Курсова робота
За темою «Радіо мережі»
Виконав: Перевірив:
Зміст
1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
2. Wi-Fi і його можливості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
3. Специфікації стандарту IEEE 802.11. ... ... ... ... 5 Перспективи його розвитку.
4. Методи DSSS і FHSS в IEEE 802.11 ... ... ... ... ... .15
5. Wi-Fi з підтримкою голосу ... ... ... ... ... ... ... ... ... .20
6. Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
Введення
Бездротові технології зв'язку стандартів IEEE 802.11 у Росії мають власну історію. Незважаючи на те, що такі бездротові мережі завойовують популярність, в свідомості користувача всі «бездротове» часто асоціюється з «мобільним». Змінити сформовані стереотипи допомогло значне поширення рішень на базі стандарту 802.11b (2,4 ГГц). Ці рішення активно використовуються для створення фіксованих мереж доступу міського масштабу, а часто і району / області. Даний стандарт, добре відомий як Wi-Fi і підтриманий найбільшими вендорами глобального IT - телекомунікаційного ринку. Однак досить швидко на російському ринку операторів фіксованого бездротового зв'язку частоти в діапазоні 2,4 - 2,48 ГГц були розділені між декількома операторами, що працюють на одній території. Зрозуміло, що при недостатній ємності діапазону серйозно постраждала якість послуг. До того ж воно постійно погіршувався. Це пов'язано в першу чергу з тим, що «внутрішньоофісної» обладнання Wi-Fi використовувалося для побудови «зовнішніх» мереж. Промовляючи слова «радіодоступ», «бездротовий Інтернет», мають на увазі саме цей діапазон.
Wi-Fi і його можливості
Індустріальний альянс WEСA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) був перейменований в Wi-Fi Alliance. Тепер вирішено використовувати термін Wi-Fi (wireless fidelity) як загального імені для стандартів 802.11a і 802.11b, а також, ймовірно, і всіх наступних, що відносяться до бездротових локальних мереж (WLAN).
Мобільний Інтернет та мобільні локальні мережі відкривають корпоративним і домашнім користувачам нові сфери застосування кишенькових ПК, мобільних телефонів і ноутбуків. Все це стає можливим завдяки появі хот-спотів - точок бездротового доступу в аеропортах, готелях, кафе, конференц-залах і бізнес-центрах, одночасно з цим постійно знижуються ціни на бездротове обладнання Wi-Fi і розширюється її асортимент.
Аналітики з Juniper впевнені, що зараз саме час для інвестицій: до 2008 р. річний дохід від послуг хот-спотів складе 9,5 млрд. дол На найближчу п'ятирічку доведеться і бурхливий розвиток бездротових ЛВС в тих країнах Східної Європи, де рівень проникнення мобільного зв'язку та Інтернету порівняємо з Західною Європою. Серед потенційних ключових ринків називають Росію, а також Чехію, Угорщину і Польщу, на частку яких припадає 90% всіх електронно-комерційних транзакцій, скоєних у Центральній та Східній Європі. [Журнал Computerworld, # 04/2004]
У світі вже почалося вибухонебезпечне зростання числа платних зон Wi-Fi, хоча ще й не врегульовані питання роумінгу. Так, T-Mobile, що володіє мережею хот-спотів, має намір охопити зонами Wi-Fi все книжкові магазини компанії Borders (їх у США налічується близько 400).
Специфікації стандарту IEEE 802.11.
Перспективи його розвитку.
IEEE 802.11 - це сімейство специфікацій, розроблених IEEE (Інститут інженерів з електротехніки та електроніки) і лежать в основі функціонування бездротових мереж. У стандартах 802.11 визначені принципи взаємодії пристроїв в бездротової мережі. Сімейство IEEE 802.11 включає в себе стандарти бездротових мереж 802.11a, 802.11b і 802.11g.
IEEE постійно розвиває 802.11 і готує нові специфікації.
Базовий стандарт. Протоколи бездротових локальних мереж визначає базовий стандарт IEEE 802.11, розроблений в 1997 р. Основні з них - протокол управління доступом до середовища MAC (Medium Access Control - нижній підрівень канального рівня) і протокол PHY передачі сигналів у фізичному середовищі, а саме в діапазоні радіохвиль і інфрачервоного випромінювання.
Доступ до середовища (MAC). Стандартом 802.11 визначено єдиний підрівень MAC, який взаємодіє із трьома типами протоколів фізичного рівня для різних технологій передачі сигналів. Сигнали можуть передаватися по радіоканалах у діапазоні 2,4 Ггц із широкосмугового модуляцією з прямим розширенням спектра (DSSS), стрибкоподібної перебудовою частоти (FHSS), а також каналами з інфрачервоним випромінюванням. Специфікаціями стандарту передбачені два значення швидкості передачі даних - 1 і 2 Мбіт / с.
У порівнянні з дротяними Ethernet-мережами можливості підрівня MAC розширені за рахунок функцій, які зазвичай виконують на більш високому рівні, зокрема процедур фрагментації і ретрансляції пакетів. Це викликано необхідністю підвищити ефективну пропускну здатність системи, знизивши накладні витрати на повторну передачу пакетів.
В якості основного методу доступу до середовища стандартом 802.11 визначено механізм CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множинний доступ з виявленням несучої та запобіганням колізій).
Управління харчуванням. Для економії енергоресурсів мобільних робочих станцій стандартом 802.11 передбачений механізм перемикання станцій в так званий пасивний режим з мінімальним енергоспоживанням.
Архітектура та компоненти мережі. В основу стандарту 802.11 покладена стільникова архітектура. Мережа може складатися з однієї або декількох осередків (сот). Кожна стільника управляється базовою станцією, званої точкою доступу (Access Point, AP). Точка доступу і що знаходяться в межах радіуса її дії робочі станції утворюють базову зону обслуговування (Basic Service Set, BSS). Точки доступу многосотовой мережі взаємодіють між собою через розподільну систему (Distribution System, DS), що представляє собою еквівалент магістрального сегменту кабельних ЛЗ. Вся інфраструктура, що включає точки доступу і розподільчу систему, утворює розширену зону обслуговування (Extended Service Set).
Стандартом передбачений також односотовий варіант бездротової мережі, який може бути реалізований і без точки доступу, при цьому частина її функцій виконується безпосередньо робочими станціями.
Роумінг. Для забезпечення переходу мобільних робочих станцій із зони дії однієї точки доступу до іншої в многосотових системах передбачені спеціальні процедури сканування (активного і пасивного прослуховування ефіру) і приєднання (Association), однак суворих специфікацій з реалізації роумінгу стандарт 802.11 не пропонує.
Забезпечення безпеки. Для захисту мереж 802.11 передбачено комплекс заходів безпеки передачі даних під загальною назвою Wired Equivalent Privacy (WEP). Він включає механізми і процедури аутентифікації для протидії несанкціонованому доступу до мережі і шифрування для запобігання перехоплення інформації.
Працюючі стандарти
Бездротові ЛВС - самий динамічний сектор комунікаційних технологій. Три роки тому з'явилися перші пристрої 802.11b, в кінці 2001-го було випущено обладнання 802.11a і анонсовані перші вироби 802.11g. Деяка незручність викликає несумісність один з одним продуктів 802.11b і 802.11a. Новий 802.11g сумісний з 802.11b, але не з 802.11a. Стандарт IEEE 802.11g розроблено для більш високих значень пропускної здатності бездротових з'єднань (54 Мбіт / с), ніж його попередник 802.11b. Точка доступу 802.11g буде підтримувати клієнтів 802.11b і 802.11g. Відповідно ноутбук з картою 802.11g зможе підключатися і до вже діючих точок доступу 802.11b, і до знову створюваним 802.11g.
