Беспроводные сети связи
Сожержание
Введение
История
развития беспроводных сетей
Стандарты
беспроводных сетей
Преодоление
звукового барьера
Ближайшие
перспективы
Безопасность
беспроводных сетей
Заключение
Введение
В наше время доступ к корпоративной сети требуется практически каждому служащему, однако прокладка медного кабеля повсюду, где это необходимо, - вещь, разумеется, нереальная. Идет ли речь о складе, конференц-зале или о вашей квартире, лучшее средство для обеспечения бесперебойной связи - это беспроводная ЛВС. Такие сети позволяют включить в рабочую среду каждый квадратный метр университетского городка, офиса или жилого дома. А с появлением новых услуг для беспроводных ЛВС, таких, как MobileStar Network, пользователи получают возможность доступа в Интернет из аэропортов и гостиниц.
Беспроводные ЛВС существуют уже не один год, но до последнего времени для них не было разработано общепризнанных стандартов; кроме того, эти системы с пропускной способностью 1,5 Мбит/с были, мягко говоря, недостаточно скоростными. Поэтому их использовали прежде всего для решения узкоспециальных задач, таких, как организация обмена данными с устройствами для учета товарных запасов на предприятиях розничной торговли. Популярные беспроводные технологии узаконил принятый в 1997 г. американский стандарт IEEE 802.11 “Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications” и аналогичный международный стандарт ISO 8802.11 1998 г. Сейчас основная масса устройств RadioEthernet выпускается в соответствии со стандартом. В то же время появляются все новые модели, превосходящие по характеристикам стандартное оборудование.
К
2000 году, благодаря появлению нового
стандарта IEEE (802.11b), а также стараниями
участников консорциума производителей
Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) на рынок поступают
новые, более дешевые изделия, которые
отличаются высоким быстродействием и
функциональной совместимостью с продуктами
различных поставщиков. Ныне беспроводные
технологии позволяют успешно решить
проблему расширения зоны действия традиционной
проводной сети. И надо сказать, что во
многих случаях каналы беспроводной связи
могут стать единственной возможностью
подключения к ЛВС и выхода в Интернет.
История
развития беспроводных
сетей
Первые образцы беспроводного
оборудования были созданы для
диапазона 902—928 МГц. Типовой пример
подобного оборудования —
Скорости передачи в этом диапазоне, казалось бы, достаточны, чтобы удовлетворить многих пользователей. Однако следует иметь в виду, что речь идет о “технической” скорости передачи битов в физическом канале. Кроме информационной, сообщение должно содержать служебную часть. К тому же необходимо время для установления связи и синхронизации. Реальная скорость передачи информации, как правило, не превышает 70% технической. Следует также учитывать, что по технологии RadioEthernet общая среда передачи в каждый момент времени выделяется в монопольное использование только одному абоненту, т. е. пропускная способность сети для каждого абонента будет меньше 70% “технической” скорости в n раз (где n — количество абонентов). Так, при 10 одновременно работающих абонентах на каждого придется не более 60 кбит/с реальной пропускной способности. Это обстоятельство, а также использование диапазона другими радиосредствами (в частности, сетями сотовой связи GSM-900), создающими помехи сетям RadioEthernet, привело к тому, что беспроводные сети диапазона 902—928 МГц не получили широкого распространения.
Более удобным оказался диапазон 2400—2483,5 МГц — и по большей пропускной способности, и в смысле меньшего уровня помех от других радиосредств. Следует, правда, оговорить два обстоятельства. Во-первых, в ряде стран разрешено лишь частичное использование этого диапазона. Второе обстоятельство связано с величиной, эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) сигнала. Ограничения FCC, действующие в США, были перечислены выше. В Европе Институт стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI) ограничил значение ЭИИМ 100 мВт (20 дБм). Оборудование выпускается исходя из этих ограничений. Если же ЭИИМ больше допустимой — необходимо специальное разрешение. Cитуация не отличается от имеющей место в России, где действует обобщенное решение ГКРЧ о разрешении использования диапазона на вторичной основе, но требуется регистрация оборудования в Госсвязьнадзоре. Принятие в России европейских ограничений существенно упростило бы жизнь операторам беспроводных сетей без какого-либо ущерба другим системам этого диапазона. Никому не приходит в голову требовать регистрации в Госсвязьнадзоре бытовых СВЧ-печей, излучающих паразитный сигнал не меньшей мощности, а беспроводное оборудование с такой же или даже меньшей ЭИИМ подлежит обязательной регистрации.
