Беспроводные технологии в сетях

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«Национальный исследовательский  ядерный университет «МИФИ»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

 

КАФЕДРА  «ИНФОРМАЦИОННЫЕ  СИСТЕМЫ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Беспроводные  технологии в сетях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Коваленко Н.К.

Группа:       ИС-С08з

Проверил:  Мочальнов А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обнинск, 2013 

Оглавление

Введение. 3

Средства спутниковой  связи. 5

Технология WiMAX. 7

Технология CDMA. 8

Технология WiFi. 9

Технология  Bluetooth. 10

Список используемой литературы: 11

 

Введение.

Радиосети (беспроводные сети) применяются для обмена данными  между локальными вычислительными  сетями, когда использование традиционных кабельных технологий затруднено или  нецелесообразно (дорого). Примером эффективного использования беспроводной технологии радиодоступа является обеспечение связи между сегментами локальных сетей в случае нехватки финансовых средств, отсутствия разрешения на проведение кабельных работ или отказа телефонной станции в аренде выделенного канала. В таких случаях единственным решением является применение беспроводных сетевых мостов. Также к беспроводным технологиям радиодоступа прибегают в случае экономической нецелесообразности прокладки кабеля, например, при создании временных компьютерных сетей на выставках или офисах, взятых в краткосрочную аренду. 

Преимущества  беспроводных технологий

Беспроводные технологии обладают выгодными отличиями от кабельных технологий по следующим  показателям:

• Стоимость. При расстоянии между объектами связи более 500 метров применение радиосетей оказывается значительно выгоднее, чем прокладка оптоволокна. К тому же получить разрешение на проведение кабельных работ практически невозможно.
• Удаленность. Радиоканал целесообразно использовать при невозможности или нецелесообразности прокладки кабеля между объектами связи, между которыми, например, находится автомобильная трасса или водная преграда. В этих условиях, как показывает опыт российских регионов, беспроводные сети - наиболее эффективное средство организации обмена данными.  
• Мобильность. Радиооборудование в компьютерных радиосетях является мобильным, т.к. легко демонтируется и устанавливается на новом месте. Радиотехнологии позволяют организовать передачу данных между подвижными объектами. Необходимо отметить, что скорость обмена данными между движущимися объектами снижается.
• Короткие сроки выполнения работ. Средний срок организации выделенной линии по оптическому кабелю - 60 дней. При использовании радиооборудования отпадает необходимость в прокладке кабеля, которая занимает длительное время. Максимальный срок организации выделенной линии по радиоканалу - 14 дней. 
• Легкость в обслуживании. Радиооборудование легко настраивается; эти работы могут выполняться силами администраторов ЛВС. Регламентные и ремонтные работы на радиоканале не связаны с подземными работами, которые проводятся только уполномоченными организациями и, следовательно, требуют много времени.
• Гибкость конфигурации. Применение беспроводных технологий позволяет создавать практически любые конфигурации сетей передачи данных на больших территориях без существенных капиталовложений, а также быстро их изменять, подключать к ЛВС новые компьютеры и т.д.
• Высокая производительность. Компьютерные радиосети позволяют производить обмен данными с пропускной способностью до 100 Мбит/с. По скорости работы радиосредства превосходят все современные проводные модемы, но уступают волоконно-оптическим линиям связи.
• Надежность. Радиооборудование, работающее на сверхвысоких частотах, обеспечивает высокое качество связи, которое абсолютно не зависит от погодных условий: дождь, снег, мороз, жара, гроза. Вопросы сетевой безопасности в случае использования радиоканалов связи решаются так же, как и в случае проводных каналов: защита от несанкционированного доступа в ЛВС с помощью межсетевых экранов (брэндмауэр или firewall) и шифрование передаваемой из ЛВС информации.
• Общедоступность. Благодаря низкой стоимости, производительности, легкости в обслуживании и другим вышеперечисленным свойствам, беспроводные компьютерные технологии стали широко распространенным средством связи. Быстрое распространение этих технологий в России убедительно свидетельствует о том, что компьютерные радиосети доступны для всех: от крупнейших банков до средних и мелких предприятий.

