Langattomat verkot osa 2: Miten langaton verkko toimii?

WLAN eli langaton lähiverkko on noussut keskeiseksi tavaksi toteuttaa verkkoyhteydet, koska se tarjoaa ennen kaikkea liikkumisvapautta ja helppoa verkkoon liittymistä.

Ajattele toimistoa, varastoa, sairaalaa tai vaikka kampusaluetta: laitteet ja käyttäjät eivät ole sidottuja yhteen pisteeseen. Työasemia siirretään, päätelaitteita tulee lisää ja tilojen käyttö muuttuu jatkuvasti. Tässä ympäristössä kaapelointi on kallista ja usein myös joustamatonta.

Tai kuvitellaan hotelli, jossa vieraat vaihtuvat päivittäin. Jokainen asiakas tulee omien laitteidensa kanssa ja kaikki odottavat toimivaa verkkoyhteyttä heti huoneeseen päästyään. Samassa verkossa voi olla satoja laitteita: puhelimia, läppäreitä, älytelevisioita ja IoT-laitteita, jotka tulevat ja menevät jatkuvasti.

Tällaisessa ympäristössä perinteinen kaapeliverkko olisi käytännössä mahdoton ratkaisu. Jokainen uusi käyttäjä vaatisi fyysisen kytkennän. Jo menemättä pidemmälle voi todeta, että tällaisessa tilanteessa LAN-verkkoa ei kannata edes ajatella.

WLAN:in myötä verkko seuraa käyttäjää eikä toisinpäin.

Oletko koskaan miettinyt, kuinka langaton verkko toimii?

Ota ensiksi haltuun langattomien verkkojen lyhenteet.

WLAN eli langaton LAN on käytännössä sama asia kuin perinteinen lähiverkko eli LAN, mutta lyhenteestäkin päätellen päätelaitetta ei kytketä verkkoon ethernet-kaapelilla.

Siinä, missä kiinteässä verkossa data kulkee johtoja pitkin, WLAN siirtää tiedon radioaaltojen avulla.

Langaton yhteys toimii radioaalloilla, joko 2,4 GHz, 5 GHz tai 6 GHz taajuusalueilla. Tukiasemat ja päätelaitteet muuntavat siirrettävän datan biteiksi ja lähettävät ne radiotielle kantoaaltoon moduloituina. Vastaanottava laite purkaa lähetteen ja siirtää datan edelleen joko jatkamaan matkaa lähiverkkoon tai internettiin päin tai päätelaitteen käsiteltäväksi ja edelleen käyttäjän hyödynnettäväksi. Tämä on tietysti karkea yksinkertaistus hyvin monimutkaisesta tapahtumaketjusta ja todellisuudessa prosessiin sisältyy paljon virheenkorjausta, uudelleenlähetyksiä ja laadunhallintaa: kaikki automaattisesti ja erittäin nopeasti.

LAN-verkossa ongelmia tulee harvoin, koska kaapeli on “yksityinen reitti”. Radiotiellä tilanne on ihan toinen: samaa ilmatilaa käyttää monta laitetta yhtä aikaa.

Siinä, missä kiinteä LAN-verkko on käytännössä vapaa häiriöistä ja törmäyksistä, radiotiellä voi tulla vastaan mitä tahansa, mikä sotkee lähetyksen. Tämän vuoksi WLAN-standardeihin on rakennettu mekanismeja, joilla sekä yritetään ennaltaehkäistä törmäyksiä ja toisaalta varmistetaan, että data on mennyt perille. 

WLANissa sama taajuusalue on useiden laitteiden yhteiskäytössä, eikä “kaistaa ole varattu etukäteen”. Tämä tarkoittaa, että lähetykset voivat kohdata toisensa, aiheuttaa häiriöitä tai jopa tuhoutua kokonaan.

Tämän vuoksi WLAN ei voi toimia “vapaalla huudolla”, vaan sen täytyy olla älykäs ja koordinoitu, vaikka se tapahtuukin hajautetusti ilman keskitettyä liikenteenohjaajaa.

Miten WLAN estää kaaoksen radioaalloilla?

Kun kaksi laitetta lähettää samaan aikaan samalla kanavalla, syntyy törmäys (collision). Lopputuloksena vastaanotin ei pysty tulkitsemaan kumpaakaan lähetystä oikein. Koska radiotiellä ei ole minkäänlaista liikenteenohjausta tai vuoronjakoa, periaatteessa mikä tahansa asema (=STA, eli joko tukiasema tai päätelaite) voi lähettää milloin tahansa.

WLAN-protokollat perustuvat siihen, että jokainen asema toimii itsenäisesti mutta yhteisten sääntöjen mukaan.

Ennen lähettämistä laite tekee kanavakuuntelun: se tarkistaa, onko radiokanava vapaa. Jos kanava on varattu, laite odottaa satunnaisen ajan ennen uutta yritystä. Tämä vähentää tilanteita, joissa useampi laite yrittää lähettää heti uudelleen samaan aikaan.

WLAN on kohtelias keskustelija

Lisäksi WLAN-tiedonsiirto ei ole pelkkä “lähetä ja toivo parasta” -prosessi, vaan siinä on selkeä vuorovaikutusrakenne:

• Lähettäjä ilmoittaa aikeestaan lähettää dataa
• Vastaanottaja kuittaa valmiuden
• Varsinainen data lähetetään
• Vastaanottaja vahvistaa onnistuneen vastaanoton

Tämä tekee WLANista huomattavasti luotettavamman kuin sen fyysinen ympäristö antaisi ymmärtää.

WLAN on siis kohtelias, ympäristöönsä sopeutuva teknologia. Asemien kommunikointi muistuttaakin yllättävän paljon ihmisten välistä keskustelua; odotetaan oma vuoro ennen kuin puhutaan, puhutaan samaa kieltä ja varmistutaan tavalla tai toisella, että viesti on mennyt perille.  

Voisi sanoa, että WLAN on yksi tietoverkkojen sosiaalisimmista teknologioista.

Tämä tekee siitä samalla sekä monimutkaisen että elegantin. Hyvin toimivan langattoman verkon taustalla on valtava määrä näkymätöntä koordinointia. Aivan kuin hyvin sujuvassa keskustelussa, jossa kukaan ei puhu päälle ja kaikki ymmärtävät toisiaan ilman ylimääräistä hälyä.