ความรู้เกี่ยวกับ IEEE สำหรับ Wireless (จุมพฏ กาญจนกำธร)

มาตรฐานเครือข่ายไร้สาย IEEE 802.11

เครือข่ายไร้สายมาตรฐาน IEEE 802.11 มีข้อกำหนดว่า “ผลิตภัณฑ์เครือข่ายไร้สายในส่วนของ PHY Layer นั้นมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่ความเร็ว 1, 2, 5.5, 11 และ 54 เมกะบิตต่อวินาที โดยมีสื่อนำสัญญาณ 3 ประเภทให้เลือกใช้งาน ได้แก่ คลื่นวิทยุย่านความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์, 2.5 กิกะเฮิรตซ์และคลื่นอินฟาเรด ส่วนในระดับชั้น MAC Layer นั้นได้กำหนดกลไกของการทำงานแบบ CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับ CSMA/CD (Collision Detection) ของมาตรฐาน IEEE 802.3 Ethernet ซึ่งนิยมใช้งานบนระบบเครือข่ายแลนใช้สาย โดยมีกลไกในการเข้ารหัสข้อมูลก่อนแพร่กระจายสัญญาณไปบนอากาศ พร้อมกับมีการตรวจสอบผู้ใช้งานอีกด้วย”

มาตรฐาน IEEE 802.11 ในยุคเริ่มแรกนั้นให้ประสิทธิภาพการทำงานที่ค่อนข้างต่ำ ทั้งไม่มีการรับรองคุณภาพของการให้บริการที่เรียกว่า QoS (Quality of Service) ซึ่งมีความสำคัญในสภาพแวดล้อมที่มีแอพพลิเคชันหลากหลายประเภทให้ใช้งาน นอกจากนั้นกลไกในเรื่องการรักษาความปลอดภัยที่นำมาใช้ก็ยังมีช่องโหว่จำนวนมาก IEEE จึงได้จัดตั้งคณะทำงานขึ้นมาหลายชุดด้วยกัน เพื่อทำการพัฒนาและปรับปรุงมาตรฐานให้มีศักยภาพเพิ่มสูงขึ้น


IEEE 802.11a
เป็นมาตรฐานที่ได้รับการตีพิมพ์และเผยแพร่เมื่อปี พ.ศ. 2542 โดยใช้เทคโนโลยี OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) เพื่อพัฒนาให้ผลิตภัณฑ์ไร้สายมีความสามารถในการรับส่งข้อมูลด้วยอัตราความเร็วสูงสุด 54 เมกะบิตต่อวินาที โดยใช้คลื่นวิทยุย่านความถี่ 5 กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งเป็นย่านความถี่ที่ไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้งานโดยทั่วไปในประเทศไทย เนื่องจากสงวนไว้สำหรับกิจการทางด้านดาวเทียม ข้อเสียของผลิตภัณฑ์มาตรฐาน IEEE 802.11a ก็คือมีรัศมีการใช้งานในระยะสั้นและมีราคาแพง ดังนั้นผลิตภัณฑ์ไร้สายมาตรฐาน IEEE 802.11a จึงได้รับความนิยมน้อย

IEEE 802.11b
เป็นมาตรฐานที่ถูกตีพิมพ์และเผยแพร่ออกมาพร้อมกับมาตรฐาน IEEE 802.11a เมื่อปี พ.ศ. 2542 ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีและได้รับความนิยมในการใช้งานกันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ผลิตภัณฑ์ที่ออกแบบมาให้รองรับมาตรฐาน IEEE 802.11b ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า CCK (Complimentary Code Keying) ร่วมกับเทคโนโลยี DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) เพื่อให้สามารถรับส่งข้อมูลได้ด้วยอัตราความเร็วสูงสุดที่ 11 เมกะบิตต่อวินาที โดยใช้คลื่นสัญญาณวิทยุย่านความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งเป็นย่านความถี่ที่อนุญาตให้ใช้งานในแบบสาธารณะทางด้านวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม และการแพทย์ โดยผลิตภัณฑ์ที่ใช้ความถี่ย่านนี้มีชนิด ทั้งผลิตภัณฑ์ที่รองรับเทคโนโลยี Bluetooth, โทรศัพท์ไร้สายและเตาไมโครเวฟ จึงทำให้การใช้งานนั้นมีปัญหาในเรื่องของสัญญาณรบกวนของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ข้อดีของมาตรฐาน IEEE 802.11b ก็คือ สนับสนุนการใช้งานเป็นบริเวณกว้างกว่ามาตรฐาน IEEE 802.11a ผลิตภัณฑ์มาตรฐาน IEEE 802.11b เป็นที่รู้จักในเครื่องหมายการค้า Wi-Fi ซึ่งกำหนดขึ้นโดย WECA (Wireless Ethernet Compatability Alliance) โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้รับเครื่องหมาย Wi-Fi ได้ผ่านการตรวจสอบและรับรองว่าเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐาน IEEE 802.11b ซึ่งสามารถใช้งานร่วมกันกับผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตรายอื่นๆ ได้