В соответствии с действующим  законом о Связи контроль всех средств связи и использования радиочастотного спектра является «исключительным правом государства и обеспечивается в соответствии с международными договорами Российской Федерации и законодательством Российской Федерации посредством проведения экономических, организационных и технических мероприятий, связанных с конверсией радиочастотного спектра и направленных на ускорение внедрения перспективных технологий и стандартов, обеспечение эффективного использования радиочастотного спектра в социальной сфере и экономике, а также для нужд государственного управления, обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка».

Государственный контроль производства и эксплуатации средств связи  осуществляется органами Госсвязьнадзора, в которых обязательна регистрация  любых источников электромагнитного  излучения. Чтобы получить разрешение на эксплуатацию радиооборудования необходим сертификат соответствия российским стандартам и положительное решение Государственной комиссии по радиочастотам по диапазону, в котором работает радиооборудование. Регистрация радиоаппаратуры обязательна для любых физических и юридических лиц, независимо от форм собственности.

Однако, в перечень разрешенных  к использованию в России без  регистрации радиоэлектронных средств  внесено «пользовательское (оконечное) оборудование радиодоступа (беспроводного доступа) в полосе радиочастот 2400 - 2483,5 МГц с мощностью излучения передающих устройств до 100 мВт включительно». Таким образом оборудование, работающее по стандарту Wi-Fi, регистрации не подлежит и может использоваться для построения беспроводных сетей передачи данных.

Классификация оборудования для создания беспроводных сетей

Оборудование, которое используется при создании современных беспроводных сетей передачи данных можно разделить  на следующие группы: 

• оборудование магистральных каналов связи, с помощью которого услуги оператора связи распределяются по ключевым узловым точкам (опорной сети оператора связи), например оборудование радиорелейной и спутниковой связи;
• оборудование  «последней мили», с помощью которого организуется доставка услуг связи от точки доступа опорной сети оператора связи до клиента (технология WiMAX);
• оборудование беспроводных ЛВС, используемое непосредственно владельцами ЛВС, работающее по стандарту Wi-Fi.

Первая группа оборудования используются, как правило, операторами  связи, последняя – владельцами  ЛВС для соединения фрагментов ЛВС  между собой и подключения  к ЛВС компьютеров пользователей. Оборудование «последней мили» может принадлежать как операторам связи, так и конечным потребителям.

 

 

 

Средства спутниковой  связи.

Современной технологией  организации каналов передачи данных регионального уровня в условиях невозможности прокладки кабельных  каналов связи, а также федерального и межгосударственного уровней  является спутниковая связь.

В Советском Союзе первая спутниковая связь базировалась на использовании спутников «Молния-1»  и могла обеспечить до четырех-шести  телефонных каналов. Дальнейшим ее развитием явилось создание в 70-х гг. ХХ века первой в мире системы спутникового вещания «Орбита» на базе аппаратуры «Горизонт-К», что сделало возможным подачу программ Центрального телевидения в восточные районы страны. Система «Орбита» стала первой в мире спутниковой системой, в которой наиболее эффективно использованы возможности спутниковой связи.

В 1972 г. было заключено межправительственное соглашение между СССР и США о  создании прямой линии правительственной  связи между главами государств на случай чрезвычайных обстоятельств. На территории СССР были созданы две земных приемно-передающие станции для организации канала связи через советские спутники «Молния-3» и «Интелсат-IVa» международной компании «Интелсат». Этот канал связи действует до настоящего времени. В 80-е годы услуги спутниковой связи дополнительно предоставлялись с помощью народно-хозяйственных спутников «Горизонт».

В настоящее время имеются  и интенсивно развиваются десятки  спутниковых систем передачи данных, основанных на различных спутниковых  технологиях. В Сибирском федеральном округе в 2003-м году начато создание региональной сети спутниковой связи на основе малых спутниковых наземных станций (VSAT – Very Small Aperture Terminal).

