Gambar 3.58 Jaringan wireless dengan Access Point
Gambar 3.59 Jaringan wireless tanpa access point (ad-hoc)
Protokol yang digunakan oleh semua varian 802, termasuk Ethernet, memiliki kesamaan tertentu dalam struktur. Tampilan parsial stack protokol 802.11 diberikan pada Gambar 3.55. Lapisan fisik sesuai dengan physical layer OSI cukup baik, tapi data link layer di semua protokol 802 dibagi menjadi dua atau lebih sublayers. Dalam 802.11, MAC (Medium Access Control) sublayer menentukan bagaimana channel dialokasikan, yaitu siapa yang mendapat giliran untuk mengirimkan frame berikutnya. Di atasnya adalah LLC (Logical Link Control) sublayer, yang tugasnya adalah untuk menyembunyikan perbedaan antara varian 802 yang berbeda dan membuat mereka tidak dapat dibedakan sampai lapisan jaringan yang bersangkutan (logical link control).
Gambar 3.60 Stack protokol wireless 802.11
Ada lima teknik modulasi transmisi wireless yang diizinkan yang memungkinkan untuk mengirim frame MAC dari satu host ke host yang lain. Masing-masing teknik berbeda dalam teknologi yang digunakan dan kecepatan yang dapat dicapai.Sinar Infrared menggunakan teknk penyebaran (tidak saling berhadapan) transmisi pada panjang gelombang 0.85 atau 0.95 mikron. Dua kecepatan yang diijinkan : 1 Mbps dan 2 Mbps. Pada kecepatan 1 Mbps, skema encoding yang digunakan adalah ada sekelompok 4-bit yang dikodekan sebagai codeword 16-bit yang mengandung lima belas bit 0 dan satu bit 1, teknik ni disebut Gray code. Kode ini memiliki properti sedit kesalahan kecil dalam sinkronisasi waktu tertentu yang dapat menyebabkan hanya satu bit error pada output. Pada kecepatan 2 Mbps, encoding menggunakan 2-bit dan menghasilkan codeword 4-bit, juga dengan hanya satu bit 1, membentuk salah satu dari 0001, 0010, 0100, atau 1000. Sinyal inframerah tidak dapat menembus dinding, sehingga sel-sel di ruangan yang berbeda dapat terisolasi dengan baik satu sama lain. Namun demikian, karena bandwidth rendah (dan fakta bahwa matahari juga mempunyai sinar infrared) maka infrared bukan pilihan yang populer.
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) menggunakan 79 channel, masing-masing channel lebarnya 1 MHz, dimulai pada ujung rendah dari band ISM (Industrial, Scientific dan Medical) 2.4 GHz. Sebuah pseudorandom number generator digunakan untuk menghasilkan urutan frekuensi lompatan. Asalkan semua stasiun menggunakan awalan yang sama untuk nomor pseudorandom generator dan tetap disinkronkan dengan waktu maka mereka akan melompat ke frekuensi yang sama secara simultan. Jumlah waktu yang dihabiskan di masing-masing frekuensi, waktu diam adalah parameter yang dapat diatur, tetapi harus kurang dari 400 msec. Pengacakan FHSS ‘menyediakan cara yang adil untuk mengalokasikan spektrum di band ISM yang tidak diregulasi. Hal ini ini juga memberikan sedikit porsi keamanan karena intruder yang tidak tahu urutan hopping atau waktu diam tidak bisa menyadap transmisi. Lebih jauh lagi, multipath fading bisa menjadi masalah, dan FHSS menawarkan ketahanan yang baik terhadap masalah itu. FHSS juga relatif tidak sensitif terhadap gangguan radio, yang membuatnya populer untuk membuat hubungan antar bangunan. Kerugian utamanya adalah bandwidth rendah.