Базується на стандарті 802.11g обладнання незабаром з'явиться на споживчому ринку. Проте вже зараз є високошвидкісне обладнання 802.11a. Воно випускається декількома виробниками і також пропонує пропускну здатність до 54 Мбіт / с.
IEEE 802.11b. В остаточній редакції широко поширений стандарт 802.11b був прийнятий в 1999 р. і завдяки орієнтації на освоєний діапазон 2,4 ГГц завоював найбільшу популярність у виробників устаткування. В якості базової радіотехнології в ньому використовується метод DSSS з 8-розрядними послідовностями Уолша. Оскільки устаткування 802.11b, що працює на максимальній швидкості 11 Мбіт / с, має менший радіус дії, ніж на більш низьких швидкостях, то стандартом 802.11b передбачене автоматичне зниження швидкості при погіршенні якості сигналу.
Як і у випадку базового стандарту 802.11, чіткі механізми роумінгу специфікаціями 802.11b не визначені.
Більшість компаній вважають за краще системи саме цього стандарту. Це обумовлено тим, що даний стандарт був введений в дію ще в 1999 р. і зараз розроблено вже четверте або п'яте покоління підтримують його пристроїв. У такому обладнанні усунена велика частина колишніх недоліків, а його ціна наблизилася до доступного для масового споживача рівня. Пропускна здатність (теоретична 11 Мбіт / с, реальна - від 1 до 6 Мбіт / с) відповідає вимогам більшості додатків.
IEEE 802.11a - стандарт бездротових локальних мереж, що функціонують в частотному діапазоні 5 ГГц (діапазон ISM). Бездротові ЛВС стандарту IEEE 802.11a забезпечують швидкість передачі даних до 54 Мбіт / с, тобто приблизно в п'ять разів швидше мереж 802.11b, і дозволяють передавати великі обсяги даних, ніж мережі IEEE 802.11b.
Це найбільш широкосмуговий з сімейства стандартів 802.11. Редакцією стандарту, затвердженої в 1999 р., визначено три обов'язкові швидкості - 6, 12 і 24 Мбіт / с і п'ять необов'язкових - 9, 18, 36, 48 і 54 Мбіт / с. В якості методу модуляції сигналу прийнято ортогональноє частотне мультиплексування (OFDM). Його найбільш суттєва відмінність від методів DSSS і FHSS полягає в тому, що OFDM передбачає паралельну передачу корисного сигналу одночасно за кількома частотах діапазону, в той час як технології розширення спектру передають сигнали послідовно. У результаті підвищується пропускна здатність каналу і якість сигналу.
До недоліків 802.11а відносяться велика споживана потужність радіопередавачів для частот 5 ГГц, а також менший радіус дії (обладнання для 2,4 ГГц може працювати на відстані до 300 м, а для 5 ГГц - близько 100 м). Крім того, пристрої для 802.11а дорожче, але з часом ціновий розрив між продуктами 802.11b і 802.11a буде зменшуватися.
IEEE 802.11g є новим стандартом, що регламентує метод побудови WLAN, що функціонують в неліцензованому частотному діапазоні 2,4 Ггц. Завдяки застосуванню технології ортогонального частотного мультиплексування (OFDM) максимальна швидкість передачі даних в бездротових мережах IEEE 802.11g становить 54 Мбіт / с. Устаткування, що підтримує стандарт IEEE 802.11g, наприклад точки доступу бездротових мереж, забезпечує одночасне підключення до мережі бездротових пристроїв стандартів IEEE 802.11g і IEEE 802.11b.
Стандарт 802.11g представляє собою розвиток 802.11b і назад сумісний з 802.11b. Теоретично 802.11g має достоїнствами двох своїх попередників. У числі переваг 802.11g треба відзначити низьку споживану потужність, гарне дальнодійність і високу проникаючу здатність сигналу. Можна сподіватися і на розумну вартість обладнання, оскільки низькочастотні пристрої простіше у виготовленні.
Перспективні специфікації
На даний момент не можливо вказати точних дат розробок перспективних специфікацій, тому розташуємо їх у алфавітному порядку. Дослідницькі групи, що працюють з 802.11, вивчають можливість управління бездротовими мережами при подальшому збільшенні їх смуги пропускання і аналізують особливості їх узгодження з іншими бездротовими технологіями.
Незважаючи на застосування мереж стандарту IEEE 802.11 у громадських місцях, поки не ясно, наскільки бездротові локальні мережі підходять для мереж постачальників послуг. Робоча група IEEE 802.11 Working Group, що випустила серію стандартів для Wi-Fi, готує набір нових специфікацій.
Була сформована група Wireless Interworking, що зайнялася аналізом взаємодії 802.11 з іншими бездротовими мережами - GSM, мобільними службами третього покоління і мережами стандарту European HiperLAN 2. Ця група також розглядає проблеми уніфікованої аутентифікації в гетерогенних мережах.
Специфікація IEEE 802.11d. IEEE для розширення географії поширення мереж стандарту 802.11 розробляє універсальні вимоги до фізичного рівня 802.11 (процедури формування каналів, псевдовипадкові послідовності частот, додаткові параметри для MIB і т. д.). Відповідний стандарт 802.11d поки перебуває в стадії розробки.
Специфікація IEEE 802.11e. Специфікації 802.11е дозволять створювати мультисервісні бездротові мережі для корпорацій та індивідуальних споживачів. При збереженні повної сумісності з діючими стандартами 802.11а і b він розширить їх функціональність за рахунок обслуговування потокових мультимедіа-даних і гарантованої якості послуг (QoS).
Поки затверджено попередній варіант специфікацій 802.11е.
Специфікація IEEE 802.11f. Специфікація 802.11f описує протокол обміну службовою інформацією між точками доступу (Inter-Access Point Protocol, IAPP), що необхідно для побудови розподілених бездротових мереж передачі даних. Дата затвердження цієї специфікації в якості стандарту поки не визначена.
Специфікація IEEE 802.11h. Робоча група IEEE 802.11h розглядає можливість доповнення діючих специфікацій 802.11 MAC (рівень доступу до середовища передачі) і 802.11a PHY (фізичний рівень у мережах 802.11a) алгоритмами ефективного вибору частот для офісних і вуличних бездротових мереж, а також засобами управління використанням спектра, контролю за випромінюваної потужністю і генерації відповідних звітів.
Передбачається, що рішення цих завдань буде базуватися на протоколах Dynamic Frequency Selection (DFS) і Transmit Power Control (TPC), запропонованих Європейським інститутом стандартів з телекомунікацій (ETSI). Зазначені протоколи передбачають динамічне реагування клієнтів бездротової мережі на інтерференцію радіосигналів шляхом переходу на інший канал, зниження потужності або обома способами. Дата прийняття специфікацій 802.11h в якості стандарту поки не названа.
Специфікація IEEE 802.11i. Надійні інструментальні засоби для бездротових мереж будуть реалізовані в продуктах, які з'являться в другій половині року, після завершення роботи над специфікацією IEEE 802.11i. Її попередня версія вимагає устаткування 802.11 для підтримки трьох алгоритмів шифрування трафіку бездротових локальних мереж: TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), WRAP (Wireless Robust Authenticated Protocol) і CCMP (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol). Крім того, їй потрібна можливість використання стандарту IEEE 802.1x для управління доступом до мережі.
TKIP і WRAP можуть бути додані до пристроїв 802.11 простим оновленням програм. Попередня версія механізму TKIP під назвою SSN (Safe Secure Networks) вже прийнята галузевої групою Wi-Fi, оскільки гостро необхідна більш надійний захист.
Ці три алгоритму, названі в останній версії 802.11i, нададуть домашнім користувачам хороші засоби захисту, хоча виробники обладнання, орієнтовані на підприємства, ймовірно, будуть як і раніше реалізовувати додаткові функції.