По международной классификации  к VSAT относятся спутниковые станции  с антеннами менее 2,5 метров. VSAT-станция способна обеспечить полностью автономный высокоскоростной доступ в Интернет, телефонную связь, мгновенную отправку больших объемов информации, с ее помощью можно проводить видеоконференции. Для конечного пользователя спутниковый VSAT-терминал является обычным модемом, через который он выходит в Интернет. Сейчас в мире более миллиона VSAT, из них только в США более 500.000. В России на конец 2006 года было около 5000 VSAT, а в середине 2008 г – уже 10.000. Наибольшее их число установлено в Ростовской и Свердловской областях, Краснодарском и Алтайском краях, республике Башкортостан, а также в Ямало-Ненецком АО.

VSAT-станции используются  для организации широкополосного  доступа в Интернет, телефонной  связи, передачи данных для  корпоративных сетей, видеоконференций, дистанционного обучения. Обычно VSAT-терминалы эксплуатируются вне больших городов, в местах со слабой инфраструктурой связи, в учебных и правительственных учреждениях, на нефтяных и газовых месторождениях и пр. Зачастую использование VSAT также целесообразно и в регионах где отсутствует проблема «последней мили» и есть наземные каналы связи. Сферы применения VSAT в таких случаях - это корпоративные сети предприятий, резервирование наземных каналов, телемедицина, дистанционное обучение и пр.

VSAT- станция состоит из  двух основных частей:

• внешнего блока (спутниковой антенны и приёмопередатчика, мощностью 1-2 Вт), а так же опорно-поворотного устройства (крепления);
• внутреннего блока (спутникового маршрутизатора или модема), устанавливаемого в помещении и подключаемого к внешнему блоку посредством радиочастотного кабеля.

Внутренний блок имеет 1-2 порта Ethernet (RJ45) и 1-2 телефонных порта, что  позволяет пользователю подключать VSAT прямо к своему компьютеру или  телефону.

Существует два способа  обмена данными через спутник:

• односторонний (one-way) или асимметричный;
• двухсторонний (two-way) или симметричный.

Двухсторонний обмен подразумевает  приём данных со спутника и отправку их обратно также через спутник. Этот способ является очень качественным, так как позволяет достигать больших скоростей при передаче и отправке, но он является достаточно дорогим.

Односторонний обмен является более дешёвым и благодаря  этому получил довольно большое  распространение. В этом варианте приём идёт по спутнику, а передача — по другому, наземному каналу через коммутируемое соединение или выделенную линию, поставщик которого называется наземным провайдером.

Ряд корпоративных сетей  министерств, госкомитетов и агентств активно используют VSAT технологии, особенно для организации связи  на уровне район-область. Это – Центробанк России, имеющий около 1000 станций, а также министерство по налогам и сборам, которое более чем в 10 регионах использует VSAT. Также активно развивается сеть на базе VSAT пенсионным фондом. Более 200 VSAT станций производства Hughes использует государственный таможенный комитет. Повсеместно отмечается активность рядовых сельских и районных администраций по приобретению VSAT для доступа в Интернет.

Существенным недостатком  технологии спутниковой связи является низкая скорость передачи данных: в  направлении абонента могут формироваться  потоки со скоростью до нескольких десятков мегабит в секунду (как  правило – до 50 Мбит/с), а скорость передачи трафика от абонента не превышает  нескольких (0,2 – 8) мегабит в секунду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технология WiMAX.

Способом организации  беспроводного канала передачи данных (объединения ЛВС, решения проблемы «последней мили») на уровне населенных пунктов является технология WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access - взаимодействие оборудования сетевого доступа на сверхвысоких частотах во всем мире). Этот стандарт беспроводной связи, относящийся к мобильной связи третьего поколения (3G), обеспечивает широкополосную связь на площади радиусом более 30 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями – до 10 Мбит/c и более. Технология WiMAX позволяет работать в любых условиях, в том числе, в условиях плотной городской застройки, обеспечивая высокое качество связи и скорость передачи данных.

