικών αλληλοσυνδεόμενων δικτύων ("διαδίκτυο"). Προφανώς, το επίπεδο δικτύου απαιτεί κοινό υποεπίπεδο LLC σε όλα τα επιμέρους δίκτυα, ώστε τα εκπεμπόμενα πλαίσια να είναι κατανοητά από όλα τα τελευταία, ενώ επιτρέπει την αποστολή δεδομένων κατά μήκος μεγάλων γεωγραφικών αποστάσεων. Το επίπεδο μεταφοράς παρέχει μία αφαίρεση επικοινωνίας από άκρο σε άκρο, σαν να μη μεσολαβεί ένα πλήθος ενδιάμεσων δικτύων και η διαδικασία της δρομολόγησης, ενώ το επίπεδο εφαρμογών ορίζει τα πραγματικά δεδομένα και τις πραγματικές υπηρεσίες που παρέχονται απευθείας στον χρήστη.

Ασύρματη μετάδοση

Ραδιοκύματα ονομάζονται οι χαμηλές συχνότητες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, που εκτείνονται περίπου από τα 3 KHz ως τα 300 GHz. Οι ασύρματες τηλεπικοινωνίες γίνονται συνήθως με ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής (από τα 30 MHz ως το 1 GHz), ή μικροκύματα (από τα 2 GHz ως τα 40 GHz). Τα ραδιοκύματα χαμηλότερων συχνοτήτων γενικά εξασθενούν σχετικά γρήγορα, αφού συγκριτικά μεταφέρουν λίγη ενέργεια, αλλά έχουν την ικανότητα να διαπερνούν τα φυσικά εμπόδια. Τα κύματα υψηλότερων συχνοτήτων διαδίδονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά ανακλώνται ευκολότερα από φυσικά εμπόδια. Επίσης, όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα ενός κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατευθυντικότητα του (μπορεί δηλαδή να εκπεμφθεί σε μία σχετικά στενή δέσμη αντί προς όλες τις κατευθύνσεις). Έτσι, μιλώντας γενικά, τα μικροκύματα είναι κατευθυντικά, ενώ τα ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής δεν είναι.

Μία κεραία για μετάδοση WiFi από σημείο σε σημείο.

Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι διάδοσης κυμάτων για τις ασύρματες τηλεπικοινωνίες:

• Διάδοση εδάφους (Ground-Wave Propagation)

Χαμηλές συχνότητες (ως 2 MHz), που όμως ακολουθούν την κυρτή επιφάνεια της Γης λόγω διάθλασης τους από την ατμόσφαιρα, κι έτσι καλύπτουν ικανοποιητικές αποστάσεις. Έχουν το μειονέκτημα της ταχείας εξασθένησης.

• Ατμοσφαιρική διάδοση (Sky-Wave Propagation)

Υψηλών συχνοτήτων, δεν εξασθενεί η ισχύς τους εύκολα, μεταδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω διαδοχικών ανακλάσεων τους από την ιονόσφαιρα στο έδαφος και τανάπαλιν - ώσπου να φτάσουν στον παραλήπτη.

• Διάδοση Γραμμής Όρασης (Line-Of-Sight Propagation)

Πολύ μεγάλες συχνότητες, που δεν ανακλώνται από τις επιφάνειες. Οι κεραίες βρίσκονται σε οπτική επαφή και το κύμα εκπέμπεται κατευθυνόμενο από τη μία στην άλλη. Πρέπει να ληφθεί υπ' όψιν η διάθλαση λόγω της ατμόσφαιρας και, έτσι, αυτός ο τρόπος αποδίδει καλύτερα για επικοινωνίες μακριά από την επιφάνεια της γης.

• Ανάκλαση εδάφους δύο ακτίνων (Two-Ray Ground Reflection)

Η διάδοση από τον πομπό στο δέκτη γίνεται με δύο συνιστώσες: Απευθείας μετάδοση μέσω οπτικής επαφής και έμμεση λήψη μετά από ανάκλαση στο έδαφος. Εφαρμόζεται σε περιπτώσεις που η επικοινωνία γίνεται σε μικρή απόσταση και κοντά στην επιφάνεια του εδάφους (π. χ. ασύρματα τοπικά δίκτυα υπολογιστών).

Η ασύρματη μετάδοση εμπεριέχει διάφορους παράγοντες, που δημιουργούν προβλήματα στην επικοινωνία: η κατάσταση της ατμόσφαιρας και η διάθλαση επηρεάζουν το σήμα, η μεγάλη απόσταση εξασθενεί την ισχύ του σήματος κλπ. Όλοι αυτοί οι παράγοντες (απώλειες ελεύθερου χώρου) επιδρούν διαφορετικά σε σήματα διαφορετικών συχνοτήτων. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται στρέβλωση και πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπ' όψιν όταν μεταδίδονται σήματα που εμπεριέχουν διαφορετικές συχνότητες. Ό,τι δεν ανήκει στην προς μετάδοση πληροφορία ονομάζεται θόρυβος και είναι είτε θερμικός (προκαλείται από τις κεραίες, εξαρτάται από τη θερμοκρασία και δεν μπορεί να εξαλειφθεί), είτε από εξωτερικές πηγές (εκπομπές που προκαλούνται ακούσια από διάφορες ηλεκτρικές συσκευές λόγω κατασκευαστικών ατελειών), είτε από παρεμβολές άλλων εκπομπών σε επικαλυπτόμενες συχνότητες. Ο θόρυβος είναι εξίσου σημαντική επιβάρυνση στην επικοινωνία, με τις απώλειες ελεύθερου χώρου.

