Microsoft
[Введите название документа]
[Введите подзаголовок
документа]
ARIEC
[Выберите дату]
Основные принципы работы технологии
беспроводной связи
Екатеринбург 2010
Оглавление
Введение
Термин WDS (Wireless Distribution System) расшифровывается
как «распределённая беспроводная система».
Если говорить упрощённо, то данная технология
позволяет точкам доступа устанавливать
беспроводное соединение не только с беспроводными
клиентами, но и между собой. Беспроводные
сети, называемые также Wi-Fi- или WLAN (Wireless
LAN)-сети, обладают, по сравнению с традиционными
проводными сетями, немалыми преимуществами,
главным из которых, конечно же, является
простота развёртывания.
Так, беспроводная сеть не нуждается
в прокладке кабелей (часто требующей
штробления стен); трудно оспорить такие
достоинства беспроводной сети, как мобильность
пользователей в зоне её действия и простота
подключения к ней новых пользователей.
В то же время беспроводные сети на современном
этапе их развития не лишены серьёзных
недостатков. Прежде всего, это низкая,
по сегодняшним меркам, скорость соединения,
которая к тому же серьёзно зависит от
наличия преград и от расстояния между
приёмником и передатчиком; плохая масштабируемость,
а также, если речь идёт об использовании
беспроводной сети в помещениях, довольно
ограниченный радиус действия сети.
Один из способов увеличения
радиуса действия беспроводной сети заключается
в создании распределённой сети на основе
нескольких точек беспроводного доступа.
При создании таких сетей в домашних условиях
появляется возможность превратить всю
квартиру в единую беспроводную зону и
увеличить скорость соединения вне зависимости
от количества стен (преград) в квартире.
1.Аппаратное обеспечение
1.1. Bluetooth
Bluetooth или блютус (переводится
как синий зуб, назван в честь Харальда
I Синезубого) — производственная спецификация
беспроводных персональных сетей (англ.
Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает
обмен информацией между такими устройствами
как карманные и обычные персональные
компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки,
принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки,
клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры
на надёжной, недорогой, повсеместно доступной
радиочастоте для ближней связи. Bluetooth
позволяет этим устройствам сообщаться,
когда они находятся в радиусе от 1 до 10
метров друг от друга (дальность сильно
зависит от преград и помех), даже в разных
помещениях.
Работы по созданию Bluetooth начал
производитель телекоммуникационного
оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную
альтернативу кабелям RS-232. Первоначально эта технология
была приспособлена под потребности системы
FLYWAY в функциональном интерфейсе между
путешественниками и системой.
Спецификация Bluetooth была разработана
группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), которая
была основана в 1998 году. В неё вошли компании
Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth
SIG и IEEE достигли соглашения, на основе
которого спецификация Bluetooth стала частью
стандарта IEEE 802.15.1.
Принцип действия основан на
использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется
в ISM-диапазоне (англ. Industry, Science and Medicine), который используется в различных
бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования
диапазон 2,4-2,4835 ГГц)[7][8]. В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой
частоты[9] (англ. Frequency Hopping Spread Spectrum,
FHSS). Метод FHSS прост в реализации,
обеспечивает устойчивость к широкополосным
помехам
Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth
несущая частота сигнала скачкообразно
меняется 1600 раз в секунду[6] (всего выделяется 79 рабочих
частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса у́же — 23 частотных канала).
Последовательность переключения между
частотами для каждого соединения является
псевдослучайной и известна только передатчику
и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно
перестраиваются с одной несущей частоты
на другую. Таким образом, если рядом работают
несколько пар приёмник-передатчик, то
они не мешают друг другу. Этот алгоритм
является также составной частью системы
защиты конфиденциальности передаваемой
информации: переход происходит по псевдослучайному
алгоритму и определяется отдельно для
каждого соединения. При передаче цифровых
данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются
различные схемы кодирования: аудиосигнал
не повторяется (как правило), а цифровые
данные в случае утери пакета информации
будут переданы повторно.
1.2. Wi-Fi
Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная
точность») — торговая марка Wi-Fi Alliance для
беспроводных сетей на базе стандарта
IEEE 802.11.
Wi-Fi был создан в 1991 году
NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies
и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты,
предназначавшиеся изначально для систем
кассового обслуживания, были выведены
на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали
скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с.