Сети WiMAX состоят из базовых  станций и станций-приемников. Базовые станции оснащаются приемно-передающими антеннами, устанавливаемыми на крышах зданий. Станции-приемники оснащаются либо антеннами аналогичного типа, либо компактными устройствами, устанавливаемыми внутри помещений или непосредственно в слот компьютера.

Выделяют несколько режимов  работы сетей WiMAX:

• фиксированный доступ, для которого требуется наличие прямой видимости между базовой станцией и станцией пользователя. Скорость передачи данных достигает 120 Мбит/с. Сети с фиксированным режимом работы уже распространены во многих странах.
• сеансовый доступ позволяет перемещать клиентское оборудование и использовать соединение, не привязанное к определенной базовой станции. Подобный режим удобен для использования сетей для подключения ноутбуков и других портативных устройств.
• доступ в режиме перемещения поддерживает возможность автоматического переключения между базовыми станциями без обрыва соединения. Скорость перемещения больше чем в режиме сессий, однако ограничена 40 км/ч.
• мобильный доступ отличается от портативного режима возможностью перемещения приемника со скоростью до 120 км/ч.

В начале 2008 года оборудование для мобильной версии WiMAX было сертифицировано WiMAX-форумом – международной ассоциацией, объединяющей более 500 членов – производителей средств связи и провайдеров. Внедрению технологии WiMAX в России препятствует тот факт, что большинство диапазонов частот, на которых работает это оборудование, используется наземными и спутниковыми радиосистемами, в том числе военного назначения. Европы.

Вместе с тем компания Intel и филиал «Поволжский» телекоммуникационного  оператора «Старт Телеком» совместно  с администрацией Нижнего Новгорода  и городской станцией скорой медицинской  помощи приступили к реализации пилотного  проекта по подключению диспетчерского пункта и выездных бригад скорой помощи к единой информационной сети администрации  Нижнего Новгорода по технологии мобильный WiMAX. Автомобили скорой помощи оснащаются ноутбуком и радиотелефоном стандарта DECT. В перспективе в Нижнем Новгороде будет создана WiMAX-сеть для оперативного обмена информацией между бригадами скорой помощи, диспетчерским пунктом и медицинскими учреждениями.

 

Технология CDMA.

Одной из новейших технологий цифровой беспроводной связи и передачи данных является технология CDMA.

На сегодняшний день CDMA является наиболее перспективной технологией для перехода к третьему поколению связи. Ею пользуются более 200 миллионов человек по всему миру. Она предоставляет фиксированную связь со всеми преимуществами мобильной и, одновременно исключает возможность несанкционированного подключения к линии.

Мобильная связь стандарта CDMA в первую очередь характеризуется  высоким качеством голосовой  связи, информационной безопасностью  и большой скоростью передачи данных. Излучаемая мощность телефона CDMA на порядок меньше, чем у аналогичного аппарата, работающего на базе другой технологии. Это продлевает время работы аккумулятора, а также увеличивает экологическую безопасность телефонов. Так, для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250 мВт, в то время как для систем GSM-900 этот показатель равен 2 Вт, а для GSM-1800 1 Вт.

Технология CDMA обеспечивает мобильную передачу данных со скоростью до 153 Кбит/сек, что позволяет использовать ее в качестве основного или резервного персонального канала доступа в Интернет. Также, с помощью технологии CDMA возможна организация защищенного доступа в корпоративную сеть (VPN). Благодаря уникальному коду, назначаемому каждому сигналу, прослушать и расшифровать поток данных, передаваемых по технологии CDMA практически невозможно. Наивысшая конфиденциальность обусловлена многоступенчатым кодированием, расшифровка которого потребует несколько лет. Что касается обнаружения сигналов CDMA в эфире, то из-за их повышенной криптостойкости и скрытности под шумами эта задача является сверхсложной и дорогостоящей, поскольку спектральная мощность сигнала CDMA в эфире ниже, чем у «простых» сигналов при равных скоростях передачи информации и мощности передатчика.