Ένα άλλο φαινόμενο που ενυπάρχει στην ασύρματη μετάδοση και επιβαρύνει την επικοινωνία είναι οι πολλαπλές οδεύσεις, που οφείλονται στην ανάκλαση, διάθλαση και σκέδαση του σήματος κατά τη διάδοση του και έχουν ως αποτέλεσμα ένα σήμα να φτάνει στον αποδέκτη πολλές φορές, ή σε δόσεις, με χρονική διαφορά και διαφορετικά σήματα να φτάνουν την ίδια χρονική στιγμή παρεμβαλλόμενα το ένα στο άλλο. Το φαινόμενο όμως που δημιουργεί τα περισσότερα προβλήματα είναι οι διαλείψεις, η απότομη μεταβολή του πλάτους του σήματος, οι οποίες διαχωρίζονται σε υψίσυχνες και αργές, ενώ αντιμετωπίζονται με κάποιες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις πολλαπλές οδεύσεις.

Μέθοδοι μετάδοσης

Εκπομπή σήματος

Για τη μετάδοση του σήματος υπάρχουν δύο βασικές μέθοδοι: η εκπομπή στενής ζώνης (narrow band) και η διασπορά φάσματος (spread spectrum). Η πρώτη είναι η παραδοσιακή μέθοδος χαμηλού κόστους, χαμηλής ασφάλειας και χαμηλής αξιοπιστίας, κατά την οποία το εύρος ζώνης του εκπεμπόμενου κύματος είναι κατά πολύ μικρότερο από την κεντρική συχνότητα σε Hz. Κάθε τεχνική στενής ζώνης συμπεριλαμβάνει και μία τυποποιημένη διαδικασία διαμόρφωσης με φέρον κύμα (AM, FM για αναλογικά δεδομένα και ASK,FSK,PSK για ψηφιακά δεδομένα).

Η δεύτερη μέθοδος είναι πιο πρόσφατη, παρέχει υψηλή αξιοπιστία και ασφάλεια σε υψηλό κόστος και βασίζεται στη διαμόρφωση της πληροφορίας προτού εκπεμφθεί με έναν κώδικα διασποράς ο οποίος έχει ως αποτέλεσμα τη διασπορά του εκπεμπόμενου φάσματος σε μεγάλο εύρος ζώνης. Αυτή η διασπορά οδηγεί και σε πολλαπλασιασμό του δυνατού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων στο φυσικό επίπεδο, σύμφωνα με το θεώρημα Σάνον. Οι διάφορες μέθοδοι διασποράς φάσματος συμπεριλαμβάνουν και μία τεχνική διαμόρφωσης, η τελευταία όμως έχει επικρατήσει να ονομάζεται διαμόρφωση μόνο σε εκπομπές στενής ζώνης.

Συνήθως η διασπορά φάσματος υλοποιείται με μία από τις παρακάτω τρεις μεθόδους:

• Frequency Hopping (FHSS)

Το εύρος ζώνης χωρίζεται σε υποζώνες συχνοτήτων, καθεμία από τις οποίες έχει εύρος ανάλογο μίας εκπομπής στενής ζώνης, και ο κώδικας διασποράς ουσιαστικά καθορίζει σε ποια υποζώνη θα μεταπηδά η επικοινωνία σε τακτά χρονικά διαστήματα. Τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης θα πρέπει να συντονίζονται διαρκώς σε διαφορετική φέρουσα συχνότητα με τον ίδιο τρόπο (ο οποίος καθορίζεται από τον κώδικα) και στις ίδιες χρονικές στιγμές. Ως αποτέλεσμα κάποιος τρίτος που δε γνωρίζει τον κώδικα δεν μπορεί να υποκλέψει πληροφορία ή να παρεμβληθεί στη μετάδοση παρά ελάχιστα, αφού δε θα γνωρίζει πότε να συντονιστεί σε άλλη συχνότητα και σε ποια.

• Direct Sequence (DSSS)

Για κάθε bit που πρόκειται να μεταδοθεί εκπέμπεται στην πραγματικότητα μία άλλη ακολουθία πολλών bit (η οποία εξαρτάται από τον κώδικα διασποράς). Ο μόνος τρόπος για να γίνει αυτό διατηρώντας τον ίδιο πραγματικό ρυθμό μετάδοσης είναι η διεύρυνση του χρησιμοποιούμενου φάσματος και η ταυτόχρονη ολική χρήση του. Το πλεονέκτημα είναι και εδώ η αυξημένη ασφάλεια, αφού ο κώδικας διασποράς κρυπτογραφεί κατά κάποιον τρόπο τα εκπεμπόμενα δεδομένα.

• Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Ανίχνευση σφαλμάτων

Κατά τη μετάδοση δεδομένων εφαρμόζονται αλγόριθμοι ανίχνευσης σφαλμάτων στα ληφθέντα πλαίσια. Ανάλογα με το πρωτόκολλο επικοινωνίας, μόλις ο παραλήπτης αναγνωρίσει πως το πλαίσιο που έλαβε είναι εσφαλμένο είτε ζητά να του αποσταλεί ξανά (σύνηθες σε αξιόπιστες ενσύρματες γραμμές) είτε επιχειρεί να το επιδιορθώσει (σύνηθες σε ασύρματα δίκτυα). Στην τελευταία περίπτωση η διόρθωση είναι εφικτή με αλγορίθμους ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων (FEC).

Και οι δύο μηχανισμοί υλοποιούνται με αθροίσματα ελέγχου που τοποθετεί ο αποστολέας στο τέλος του πλαισίου δεδομένων, ακολουθίες bit οι οποίες υπολογίζονται με ειδικό τρόπο και εξαρτώνται από τα εκπεμπόμενα δεδομένα. Αυτό που μεταδίδεται είναι η κωδικολέξη, το σύνολο των δεδομένων και του αθροίσματος ελέγχου, και όχι μόνο τα αρχικά δεδομένα. Οι αλγόριθμοι ανίχνευσης (άρτια ή περιττή ισοτιμία, CRC κλπ) στον παραλήπτη εξάγουν το άθροισμα ελέγχου από τη ληφθείσα κωδικολέξη και ελέγχουν αν ισούται με αυτό που θα έπρεπε να είναι -μία τιμή υπολογιζόμενη επί τόπου από τα ληφθέντα δεδομένα με τον ίδιο τρόπο που το υπολόγισε ο αποστολέας. Αν εντοπιστεί διαφορά σημαίνει πως υπήρξε κάποιο σφάλμα κατά τη μετάδοση. Οι αλγόριθμοι FEC επιπλέον διατηρούν μία λίστα έγκυρων κωδικολέξεων και σε περίπτωση που μία ληφθείσα κωδικολέξη είναι άκυρη αντικαθίσταται από την πιο κοντινή της κατά Hamming (δηλαδή bit προς bit) στην εν λόγω λίστα. Υπάρχουν πρωτόκολλα που υλοποιούν τόσο FEC όσο και αλγορίθμους ανίχνευσης σφαλμάτων (συνήθως CRC), ώστε αν ο FEC αποτύχει να επιδιορθώσει ένα πλαίσιο να ζητηθεί επανεκπομπή του.

Μία άλλη σημαντική μέθοδος αντιμετώπισης σφαλμάτων στις ασύρματες επικοινωνίες, για τον χειρισμό των ξαφνικών ριπών θορύβου, είναι το Block Interleaving: αντί να εκπέμπονται μεμονωμένα πλαίσια με ενσωματωμένα αθροίσματα ελέγχου, πολλά διαφορετικά πλαίσια αναμειγνύονται με κάποιον προκαθορισμένο τρόπο σε επίπεδο bit και ο παραλήπτης τα αποπλέκει καταλήγοντας στα αρχικά πλαίσια. Έτσι, μία ριπή θορύβου διαμοιράζεται σε πολλά πλαίσια καταστρέφοντας μικρό μέρος του καθενός αντί να καταστρέψει ολοσχερώς ένα πλαίσιο. Η κατάσταση αυτή αντιμετωπίζεται με FEC.

Ασύρματα τοπικά και προσωπικά δίκτυα

Τα ασύρματα προσωπικά δίκτυα παρέχουν εύκολη διασύνδεση ετερογενών, φορητών ψηφιακών συσκευών τοποθετημένων σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Αν και είναι δίκτυα υπολογιστών, δεν σχεδιάζονται για ενσωμάτωση σε μεγαλύτερα δίκτυα καθώς στοχεύουν σε καταναλωτικές φορητές συσκευές περιορισμένων πόρων (κινητά τηλέφωνα, συσκευές αναπαραγωγής πολυμέσων κλπ). Αντιθέτως, τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) συνήθως αποτελούν δίκτυα κανονικών υπολογιστών (κατ' ελάχιστον PDA) με δυνατότητα ενσωμάτωσης σε ευρύτερα (ενσύρματα ή ασύρματα) WAN. Συγκριτικά με τα ενσύρματα τοπικά δίκτυα παρέχουν ευελιξία, κινητικότητα και -υπό προϋποθέσεις- χαμηλότερο κόστος. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν:

• Για ασύρματη επέκταση ενός προϋπάρχοντος ενσύρματου δικτύου, με έναν κύριο κόμβο να συνδέεται μέσω Ethernet με το LAN και να επικοινωνεί ασύρματα με άλλους σταθμούς.
• Για διασύνδεση LAN σε διαφορετικά κτίρια, συνήθως με συνδέσεις από σημείο σε σημείο μεταξύ γεφυρών ή δρομολογητών των επιμέρους LAN.
• Για παροδική ασύρματη ζεύξη μεταξύ LAN και κινητού τερματικού (νομαδική πρόσβαση).
• Για δικτύωση ad hoc / αδόμητη - ασύρματα δίκτυα ομότιμων κόμβων και αυθαίρετα μεταβαλλόμενης τοπολογίας τα οποία δεν απαιτούν καμία προϋπάρχουσα υποδομή και δημιουργούνται δυναμικά, με κόμβους να προστίθενται αυτομάτως στο δίκτυο όταν βρίσκονται εντός της εμβέλειάς του.

