Сравнительный анализ беспроводных технтехнологий
Министерство культуры Российской Федерации
Кемеровский государственный университет культуры и искусств.
Беспроводные информационные технологи; виды и области применения.
Курсовая работа
Кемерово 2011
Министерство культуры Российской Федерации
Кемеровский государственный университет культуры и искусств.
Кафедра технологии автоматизированной обработке информации
Беспроводные информационные технологи; Виды и области применения.
Исполнитель:
Студент Группы ИСИС-091
Копоть Евгений ____________
Научный руководитель:
Гендина Н.И. доктор пед., наук профессор ___________
Зав. Кафедрой:
Скипор И.Л. кан., пед., наук, доцент ___________
Дата допуска к защите ___________
Кемерово 2011
Оглавление
Введение 3
1. Виды беспроводных информационных технологий 4
1.1. Понятейный-терминологический аппарат в сфере беспроводных техн 4
1.2. Классификация беспроводных технологий 5
2. Сравнительный анализ беспроводных технтехнологий. 25
2.1. Сравнение разных стандартов беспроводной передачи данных 25
2.2. Преимущества и недостатки Bluetooth по сравнению с аналогичными технологиями 28
Заключение 31
Список используемой литературы 33
Введение
Интенсивное развитие сетевых технологий с удаленным доступом в последние годы характеризуется существенным повышением уровня требований, предъявляемых к разработке новых, более эффективных способов передачи и приема информации в распределенных корпоративных системах. В настоящее время значительно расширился круг задач, решаемых техническими ресурсами корпоративных сетей по обеспечению максимальной пропускной способности с гарантированным качеством. В первую очередь это обусловлено активным развитием сетевых технологий с интеграцией услуг, требующих от каналов связи оптимальной производительности.
Развитие
корпоративных сетей с
Целью работы является подготовка аналитического обзора беспроводных информационных технологий.
В соответствии с поставленной целью исследования проводились по следующим основным направлениям:
1. Анализ и классификация основных видов беспроводных информационных технологий.
2. Классификация беспроводных технологий по дальности действия.
3. Сравнительный анализ Bluetooth с аналогичными технологиями.
Предметом является изучение беспроводных информационных технологий и областей их применения.
1. Виды беспроводных информационных технологий
1.1. Понятие и проблемы
Нами было проанализировано несколько определений результаты представлены в таблице 1
Термин |
Определение |
Источник |
Беспроводные сети |
технология,
позволяющая создавать |
(Wikipedia) |
сеть, не использующая кабель для связи компонентов. Каналы беспроводной сети проложены через эфир. Беспроводные сети подразделяются на радиосети и инфракрасные сети. |
Глоссарий | |
локальная вычислительная сеть, использующая в качестве среды передачи данных электромагнитное излучение радиочастотного (как правило, СВЧ) или оптического (инфракрасного — ИК) диапазонов. |
Кирилл и Мефодий |
Таблица 1 – Беспроводные технологии
После анализа определений мы вывели рабочее определение:
Беспроводные компьютерные сети — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей, без использования кабельной проводки.
Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:
- Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);
- Соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).
Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер.
Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км).
Основные моменты, которые необходимо
помнить при развёртывании
- Поскольку в беспроводной индустрии пока ещё не выработано однозначного направления развития, каждая система, развёртываемая сегодня, является продуктом индивидуального «творчества» и рассчитана на небольшой жизненный цикл.
- Каждый тип беспроводной технологии рассчитан на определённых пользователей и/или на определённую площадь покрытия.
- Системы WPAN, WLAN и WWAN в настоящее время не могут напрямую взаимодействовать друг с другом (это показано на примере выше).
- Каждый тип систем имеет свои ограничения.
Беспроводные сети также имеют ограничения в сравнении с кабельными сетями. В настоящее время ведётся множество дискуссий на тему потенциальных возможностей обеспечения всех нужд беспроводными сетями и замены ими кабельных сетей на территории университета. В настоящий момент не существует веских причин, чтобы отказаться от классической кабельной инфраструктуры. Беспроводные сети просто не могут обеспечить должной скорости передачи данных (например 1 Ggbs), а также того уровня качества сервиса, которое дают современные кабельные сети.