Metode modulasi ketiga adalah DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), juga dibatasi untuk 1 atau 2 Mbps. Skema yang digunakan memiliki beberapa kesamaan dengan sistem CDMA, tetapi berbeda pada cara yang lain. Setiap bit ditransmisikan sebagai 11 chip, dengan menggunakan apa yang disebut Barker sequence. Menggunakan phase shift modulation pada 1 Mbaud, transmisi 1 bit per baud ketika beroperasi pada 1 Mbps dan 2 bit per baud ketika beroperasi pada 2 Mbps. Selama bertahun-tahun, FCC diperlukan oleh semua operasi peralatan komunikasi nirkabel pada pita ISM di Amerika Serikat dengan menggunakan spread spectrum, tetapi pada bulan Mei 2002, aturan ini dihapus karena munculnya teknologi baru.
Jaringan LAN nirkabel pertama yang berkecepatan tinggi adalah 802.11a, menggunakan OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) untuk mengirimkan sampai dengan 54 Mbps pada pita ISM yang lebih lebar pada frekuensi 5-GHz. Sebagaimana istilah FDM, ada 52 frekuensi berbeda yang digunakan : 48 untuk data dan 4 untuk sinkronisasi, tidak seperti ADSL. Karena transmisi menggunakan cara munculnya frekuensi beberapa pada saat yang sama, teknik ini dipandang sebagai bentuk spread spectrum, tetapi berbeda disbanding CDMA dan FHSS. Memisahkan sinyal menjadi band sempit memiliki beberapa keunggulan dibanding menggunakan band lebar tetapi tunggal, termasuk imunitas yang lebih baik untuk gangguan narrowband dan kemungkinan menggunakan band noncontinuous. Sebuah sistem enkoding yang kompleks digunakan, berdasarkan phase shift modulation untuk kecepatan hingga 18 Mbps dan QAM. Pada kecepatan 54 Mbps, 216 bit data dikodekan menjadi simbol 288-bit. Motivasi OFDM adalah kompatibilitas dengan sistem European HiperLAN/2. Teknik ini memiliki efisiensi spektrum yang baik dalam hal bit/Hz dan kekebalan yang baik untuk multipath fading.
Teknik berikutnya adalah HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum), teknik spread spectrum yang lain, menggunakan 11 juta chip/detik untuk mencapai 11 Mbps dalam band 2.4 GHz. Teknik ini disebut 802.11b tapi bukan kelanjutan dari 802.11a. Bahkan, standar ini lebih dahulu disetujui pertama dan lebih cepat sampai ke pasar. Data rates yang didukung oleh 802.11b adalah 1, 2, 5.5, dan 11 Mbps. Dua data rate yang lebih rendah berjalan pada 1 Mbaud masing-masing dengan 1 dan 2 bit per baud, dengan menggunakan phase shift modulation untuk kompatibilitas dengan DSSS. Dua data rate yang lebih tinggi berjalan pada 1375 Mbaud masing-masing dengan 4 dan 8 bit per baud, dengan menggunakan kode Walsh/Hadamard. Data rate dapat secara dinamis disesuaikan selama operasi untuk mencapai kecepatan optimal yang dimungkinkan dalam kondisi yang ada pada beban dan noise. Dalam prakteknya, kecepatan operasi dari 802.11b hampir selalu 11 Mbps. Walaupun 802.11b lebih lambat dari 802.11a, jangkauannya sekitar 7 kali lebih besar, dalam banyak situasi hal ini menjadi lebih penting.
Peningkatan versi 802.11b adalah 802.11g, yang telah disetujui oleh IEEE pada bulan November 2001 setelah banyak yang berpolitik bahwa dengan patennya teknologi itu, maka akan segera digunakan. Versi ini menggunakan metode modulasi OFDM dari 802.11a tetapi beroperasi dalam band sempit di ISM 2.4 GHz bersama dengan 802.11b. Secara teori itu dapat beroperasi sampai dengan 54 Mbps. Masih belum jelas apakah kecepatan ini akan terwujud dalam praktek. Ini berarti bahwa komite 802.11 telah menghasilkan tiga LAN nirkabel berbeda dengan kecepatan tinggi : 802.11a, 802.11b, dan 802.11g dengan radius jangkauan sekitar 100 meter.