До травня 2001 р. стандартизація засобів інформаційної безпеки для бездротових мереж 802.11 ставилася до ведення робочої групи IEEE 802.11e, але потім ця проблематика була виділена в самостійний підрозділ. Розроблюваний стандарт 802.1X покликаний розширити можливості протоколу 802.11 MAC, передбачивши кошти шифрування переданих даних, а також централізованої аутентифікації користувачів і робочих станцій. У результаті масштаби бездротових локальних мереж можна буде нарощувати до сотень і тисяч робочих станцій.
В основі 802.1X лежить протокол аутентифікації Extensible Authentication Protocol (EAP), що базується на PPP. Сама процедура аутентифікації передбачає участь у ній трьох сторін - що викликає (клієнта), що викликається (точки доступу) і сервера аутентифікації (як правило, сервера RADIUS). У той же час новий стандарт, судячи з усього, залишить на розсуд виробників реалізацію алгоритмів керування ключами.
За темою «Радіо мережі»
Виконав: Перевірив:
Зміст
1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
2. Wi-Fi і його можливості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
3. Специфікації стандарту IEEE 802.11. ... ... ... ... 5 Перспективи його розвитку.
4. Методи DSSS і FHSS в IEEE 802.11 ... ... ... ... ... .15
5. Wi-Fi з підтримкою голосу ... ... ... ... ... ... ... ... ... .20
6. Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
Введення
Бездротові технології зв'язку стандартів IEEE 802.11 у Росії мають власну історію. Незважаючи на те, що такі бездротові мережі завойовують популярність, в свідомості користувача всі «бездротове» часто асоціюється з «мобільним». Змінити сформовані стереотипи допомогло значне поширення рішень на базі стандарту 802.11b (2,4 ГГц). Ці рішення активно використовуються для створення фіксованих мереж доступу міського масштабу, а часто і району / області. Даний стандарт, добре відомий як Wi-Fi і підтриманий найбільшими вендорами глобального IT - телекомунікаційного ринку. Однак досить швидко на російському ринку операторів фіксованого бездротового зв'язку частоти в діапазоні 2,4 - 2,48 ГГц були розділені між декількома операторами, що працюють на одній території. Зрозуміло, що при недостатній ємності діапазону серйозно постраждала якість послуг. До того ж воно постійно погіршувався. Це пов'язано в першу чергу з тим, що «внутрішньоофісної» обладнання Wi-Fi використовувалося для побудови «зовнішніх» мереж. Промовляючи слова «радіодоступ», «бездротовий Інтернет», мають на увазі саме цей діапазон.
Wi-Fi і його можливості
Індустріальний альянс WEСA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) був перейменований в Wi-Fi Alliance. Тепер вирішено використовувати термін Wi-Fi (wireless fidelity) як загального імені для стандартів 802.11a і 802.11b, а також, ймовірно, і всіх наступних, що відносяться до бездротових локальних мереж (WLAN).
Мобільний Інтернет та мобільні локальні мережі відкривають корпоративним і домашнім користувачам нові сфери застосування кишенькових ПК, мобільних телефонів і ноутбуків. Все це стає можливим завдяки появі хот-спотів - точок бездротового доступу в аеропортах, готелях, кафе, конференц-залах і бізнес-центрах, одночасно з цим постійно знижуються ціни на бездротове обладнання Wi-Fi і розширюється її асортимент.
Аналітики з Juniper впевнені, що зараз саме час для інвестицій: до 2008 р. річний дохід від послуг хот-спотів складе 9,5 млрд. дол На найближчу п'ятирічку доведеться і бурхливий розвиток бездротових ЛВС в тих країнах Східної Європи, де рівень проникнення мобільного зв'язку та Інтернету порівняємо з Західною Європою. Серед потенційних ключових ринків називають Росію, а також Чехію, Угорщину і Польщу, на частку яких припадає 90% всіх електронно-комерційних транзакцій, скоєних у Центральній та Східній Європі. [Журнал Computerworld, # 04/2004]
У світі вже почалося вибухонебезпечне зростання числа платних зон Wi-Fi, хоча ще й не врегульовані питання роумінгу. Так, T-Mobile, що володіє мережею хот-спотів, має намір охопити зонами Wi-Fi все книжкові магазини компанії Borders (їх у США налічується близько 400).
Специфікації стандарту IEEE 802.11.
Перспективи його розвитку.
IEEE 802.11 - це сімейство специфікацій, розроблених IEEE (Інститут інженерів з електротехніки та електроніки) і лежать в основі функціонування бездротових мереж. У стандартах 802.11 визначені принципи взаємодії пристроїв в бездротової мережі. Сімейство IEEE 802.11 включає в себе стандарти бездротових мереж 802.11a, 802.11b і 802.11g.
IEEE постійно розвиває 802.11 і готує нові специфікації.
Базовий стандарт. Протоколи бездротових локальних мереж визначає базовий стандарт IEEE 802.11, розроблений в 1997 р. Основні з них - протокол управління доступом до середовища MAC (Medium Access Control - нижній підрівень канального рівня) і протокол PHY передачі сигналів у фізичному середовищі, а саме в діапазоні радіохвиль і інфрачервоного випромінювання.
Доступ до середовища (MAC). Стандартом 802.11 визначено єдиний підрівень MAC, який взаємодіє із трьома типами протоколів фізичного рівня для різних технологій передачі сигналів. Сигнали можуть передаватися по радіоканалах у діапазоні 2,4 Ггц із широкосмугового модуляцією з прямим розширенням спектра (DSSS), стрибкоподібної перебудовою частоти (FHSS), а також каналами з інфрачервоним випромінюванням. Специфікаціями стандарту передбачені два значення швидкості передачі даних - 1 і 2 Мбіт / с.
У порівнянні з дротяними Ethernet-мережами можливості підрівня MAC розширені за рахунок функцій, які зазвичай виконують на більш високому рівні, зокрема процедур фрагментації і ретрансляції пакетів. Це викликано необхідністю підвищити ефективну пропускну здатність системи, знизивши накладні витрати на повторну передачу пакетів.
В якості основного методу доступу до середовища стандартом 802.11 визначено механізм CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множинний доступ з виявленням несучої та запобіганням колізій).
Управління харчуванням. Для економії енергоресурсів мобільних робочих станцій стандартом 802.11 передбачений механізм перемикання станцій в так званий пасивний режим з мінімальним енергоспоживанням.
Архітектура та компоненти мережі. В основу стандарту 802.11 покладена стільникова архітектура. Мережа може складатися з однієї або декількох осередків (сот). Кожна стільника управляється базовою станцією, званої точкою доступу (Access Point, AP). Точка доступу і що знаходяться в межах радіуса її дії робочі станції утворюють базову зону обслуговування (Basic Service Set, BSS). Точки доступу многосотовой мережі взаємодіють між собою через розподільну систему (Distribution System, DS), що представляє собою еквівалент магістрального сегменту кабельних ЛЗ. Вся інфраструктура, що включає точки доступу і розподільчу систему, утворює розширену зону обслуговування (Extended Service Set).
Стандартом передбачений також односотовий варіант бездротової мережі, який може бути реалізований і без точки доступу, при цьому частина її функцій виконується безпосередньо робочими станціями.
Роумінг. Для забезпечення переходу мобільних робочих станцій із зони дії однієї точки доступу до іншої в многосотових системах передбачені спеціальні процедури сканування (активного і пасивного прослуховування ефіру) і приєднання (Association), однак суворих специфікацій з реалізації роумінгу стандарт 802.11 не пропонує.
Забезпечення безпеки. Для захисту мереж 802.11 передбачено комплекс заходів безпеки передачі даних під загальною назвою Wired Equivalent Privacy (WEP). Він включає механізми і процедури аутентифікації для протидії несанкціонованому доступу до мережі і шифрування для запобігання перехоплення інформації.