IEEE 802.11g
เป็นมาตรฐานที่นิยมใช้งานกันมากในปัจจุบันและได้เข้ามาทดแทนผลิตภัณฑ์ที่รองรับมาตรฐาน IEEE 802.11b เนื่องจากสนับสนุนอัตราความเร็วของการรับส่งข้อมูลในระดับ 54 เมกะบิตต่อวินาที โดยใช้เทคโนโลยี OFDM บนคลื่นสัญญาณวิทยุย่านความถี่ 2.4 กิกะเฮิรตซ์ และให้รัศมีการทำงานที่มากกว่า IEEE 802.11a พร้อมความสามารถในการใช้งานร่วมกันกับมาตรฐาน IEEE 802.11b ได้ (Backward-Compatible)

IEEE 802.11e
เป็นมาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานแอพพลิเคชันทางด้านมัลติมิเดียอย่าง VoIP (Voice over IP) เพื่อควบคุมและรับประกันคุณภาพของการใช้งานตามหลักการ QoS (Quality of Service) โดยการปรับปรุง MAC Layer ให้มีคุณสมบัติในการรับรองการใช้งานให้มีประสิทธิภาพ

IEEE 802.11f
มาตรฐานนี้เป็นที่รู้จักกันในนาม IAPP (Inter Access Point Protocol) ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับจัดการกับผู้ใช้งานที่เคลื่อนที่ข้ามเขตการให้บริการของ Access Point ตัวหนึ่งไปยัง Access Point เพื่อให้บริการในแบบโรมมิงสัญญาณระหว่างกัน

IEEE 802.11h
มาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับผลิตภัณฑ์เครือข่ายไร้สายที่ใช้งานย่านความถี่ 5 กิกะเฮิรตซ์ ให้ทำงานถูกต้องตามข้อกำหนดการใช้ความถี่ของประเทศในทวีปยุโรป

IEEE 802.11i
เป็นมาตรฐานในด้านการรักษาความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์เครือข่ายไร้สาย โดยการปรับปรุง MAC Layer เนื่องจากระบบเครือข่ายไร้สายมีช่องโหว่มากมายในการใช้งาน โดยเฉพาะฟังก์ชันการเข้ารหัสแบบ WEP 64/128-bit ซึ่งใช้คีย์ที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับสภาพการใช้งานที่ต้องการความมั่นใจในการรักษาความปลอดภัยของการสื่อสารระดับสูง มาตรฐาน IEEE 802.11i จึงกำหนดเทคนิคการเข้ารหัสที่ใช้คีย์ชั่วคราวด้วย WPA, WPA2 และการเข้ารหัสในแบบ AES (Advanced Encryption Standard) ซึ่งมีความน่าเชื่อถือสูง

IEEE 802.11k
เป็นมาตรฐานที่ใช้จัดการการทำงานของระบบเครือข่ายไร้สาย ทั้งจัดการการใช้งานคลื่นวิทยุให้มีประสิทธิภาพ มีฟังก์ชันการเลือกช่องสัญญาณ, การโรมมิงและการควบคุมกำลังส่ง นอกจากนั้นก็ยังมีการร้องขอและ ปรับแต่งค่าให้เหมาะสมกับการทำงาน การหารัศมีการใช้งานสำหรับเครื่องไคลเอนต์ที่เหมะสมที่สุดเพื่อให้ระบบจัดการสามารถทำงานจากศูนย์กลางได้

IEEE 802.11n
เป็นมาตรฐานของผลิตภัณฑ์เครือข่ายไร้สายที่คาดหมายกันว่า จะเข้ามาแทนที่มาตรฐาน IEEE 802.11a, IEEE 802.11b และ IEEE 802.11g ที่ใช้งานกันอยู่ในปัจจุบัน โดยให้อัตราความเร็วในการรับส่งข้อมูลในระดับ 100 เมกะบิตต่อวินาที

IEEE 802.1x
เป็นมาตรฐานที่ใช้งานกับระบบรักษาความปลอดภัย ซึ่งก่อนเข้าใช้งานระบบเครือข่ายไร้สายจะต้องตรวจสอบสิทธิ์ในการใช้งานก่อน โดย IEEE 802.1x จะใช้โพรโตคอลอย่าง LEAP, PEAP, EAP-TLS, EAP-FAST ซึ่งรองรับการตรวจสอบผ่านเซิร์ฟเวอร์ เช่น RADIUS, Kerberos เป็นต้น







802.11n มาตรฐานใหม่

Wi-Fi 802.11n เร็วขึ้นและไกลขึ้น
Wireless LAN ( ระบบแลนไร้สาย ) มีความเร็วเพิ่มขึ้น และใช้งานได้ไกลกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ด้วยมาตรฐาน Wi-Fi 80.211n จากตัวเลขความเร็วสูงสุดของ Wi-Fi ในปัจจุบัน 802.11g ที่ 54 Mbps และระยะใช้งานไกลสุด 100 เมตรนั้น ไม่ว่าใครก็คงจะพอทราบว่าความเร็วที่ได้รับจริงอยู่นั้น มันแตกต่างจากสเปกที่ระบุไว้ เพราะถ้าจะให้ได้ความเร็วระดับ 54 Mbps ต้องห่างจากตัวเครื่อง Access Point ไม่เกิน 10 เมตร และถ้าระยะทางเพิ่มขึ้นเป็นกว่า 20 เมตร ความเร็วก็มักจะลดลงเหลือแค่ 1.5 Mbps ซึ่งใช้งานอะไรไม่ได้แล้ว