Если одно из достоинств беспроводных систем – это мобильность, то развёртывание множества «одноразовых» систем будет явно недальновидным.
1.2. Классификация беспроводных
технологий по дальности
Системы WPAN эволюционировали от технологий, заменяющих шнур. Вот некоторые примеры:
- Беспроводные клавиатуры.
- соединение PDA с персональным компьютером.
- Радиотелефон.
Исходя из первоначального назначения, WPAN использует маломощные передатчики и покрывает ограниченное пространство.
Наиболее известная технология WPAN называется «Bluetooth». Bluetooth – это маломощная беспроводная система изначально разработанная как замена для инфракрасного соединения. Вот характеристики:
- Скорость передачи данных 732 Kbps или менее.
- Расстояние передачи – не более 10 метров.
- Нет поддержки роуминга – возможности сохранения соединения при переходе от одного Bluetooth к другому.
Так же были рассмотрены разные ресурсы, результаты работы представлены в Таблице 2
Таблица 2 - Bluetooth
Термин |
Определение |
Источник | |
Bluetooth |
(переводится как синий зуб, в честь Харальда I Синезубого) — производственная спецификация беспроводных персональных сетей (Wireless personal area network, WPAN). |
Wikipedia | |
технология беспроводной передачи по радиоканалу на малые расстояния, предназначенная для замены кабельных соединений между мобильными и стационарными электронными устройствами. Главными особенностями технологии Bluetooth являются надежность, малая мощность и низкая стоимость |
Информационные технологии и связь | ||
технология радиосвязи для управления периферийными устройствами; разработана в 1998 году фирмой Ericsson для обмена данными и обеспечения синхронизации их передачи между PDA, мобильными телефонами, компьютерами и другими устройствами (например, бытовой техникой) |
Кирилл и Мефодий | ||
это радиотехнология (радио-интерфейс) малой мощности, разрабатываемая с целью замены существующих кабельных соединений персональных офисной и бытовой техники с широким спектром переносных устройств, таких, как электронные записные книжки и мобильные телефоны, датчики сигнализации и телеметрии, и т.п. |
Толковый словарь новейшего языка беспроводной связи | ||
производственная спецификация беспроводных персональных сетей |
Wikipedia | ||
В результатк работы было создано рабочее определение:
Bluetooth — производственная спецификация беспроводных персональных сетей. 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, даже в разных помещениях.
Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) [51, c.25], 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. Работы по созданию Bluetooth компания Ericsson Mobile Communication начала в 1994 году. Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.
Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне, который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты [52, c.30] (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование стоит недорого [51, c.25].
Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «point-to-point», но и соединение «point-to-multipoint» [51, c.25].
Технология Bluetooth призвана обеспечить универсальную сетевую взаимосоединяемость для:
- организации каналов передачи данных и речи;
- замещения кабельных соединений;
- повсеместного применения встроенных во всевозможные средства связи, компьютеры и бытовые приборы компактных и дешевых сетевых адаптеров.
Интенсивное развитие технологии Bluetooth выражается оснащением различных устройств интерфейсом Bluetooth. Этот процесс стимулируется также тем фактом, что Bluetooth признан в качестве нового стандарта беспроводной связи, а также вовлечением в инициативную группу Bluetooth SIG все новых кампаний, начинающих разработку и выпуск продукции с использованием технологии Bluetooth.
Технология Bluetooth определяется следующими ключевыми параметрами:
- частотный диапазон – 2,44 ГГц – это полоса ПНМ – промышленные, научные и медицинские применения (ISM – industry, science, medicine);
- FHSS – скачкообразная перестройка частоты с расширением спектра, когда радиопередатчик осуществляет передачу сигнала, перескакивая с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму;
- дуплексный режим с временным разделением (TDD), который обеспечивает полнодуплексную передачу информации;
- поддержка изохронных и асинхронных услуг передачи информации, чем обеспечивается простая интеграция с TCP/IP, при этом слоты (временные интервалы) развертываются для синхронных пакетов, а каждый пакет передается на своей частоте радиосигнала;
- топология локальной радиосети организована по принципу множественных пикосетей, взаимодействующих между собой по стандартному радиоканалу, где пикосеть всегда включает одну мастер-станцию, синхронизирующую трафик в пикосети.