Працюючі стандарти
Бездротові ЛВС - самий динамічний сектор комунікаційних технологій. Три роки тому з'явилися перші пристрої 802.11b, в кінці 2001-го було випущено обладнання 802.11a і анонсовані перші вироби 802.11g. Деяка незручність викликає несумісність один з одним продуктів 802.11b і 802.11a. Новий 802.11g сумісний з 802.11b, але не з 802.11a. Стандарт IEEE 802.11g розроблено для більш високих значень пропускної здатності бездротових з'єднань (54 Мбіт / с), ніж його попередник 802.11b. Точка доступу 802.11g буде підтримувати клієнтів 802.11b і 802.11g. Відповідно ноутбук з картою 802.11g зможе підключатися і до вже діючих точок доступу 802.11b, і до знову створюваним 802.11g.
Базується на стандарті 802.11g обладнання незабаром з'явиться на споживчому ринку. Проте вже зараз є високошвидкісне обладнання 802.11a. Воно випускається декількома виробниками і також пропонує пропускну здатність до 54 Мбіт / с.
IEEE 802.11b. В остаточній редакції широко поширений стандарт 802.11b був прийнятий в 1999 р. і завдяки орієнтації на освоєний діапазон 2,4 ГГц завоював найбільшу популярність у виробників устаткування. В якості базової радіотехнології в ньому використовується метод DSSS з 8-розрядними послідовностями Уолша. Оскільки устаткування 802.11b, що працює на максимальній швидкості 11 Мбіт / с, має менший радіус дії, ніж на більш низьких швидкостях, то стандартом 802.11b передбачене автоматичне зниження швидкості при погіршенні якості сигналу.
Як і у випадку базового стандарту 802.11, чіткі механізми роумінгу специфікаціями 802.11b не визначені.
Більшість компаній вважають за краще системи саме цього стандарту. Це обумовлено тим, що даний стандарт був введений в дію ще в 1999 р. і зараз розроблено вже четверте або п'яте покоління підтримують його пристроїв. У такому обладнанні усунена велика частина колишніх недоліків, а його ціна наблизилася до доступного для масового споживача рівня. Пропускна здатність (теоретична 11 Мбіт / с, реальна - від 1 до 6 Мбіт / с) відповідає вимогам більшості додатків.
IEEE 802.11a - стандарт бездротових локальних мереж, що функціонують в частотному діапазоні 5 ГГц (діапазон ISM). Бездротові ЛВС стандарту IEEE 802.11a забезпечують швидкість передачі даних до 54 Мбіт / с, тобто приблизно в п'ять разів швидше мереж 802.11b, і дозволяють передавати великі обсяги даних, ніж мережі IEEE 802.11b.
Це найбільш широкосмуговий з сімейства стандартів 802.11. Редакцією стандарту, затвердженої в 1999 р., визначено три обов'язкові швидкості - 6, 12 і 24 Мбіт / с і п'ять необов'язкових - 9, 18, 36, 48 і 54 Мбіт / с. В якості методу модуляції сигналу прийнято ортогональноє частотне мультиплексування (OFDM). Його найбільш суттєва відмінність від методів DSSS і FHSS полягає в тому, що OFDM передбачає паралельну передачу корисного сигналу одночасно за кількома частотах діапазону, в той час як технології розширення спектру передають сигнали послідовно. У результаті підвищується пропускна здатність каналу і якість сигналу.
До недоліків 802.11а відносяться велика споживана потужність радіопередавачів для частот 5 ГГц, а також менший радіус дії (обладнання для 2,4 ГГц може працювати на відстані до 300 м, а для 5 ГГц - близько 100 м). Крім того, пристрої для 802.11а дорожче, але з часом ціновий розрив між продуктами 802.11b і 802.11a буде зменшуватися.
IEEE 802.11g є новим стандартом, що регламентує метод побудови WLAN, що функціонують в неліцензованому частотному діапазоні 2,4 Ггц. Завдяки застосуванню технології ортогонального частотного мультиплексування (OFDM) максимальна швидкість передачі даних в бездротових мережах IEEE 802.11g становить 54 Мбіт / с. Устаткування, що підтримує стандарт IEEE 802.11g, наприклад точки доступу бездротових мереж, забезпечує одночасне підключення до мережі бездротових пристроїв стандартів IEEE 802.11g і IEEE 802.11b.
Стандарт 802.11g представляє собою розвиток 802.11b і назад сумісний з 802.11b. Теоретично 802.11g має достоїнствами двох своїх попередників. У числі переваг 802.11g треба відзначити низьку споживану потужність, гарне дальнодійність і високу проникаючу здатність сигналу. Можна сподіватися і на розумну вартість обладнання, оскільки низькочастотні пристрої простіше у виготовленні.
Перспективні специфікації
На даний момент не можливо вказати точних дат розробок перспективних специфікацій, тому розташуємо їх у алфавітному порядку. Дослідницькі групи, що працюють з 802.11, вивчають можливість управління бездротовими мережами при подальшому збільшенні їх смуги пропускання і аналізують особливості їх узгодження з іншими бездротовими технологіями.
Незважаючи на застосування мереж стандарту IEEE 802.11 у громадських місцях, поки не ясно, наскільки бездротові локальні мережі підходять для мереж постачальників послуг. Робоча група IEEE 802.11 Working Group, що випустила серію стандартів для Wi-Fi, готує набір нових специфікацій.
Була сформована група Wireless Interworking, що зайнялася аналізом взаємодії 802.11 з іншими бездротовими мережами - GSM, мобільними службами третього покоління і мережами стандарту European HiperLAN 2. Ця група також розглядає проблеми уніфікованої аутентифікації в гетерогенних мережах.
Специфікація IEEE 802.11d. IEEE для розширення географії поширення мереж стандарту 802.11 розробляє універсальні вимоги до фізичного рівня 802.11 (процедури формування каналів, псевдовипадкові послідовності частот, додаткові параметри для MIB і т. д.). Відповідний стандарт 802.11d поки перебуває в стадії розробки.
Специфікація IEEE 802.11e. Специфікації 802.11е дозволять створювати мультисервісні бездротові мережі для корпорацій та індивідуальних споживачів. При збереженні повної сумісності з діючими стандартами 802.11а і b він розширить їх функціональність за рахунок обслуговування потокових мультимедіа-даних і гарантованої якості послуг (QoS).
Поки затверджено попередній варіант специфікацій 802.11е.
Специфікація IEEE 802.11f. Специфікація 802.11f описує протокол обміну службовою інформацією між точками доступу (Inter-Access Point Protocol, IAPP), що необхідно для побудови розподілених бездротових мереж передачі даних. Дата затвердження цієї специфікації в якості стандарту поки не визначена.
Специфікація IEEE 802.11h. Робоча група IEEE 802.11h розглядає можливість доповнення діючих специфікацій 802.11 MAC (рівень доступу до середовища передачі) і 802.11a PHY (фізичний рівень у мережах 802.11a) алгоритмами ефективного вибору частот для офісних і вуличних бездротових мереж, а також засобами управління використанням спектра, контролю за випромінюваної потужністю і генерації відповідних звітів.
Передбачається, що рішення цих завдань буде базуватися на протоколах Dynamic Frequency Selection (DFS) і Transmit Power Control (TPC), запропонованих Європейським інститутом стандартів з телекомунікацій (ETSI). Зазначені протоколи передбачають динамічне реагування клієнтів бездротової мережі на інтерференцію радіосигналів шляхом переходу на інший канал, зниження потужності або обома способами. Дата прийняття специфікацій 802.11h в якості стандарту поки не названа.