Τα WLAN λειτουργούν με ένα από τα τρία ακόλουθα φυσικά μέσα: υπέρυθρες ακτίνες, μικροκύματα με διασπορά φάσματος, μικροκύματα με στενή ζώνη.

Υπέρυθρη ακτινοβολία

Οι υπέρυθρες ακτίνες έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά:

• Δεν διαπερνούν φυσικά εμπόδια, όπως π.χ. τοίχους
• Μεγάλη συχνότητα, άρα μεγάλο εύρος ζώνης και υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων
• Μέσα σε ένα δωμάτιο υπάρχει κάλυψη παντού λόγω ανάκλασης στην οροφή του
• Λόγω υψηλής κατευθυντικότητας είναι απαραίτητη η οπτική επαφή με ένα σημείο πρόσβασης στην οροφή
• Μικρή υποστήριξη κινητικότητας λόγω του προηγούμενου περιορισμού
• Ελεύθερη εκπομπή χωρίς ανάγκη άδειας
• Φθηνό εξοπλισμό, χωρίς κεραία, υψηλή ασφάλεια λόγω περιορισμένης εμβέλειας

Υπάρχουν τρεις μέθοδοι αξιοποίησης των υπερύθρων στις τηλεπικοινωνίες:

1. Με κατευθυντικά δίκτυα: δεν σχετίζονται με WLAN και ουσιαστικά είναι μεγάλου μήκους ζεύξεις από-σημείο-σε-σημείο με υψηλή κατευθυντικότητα.
2. Με μη κατευθυντικά δίκτυα: WLAN όπου υπάρχει ένας σταθμός βάσης / σημείο πρόσβασης στο ταβάνι, ο οποίος δρα ως αμφίδρομος επαναλήπτης και προς τον οποίον εκπέμπουν όλα τα τερματικά με κατευθυνόμενη ακτίνα.
3. Με δίκτυα διάχυσης: ο προαναφερόμενος σταθμός βάσης στην οροφή δεν είναι συσκευή αλλά ένα σημείο με την ικανότητα να διαχέει την ακτινοβολία που προσπίπτει επάνω του προς όλες τις κατευθύνσεις (η διαχεόμενη ακτινοβολία λαμβάνεται στη συνέχεια από τα τερματικά).

Μικροκύματα

Τα μικροκύματα έχουν αντίθετες τηλεπικοινωνιακές ιδιότητες από τις υπέρυθρες (π.χ. η εμβέλειά τους μπορεί να φτάσει τα 30-50 μέτρα ανεξαρτήτως εμποδίων ή τοίχων), άρα οι εφαρμογές τους διαφέρουν σημαντικά. Στην περίπτωση των WLAN διασποράς φάσματος υπάρχουν δύο τρόποι λειτουργίας: ομότιμα, όπου δεν υπάρχει κάποιος κεντρικός σταθμός βάσης / σημείο πρόσβασης, οι κόμβοι είναι ισότιμοι και η πρόσβαση στο κοινό μέσο ρυθμίζεται από κάποιο κατανεμημένο πρωτόκολλο όπως το CSMA (έτσι λειτουργούν τα ad hoc WLAN), και με σημείο πρόσβασης, έναν κεντρικό κόμβο του τοπικού δικτύου -συνήθως συνδεδεμένο σε ενσύρματο δίκτυο κορμού (π.χ. στο Internet ή σε κάποιο μεγάλο Ethernet LAN)- ο οποίος αναλαμβάνει τον έλεγχο πρόσβασης στο κοινό μέσο και δρα ως αμφίδρομος επαναλήπτης.

Τα WLAN με σημείο πρόσβασης ονομάζονται δίκτυα υποδομής ή δομημένα (infrastructure). Το σύνηθες μοντέλο που περιγράφει τέτοια δίκτυα είναι το εξής: υπάρχει ένα ενσύρματο δίκτυο κορμού (σύστημα κατανομής, DS) στο οποίο συνδέονται τα σημεία πρόσβασης (AP). Μία ομάδα κοινών κόμβων (STA) που επικοινωνούν ασύρματα με ένα συγκεκριμένο AP σε συγκεκριμένη συχνότητα ονομάζεται Βασικό Σύνολο Υπηρεσιών (BSS). Τα BSS διασυνδέονται μεταξύ τους μέσω του DS. Μπορεί τα STA ενός BSS να μην είναι όλα στην εμβέλεια όλων των άλλων, αλλά πρέπει οπωσδήποτε όλα να είναι στην εμβέλεια του σημείου πρόσβασης.