Области применения Bluetooth практически включают все сферы действия – радиотелефоны и пейджеры, модемы, адаптеры локальных сетей, настольные компьютеры, ноутбуки, ручные компьютеры и многое другое. Bluetooth обеспечивает радиосвязь в пределах до 10м/100 м и не требует прямой видимости источника сигнала и абонента.
Достоинства технологии:
- использует нелицензируемый диапазон частот ISM;
- легкость в использовании;
- возможность замены любых кабелей;
- гальваническая развязка соединений;
- возможность соединения мобильных компьютеров с другими мобильными устройствами;
- автоматическая конфигурация “plug and play”;
- поддержка передачи голоса и данных;
- возможность создания наращиваемых микросетей;
- устойчивость к помехам, что обеспечивается передачей сигналов методом Frequency Hopping Spread Spectrum;
- малые габариты и легкость интеграции;
- низкое энергопотребление;
- использование по всему миру;
- открытый стандарт;
- возможность работы разных устройств между собой;
- надежность и стойкость к внешним воздействиям. [40, c.45]
Bluetooth –
название, данное новому стандарту
IEEE 802.15.1 современной беспроводной
технологии, использующему радиоволны
для передачи данных на
За счет
использования технологии Bluetooth формируется
широкий набор новых сервисов,
среди которых выделим
- автоматическая синхронизация компьютеров и мобильных телефонов (например, как только осуществляется ввод новых данных в адресную книгу в ноутбуке, автоматически происходит модификация соответствующих записей в настольном компьютере, и наоборот);
- автоматическая резервная синхронизация, при которой обеспечивается автоматическая передача информации с одного ПК через сотовый телефон на другой ПК;
- соединение между собой всех периферийных устройств, при котором обеспечивается беспроводное соединение ПК с принтером, сканером и локальной вычислительной сетью;
- оперативное составление электронных сообщений с использованием портативного ПК и их немедленная рассылка с помощью мобильного телефона;
- беспроводная связь автомобильного комплекта “hands free” с сотовым телефоном, находящимся в скрытом состоянии, что позволяет “hands free” не только соединяться с ним, но и осуществлять голосовое управление телефоном (включение/выключение, набор номера и др.);
- беспроводная передача фотографий и видеоклипов через мобильный телефон с возможностью добавления нужных комментариев посредством клавиатуры на телефоне перед их отправкой адресату;
- соединение нескольких абонентов для обмена информацией;
- использование ноутбука для доступа в Интернет независимо от вида подключения;
- использование портативного ПК в качестве спикерфона (соединив беспроводный головной телефон (headset) с ноутбуком, можно использовать его в любом месте) [34, c.40].
ZigBee — название набора сетевых протоколов верхнего уровня, использующих маленькие, маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется длительное время автономной работы от батарей и высокая безопасность передачи данных, при небольших скоростях передачи данных.
Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при относительно невысоком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи, но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений.
Области применения данной технологии — это построение беспроводных сетей датчиков, автоматизация жилых и строящихся помещений, создание индивидуального диагностического медицинского оборудования, системы промышленного мониторинга и управления, а также при разработке бытовой электроники и персональных компьютеров.
Для обеспечения
совместимости устройств
Альянс ZigBee — является органом, обеспечивающим и публикующим стандарты ZigBee, он также публикует профили приложений, что позволяет производителям изначальной комплектации создавать совместимые продукты. Текущий список профилей приложений, опубликованных, или уже находящихся в работе:
- Домашняя автоматизация
- Рациональное использование энергии (ZigBee Smart Energy 1.0/2.0)
- Автоматизация коммерческого строительства
- Телекоммуникационные приложения
- Персональный, домашний и больничный уход
- Игрушки
Сотрудничество между IEEE 802.15.4 и ZigBee подобно тому, что было между IEEE 802.11 и альянсом Wi-Fi. Спецификация ZigBee 1.0 была ратифицирована 14 декабря 2004 и доступна для членов альянса ZigBee. Сравнительно недавно, 30 октября 2007 г., была размещена спецификация ZigBee 2007. О первом профиле приложения — «Домашняя автоматизация» ZigBee, было объявлено 2 ноября 2007. ZigBee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и в Австралии, и 2.4 ГГц в большинстве стран в мире. Как правило, в продаже имеются чипы ZigBee, являющиеся объединёнными радио- и микроконтроллерами с размером Flash-памяти от 60К до 128К таких производителей, как Jennic JN5148, Freescale MC13213, Ember EM250, Texas Instruments CC2430, Samsung Electro-Mechanics ZBS240 и Atmel ATmega128RFA1. Радиомодуль также можно использовать отдельно с любым процессором и микроконтроллером. Как правило, производители радиомодулей предлагают также стек программного обеспечения ZigBee, хотя доступны и другие независимые стеки [46].