Специфікація IEEE 802.11i. Надійні інструментальні засоби для бездротових мереж будуть реалізовані в продуктах, які з'являться в другій половині року, після завершення роботи над специфікацією IEEE 802.11i. Її попередня версія вимагає устаткування 802.11 для підтримки трьох алгоритмів шифрування трафіку бездротових локальних мереж: TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), WRAP (Wireless Robust Authenticated Protocol) і CCMP (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol). Крім того, їй потрібна можливість використання стандарту IEEE 802.1x для управління доступом до мережі.
TKIP і WRAP можуть бути додані до пристроїв 802.11 простим оновленням програм. Попередня версія механізму TKIP під назвою SSN (Safe Secure Networks) вже прийнята галузевої групою Wi-Fi, оскільки гостро необхідна більш надійний захист.
Ці три алгоритму, названі в останній версії 802.11i, нададуть домашнім користувачам хороші засоби захисту, хоча виробники обладнання, орієнтовані на підприємства, ймовірно, будуть як і раніше реалізовувати додаткові функції.
До травня 2001 р. стандартизація засобів інформаційної безпеки для бездротових мереж 802.11 ставилася до ведення робочої групи IEEE 802.11e, але потім ця проблематика була виділена в самостійний підрозділ. Розроблюваний стандарт 802.1X покликаний розширити можливості протоколу 802.11 MAC, передбачивши кошти шифрування переданих даних, а також централізованої аутентифікації користувачів і робочих станцій. У результаті масштаби бездротових локальних мереж можна буде нарощувати до сотень і тисяч робочих станцій.
В основі 802.1X лежить протокол аутентифікації Extensible Authentication Protocol (EAP), що базується на PPP. Сама процедура аутентифікації передбачає участь у ній трьох сторін - що викликає (клієнта), що викликається (точки доступу) і сервера аутентифікації (як правило, сервера RADIUS). У той же час новий стандарт, судячи з усього, залишить на розсуд виробників реалізацію алгоритмів керування ключами.
Подальшим розвитком ідеї бездротової передачі аудіо і відео є підхід групи розробників, що вже почали роботу над створенням стандарту, аналогічного 1394 і орієнтованого на пересилку відео, використовуючи стандарт бездротового зв'язку 802.15.3. До робочої групи увійшли представники компаній Sony, Philips і Pioneer, а також декількох не таких відомих виробників чіпів. Якщо специфікації схвалять, то надалі можливе використання портів 1394 з адаптерами бездротових мереж без будь-яких модифікацій. Не виключають також, що сумісність з 1394 врахують і в специфікаціях майбутнього широкосмугового стандарту 802.15.3a, який, як передбачається, забезпечить пропускну спроможність до 200 і 400 Мбіт / с на відстані до 10 м.
Що стосується проблеми дальнодії WLAN, то в була прийнята специфікація нового стандарту бездротових міських мереж (WirelessMAN) - IEEE 802.16, яка описує специфікацію інтерфейсу модуляції з однієї несучої (Single Carrier), що працює на частотах від 10 до 66 ГГц.
На питання про те, чи вважати 802.11 і 802.16 доповнюючими один одного стандартами або конкурентами в певних частотних діапазонах, до цих пір не дано чіткої відповіді. Ясно одне - ці стандарти призначені для різних потреб: 802.16 призначений для побудови мереж масштабу MAN (Metropolitan Area Networks), а 802.11 - для бездротових локальних мереж (Wireless Local Area Networks). Але вже зараз серед виробників обладнання виникли розбіжності: одні пропонують розширити діапазон застосування 802.11 на мережі масштабу підприємств, інші - донести 802.16 ще і до кінцевого користувача.
На додаток до специфікаціям IEEE 802.16 був введений стандарт IEEE 802.16a. Він враховує тонкощі розподілу спектру в розглянутому діапазоні, а також визначає три режими «фізичного рівня" з'єднань. Передбачений режим з однією несучою для спеціальних потреб, але при цьому додано OFDM-мультиплексування з ортогональним поділом частоти на 256 каналів, яке розбиває радіоканал на безліч каналів, що дозволяє збільшити швидкість обміну за рахунок паралельної передачі даних. Додатково з'являється можливість відбудуватися від перешкод, що виникають у результаті багатопроменевого розповсюдження сигналу. Ортогональне розміщення піднесуть забезпечує передачу результуючого сигналу в більш вузькому спектрі в порівнянні з іншими методами мультиплексування. Ще одне доповнення - мультиплексування OFDMA на 2048 каналів, що надає можливості поліпшеного мультиплексування в мережах з декількома рівнями.
Широкий діапазон частот, що передбачається стандартом, дозволяє розгортати канали передачі даних з високою пропускною здатністю (до 70 Мбіт / с на сектор однієї базової станції) з використанням передавачів, що встановлюються на щоглах мереж стільникового зв'язку та висотних будівлях. Істотний недолік в тому, що приймає і передає обладнання, яке працює за цим стандартом, може знаходитися тільки в зоні прямої видимості.
Наступний варіант стандарту 802.16, що розробляється 802.16 Task Group C, буде діяти в більш високому діапазоні частот. Частково в нього увійдуть технології, відпрацьовані для LMDS і радіозв'язку (50-60 ГГц). Однак найбільший інтерес представляє 802.16e, у якому буде реалізована мобільність бездротових мереж. Як повідомляють фахівці IEEE, навряд чи 802.16e стане стандартом, конкурентним мереж стільникового зв'язку, тим більше що такої мети і не переслідується - для мобільних користувачів, що віддають перевагу високу швидкість передачі і прийому даних, розроблені послуги 3G. Стандарт 802.16e буде розрахований на повільно пересуваються користувачів, яким хотілося б залишатися на зв'язку в межах зони дії офісного вузла MAN.
Стандарти 802.16 нададуть широкі можливості для масштабування, необхідного для забезпечення підтримки сотень тисяч користувачів силами однієї базової станції. Один сектор однієї базової станції здатний забезпечити швидкість передачі даних, достатню для одночасного обслуговування понад 60 підприємств, підключених по каналах типу T1, і сотні житлових будинків, підключених по каналах типу DSL. Для кінцевого користувача це означає менш дорогою, а значить, і більш конкурентоспроможний широкосмуговий доступ в Інтернет.
Методи DSSS і FHSS в IEEE 802.11
Як вже було вище сказано, сигнали в стандартах IEEE 802.11 можуть передаватися по радіоканалах у діапазоні 2,4 Ггц із широкосмугового модуляцією з прямим розширенням спектра (DSSS), стрибкоподібної перебудовою частоти (FHSS), а також каналами з інфрачервоним випромінюванням.
Обидві технології розширення спектру DSSS і FHSS засновані на застосуванні двоетапної модуляції несучої.
За методом DSSS кожен біт вихідного повідомлення представляється спеціальними 11-розрядними кодовими комбінаціями (шляхом виконання логічної операції "виключає АБО") і вже результуюча послідовність модулює передається в ефір радіосигнал (при цьому використовується фазова модуляція несучої PSK: при кожній зміні логічного рівня з 0 в 1 або з 1 в 0 відбувається зсув фази снусоідального коливання). Псевдовипадкові кодові комбінації, надають радіосигналу характер шуму, в 11 разів збільшуючи спектр частот вихідного вузькосмугового сигналу і розподіляючи його потужність по всьому діапазону. Для виділення корисної інформації приймальня сторона використовує ту ж кодову послідовність. Підтримання синхронності фази несучого коливання в приймачі та передавачі здійснюється останнім за допомогою формування через певні проміжки часу спеціального синхросигналу.