Wireless 802.11b/g beroperasi pada pita frekuensi 2400 MHz sampai 2483.50 MHz. Dengan mengijinkan operasi dalam 11 channel (masing-masing 5 MHz), berpusat di frekuensi berikut:
- Channel 1 – 2,412 MHz
- Channel 2 – 2,417 MHz
- Channel 3 – 2,422 MHz
- Channel 4 – 2,427 MHz
- Channel 5 – 2,432 MHz
- Channel 6 – 2,437 MHz
- Channel 7 – 2,442 MHz
- Channel 8 – 2,447 MHz
- Channel 9 – 2,452 MHz
- Channel 10 – 2,457 MHz
- Channel 11 – 2,462 MHz
IEEE 802.11n-2009 adalah sebuah perubahan standar jaringan nirkabel 802.11-2.007 IEEE untuk meningkatkan throughput lebih dari standar sebelumnya, seperti 802.11b dan 802.11g, dengan peningkatan data rate maksimum dalam lapisan fisik OSI (PHY) dari 54 Mbps ke maksimum 600 Mbps dengan menggunakan empat ruang aliran di lebar channel 40 MHz. Sejak tahun 2007, Wi-Fi Alliance telah memberikan sertifikat interoperabilitas produk “draft-n” berdasarkan pada draft 2.0 dari spesifikasi IEEE 802.11n. Aliansi telah meningkatkan perangkat ini dengan tes kompatibilitas untuk beberapa perangkat tambahan yang diselesaikan setelah Draft 2.0 . Lebih jauh lagi, telah ditegaskan bahwa semua produk bersertifikat draft-n tetap kompatibel dengan produk-produk standar terakhir.
IEEE 802.11n didasarkan pada standar 802.11 sebelumnya dengan menambahkan multiple-input multiple-output (MIMO) dan 40 MHz ke lapisan saluran fisik (PHY), dan frame agregasi ke MAC layer. MIMO adalah teknologi yang menggunakan beberapa antena untuk menyelesaikan informasi lebih lanjut secara koheren daripada menggunakan satu antena. Dua manfaat penting MIMO adalah menyediakan keragaman antenna dan spasial multiplexing untuk 802.11n. Kemampuan lain teknologi MIMO adalah menyediakan Spatial Division Multiplexing (SDM). SDM secara spasial me-multiplexes beberapa stream data independen, ditransfer secara serentak dalam satu saluran spektral bandwidth. MIMO SDM dapat meningkatkan throughput data seperti jumlah dari pemecahan stream data spatial yang ditingkatkan. Setiap aliran spasial membutuhkan antena yang terpisah baik pada pemancar dan penerima. Di samping itu, teknologi MIMO memerlukan rantai frekuensi radio yang terpisah dan analog-ke-digital converter untuk masing-masing antena MIMO yang merubah biaya pelaksanaan menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan sistem non-MIMO.
Saluran 40 MHz adalah fitur lain yang dimasukkan ke dalam 802.11n yang menggandakan lebar saluran dari 20 MHz di 802.11 PHY sebelumnya untuk mengirimkan data. Hal ini memungkinkan untuk penggandaan kecepatan data PHY melebihi satu saluran 20 MHz. Hal ini dapat diaktifkan di 5 GHz mode, atau dalam 2.4 GHz jika ada pengetahuan yang tidak akan mengganggu beberapa 802.11 lainnya atau sistem non-802.11 (seperti Bluetooth) menggunakan frekuensi yang sama. Arsitektur coupling MIMO dengan saluran bandwidth yang lebih luas menawarkan peningkatan fisik transfer rate melebihi 802.11a (5 GHz) dan 802.11g (2.4 GHz).
Kelebihan versi 802.11n dibanding 802.11 sebelumnya adalah :
- Mampu mentransfer data seperti di “jalan tol wireless” sehingga menghemat waktu dan lebih cepat.