Для передачи данных по технологии CDMA используются стационарные и мобильные  телефонные аппараты и модемы, один из которых показан на рис. 119. Данный модем имеет его стандартный для USB-модемов размер (92 х 34 х 8 мм) и вес (25 грамм). На задней стенке под крышкой находится слот R-UIM-карты (англ. Removable User Identity Module — сменная идентификационная карточка), идентифицирующей абонента и содержащий все необходимые служебные данные для работы в сети CDMA. Используя такую карточку, владелец CDMA может вставить R-UIM карту в GSM телефон и сразу же получит возможность пользоваться своими данными, которые поддерживаются в GSM сети. Когда R-UIM используется в GSM телефоне, то карточка им воспринимается как SIM-карта (англ. Subscriber Identity Module - Модуль идентификации абонента).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технология WiFi.

Wi-Fi (англ. Wireless-Fidelity , дословно «беспроводная точность») – общее название стандартов оборудования беспроводных локальных вычислительных сетей, разработанных консорциумом Wi-Fi Alliance. Первые продукты обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. У современных устройств, работающих по стандарту 802.11g, скорость передачи данных достигает до 108 Мбит/с.

В Wi-Fi сетях выделяют точки  доступа и клиентов. Точка доступа – приемно-передающее устройство, подсоединенное к проводному (главному) сегменту ЛВС. Клиентами по отношению к ней являются приемно-передающее устройства подчиненных сегментов ЛВС или Wi-Fi-адаптеры компьютеров пользователей. 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», когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых Wi-Fi-адаптеров «напрямую». 

Каждая точка доступа  имеет свой идентификатор сети (Service Set Identifier, SSID), назначаемый системным  администратором и играющий роль пароля при попытке устройств  установить соединение. Зная SSID сети, устройство-клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приемник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала.

Передаваемые по Wi-Fi-каналу данные шифруются. Существуют два стандарта шифрования: WEP (менее надежный из-за слабой стойкости ключа) и WPA (более совершенный и надежный). Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 обеспечило более безопасную схему шифрования, которая используется в новом оборудовании.

К недостаткам Wi-Fi можно отнести  ограниченный радиус действия. Типичная точка доступа имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи. Микроволновка или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Наложение сигналов закрытой (использующей шифрование) точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа. 

При использовании внешней  направленной параболической антенны  сигнал можно передать со скоростью 11 Мбит/с на расстояние до 3-х км. Эта технология используется для передачи данных между фрагментами ЛВС, расположенными, например, в различных зданиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технология  Bluetooth.

Технологией ближней радиосвязи или беспроводных персональных сетей (WPAN — Wireless Personal Area Network) является Bluetooth. Эта спецификация была разработана компанией Ericsson и была так названа в честь короля викингов Харальда Синезубого (Bluetooth), который объединил под своим началом Норвегию и Данию и был широко известен своей удивительной способностью примирять и сближать людей.

Bluetooth-устройства работают  на диапазоне от 2.4 до 2.485 Ггц (т.е.  в частотном диапазоне стандарта  Wi-Fi) при дальности до 10 — 100 метров  друг от друга (зависит от  преград и помех) на скоростях  723,2 Кбит/с (односторонний обмен)  или 433,9 Кбит/c (двусторонний обмен). Несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемых данных, поскольку переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. Кроме того при передаче данных используются различные схемы кодирования. 

Bluetooth обеспечивает обмен  данными между такими устройствами  как карманные и обычные персональные  компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки,  клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры.

 

Список используемой литературы:

 

1. http://krasgmu.ru/sys/files/ebooks/el_medinfo/1880.html
2. Проектирование ЛВС с применением SADT – методологий. Методические указания по дисциплине «Вычислительные сети и системы телекоммуникаций» Уфа, 1999 год.
3. ВатаманюкА. И. Беспроводная сеть своими руками. «Питер», 2009 год.
4. БИНОМ. Беспроводные сети Wi-Fi. «Лаборатория знаний» 2007 год.
5. Педжман Рошан, Джонатан Лиэри. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. 2005 год.
6. Кантор Е.Л. Экономика предприятия: учебное пособие/ Кантор Е. Л, Маховикова В. А, Кантор В. Е/ – СПБ: «Питер», 2009. – 224 с.