Згідно з методом FHSS модулювання несучого сигналу виконується безпосередньо вихідним повідомленням з використанням частотної модуляції, при якій передача логічних рівнів 0 і 1 здійснюється на частотах, розташованих трохи вище або нижче центральної. Розширення спектру проводиться періодичним, відповідно до заданої послідовністю, використовуваної і передавачем і приймачем, зміною значення самої центральної частоти (стандартом IEEE 802.11 передбачені 79 можливих значень несучого коливання), причому тривалість утримання частоти на кожному рівні (dwell time) складає 20 мс. Строго кажучи, сигнал FHSS можна вважати широкосмуговим тільки на досить великому інтервалі часу, що включає багато періодів утримання, оскільки на кожному з останніх діапазон частот переданого сигналу визначається спектром вихідного повідомлення, тобто фактично є вузькосмуговим.
Завадостійкість
Вузькополосні перешкоди
У системах DSSS енергія корисного сигналу розподілена по всьому діапазону радіохвиль (для забезпечення максимальної швидкості передачі даних 11 Мбіт / с, передбаченої стандартом IEEE 802.11, потрібна смуга частот приблизно 22 МГц), тому у вхідних ланцюгах приймальних пристроїв використовуються широкосмугові фільтри. Наявність вузькосмугових завад невеликої інтенсивності на будь-який з частот діапазону не призводить до збоїв (інформація відновлюється в приймачі з "непошкоджених" ділянок спектру), однак якщо по енергії перешкода порівнянна з корисним сигналом, то робота системи може бути повністю заблокована. У системах FHSS ймовірність появи перешкод підвищується за рахунок більш широкого діапазону використовуваних частот (83,5 МГц), однак якщо паразитний сигнал займає вузьку ділянку спектра, то його вплив позначиться тільки на окремих перегонах з близьким значенням несучої. Результатом буде лише деяке зниження продуктивності системи (із-за необхідності повторення зіпсованого фрагмента повідомлення на наступному стрибку).
Широкосмугові перешкоди
Активність декількох радіосистем, розташованих по-сусідству, може призводити до підвищення загального рівня зашумленості ефіру на досить протяжних ділянках спектру. І хоча, в принципі, застосовувана в системах DSSS фазова модуляція сигналу дозволяє працювати при більш високому відношенні сигнал / шум, ніж частотна модуляція несучої, використовувана в пристроях FHSS, ймовірність появи перешкоди, що охоплює смугу в 20 МГц значно вище, ніж весь 80-МГц діапазон. Тому на практиці системи FHSS виявляються більш стійкими до широкосмугових перешкод і можуть продовжувати працювати (хоча і зі зниженою пропускною здатністю) в умовах, коли системи DSSS вже не здатні нормально сприймати корисний сигнал.
Шумових перешкод
Інтерференційні перешкоди, що виникають із-за багаторазового відбиття радіохвиль від навколишніх предметів, проявляються в одночасному надходженні до приймальника безлічі "копій" корисного сигналу зі зміщеними фазами, що може призводити до його ослаблення або навіть повного зникнення на окремих ділянках спектру (так званий "федингам" ). При одних і тих же зовнішніх умовах системи DSSS виявляються більш стійкими до федингам, ніж FHSS (як і у випадку вузькосмугових завад, корисний сигнал виявляється спотвореним тільки на окремих частотах), проте вони набагато чутливіші до зміщення в часі продетектированного двійкового сигналу - через значно коротшою (приблизно в десять разів) тривалості імпульсів зростає ймовірність неправильної інтерпретації рівнів 0 або 1 при стробування.
Пропускна здатність
Для систем DSSS і FHSS, заснованих на специфікаціях базового стандарту IEEE 802.11, визначена швидкість передачі даних 1 і 2 Мбіт / с. Оскільки тут маються на увазі всі біти повідомлення, а корисна інформація становить лише частину кадру, що включає також службові розряди (наприклад, контрольні), то реальна пропускна здатність системи виявляється менше. Додаткові "накладні витрати" вносять і самі протоколи передачі даних (процедури обміну службовими кадрами при "упізнаванні" робочих станцій, для цілей синхронізації, повторної передачі інформаційних кадрів при виявленні помилок і т.д.)
У середньому системи DSSS, що працюють на швидкості 2 Мбіт / с, мають пропускну здатність 1,4 Мбіт / с. Для систем FHSS цей показник дещо нижчий через додаткових втрат на синхронізацію передавача і приймача після кожного перемикання на нову частоту.
Збільшення загальної пропускної здатності можна отримати за рахунок розгортання в одній зоні декількох систем. У разі DSSS це можна було б зробити на основі технології кодового розділення каналів CDMA, тобто застосовуючи в них різні, некорельованих між собою (так звані ортогональні) кодові послідовності. Властивість ортогональності дозволяє приймальним пристроям надійно виділяти призначену їм інформацію, воспріннімая радіосигнали від інших систем як шум. Однак практичного використання методу CDMA перешкоджає швидке зростання довжини ортогональних послідовностей із збільшенням їх числа. Так, наприклад, для розгортання 6 незалежних систем DSSS було б потрібно використовувати 31-розрядні послідовності (що представляють кожен біт інформаційного повідомлення) і необхідна смуга частот для забезпечення максимальної швидкості передачі даних в 11 Мбіт / с перевищила б весь відведений для таких систем діапазон.
Стандартом 802.11 передбачена можливість спільної роботи систем DSSS, що використовують одну й ту ж 11-розрядну кодову послідовність, виділенням кожної з них окремого піддіапазону частот шириною близько 30МГц. Оскільки весь діапазон становить 83,5 МГц, то таких систем може бути не більше 3. Відповідно, їх сумарна пропускна здатність становить близько 4,2 Мбіт / с.
У разі FHSS кількість розгорнутих значно більше. Стандарт 802.11 визначає 78 різних послідовностей перемикання між 79 значеннями несучої частоти (3 групи по 26 послідовностей, в кожній з яких забезпечується мінімальне число колізій, тобто одночасного використання однієї і тієї ж частоти декількома системами).
Таким чином, теоретично на одній і тій же території може бути створено до 26 систем FHSS, проте на практиці їх число значно менше і зазвичай не перевищує 15. Це викликано тим, що стандарт 802.11 забороняє сувору синхронізацію передавачів (системи повинні бути незалежними), що підвищує ймовірність колізій і, відповідно, збільшення витрат часу на повторну передачу кадрів.
Wi-Fi з підтримкою голосу
РОБОТА над стандартами, які забезпечать підтримку голосового зв'язку в мережах Wi-Fi, почалася. Ряд виробників, в першу чергу - компанії Airespace і Spectralink, звернулися до керівництва IEEE з проханням сформувати дослідницьку групу Fast Roaming, яка буде займатися організацією передачі управління між точками доступу.
Асоціація IEEE вже взяла на себе відповідальність за розвиток стандарту якості обслуговування 802.11e, який дозволить присвоювати голосовим пакетів більш високий пріоритет, ніж пакетів даних. Мета нового проекту полягає у вирішенні питань управління телефонними дзвінками в процесі переміщення користувачів всередині бездротової мережі від однієї точки доступу до іншої. Можливість перемикання з однієї точки доступу на іншу передбачала навіть перша версія стандарту 802.11, але при подібному «роумінгу» спостерігалися короткочасні переривання потоків даних.
За іронією долі, пов'язані з цим неприємності ще помітніше стали проявлятися після активізації функцій безпеки, вбудованих в мережі Wi-Fi. Якщо телефонний дзвінок здійснюється при переміщенні користувача між точками доступу, тунель, по якому передається зашифрована інформація, повинен бути ліквідований в одній точці доступу і відновлений в іншій. Якщо така процедура займає понад 50 мс, споживач сприймає це як обрив зв'язку. За словами виробників, зараз для перемикання потрібно більше 70 мс.
Виробник бездротових комутаторів Airespace є одним з провідних розробників технологій передачі голосу по мережах Wi-Fi, і його представники входять до складу дослідницької групи IEEE.
Дослідницька група має намір приступити до проектування нового стандарту негайно. Щоправда, офіційний дозвіл IEEE може бути отримано, лише коли виконавчий комітет видасть позитивний висновок на запит про санкціонування робіт і направить його комітетові по стандартизації для остаточного затвердження.