Bluetooth

Στη μικρότερη τάξη μεγέθους ασύρματων δικτύων συναντώνται τα WPAN, τοπικά δίκτυα πολύ μικρής εμβέλειας με σκοπό την ασύρματη και ad hoc δικτύωση ετερογενών φορητών συσκευών. Το σπουδαιότερο πρότυπο στον χώρο αυτόν είναι η οικογένεια πρωτοκόλλων Bluetooth που σχεδιάστηκε από μία ομάδα εταιρειών και υιοθετήθηκε στη συνέχεια από την IEEE ως το πρότυπο 802.15 για WPAN. Οι βασικότερες προδιαγραφές αφορούν το φυσικό επίπεδο και το υποεπίπεδο MAC, όπου έχουν δημιουργηθεί διαφορετικά πρωτόκολλα για διαφορετικές εφαρμογές και τα οποία ονομάζονται προφίλ (π.χ. προφίλ ασύρματου τηλεφώνου, προφίλ πρόσβασης σε LAN κλπ). Κάθε προφίλ περιλαμβάνει πρότυπα για όλα τα επίπεδα και προσφέρει λύσεις για τη διασύνδεση με διαφορετικά δίκτυα μεγαλύτερης κλίμακας.

Από φυσική άποψη το Bluetooth λειτουργεί περίπου στα 2,4 GHz, κάνει χρήση της μεθόδου διασποράς φάσματος FHSS με την τακτική εναλλαγή της συχνότητας να καθορίζεται ψευδοτυχαία από έναν κεντρικό κόμβο, τον κόμβο Master, και προδιαγράφει τρία επίπεδα ισχύος της εκπομπής από τα οποία εξαρτάται και η εμβέλεια επικοινωνίας (πάντα μικρότερη των 10 μέτρων σε PAN). Ένα πρόβλημα των προδιαγραφών του Bluetooth είναι ότι, λόγω της μετάδοσης στην ελεύθερη ζώνη συχνοτήτων των 2,4 GHz, οι συσκευές που το υποστηρίζουν αδυνατούν να χρησιμοποιήσουν ταυτόχρονα τα περισσότερα πρωτόκολλα της οικογένειας IEEE 802.11, καθώς τότε θα εμφανίζονταν σοβαρά προβλήματα παρεμβολών.

IEEE 802.11

Μία εξωτερική ασύρματη κάρτα WiFi η οποία συνδέεται με έναν υπολογιστή μέσω θύρας USB.

Η οικογένεια πρωτοκόλλων IEEE 802.11 αποτελεί το καθιερωμένο πρότυπο της βιομηχανίας στο χώρο των ασύρματων τοπικών δικτύων. Όλα τα πρωτόκολλα 802.11x έχουν κοινό υποεπίπεδο MAC και διαφέρουν στο φυσικό μέσο. Το υποεπίπεδο LLC, που αναλαμβάνει τον έλεγχο ροής, τον έλεγχο σφαλμάτων και τη διασύνδεση προς το επίπεδο δικτύου, ταυτίζεται με το καθιερωμένο κοινό πρωτόκολλο 802.2 που χρησιμοποιείται και στο Ethernet και στα περισσότερα ενσύρματα τοπικά δίκτυα -με αποτέλεσμα την άμεση και χωρίς ανάγκη μετατροπών συνδεσιμότητα ενός 802.11 WLAN με το Internet ή άλλα WAN/διαδίκτυα που χρησιμοποιούν το IP ως πρωτόκολλο δικτύου. Το βασικό πρωτόκολλο MAC του 802.11 είναι το DCF, το οποίο βασίζεται στη μέθοδο CSMA/CA, ενώ στα δομημένα WLAN πάνω από το DCF τρέχει επιπλέον το πρωτόκολλο PCF το οποίο, αξιοποιώντας το AP, προσφέρει στα τερματικά όταν χρειάζεται πρόσβαση στο κοινό μέσο χωρίς ανταγωνισμό και συγκρούσεις.

Το DCF δίνει λύση στα, έμφυτα στις ασύρματες επικοινωνίες, προβλήματα του κρυμμένου τερματικού και του εκτεθειμένου τερματικού, τα οποία είναι και ο λόγος για τον οποίον δεν μπορεί να εφαρμοστεί η μέθοδος CSMA/CD του Ethernet σε WLAN. Το πρόβλημα του κρυμμένου τερματικού έγκειται στο ότι αν ένα τερματικό Γ εκπέμπει σε ένα τερματικό Β, ένα άλλο τερματικό Α που θέλει να αποστείλει δεδομένα στο Β αλλά εiναι εκτός εμβέλειας του Γ δεν θα ανιχνεύσει ότι το κανάλι είναι απασχολημένο και θα εκπέμψει. Το αντίστροφο πρόβλημα του εκτεθειμένου τερματικού αφορά το ότι ένα τερματικό Α μπορεί να μη μεταδώσει πλαίσιο σε ένα άλλο τερματικό Β, νομίζοντας ότι το κανάλι είναι κατειλημμένο γιατί ανιχνεύει εκπομπή από ένα τερματικό Γ προς ένα τερματικό Δ. Τα Γ και Δ όμως είναι εκτός εμβέλειας του Β άρα στην πραγματικότητα δεν επρόκειτο να γίνει σύγκρουση.