- Terdapat kombinasi dua frekuensi wireless untuk performance yang lebih baik.
Fitur memperkecil jumlah data yang dibutuhkan untuk transfer file untuk memberi ruang lebih di jalur pengiriman file. - Wi-Fi 802.11n dapat mencapai kecepatan 600Mbps.
- Memberikan waktu lebih panjang untuk daya baterai karena chip 802.11n menggunakan power yang lebih sedikit.
- Jangkauan radius pemancar lebih luas, untuk indoor sekitar 70 meter, sedangkan outdoor sampai dengan 250 meter.
| Protokol | Rilis | Operasi frekuensi | Throughput umum | Data rate maksimal | Modulasi | Jangkauan (indoor) | Jangkauan (outdoor) | Kompatibilitas |
| 802.11a | 1999 | 5 Ghz | 23 Mbps | 54 Mbps | OFDM | ~35 m | ~120 m | a |
| 802.11b | 1999 | 2.4 Ghz | 4.3 Mbps | 11 Mbps | DSSS | ~38 m | ~140 m | b |
| 802.11g | 2003 | 2.4 Ghz | 19 Mbps | 54 Mbps | OFDM | ~38 m | ~140 m | b, g |
| 802.11n | Juni 2009 | 2.4 Ghz 5 Ghz | 74 Mbps | 248 Mbps | ~70 m | ~250 m | b, g, n | |
| 802.11y | Juni 2008 | 3.7 Ghz | 23 Mbps | 54 Mbps | ~50 m | ~5 km |
Wireless 802.11ac
Wireless IEEE 802.11ac adalah standar nirkabel 802.11 yang saat ini sedang dikembangkan yang akan memberikan throughput yang sangat tinggi pada Wireless Local Area Network (WLAN) dengan frekuensi operasi di bawah 6 GHz (lazim dikenal sebagai band 5 GHz).
Secara teoritis, spesifikasi ini akan memungkinkan throughput multi-stasiun WLAN setidaknya 1 Gbps dan throughput link maksimum tunggal minimal 500 Mbps. Hal ini dilakukan dengan memperluas konsep interface udara yang dianut oleh 802.11n, bandwidth RF lebih lebar (sampai 160 MHz), lebih banyak spasial MIMO stream (hingga 8), MIMO multi-user, dan high-density modulation (hingga 256 QAM) .
Pada tanggal 20 Januari 2011, Spesifikasi Perdana Teknis Draft 0.1 telah dikonfirmasi oleh IEEE 802.11 TGac. Standar penyelesaian diharapkan dalam akhir tahun 2012, dengan persetujuan akhir 802.11 Working Group pada tahun 2013-an. Menurut penelitian, perangkat dengan spesifikasi 802.11ac diharapkan menjadi umum pada tahun 2015 dengan diperkirakan sebaran 1 miliar diseluruh dunia. Pada bulan April 2011, belum ada perangkat konsumen yang menerapkan spesifikasi draft. Diharapkan teknologi selesai dan siap digunakan pada bulan Desember 2012.
Beberapa teknologi baru yang ditanamkab pada 802.11ac :
- Channel bandwidth lebih lebar
- Lebih banyak spasial MIMO stream
- Multi-user MIMO (MU-MIMO)
- Multiple Stasiun, masing-masing dengan satu atau lebih banyak antena, mengirim atau menerima data stream independen secara simultan. “Space Division Multiple Access” (SDMA) : aliran tidak dipisahkan dengan frekuensi, tetapi diselesaikan secara spasial, analog dengan model MIMO 802.11n
- Downlink MU-MIMO (satu perangkat pemancar, perangkat penerima ganda) yang termasuk sebagai modus opsional
- Modulasi
- Fitur lainnya
- Single sounding dan feedback format untuk pembentukan beam (vs multiple dalam 802.11n)
- Modifikasi MAC (kebanyakan untuk mendukung perubahan diatas)
- Mekanisme koeksistensi untuk channel 20/40/80/160 MHz perangkat 11ac dan 11a/n perangkat