Багато хто вважає, що існуючі стандарти Wi-Fi не здатні забезпечити стійку передачу голосу. Поки ж вирішувати завдання організації голосового зв'язку найчастіше пропонується на основі технології 802.11a.
***
Розвиток мереж Wi-Fi стрімко набирає темп. У нашій країні вже працюють тисячі бездротових мереж, і до кількох десятків діючих регіональних операторів кожен місяць додаються нові. І в найближчі роки цей процес буде ставати все більш інтенсивним. Слід зазначити, що якісні характеристики WLAN мереж стрімко поліпшуються. На сьогоднішній день в WLAN мережах досягнута швидкість 54 Мбіт / с, враховуючи, що в первісних стандартах вона становила 1-2 Мбіт / с. А в звичайних мережах - 100 Мбіт / с. У найближчому майбутньому бездротові мережі частково витіснять «провідні» мережі, завдяки своїй «гнучкості», зручності, простоті підключення нових робочих станцій. Бездротові мережі не зможуть повністю «замінити» «провідні», але вони займуть своє місце нарівні з ними і будуть використовуватися для вирішення певного кола завдань.
Таким чином, розвиток WLAN мереж дуже перспективно, тому що саме вони в інтеграції із звичайними мережами дозволять надати клієнтам більш нову якість послуг мережі.
Список літератури:
1. Журнал «Connect Світ зв'язку», № 12, 2003 р.
2. Журнал "LAN", N 06-08 (2003)
3. Журнал "Мережі" N2, 2004
4. Журнал "PCWEEK", N 19 (2003)
5. Журнал "Експрес Електроніка", N 6 (103), 2003
6. Журнал Computerworld, # 04/2004
Що стосується проблеми дальнодії WLAN, то в була прийнята специфікація нового стандарту бездротових міських мереж (WirelessMAN) - IEEE 802.16, яка описує специфікацію інтерфейсу модуляції з однієї несучої (Single Carrier), що працює на частотах від 10 до 66 ГГц.
На питання про те, чи вважати 802.11 і 802.16 доповнюючими один одного стандартами або конкурентами в певних частотних діапазонах, до цих пір не дано чіткої відповіді. Ясно одне - ці стандарти призначені для різних потреб: 802.16 призначений для побудови мереж масштабу MAN (Metropolitan Area Networks), а 802.11 - для бездротових локальних мереж (Wireless Local Area Networks). Але вже зараз серед виробників обладнання виникли розбіжності: одні пропонують розширити діапазон застосування 802.11 на мережі масштабу підприємств, інші - донести 802.16 ще і до кінцевого користувача.
На додаток до специфікаціям IEEE 802.16 був введений стандарт IEEE 802.16a. Він враховує тонкощі розподілу спектру в розглянутому діапазоні, а також визначає три режими «фізичного рівня" з'єднань. Передбачений режим з однією несучою для спеціальних потреб, але при цьому додано OFDM-мультиплексування з ортогональним поділом частоти на 256 каналів, яке розбиває радіоканал на безліч каналів, що дозволяє збільшити швидкість обміну за рахунок паралельної передачі даних. Додатково з'являється можливість відбудуватися від перешкод, що виникають у результаті багатопроменевого розповсюдження сигналу. Ортогональне розміщення піднесуть забезпечує передачу результуючого сигналу в більш вузькому спектрі в порівнянні з іншими методами мультиплексування. Ще одне доповнення - мультиплексування OFDMA на 2048 каналів, що надає можливості поліпшеного мультиплексування в мережах з декількома рівнями.
Широкий діапазон частот, що передбачається стандартом, дозволяє розгортати канали передачі даних з високою пропускною здатністю (до 70 Мбіт / с на сектор однієї базової станції) з використанням передавачів, що встановлюються на щоглах мереж стільникового зв'язку та висотних будівлях. Істотний недолік в тому, що приймає і передає обладнання, яке працює за цим стандартом, може знаходитися тільки в зоні прямої видимості.
Наступний варіант стандарту 802.16, що розробляється 802.16 Task Group C, буде діяти в більш високому діапазоні частот. Частково в нього увійдуть технології, відпрацьовані для LMDS і радіозв'язку (50-60 ГГц). Однак найбільший інтерес представляє 802.16e, у якому буде реалізована мобільність бездротових мереж. Як повідомляють фахівці IEEE, навряд чи 802.16e стане стандартом, конкурентним мереж стільникового зв'язку, тим більше що такої мети і не переслідується - для мобільних користувачів, що віддають перевагу високу швидкість передачі і прийому даних, розроблені послуги 3G. Стандарт 802.16e буде розрахований на повільно пересуваються користувачів, яким хотілося б залишатися на зв'язку в межах зони дії офісного вузла MAN.
Стандарти 802.16 нададуть широкі можливості для масштабування, необхідного для забезпечення підтримки сотень тисяч користувачів силами однієї базової станції. Один сектор однієї базової станції здатний забезпечити швидкість передачі даних, достатню для одночасного обслуговування понад 60 підприємств, підключених по каналах типу T1, і сотні житлових будинків, підключених по каналах типу DSL. Для кінцевого користувача це означає менш дорогою, а значить, і більш конкурентоспроможний широкосмуговий доступ в Інтернет.
Методи DSSS і FHSS в IEEE 802.11
Як вже було вище сказано, сигнали в стандартах IEEE 802.11 можуть передаватися по радіоканалах у діапазоні 2,4 Ггц із широкосмугового модуляцією з прямим розширенням спектра (DSSS), стрибкоподібної перебудовою частоти (FHSS), а також каналами з інфрачервоним випромінюванням.
Обидві технології розширення спектру DSSS і FHSS засновані на застосуванні двоетапної модуляції несучої.
За методом DSSS кожен біт вихідного повідомлення представляється спеціальними 11-розрядними кодовими комбінаціями (шляхом виконання логічної операції "виключає АБО") і вже результуюча послідовність модулює передається в ефір радіосигнал (при цьому використовується фазова модуляція несучої PSK: при кожній зміні логічного рівня з 0 в 1 або з 1 в 0 відбувається зсув фази снусоідального коливання). Псевдовипадкові кодові комбінації, надають радіосигналу характер шуму, в 11 разів збільшуючи спектр частот вихідного вузькосмугового сигналу і розподіляючи його потужність по всьому діапазону. Для виділення корисної інформації приймальня сторона використовує ту ж кодову послідовність. Підтримання синхронності фази несучого коливання в приймачі та передавачі здійснюється останнім за допомогою формування через певні проміжки часу спеціального синхросигналу.
Згідно з методом FHSS модулювання несучого сигналу виконується безпосередньо вихідним повідомленням з використанням частотної модуляції, при якій передача логічних рівнів 0 і 1 здійснюється на частотах, розташованих трохи вище або нижче центральної. Розширення спектру проводиться періодичним, відповідно до заданої послідовністю, використовуваної і передавачем і приймачем, зміною значення самої центральної частоти (стандартом IEEE 802.11 передбачені 79 можливих значень несучого коливання), причому тривалість утримання частоти на кожному рівні (dwell time) складає 20 мс. Строго кажучи, сигнал FHSS можна вважати широкосмуговим тільки на досить великому інтервалі часу, що включає багато періодів утримання, оскільки на кожному з останніх діапазон частот переданого сигналу визначається спектром вихідного повідомлення, тобто фактично є вузькосмуговим.