Вплоть до 1997 г. каждый изготовитель выпускал оборудование этого диапазона, не сдерживаемый практически никакими ограничениями, кроме частотно-энергетических. Беспроводным системам, однако, все еще недоставало важнейшего элемента - стандартов. Стандарты стабилизируют продукцию, сокращают расходы на исследования и разработки, что в конечном итоге приводит к снижению цены. Совместная работа изделий различных производителей тоже невозможна без стандартов, обеспечивающих совместимость продукции независимых компаний и организаций.
Еще с 1990 года, рабочая группа IEEE 802.11 сосредоточила усилия на разработке необходимых стандартов.
В запросе на разрешение проекта (Project Authorization Request - PAR), представленном IEEE в мае 1991 года для организации рабочей группы, говорится: "Цель предложенного стандарта (на беспроводные сети) - разработка спецификации для беспроводного соединения стационарных, портативных и мобильных станций локальной сети". И далее: "Стандарт предназначен для обеспечения беспроводного соединения автоматической аппаратуры и оборудования или станций для быстрого развертывания, которые могут быть и портативными, и переносными, и расположенными на мобильных объектах в пределах локальной области".
Последний черновой вариант
Стандарты
беспроводных сетей
Современное состояние беспроводной связи определяется ситуацией со стандартом IEEE 802.11. Разработкой и совершенствованием стандарта занимается рабочая группа по беспроводным локальным сетям (Working Group for Wireless Local Area Networks) комитета по стандартизации Института Инженеров Электротехники и Электроники (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) под председательством Вика Хэйса (Vic Hayes) из компании Lucent Technologies. В группе около ста членов с решающим и около пятидесяти с совещательным голосом; они представляют практически всех изготовителей оборудования, а также исследовательские центры и университеты. Четыре раза в год группа собирается на пленарные заседания и принимает решения по совершенствованию стандарта.
Стандарт определяет один тип протокола доступа к среде MAC-уровня и три различных протокола для физических (PHY) каналов.
На MAC-уровне определяются базовые составляющие архитектуры сети и перечень услуг, предоставляемых этим уровнем. Предусмотрено два типовых варианта архитектуры беспроводных сетей:Независимая конфигурация “ad-hoc”, когда станции могут связываться непосредственно друг с другом. Площадь такой сети и функциональные возможности ограничены. Инфраструктурная конфигурация, при которой станции связываются через точку доступа, либо работающую автономно, либо подключенную к кабельной сети. Стандарт определяет интерфейс радиоканала между станциями и точкой доступа. Точки доступа могут соединяться между собой с помощью радиомостов или сегментов кабельной сети. В стандарте зафиксирован протокол использования единой среды передачи, получивший название Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance (CSMA/CA). Вероятность конфликтов для беспроводных узлов минимизируется путем предварительной отправки всем узлам короткого сообщения (ready to send, RTS) об адресате и продолжительности предстоящей передачи. Узлы задерживают передачу на время, равное объявленной длительности сообщения. Приемная станция отвечает на RTS посылкой (CTS), по которой передающий узел узнает, свободна ли среда и готов ли узел к приему. После приема пакета данных узел передает подтверждение (ACK) безошибочного приема. Если ACK не получено, пакет данных будет передан повторно.Предусмотренная стандартом спецификация предписывает разбиение данных на пакеты, снабженные контрольной и адресной информацией. После этой информации, занимающей около 30 байт, следует информационный блок длиной до 2048 байт. Затем следует 4-байт CRC-код информационного блока. Стандарт рекомендует использовать пакеты длиной 400 байт для физического канала типа FHSS и 1500 или 2048 для канала DSSS.