Создатель Wi-Fi — Вик Хейз (Vic Hayes) находился
в команде, участвовавшей в разработке
таких стандартов, как IEEE 802.11b, IEEE 802.11a и
IEEE 802.11g. В 2003 году Вик ушёл из Agere Systems. Agere
Systems не смогла конкурировать на равных
в тяжёлых рыночных условиях, несмотря
на то, что её продукция занимала нишу
дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет
от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался,
и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце
2004 года.
Стандарт IEEE 802.11n был
утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение
позволяет повысить скорость передачи
данных практически вчетверо по сравнению
с устройствами стандартов 802.11g (максимальная
скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии
использования в режиме 802.11n с другими
устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен
обеспечить скорость передачи данных
до 600 Мбит/с.
Обычно схема Wi-Fi
сети содержит не менее одной точки
доступа и не менее одного клиента. Также
возможно подключение двух клиентов в
режиметочка-точка
(Ad-hoc), когда точка доступа не используется,
а клиенты соединяются посредством сетевых
адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт
свой идентификатор сети (SSID (англ.)русск.) с помощью специальных сигнальных пакетов
на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому
0,1 Мбит/с — наименьшая скорость
передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент
может выяснить, возможно ли подключение
к данной точке доступа. При попадании
в зону действия двух точек доступа с идентичными
SSID приёмник может выбирать между ними
на основании данных об уровне сигнала.
Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу
при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан
в официальном тексте стандарта.
Однако, стандарт не описывает
всех аспектов построения беспроводных
локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый
производитель оборудования решает
эту задачу по-своему, применяя
те подходы, которые он считает
наилучшими с той или иной
точки зрения. Поэтому возникает
необходимость классификации способов
построения беспроводных локальных
сетей.
По способу объединения точек
доступа в единую систему можно выделить:
Автономные точки доступа (называются
также самостоятельные, децентрализованные,
умные)
Точки доступа, работающие под
управлением контроллера (называются
также «легковесные», централизованные)
Бесконтроллерные, но не автономные
(управляемые без контроллера)
По способу организации и управления
радиоканалами можно выделить беспроводные
локальные сети:
Со статическими настройками
радиоканалов
С динамическими (адаптивными)
настройками радиоканалов
Со «слоистой» или многослойной
структурой радиоканалов
Разрешение на использование частот
В России,
в соответствии с решениями Государственной
комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) от 7 мая
2007 г. № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот
устройствам малого радиуса действия»[14] и от 20 декабря 2011 г. № 11-13-07-1[15], использование Wi-Fi без получения частного
разрешения на использование частот возможно
для организации сети внутри зданий, закрытых
складских помещений и производственных
территорий в полосах 2400—2483,5 МГц (стандарты
802.11b и 802.11g; каналы 1—13) и 5150-5350 МГц (802.11a
и 802.11n; каналы 34-64). Для легального использования
внеофисной беспроводной сети Wi-Fi (например,
радиоканала между двумя соседними домами)
необходимо получение разрешения на использование
частот (как в полосе 2,4 ГГц, так и 5 ГГц)
на основании заключения экспертизы о
возможности использования заявленных
РЭС и их электромагнитной совместимости
(ЭМС) с действующими и планируемыми для
использования РЭС.
1.3. WiMAX
WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave
Access) — телекоммуникационная технология,
разработанная с целью предоставления
универсальной беспроводной связи на
больших расстояниях для широкого спектра
устройств (от рабочих станций и портативных
компьютеров до мобильных телефонов).
Основана на стандарте IEEE 802.16, который
также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать
жаргонным названием, так как это не технология,
а названия форума, на котором Wireless MAN и
был согласован).
Название «WiMAX» было
создано WiMAX Forum — организацией, которая
была основана в июне 2001 года с целью продвижения
и развития технологии WiMAX. Форум описывает
WiMAX как «основанную на стандарте технологию,
предоставляющую высокоскоростной беспроводной
доступ к сети, альтернативный выделенным
линиям и DSL». Максимальная скорость —
до 1 Гбит/сек.
Область использования
WiMAX подходит для решения
следующих задач:
Соединения точек доступа
Wi-Fi друг с другом и другими сегментами
Интернета.