Так как ZigBee может активироваться (то есть переходить от спящего режима к активному) за 15 миллисекунд или меньше, задержка отклика устройства может быть очень низкой, особенно по сравнению с Bluetooth, для которого задержка, образующаяся при переходе от спящего режима к активному, обычно достигает трёх секунд. Так как ZigBee большую часть времени находится в спящем режиме, уровень потребления энергии может быть очень низким, благодаря чему достигается длительная работа от батарей [47, c.26].
Первый выпуск стека сейчас известен под названием ZigBee 2004. Второй выпуск стека называется ZigBee 2006, и, в основном, заменяет структуру MSG/KVP, использующуюся в ZigBee 2004 вместе с «библиотекой кластеров». Стек 2004 года сейчас более или менее вышел из употребления. Реализация ZigBee 2007 в настоящее время является текущей, она содержит два профиля стека, профиль стека № 1 (который называют просто ZigBee) для домашнего и мелкого коммерческого использования, и профиль стека № 2 (который называют ZigBee Pro). ZigBee Pro предлагает больше функций, таких как широковещание, маршрутизацию вида «многие-к-одному» и высокую безопасность с использованием симметричного ключа (SKKE), в то время как ZigBee (профиль стека № 1) занимает меньше места в оперативной и Flash-памяти. Оба профиля позволяют развернуть полномасштабную сеть с ячеистой топологией и работают со всеми профилями приложений ZigBee.
Ultrawideband (UWB) — сверхширокополосная связь — получила такое название благодаря тому, что в этом стандарте используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот. Эта беспроводная технология предназначена для передачи данных на короткие (до 10 м) расстояния с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низкой потребляемой мощностью. UWB обеспечивает передачу видео между устройствами бытовой электроники и периферийными устройствами ПК. Одно из основных преимуществ этой технологии заключается в том, что она не создает помех для других беспроводных технологий, используемых в настоящее время, — таких как Wi-Fi, WiMAX и сотовая связь.
Нами было проработано несколько ресурсов с определением термина Wi – Fi, результаты работы представлены в Таблице 3.
Таблица 3 – Wi – Fi
Термин |
Определение |
Источник |
Wi – Fi |
беспроводная локальная вычислительная сеть. |
Wikipedia |
технология беспроводных городских сетей, спецификация которой утверждена в январе 2003 года. |
Кирилл и Мефодий | |
Беспроводная локальная сеть, обычно использующая частотный диапазон 2,4 ГГц, не требующий лицензии. Использование радиочастоты накладывает единственное ограничение на организацию такой сети, которым является расстояние между узлами беспроводного входа в сеть. |
Словарь технических терминов и стандартов | |
Беспроводной интерфейс (беспроводная локальная сеть, сетевой адаптер), широко распространенный на ноутбуках. Применяется для построения локальных компьютерных сетей без использования проводов, как в одноранговых, так и с использованием коммутаторов. |
Словарь Электронщик | |
беспроводная локальная сеть. |
Учебно-информационный портал. |
Технологии WLAN базируются на семействе стандартов 802.11. Многие организации и домашние пользователи используют Wi-Fi (Технологии WLAN, базирующиеся на семействе стандартов 802.11, часто обозначают термином Wi-Fi. Изначально данный термин был введен организацией Wi-Fi Alliance, для обозначения продуктов серии стандарта 802.11b, однако сегодня этот термин применятся для продуктов, соответствующих любому стандарту из семейства 802.11) как альтернативу проводным локальным сетям. Помимо беспроводных домашних и офисных сетей технология Wi-Fi нашла широкое применение в сфере организации публичного доступа в Интернет.
Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T 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 [51, c.25].
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 [29, c.6].
Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) 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. [15, c.25]
Однако, стандарт не описывает все аспекты 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)