Τα πρωτόκολλα IEEE 802.11 που έχουν εμφανιστεί στην αγορά είναι τα παρακάτω:

Έκδοση	Ημερομηνία	Ζώνη συχνοτήτων	Συνήθης ρυθμός μετάδοσης	Ονομαστικός ρυθμός μετάδοσης	Μέθοδοι μετάδοσης	Εμβέλεια εσωτερικών χώρων	Σχόλιο
802.11	1997	2.4 GHz	0.9 Mbit/s	2 Mbit/s	IR / FHSS / DSSS	~20 m	Το κλασικό πρότυπο, τώρα σε αχρηστία
802.11b	1999	2.4 GHz	4.3 Mbit/s	11 Mbit/s	DSSS	~38 m	Το πλέον επιτυχές εμπορικά, καθιέρωσε αρχικά τον όρο WiFi
802.11a	1999	5 GHz	23 Mbit/s	54 Mbit/s	OFDM	~35 m	Άγνωστη εμπορική πορεία λόγω ασυμβατότητας με το 802.11b
802.11g	2003	2.4 GHz	19 Mbit/s	54 Mbit/s	OFDM	~38 m	Αντικαταστάτης του 802.11b με μεγάλη εμπορική επιτυχία

Εκτός αυτών των εκδόσεων έχουν προταθεί και κάποιες επεκτάσεις τους, οι οποίες όμως δεν έχουν υλοποιηθεί σε εμπορικά προϊόντα και έχουν περισσότερο ακαδημαϊκό ενδιαφέρον. Οι σπουδαιότερες είναι:

• 802.11f ή IAPP, το οποίο επιτρέπει άμεση επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών AP ώστε να εξαλειφθεί η απώλεια πλαισίων κατά τη μεταγωγή.

• 802.11e ή QoS το οποίο προσπαθεί να διασφαλίσει ποιότητα υπηρεσιών για εφαρμογές πραγματικού χρόνου που εκτελούνται πάνω σε ένα WLAN ελαχιστοποιώντας ή μεγιστοποιώντας ένα από τα παρακάτω κριτήρια: μέση καθυστέρηση από άκρο σε άκρο, μέση μεταβολή της καθυστέρησης ή μέσο ποσοστό επιτυχούς παράδοσης πλαισίων. Αυτό το επιτυγχάνει βελτιώνοντας τους μηχανισμούς DCF και PCF με τους μηχανισμούς EDCF, ο οποίος αναθέτει προτεραιότητες στα πλαίσια δεδομένων ανάλογα με το πόσο χρονικά κρίσιμη είναι η παράδοσή τους και με τα μεγαλύτερης προτεραιότητας πλαίσια να έχουν περισσότερες πιθανότητες να κερδίσουν στον ανταγωνισμό για την πρόσβαση στο κοινό μέσο, και HCF, ο οποίος περιορίζει τον μέγιστο χρόνο δέσμευσης του καναλιού από ένα τερματικό, αντίστοιχα.

• 802.11n, το οποίο με χρήση πολλαπλών κεραιών (μέθοδος γνωστή ως MIMO, εκ του Multiple Inputs Multiple Outputs) αναμένεται να παρέχει ονομαστικό ρυθμό μετάδοσης τουλάχιστον 108 Mbps. Σε αντίθεση με τα δύο προηγούμενα πρόκειται να τυποποιηθεί σύντομα και να κυκλοφορήσουν εμπορικά προϊόντα βασισμένα σε αυτό. Μάλιστα κάρτες ασύρματης δικτύωσης συμβατές με το 802.11n έχουν ήδη βγει στην αγορά από ορισμένους προμηθευτές, χωρίς να έχει οριστικοποιηθεί ακόμα το επίσημο πρότυπο (αναμένεται στα τέλη του 2009).

Κινητό IP

Τα ασύρματα τοπικά δίκτυα σχεδιάστηκαν με γνώμονα να αποτελέσουν τμήματα του Διαδικτύου και γι' αυτό δεν προδιαγράφεται στα περισσότερα πρότυπα της κατηγορίας επίπεδο δικτύου: μπορούν να ενοποιηθούν με το Internet μέσω της στοίβας πρωτοκόλλων TCP/IP, κάτι εφικτό από τη στιγμή που το υποεπίπεδο LLC τους είναι το τυπικό 802.2 και παρέχει μία κοινή διασύνδεση στο ανώτερο επίπεδο, είτε από κάτω του βρίσκεται Ethernet, είτε WiFi είτε οτιδήποτε άλλο. Όμως τόσο το βασικό πρωτόκολλο δικτύου του Internet, το IP, όσο και το βασικό πρωτόκολλο μεταφοράς, το TCP, δεν έχουν βέλτιστη απόδοση σε WLAN με κινητούς κόμβους γιατί σχεδιάστηκαν πριν από πολλές δεκαετίες με δεδομένο ότι οι κόμβοι είναι σταθεροί, οι συνδέσεις αμετάβλητες και ο ρυθμός σφαλμάτων μετάδοσης ή απώλειας πακέτων χαμηλός.

