Ασύρματα δίκτυα

Ένα ασύρματο δίκτυο είναι ένα δίκτυο το οποίο δεν χρησιμοποιεί καλώδια για τις συνδέσεις των διαφόρων συσκευών που δικτυώνονται σε αυτό. Αντί του καλωδίου χρησιμοποιείται η μετάδοση ειδικά διαμορφωμένων οπτικών, υπέρυθρων ή ακόμα και ραδιοκυματικών σημάτων μέσω του αέρα.

Σήμερα τα ασύρματα δίκτυα με την μεγαλύτερη εξάπλωση και εφαρμογή είναι τα κυψελοειδή, καθώς πολλά από τα ασύρματα συστήματα μπορούν να καταταχθούν ως ιδιαίτερες εφαρμογές ή απλές γενικεύσεις των κυψελοειδών δικτύων. Κάθε δίκτυο καλύπτει μια περιοχή που ονομάζεται κυψέλη (cell) χρησιμοποιώντας ένα σταθμό βάσης (Base Station) και πολλούς ασύρματους χρήστες-δέκτες.

Αντίστοιχα, κάθε κυψέλη καλύπτει με ασύρματο σήμα μια περίπου εξαγωνική ή κυκλική περιοχή και πολλές κυψέλες μαζί καλύπτουν μεγάλες εκτάσεις με ασύρματο σήμα. Προϋπόθεση για τη σύνδεση των μεταξύ τους συσκευών είναι να έχουν εξοπλιστεί με το κατάλληλο υλικό διεπαφής που επιτρέπει τη σύνδεσή τους μέσω ασύρματης τεχνολογίας.

Τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN, Wireless Local Area Network) είναι τα δίκτυα που επιτρέπουν σε ένα χρήστη κινητής συσκευής, όπως είναι ένας φορητός υπολογιστής, ένα έξυπνο τηλέφωνο ή ένα tablet, να συνδέονται σε ένα τοπικό δίκτυο (LAN) μέσω μιας ασύρματης σύνδεσης που χρησιμοποιεί υψηλής συχνότητας ραδιοκύματα.

Ένα σύστημα από τρία (3) σημεία πρόσβασης (APs) σχηματίζουν ένα WLAN και επιτρέπουν σε φορητές συσκευές, εντός εμβέλειας του σήματος, να συνδεθούν με αυτά. Τα σημεία πρόσβασης συνδέονται ενσύρματα με έναν μεταγωγέα (switch) και στη συνέχεια με το ενσύρματο τοπικό δίκτυο (LAN). Με αυτόν τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα επέκτασης του τοπικού δικτύου και παροχής δικτυακών υπηρεσιών σε ένα μεγαλύτερο αριθμό συσκευών.

Ένα Ασύρματο Σημείο Πρόσβασης (Access Point, AP) είναι μια συσκευή που αναλαμβάνει τη λειτουργία της ραδιοεπικοινωνίας με τους ασύρματους σταθμούς σε μια κυψέλη. Η συσκευή αυτή μπορεί να είναι εξωτερική (συνδεόμενη ενσύρματα με ένα δρομολογητή), εσωτερική μονάδα σε ένα δρομολογητή ή υλοποιείται με χρήση λογισμικού και μιας κάρτας PCI σε ένα Η/Υ.

Το σημείο πρόσβασης λειτουργεί σαν σταθμός βάσης συγκεντρώνοντας την κίνηση από τους ασύρματους σταθμούς και κατευθύνοντας την προς το υπόλοιπο δίκτυο. Άλλες λειτουργίες που αναλαμβάνει, είναι η αυθεντικοποίηση ενός καινούργιου σταθμού που ζητά πρόσβαση στο ασύρματο δίκτυο και η συσχέτιση μαζί του.

Το πρωτόκολλο που υλοποιεί τα ασύρματα τοπικά δίκτυα είναι το IEEE 802.11. Διαιρείται σε μια ομάδα προτύπων ασύρματης δικτύωσης (εκδόσεις "a" έως "n"), τα οποία αποτελούν τα επικρατέστερα πρότυπα αυτής παγκοσμίως. Στο πρωτόκολλο αυτό περιγράφονται τα δύο κατώτερα επίπεδα του OSI, δηλαδή το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων, επιτρέποντας τη συνεργασία των συσκευών και εφαρμογών που ακολουθούν το πρότυπο αυτό. Ουσιαστικά, οι συσκευές που υποστηρίζουν το πρωτόκολλο ΙΕΕΕ802.11 μεταφέρουν την πληροφορία από και προς τα ανωτέρα επίπεδα του OSI. Χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο Ethernet και το CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance) για διαμοιρασμό του καναλιού και για κρυπτογράφηση τους αλγορίθμους WEP, WPA και WPA2.Τα πιο γνωστά πρότυπα αυτού του πρωτοκόλλου, οι ρυθμοί μετάδοσής τους και οι συχνότητες που υποστηρίζει το κάθε ένα από αυτά φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Ένα ασύρματο ad hoc δίκτυο (αυτοοργανωμένο ή κατ' απαίτηση), είναι ένας αποκεντρωμένος τύπος ασύρματου δικτύου και δεν βασίζεται σε κάποια προϋπάρχουσα υποδομή, όπως είναι η χρήση ασύρματων σημείων πρόσβασης (AP) στα προκαθορισμένα ασύρματα δίκτυα ή δρομολογητές στα ενσύρματα δίκτυα. Αντίθετα, κάθε κόμβος λαμβάνει μέρος στη δρομολόγηση προωθώντας τα δεδομένα προς τους άλλους κόμβους και η δρομολόγηση, καθώς και η επιλογή των κόμβων που προωθούν δεδομένα γίνεται δυναμικά, με βάση τη συνδεσιμότητα του δικτύου.