Wi-Fi 802.11n จะกลายมาเป็นบรรทัดฐานอันใหม่ ที่ช่วยเพิ่มความเร็ว และระยะทางในการรับส่งข้อมูลให้ไกลขึ้นโดยยังใช้งานร่วมกับมาตรฐานเดิม อย่าง 802.11b/g ได้ด้วย ในเบื้องต้น Intel (U.S.) ได้คาดการณ์ว่า อัตราการส่งผ่านข้อมูลสูงสุดในทางทฤษฏีจะมากกว่า 200 Mbps ส่วนความเร็วจริงที่ได้รับจะอยู่ที่ประมาณ 100 Mbps ซึ่งเป็นตัวเลขที่เท่ากับต่างสเปก ความเร็วสูงสุดของระบบแลนไร้สายแบบ Fast Ethernet พอดี

ส่วนในด้านของระยะใช้งานนั้นต้องบอกว่ายังไม่มีความชัดเจนในเรื่องนี้เท่าใดนัก แต่ท่าจะเทียบจากระยะที่ใช้งานได้จริงของ 802.11g ในปัจจุบันแล้ว 802.11n ก็น่าจะดีขึ้นอย่างแน่นอน เพราะว่าระบบรับ-ส่งจะทนทานต่อสัญญาณรบกวนต่างๆได้ดีกว่า

ค่าสเปกของ 802.11n ที่ดีขึ้นกว่า 802.11g นั้นเกิดจากเทคนิคในการออกแบบที่สำคัญอันหนึ่งซึ่งเรียกกันว่า MIMO ซึ่งหมายถึง การเพิ่มจำนวนช่องสัญญาณในการรับ-ส่งข้อมูล ด้วยการเพิ่มจำนวนเสาอากาศทั้งที่เครื่องส่ง และเครื่องรับให้มากขึ้นเป็นจำนวนเท่าๆกัน อย่างเช่นถ้าหากเครื่องส่งมีเสาอากาศ 2 ต้น เครื่องรับก็ต้องมีเสาอากาศ 2 ต้นด้วย โดยมีเงื่อนไขว่าการจัดวางตำแหน่งของเสาอากาศทุกต้นของฝั่งเครื่องส่งและเครื่องรับจะต้องมีขนาด และระยะตำแหน่งต่างๆ ที่ตรงกันแป๊ะ จึงจะสามารถรับ-ส่งผ่านช่องสัญญาณทุกช่องได้

ข้อดีของเทคนิคแบบ MIMO คือ การเพิ่มความเร็วจะไม่ต้องถูกจำกัด ด้วยย่านความถี่คลื่นวิทยุที่รัฐบาลเป็นผู้จัดสรรให้อีกต่อไป ซึ่งเป็นการก้าวข้ามทฤษฏีเก่าๆโดยสิ้นเชิง เพราะแต่ก่อนนี้คนเคยเชื่อกันว่า เมื่อต้องการเพิ่มความเร็วในการรับส่งข้อมูล ก็ต้องเพิ่มความกว้างของช่วงความถี่ในการสื่อสาร (Bandwidth) เท่านั้น แต่เนื่องจากการใช้งานคลื่นวิทยุในช่วงความถี่ต่างๆนั้น รัฐบาลของแต่ละประเทศมีการควบคุมอย่างเข้มงวด โอกาสที่จะเพิ่มความเร็วจึงแทบเป็นไปไม่ได้เลย

ข้อเสียของเทคนิคแบบ MIMO คือความยุ่งยากในการออกแบบและผลิต เสาอากาศ ที่ต้องมีความเที่ยงตรงเป็นอย่างยิ่ง และเนื่องจากการจัดวางขนาดและระยะตำแหน่งของเสาอากาศในระบบ MIMO ต้องเหมือนกัน จึงจะสามารถสื่อสารกันได้ ทำให้ตัวมาตรฐาน 802.11n ผ่านการรับรองได้ยากขึ้นไปอีก เพราะผู้ผลิตรายต่างๆ มีมุมมองในด้านการออกแบบและผลิตเสาอากาศไม่เหมือนกัน ปัจจุบันนี้ก็เริ่มมีอุปกรณ์ WLAN ที่ใช้เทคนิค MIMO วางตลาดในสหรัฐฯ บ้างแล้ว แต่ผู้ที่ตัดสินใจใช้อุปกรณ์เหล่านั้นจะต้องเสี่ยงกับปัญหา Compatibility ในอานาคตเอาเอง ถ้าหากไม่เข้ากับมาตรฐาน 802.11n ที่กำลังจะออกมา