В
стандарте предусмотрено
На
физическом уровне стандарт допускает
использование одного из двух типов
радиоканалов и одного типа канала
инфракрасного диапазона. Оба типа
радиоканалов используют технологию расширения
спектра, приводящую к уменьшению среднего
значения спектральной плотности мощности
сигнала благодаря
Первый тип радиоканала — Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Radio PHY. Предусмотрена скорость передачи 1 Мбит/с (факультативно 2 Мбит/с). Версия 1 Мбит/с использует двухуровневую гауссову частотную модуляцию (2GFSK), а версия 2 Мбит/с — четырехуровневую (4GFSK). При скорости 1 Мбит/с частота сигнала изменяется на длительности символа сообщения, равной 1 мкс, по гауссову закону от номинального значения до значения +170 кГц и возвращается к номинальному значению. Для передачи нуля частота сигнала изменяется на величину –170 кГц. Для скорости 2 Мбит/с предусмотрено четыре уровня отклонения частоты (+225, +75, –75, –225 кГц), поэтому каждая элементарная посылка (символ) переносит два бита сообщения. Ширина спектра сигнала при такой модуляции равна 1 МГц, независимо от скорости передачи. Это дает возможность использовать для передачи 79 частотных позиций в диапазоне от 2402 до 2480 МГц с шагом 1 МГц. Для расширения спектра частота сигнала изменяется по псевдослучайному закону не реже одного раза в 400 мс.
Второй тип радиоканала — Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Radio PHY. В этом варианте предусматривается передача со скоростями 1 и 2 Мбит/с. При скорости передачи 1 Мбит/с используется двоичная фазовая манипуляция — Binary Phase Shift Keying (BPSK). Единичный бит представляется 11-элементным кодом Баркера вида 11100010010, а нулевой бит — инверсным кодом Баркера. Элементарные символы кода Баркера не переносят информации, биты передаются сразу всем кодом Баркера — прямым или инверсным. Это позволяет придать сигналу свойства шума, обеспечивающие помехоустойчивость. Ширина спектра такого сигнала составляет 22 МГц. Для скорости 2 Мбит/с стандарт предусматривает квадратурную фазовую манипуляцию — QPSK. На длительности символа сообщения в этом случае передаются два бита. Для этого необходимо уже не два, а четыре различных сигнала. Поэтому вместе с основным несущим колебанием используется дополнительное, сдвинутое относительно него по фазе на 90°. Фаза каждого из этих колебаний управляется прямой или инверсной последовательностью Баркера, и оба колебания складываются. Таким образом, на длительности символа сигнал имеет четыре степени свободы, позволяющие передавать два бита. При этом скорость передачи увеличивается вдвое при сохранении той же полосы частот, что и при двоичной передаче. Для передачи сигнала DSSS используется одна из 14 перекрывающихся частотных полос, определенных стандартом в общей полосе частот 83,5 МГц.
Для
инфракрасного канала (Infrared PHY) стандарт
предусматривает скорость 1 Мбит/с (факультативно
2 Мбит/с) с импульсно-позиционной модуляцией.
Большого интереса этот тип канала не
представляет, поскольку дальность передачи,
предусмотренная стандартом, не превышает
20 м.
Преодоление
звукового барьера
Стандарт 802.11 определяет скорость 1 Мбит/с для метода скачущей частоты и 2 Мбит/с в качестве опции. Некоторые компании заявляют, что они имеют продукты со скоростью передачи данных 3 Мбит/с и более в диапазоне 2,4 ГГц. Однако для того, чтобы эти высокоскоростные продукты соответствовали спецификации и работали с продуктами других производителей, они должны передавать данные со стандартными скоростями.
Поддерживаемые в настоящее время скорости просто черепашьи по сравнению с 10 Мбит/с для стандартного Ethernet и не идут ни в какое сравнение с высокоскоростными технологиями типа Fast Ethernet. Однако с появлением базового стандарта для беспроводных сетей производители могут принять его как исходную точку для разработки продуктов с поддержкой более высоких скоростей передачи данных, и определенные усилия в этом направлении уже предпринимаются.
По
данным компании WLAN, два таких проекта
уже запущены в рамках 802.11, но в
обоих случаях стандартизации в
ближайшее время ждать не приходится.