Πλεονεκτήματα. Ο αποκεντρωμένος χαρακτήρας των ασύρματων ad hoc δικτύων τα καθιστά κατάλληλα για ποικίλες εφαρμογές, οι οποίες δε μπορούν να βασίζονται σε κεντρικούς κόμβους και προκαθορισμένα ασύρματα δίκτυα. Η γρήγορη εγκατάσταση και η ελάχιστη απαιτούμενη διαμόρφωση τα καθιστούν κατάλληλα για καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, όπου απαιτείται η άμεση εγκατάσταση δικτύου με κατεστραμμένη προϋπάρχουσα υποδομή, πχ. σε περίπτωση καταστροφικού σεισμού. Επίσης επιτρέπουν τη γρήγορη αποκατάσταση της δικτύωσης σε περίπτωση βλάβης ενός κόμβου, αφού επιλέγεται εύκολα μια εναλλακτική διαδρομή δρομολόγησης.

Για παράδειγμα, στο παρακάτω σχήμα η βλάβη που παρουσιάζεται στη σύνδεσης μεταξύ των σταθμών 4 και 5 δεν συνεπάγεται την διακοπή της επικοινωνίας του σταθμού 5 με το υπόλοιπο δίκτυο, αφού υπάρχει η δυνατότητα επιλογής εναλλακτικής διαδρομής μέσω των σταθμών 2 και 3. Τέλος τα ad hoc δίκτυα είναι ευέλικτα και κατάλληλα για την απευθείας σύνδεση δύο συσκευών, χωρίς τη χρήση ενός κεντρικού σημείου πρόσβασης.

Μειονεκτήματα. Ωστόσο, απαιτεί περισσότερους πόρους από τις συσκευές για τη διατήρηση της σύνδεσης, αν αυτές μετακινούνται και παράλληλα η εμβέλεια των συστημάτων σύνδεσής του είναι μικρότερη σε σχέση με ένα σταθερό σημείο πρόσβασης. Τέλος, βασικό μειονέκτημα τους είναι αδυναμία πρόβλεψης της ποικιλίας των πιθανών καταστάσεων που μπορεί να προκύψουν, λόγω του δυναμικού χαρακτήρα εδραίωσης της επικοινωνίας.

Τα ασύρματα δίκτυα υποδομής (Infrastructure Wireless Networks) είναι μια πιο σύνθετη τοπολογία ασύρματης δικτύωσης. Σε αυτή το ασύρματο δίκτυο έχει την κυψελοειδή μορφή ασύρματων δικτύων που προαναφέραμε, αποτελούμενο από έναν αριθμό από κυψέλες. Η κυψέλη είναι το βασικό δομικό στοιχείο αυτής της τοπολογίας ασύρματου δικτύου. Σε κάθε κυψέλη υπάρχει ένας σημείο πρόσβασης (AP, Access Point) και ένας αριθμός από ασύρματους σταθμούς, οι οποίοι εξυπηρετούνται από το σημείο πρόσβασης. Κάθε σταθμός που θέλει να συνδεθεί στο ασύρματο δίκτυο πρέπει να κάνει αίτημα σύνδεσης σε ένα σημείο πρόσβασης και ξεκινά τη διαδικασία συσχετισμού (Association Process), όπου στο τέλος της το σημείο πρόσβασης κάνει δεκτό το αίτημα ή το απορρίπτει.

Πλεονεκτήματα. Ο τρόπος αυτός ασύρματης σύνδεσης είναι ιδανικός για την εγκατάσταση ενός μόνιμου δικτύου, όπου γνωρίζουμε εκ των προτέρων ποιες είναι οι περιοχές οι οποίες πρέπει να έχουν κάλυψη δικτυακού σήματος. Επίσης οι ασύρματοι δρομολογητές που χρησιμοποιούνται ως σημεία πρόσβασης έχουν συνήθως μεγαλύτερη εμβέλεια κάλυψης και διευκολύνουν την κινητικότητα των ασυρμάτων συσκευών εντός της κυψελοειδούς περιοχής.

Μειονεκτήματα. Ο σχεδιασμός αυτής της τοπολογίας ασύρματου δικτύου είναι σαφώς πιο περίπλοκος και κατά τον οποίο πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλές παράμετροι για την επιλογή της κατάλληλης τοποθεσίας του σταθμού εκπομπής. Αυτό γιατί ο σταθμός εκπομπής είναι ο μόνος διαθέσιμος πόρος δικτύου σε αυτή την περιοχή και πρέπει να έχει τη μέγιστη δυνατή κάλυψη, ανεμπόδιστα από φυσικά εμπόδια που εξασθενούν το σήμα.

Τέλος, υπάρχουν και υβριδικές τοπολογίες, οι οποίες συνδυάζουν και τις δύο προαναφερόμενες τοπολογίες, ad-hoc και Infrastructure, για καλύτερη κάλυψη περιοχών με ασύρματο σήμα.