Обеспечения беспроводного
широкополосного доступа как альтернативы
выделенным линиям и DSL.
Предоставления высокоскоростных
сервисов передачи данных и телекоммуникационных
услуг.
Создания точек доступа,
не привязанных к географическому положению.
Создания систем удалённого
мониторинга (monitoring системы), как это имеет
место в системе SCADA.
WiMAX позволяет осуществлять
доступ в Интернет на высоких скоростях,
с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей.
Это позволяет использовать технологию
в качестве «магистральных каналов», продолжением
которых выступают традиционные DSL- и выделенные
линии, а также локальные сети. В результате
подобный подход позволяет создавать
масштабируемые высокоскоростные сети
в рамках городов.
Целесообразность использования
WiMAX как технологии доступа
WiMAX-системы, основанные
на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически
несовместимы. Краткие характеристики
каждой из версий приведены ниже.
802.16-2004 (известен также
как 802.16d, фиксированный WiMAX и WiMAX). Спецификация утверждена в
2004 году. Используется ортогональное частотное
мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный
доступ в зонах с наличием либо отсутствием
прямой видимости. Пользовательские устройства
представляют собой стационарные модемы
для установки вне и внутри помещений,
а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту
технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается
уже порядка 175 внедрений фиксированной
версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую
или взаимодополняющую технологию проводного
широкополосного доступа DSL.
802.16-2005 (известен также
как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в
2005 году. Это — новый виток развития технологии
фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная
для поддержки мобильных пользователей
версия поддерживает ряд специфических
функций, таких как хэндовер, idle mode и роуминг. Применяется масштабируемый
OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии
либо отсутствии прямой видимости. Планируемые
частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX
таковы: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы
несколько пилотных проектов, в том числе
первым в России свою сеть развернул «Скартел». В Казахстане реализован
проект FlyNet (flynet.kz). Конкурентами 802.16e являются
все мобильные технологии третьего поколения
(например, EV-DO, HSDPA).
Многие телекоммуникационные компании
делают большие ставки на использование
WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной
связи. И тому есть несколько причин.
Во-первых, технологии семейства 802.16
позволят экономически более эффективно
(по сравнению с проводными технологиями)
не только предоставлять доступ в сеть
новым клиентам, но и расширять спектр
услуг и охватывать новые труднодоступные
территории.
Во-вторых, беспроводные технологии многим
более просты в использовании, чем традиционные
проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты
в развёртывании и по мере необходимости
легко масштабируемы. Этот фактор оказывается
очень полезным, когда необходимо развернуть
большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру,
WiMAX был использован для того чтобы предоставить
доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре
2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура
области была выведена из строя и требовалось
оперативное восстановление услуг связи
для всего региона.
В сумме все эти преимущества
позволят снизить цены на предоставление
услуг высокоскоростного доступа в Интернет
как для бизнес структур, так и для частных
лиц
1.4. Infrared Data Association
InfraredDataAssociation — IrDA, ИК-порт,
Инфракрасный порт — группа стандартов,
описывающая протоколы физического и
логического уровня передачи данных с
использованием инфракрасного диапазона
световых волн в качестве носителя.
Является разновидностью
атмосферной оптической линии связи ближнего
радиуса действия.
Была особо популярна в
конце 1990-х начале 2000-х годов. В данное
время практически вытеснена более современными
способами связи, такими как Wi-Fi и Bluetooth.
Вопреки распространенному мнению, основной
причиной
Аппаратная реализация,
как правило, представляет собой пару
из передатчика, в виде светодиода, и приемника,
в виде фотодиода расположенных на каждой
из сторон линии связи. Наличие и передатчика
и приемника на каждой из сторон является
необходимым для использования протоколов
гарантированной доставки данных.
В ряде случаев, например
при использовании в пультах дистанционного
управления бытовой техникой, одна из
сторон может быть оснащена только передатчиком
а другая только приемником.
Иногда устройства
оснащают несколькими приемниками, что
позволяет одновременно поддерживать
связь с несколькими устройствами. Использование
при этом одного передатчика возможно
благодаря тому, что протоколы логического
уровня, для обеспечения гарантированной
доставки данных, требуют лишь незначительного
обратного трафика.
Наличие нескольких
передатчиков встречается гораздо реже.