Тем не менее отрасль уже
Как
надеются многие, высокие скорости
мало что изменят в уровне MAC. А
это значительно облегчает
Что касается метода скачущей частоты, то несколько компаний заявили о своих намерениях обеспечить более быструю передачу данных в диапазоне 2,4 ГГц (хотя, каким образом это будет делаться, пока никто не сообщал).
В отношении метода прямой последовательности Bell Labs объявила в апреле этого года, что она запатентовала технологию, с помощью которой беспроводные локальные сети могут передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. Метод прямой последовательности с модуляцией положения импульсов (Direct Sequence/Pulse Position Modulation, DS/PPM) опирается на DSSS, и, по утверждению Bell Labs, данная технология хорошо устойчива к шумам и помехам; при этом она надежна и эффективна.
"В
настоящее время пропускная
"Проблема
с увеличением скорости в
Единственной пока компанией, выпускающей продукты, работающие в этом диапазоне частот, является RadioLAN. Продукты RadioLAN/10 работают со стандартной скоростью Ethernet в 10 Мбит/с. Они передают во всех трех новых диапазонах и сертифицированы на соответствие U-NII при 5,8 ГГц.Марк Босс, вице-президент по маркетингу RadioLAN, полагает, что скорости 10 Мбит/с можно добиться и при сигнале с частотой 2,4 ГГц, но он сомневается, что такое решение надежно. "Настоящая проблема [повышения скоростей продуктов в диапазоне 2,4 ГГц] - это цена, - говорит он. - Но для достижения более высокой пропускной способности данных в диапазоне 2,4 ГГц производителям придется использовать более дорогие комплектующие. По этой же причине Gigabit Ethernet дороже 10BaseT". С другой стороны, в силу своей природы диапазон 5 ГГц позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с, так как его частота выше.
Несколько
компаний-производителей продуктов
для 2,4 ГГц заявили, что они рассматривают
диапазон 5 ГГц. Lucent вступила в европейский
консорциум Magic Wand, работающий над прототипом
системы со скоростью 20 Мбит/с при 5 ГГц.
Кроме того, по словам Шампнес, Lucent занимает
ключевые позиции в 802.11 и европейской
широкополосной сети радиочастотного
доступа, причем обе эти организации рассматривают
диапазон 5 ГГц в качестве одного из вариантов.Общее
мнение производителей беспроводного
оборудования сводится к тому, что стандарт
802.11 - хотя и хорошее начало, но только
начало.
Ближайшие
перспективы
Работы над развитием стандарта идут параллельно с новыми разработками. Уже созданы подгруппы для работы по четырем направлениям.
Проект 802.11a — разработка спецификаций физического уровня в диапазоне 5 ГГц для высокоскоростной передачи. Проект базируется на новом типе физического канала с ортогональным частотным разделением сигналов и мультиплексированием — Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) для модуляции данных. OFDM-модуляция отличается высокой помехоустойчивостью в условиях многолучевого распространения сигналов, что характерно для закрытых помещений и мобильных пользователей. Каждый OFDM-символ формируется на 52 поднесущих, из которых 48 используются для передачи данных, и четырех — в качестве опорных сигналов для фазовых демодуляторов приемника. О виде информационной модуляции на поднесущих не сообщается. Спецификация физического уровня предусматривает скорость передачи от 6 до 54 Мбит/с. Предполагается пересмотр протоколов MAC-уровня и обязательное обеспечение скоростей 6, 12 и 24 Мбит/с. Дополнительно — 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с. Разрабатываемый многоскоростной механизм MAC-протокола обеспечит связь на оптимальной для каждого сетевого радиоустройства скорости.