Λόγω της διαρκούς μεταβολής της τοπολογίας των WLAN (κόμβοι εισέρχονται, εξέρχονται, μετακινούνται) και του υψηλού θορύβου που καθιστά τα ασύρματα κανάλια αναξιόπιστα, το TCP, το οποίο είναι συνδεσμοστρεφές και αξιόπιστο, υποφέρει στα WLAN από καθυστερήσεις στην επικοινωνία λόγω καταστροφής των συνδέσεων και αποτυχημένων μεταδόσεων (με επιπλέον παρενέργεια τη μικρή αξιοποίηση του φυσικού μέσου γιατί ο έλεγχος ροής του TCP μειώνει εσφαλμένα το παράθυρο του αποστολέα, νομίζοντας ότι ο παραλήπτης δεν μπορεί να αντεπεξέλθει ενώ στην πραγματικότητα τα πακέτα απλά χάθηκαν λόγω υψηλού θορύβου), το UDP παραμένει μάλλον ανεπηρέαστο αλλά έτσι κι αλλιώς είναι ασυνδεσμικό και αναξιόπιστο πρωτόκολλο, ενώ το IP, το οποίο είναι αναξιόπιστο και στηρίζεται στα ανώτερα επίπεδα για να διασφαλιστεί η ορθή παράδοση των δεδομένων, παρουσιάζει αστοχίες στη δρομολόγηση και πάσχει από το πρόβλημα της κινητικότητας. Το τελευταίο έγκειται στο ότι ένας κόμβος συνδεδεμένος σε ένα IP υποδίκτυο Α, εκ του οποίου προκύπτει μία μοναδική διεύθυνση IP (έστω Χ) του κόμβου, αν μετακινηθεί σε άλλο υποδίκτυο Β, τα πακέτα που απευθύνονται σε αυτόν δεν θα δρομολογούνται πλέον σωστά, αφού θα εξακολουθήσουν να παραδίδονται στο υποδίκτυο Α λόγω της μορφής της διεύθυνσης Χ.

Έτσι, προέκυψε το πρωτόκολλο δικτύου Mobile IP, πλήρως συμβατό με το IP, που επιλύει αυτό το ζήτημα. Σε αυτό κάθε σταθμός αναγνωρίζεται μονοσήμαντα από μία σταθερή, οικεία διεύθυνση IP, η οποία αντιστοιχεί στο οικείο δίκτυό του, και όταν μετακινείται σε άλλο υποδίκτυο του ανατίθεται και μία δεύτερη προσωρινή διεύθυνση. Στο οικείο δίκτυο υπάρχει ένας κόμβος, ο οικείος πράκτορας, ο οποίος ουσιαστικά υλοποιεί το Mobile IP διατηρώντας διαρκώς αντιστοιχίες μεταξύ οικείας και προσωρινής διεύθυνσης και ανακατευθύνει έτσι τα πακέτα που απευθύνονται στον μετακινημένο σταθμό προς την ορθή προσωρινή διεύθυνση. Στον σταθμό τα πακέτα παραδίδονται από τον ξένο πράκτορα, δηλαδή τον οικείο πράκτορα του δικτύου στο οποίο μετακινήθηκε. Μια πιθανή βελτιστοποίηση είναι η παράκαμψη του οικείου πράκτορα με άμεση ενημέρωση του αποστολέα για την προσωρινή διεύθυνση του παραλήπτη.

Ad hoc δίκτυα με επίπεδο δικτύου

Στον ad hoc (αδόμητο) ρυθμό λειτουργίας του IEEE 802.11, χωρίς σημείο πρόσβασης, δύο κόμβοι οι οποίοι επιθυμούν να επικοινωνήσουν πρέπει οπωσδήποτε να είναι ο ένας στην εμβέλεια του άλλου. Το ίδιο συμβαίνει και στο Bluetooth, αλλά καθώς έτσι κι αλλιώς στα WPAN η κινητικότητα των σταθμών συνήθως είναι πολύ μικρή δεν προκαλείται πρόβλημα από αυτόν τον περιορισμό. Ωστόσο ο τελευταίος δεν είναι χαρακτηριστικό όλων των ασύρματων αδόμητων δικτύων· οφείλεται στο ότι οι προδιαγραφές του WiFi αφορούν μόνο το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο MAC, έτσι ώστε τα WLAN με 802.11 να είναι συμβατά με το Internet και κάθε δίκτυο TCP/IP.

Προκειμένου να ξεπεραστεί ο εν λόγω περιορισμός, σε εφαρμογές όπου προκαλεί σημαντικά προβλήματα, εμφανίστηκαν τα MANET (Κινητά Ad Hoc Δίκτυα), ευρισκόμενα μία κλίμακα μεγέθους πάνω από τα WLAN. Πρόκειται για ασύρματα ad hoc LAN με ενσωματωμένο επίπεδο δικτύου, όπου κάθε κόμβος λειτουργεί και ως δρομολογητής. Στόχος τους είναι να παρέχουν τη δυνατότητα άμεσης λογικής ζεύξης, χωρίς προϋπάρχουσα υποδομή, από όλους τους κόμβους προς όλους τους κόμβους ακόμα και αν ο παραλήπτης είναι εκτός της εμβέλειας του αποστολέα· αρκεί κάθε κόμβος να έχει επαφή με τουλάχιστον άλλον έναν σταθμό του δικτύου. Στην πράξη τα δίκτυα MANET μπορούν να υλοποιηθούν με πρωτόκολλα 802.11 και με χρήση της τυπικής στοίβας TCP/IP, αλλά επειδή το IP δεν είναι πρωτόκολλο κατάλληλο για δυναμικά ad hoc δίκτυα χρησιμοποιούνται οι διευθύνσεις MAC ως σταθερές διευθύνσεις επιπέδου δικτύου. Έτσι δημιουργείται η ψευδαίσθηση μίας μη ιεραρχικής παραλλαγής δικτύου IP, όπου όλοι οι κόμβοι είναι ισότιμοι και έχουν αμετάβλητες διευθύνσεις ασχέτως της θέσης τους. Επειδή ωστόσο μέχρι στιγμής δεν έχουν επιλυθεί ακόμα σοβαρά προβλήματα και δεν έχουν συμφωνηθεί κοινώς αποδεκτά πρότυπα, τα MANET προς το παρόν αποτελούν περισσότερο ζήτημα ακαδημαϊκής έρευνας παρά πραγματικό εμπορικό προϊόν.