Что
касается диапазона частот, то в
проекте предусмотрено
Проект
802.11b — разработка дополнений спецификации
физического уровня диапазона 2,4 ГГц
для высокоскоростной передачи. Проект
призван узаконить уже
В условиях соблюдения частотных ограничений стандарта другого пути повышения скорости передачи, кроме увеличения объема алфавита сигналов, не существует. Для этого вместо кода Баркера для расширения спектра использованы восемь модифицированных кодов Уолша, обладающих свойством ортогональности в точке, что обеспечивает их различение на приемной стороне. На каждой из двух поднесущих возможно применение любой прямой или инверсной последовательности Уолша, что дает по 8Ч2=24 степеней свободы. Такой метод модуляции позволяет передавать в суммарном канале 8 бит одним символом. При тактовой частоте, определенной стандартом (11 МГц), один символ сообщения будет иметь в 11/8= =1,375 раза меньшую длительность, поэтому скорость передачи символов увеличивается в 8Ч1,375=11 раз по сравнению со стандартным вариантом 1 Мбит/с. При использовании только одной квадратурной составляющей скорость передачи будет равна, естественно, 5,5 Мбит/с.
Одновременно с стандартом IEEE 802.11b развиваются Bluetooth и HomeRF.
Проект 802.11с — доработка протокола MAC-уровня для обеспечения высокоскоростной передачи в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Предназначен для разработки дополнения к стандарту 802.1d — для распознавания пакетов, передаваемых в высокоскоростных радиосетях.
Проект
802.11d — разработка предложений по
совершенствованию норм использования
ISM-диапазонов. Его цель — работа
с региональными органами, регулирующими
распределение частотного диапазона,
для выработки единой всемирной
политики применения диапазонов ISM и
обеспечения беспроводного
Безопасность
беспроводных сетей
Беспроводные компьютерные
Однако цена оборудования постоянно снижается, процедуры регистрации хотя и медленно, но упрощаются, а вопрос безопасности остается открытым. В данной статье делается попытка ответить на этот вопрос.Сразу необходимо заметить, что беспроводные сети отличаются от кабельных только на первых двух - физическом (Phy) и отчасти канальном (MAC) - уровнях семиуровневой модели взаимодействия открытых систем. Более высокие уровни реализуются как в проводных сетях, а реальная безопасность сетей обеспечивается именно на этих уровнях. Поэтому разница в безопасности тех и других сетей сводится к разнице в безопасности физического и MAC-уровней.
Принято считать, что безопасности беспроводных сетей угрожают:
-нарушение физической целостности сети;
-подслушивание трафика;
-вторжение в сеть.
Угрозу
сетевой безопасности могут представлять
природные явления и
Целостность
же проводной сети может быть нарушена
в результате случайного или преднамеренного
повреждения кабельной проводки
и сетевого оборудования. Нарушение
может быть предотвращено ограничением
доступа к сети потенциальных
злоумышленников и поэтому
В беспроводном оборудовании стандарта IEEE 802.11 предусмотрены специальные меры защиты от нарушения целостности сети: расширение спектра сигнала в варианте DSSS или FHSS (см. PC Magazine/RE, 10/99, с. 184). Наиболее распространенное в России и странах СНГ оборудование компаний Aironet и Lucent Technologies реализует технологию DSSS, а BreezeCOM - FHSS. В случае DSSS обеспечивается выигрыш при обработке около 10 дБ, т. е. действие помехи ослабляется в среднем в 10 раз, а при использовании FHSS искаженный помехой пакет данных повторно передается на другой частоте. Разумеется, эти меры не обеспечивают полной защиты от всех возможных помех.
Прослушивание трафика сети.Применительно к проводным сетям опасность прослушивания реальна в случае сетей на неэкранированной витой паре, излучение которой может быть довольно просто перехвачено и дешифровано при помощи современных технических средств. (Такие шпионские средства обычно размещаются за пределами зданий, в которых развернута сеть.) В сетях на экранированной витой паре или коаксиальном кабеле излучение существенно ниже и вероятность перехвата и прослушивания информационных потоков мала.

- Беспроводные сети стандарта 802.11
- Беспроводные системы передачи данных
- Беспроводные соединения
- Беспроводные технологии
- Беспроводные технологии
- Беспроводные технологии в сетях
- Беспроводные технологии передачи данных
- Беспроводные сети
- Беспроводные сети
- Беспроводные сети wimax
- Беспроводные сети интернет
- Беспроводные сети и облайчные технологии
- Беспроводные сети. Особенности беспроводных сетей. Связность сетей. Частотные каналы
- Беспроводные сети передачи данных