Σε αντίθεση με τα MANET, αυτή τη στιγμή υπάρχουν εμπορικές υλοποιήσεις δικτύων αισθητήρων (WSN, εκ του Wireless Sensor Networks), αν και φυσικά επίσης αποτελούν εστία μεγάλης ερευνητικής δραστηριότητας. Οι εμπορικές υλοποιήσεις αφορούν κάρτες δικτύου με ενσωματωμένους πομποδέκτες, χωρίς όμως να υπάρχουν ακόμη καθολικώς αποδεκτά πρότυπα. Τα WSN διαφέρουν από τα MANET στο ότι οι κόμβοι δεν είναι πλήρεις φορητοί υπολογιστές ή / και PDA, αλλά στοιχειώδεις υπολογιστικές συσκευές περιορισμένων πόρων οι οποίες παρέχουν περιβαλλοντικές μετρήσεις από ενσωματωμένους αισθητήρες. Μοιάζουν με τα MANET στο ότι πρόκειται για ασύρματα ad hoc δίκτυα με επιπρόσθετο επίπεδο δικτύου, όπου οι σταθμοί μετακινούνται και η τοπολογία των κόμβων και των μεταξύ τους συνδέσεων εμφανίζεται δυναμική και απρόβλεπτη. Μια άλλη παραλλαγή ad hoc δικτύου είναι τα πλεγματικά δίκτυα (WMN, εκ του Wireless Mesh Networks), στα οποία οι κόμβοι δεσμεύονται από πολύ μικρά έως μηδενικά περιθώρια κινητικότητας και η τοπολογία είναι αυστηρά στατική.

Δείτε επίσης

• Ασύρματος
• Μητροπολιτικά δίκτυα
• Κυψελωτό δίκτυο

Πηγές

• Ασύρματες Επικοινωνίες και Δίκτυα Stallings William, Εκδ. Τζιόλα.
• Δίκτυα υπολογιστών, Tanenbaum Andrew S., Εκδ. Κλειδάριθμος.
• IEEE 802.11 WG, IEEE Std 802.11-2007 (Revision of IEEE Std 802.11-1999), International Standard [for] Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific Requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications, 2007, ISBN 0-7381-5655-8.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Wireless Networking in the Developing World: A practical guide to planning and building low-cost telecommunications infrastructure (PDF) (2nd έκδοση). Hacker Friendly LLC. 2007. σελ. 425. 
• Pahlavan, Kaveh· Levesque, Allen H (1995). Wireless Information Networks. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-10607-0. 
• Geier, Jim (2001). Wireless LANs. Sams. ISBN 0-672-32058-4. 
• Goldsmith, Andrea (2005). Wireless Communications. Cambridge University Press. ISBN 0-521-83716-2. 
• Lenzini, L.; Luise, M.; Reggiannini, R. (June 2001). «CRDA: A Collision Resolution and Dynamic Allocation MAC Protocol to Integrate Date and Voice in Wireless Networks». IEEE Journal on Selected Areas in Communications (IEEE Communications Society) 19 (6): 1153–1163. doi:10.1109/49.926371. ISSN 0733-8716. 
• Molisch, Andreas (2005). Wireless Communications. Wiley-IEEE Press. ISBN 0-470-84888-X. 
• Pahlavan, Kaveh· Krishnamurthy, Prashant (2002). Principles of Wireless Networks – a Unified Approach. Prentice Hall. ISBN 0-13-093003-2. 
• Rappaport, Theodore (2002). Wireless Communications: Principles and Practice. Prentice Hall. ISBN 0-13-042232-0. 
• Rhoton, John (2001). The Wireless Internet Explained. Digital Press. ISBN 1-55558-257-5. 
• Tse, David· Viswanath, Pramod (2005). Fundamentals of Wireless Communication. Cambridge University Press. ISBN 0-521-84527-0. 
• Kostas Pentikousis (March 2005). «Wireless Data Networks». Internet Protocol Journal 8 (1). http://www.cisco.com/web/about/ac123/ac147/archived_issues/ipj_8-1/wireless_networks.html. Ανακτήθηκε στις 29 August 2011. 
• Pahlavan, Kaveh· Krishnamurthy, Prashant (2009). Networking Fundamentals – Wide, Local and Personal Area Communications. Wiley. ISBN 978-0-470-99290-6.