Завадостійкість
Вузькополосні перешкоди
У системах DSSS енергія корисного сигналу розподілена по всьому діапазону радіохвиль (для забезпечення максимальної швидкості передачі даних 11 Мбіт / с, передбаченої стандартом IEEE 802.11, потрібна смуга частот приблизно 22 МГц), тому у вхідних ланцюгах приймальних пристроїв використовуються широкосмугові фільтри. Наявність вузькосмугових завад невеликої інтенсивності на будь-який з частот діапазону не призводить до збоїв (інформація відновлюється в приймачі з "непошкоджених" ділянок спектру), однак якщо по енергії перешкода порівнянна з корисним сигналом, то робота системи може бути повністю заблокована. У системах FHSS ймовірність появи перешкод підвищується за рахунок більш широкого діапазону використовуваних частот (83,5 МГц), однак якщо паразитний сигнал займає вузьку ділянку спектра, то його вплив позначиться тільки на окремих перегонах з близьким значенням несучої. Результатом буде лише деяке зниження продуктивності системи (із-за необхідності повторення зіпсованого фрагмента повідомлення на наступному стрибку).
Широкосмугові перешкоди
Активність декількох радіосистем, розташованих по-сусідству, може призводити до підвищення загального рівня зашумленості ефіру на досить протяжних ділянках спектру. І хоча, в принципі, застосовувана в системах DSSS фазова модуляція сигналу дозволяє працювати при більш високому відношенні сигнал / шум, ніж частотна модуляція несучої, використовувана в пристроях FHSS, ймовірність появи перешкоди, що охоплює смугу в 20 МГц значно вище, ніж весь 80-МГц діапазон. Тому на практиці системи FHSS виявляються більш стійкими до широкосмугових перешкод і можуть продовжувати працювати (хоча і зі зниженою пропускною здатністю) в умовах, коли системи DSSS вже не здатні нормально сприймати корисний сигнал.
Шумових перешкод
Інтерференційні перешкоди, що виникають із-за багаторазового відбиття радіохвиль від навколишніх предметів, проявляються в одночасному надходженні до приймальника безлічі "копій" корисного сигналу зі зміщеними фазами, що може призводити до його ослаблення або навіть повного зникнення на окремих ділянках спектру (так званий "федингам" ). При одних і тих же зовнішніх умовах системи DSSS виявляються більш стійкими до федингам, ніж FHSS (як і у випадку вузькосмугових завад, корисний сигнал виявляється спотвореним тільки на окремих частотах), проте вони набагато чутливіші до зміщення в часі продетектированного двійкового сигналу - через значно коротшою (приблизно в десять разів) тривалості імпульсів зростає ймовірність неправильної інтерпретації рівнів 0 або 1 при стробування.
Пропускна здатність
Для систем DSSS і FHSS, заснованих на специфікаціях базового стандарту IEEE 802.11, визначена швидкість передачі даних 1 і 2 Мбіт / с. Оскільки тут маються на увазі всі біти повідомлення, а корисна інформація становить лише частину кадру, що включає також службові розряди (наприклад, контрольні), то реальна пропускна здатність системи виявляється менше. Додаткові "накладні витрати" вносять і самі протоколи передачі даних (процедури обміну службовими кадрами при "упізнаванні" робочих станцій, для цілей синхронізації, повторної передачі інформаційних кадрів при виявленні помилок і т.д.)
У середньому системи DSSS, що працюють на швидкості 2 Мбіт / с, мають пропускну здатність 1,4 Мбіт / с. Для систем FHSS цей показник дещо нижчий через додаткових втрат на синхронізацію передавача і приймача після кожного перемикання на нову частоту.
Збільшення загальної пропускної здатності можна отримати за рахунок розгортання в одній зоні декількох систем. У разі DSSS це можна було б зробити на основі технології кодового розділення каналів CDMA, тобто застосовуючи в них різні, некорельованих між собою (так звані ортогональні) кодові послідовності. Властивість ортогональності дозволяє приймальним пристроям надійно виділяти призначену їм інформацію, воспріннімая радіосигнали від інших систем як шум. Однак практичного використання методу CDMA перешкоджає швидке зростання довжини ортогональних послідовностей із збільшенням їх числа. Так, наприклад, для розгортання 6 незалежних систем DSSS було б потрібно використовувати 31-розрядні послідовності (що представляють кожен біт інформаційного повідомлення) і необхідна смуга частот для забезпечення максимальної швидкості передачі даних в 11 Мбіт / с перевищила б весь відведений для таких систем діапазон.
Стандартом 802.11 передбачена можливість спільної роботи систем DSSS, що використовують одну й ту ж 11-розрядну кодову послідовність, виділенням кожної з них окремого піддіапазону частот шириною близько 30МГц. Оскільки весь діапазон становить 83,5 МГц, то таких систем може бути не більше 3. Відповідно, їх сумарна пропускна здатність становить близько 4,2 Мбіт / с.
У разі FHSS кількість розгорнутих значно більше. Стандарт 802.11 визначає 78 різних послідовностей перемикання між 79 значеннями несучої частоти (3 групи по 26 послідовностей, в кожній з яких забезпечується мінімальне число колізій, тобто одночасного використання однієї і тієї ж частоти декількома системами).
Таким чином, теоретично на одній і тій же території може бути створено до 26 систем FHSS, проте на практиці їх число значно менше і зазвичай не перевищує 15. Це викликано тим, що стандарт 802.11 забороняє сувору синхронізацію передавачів (системи повинні бути незалежними), що підвищує ймовірність колізій і, відповідно, збільшення витрат часу на повторну передачу кадрів.
Wi-Fi з підтримкою голосу
РОБОТА над стандартами, які забезпечать підтримку голосового зв'язку в мережах Wi-Fi, почалася. Ряд виробників, в першу чергу - компанії Airespace і Spectralink, звернулися до керівництва IEEE з проханням сформувати дослідницьку групу Fast Roaming, яка буде займатися організацією передачі управління між точками доступу.
Асоціація IEEE вже взяла на себе відповідальність за розвиток стандарту якості обслуговування 802.11e, який дозволить присвоювати голосовим пакетів більш високий пріоритет, ніж пакетів даних. Мета нового проекту полягає у вирішенні питань управління телефонними дзвінками в процесі переміщення користувачів всередині бездротової мережі від однієї точки доступу до іншої. Можливість перемикання з однієї точки доступу на іншу передбачала навіть перша версія стандарту 802.11, але при подібному «роумінгу» спостерігалися короткочасні переривання потоків даних.
За іронією долі, пов'язані з цим неприємності ще помітніше стали проявлятися після активізації функцій безпеки, вбудованих в мережі Wi-Fi. Якщо телефонний дзвінок здійснюється при переміщенні користувача між точками доступу, тунель, по якому передається зашифрована інформація, повинен бути ліквідований в одній точці доступу і відновлений в іншій. Якщо така процедура займає понад 50 мс, споживач сприймає це як обрив зв'язку. За словами виробників, зараз для перемикання потрібно більше 70 мс.
Виробник бездротових комутаторів Airespace є одним з провідних розробників технологій передачі голосу по мережах Wi-Fi, і його представники входять до складу дослідницької групи IEEE.
Дослідницька група має намір приступити до проектування нового стандарту негайно. Щоправда, офіційний дозвіл IEEE може бути отримано, лише коли виконавчий комітет видасть позитивний висновок на запит про санкціонування робіт і направить його комітетові по стандартизації для остаточного затвердження.
Багато хто вважає, що існуючі стандарти Wi-Fi не здатні забезпечити стійку передачу голосу. Поки ж вирішувати завдання організації голосового зв'язку найчастіше пропонується на основі технології 802.11a.
***
Розвиток мереж Wi-Fi стрімко набирає темп. У нашій країні вже працюють тисячі бездротових мереж, і до кількох десятків діючих регіональних операторів кожен місяць додаються нові. І в найближчі роки цей процес буде ставати все більш інтенсивним. Слід зазначити, що якісні характеристики WLAN мереж стрімко поліпшуються. На сьогоднішній день в WLAN мережах досягнута швидкість 54 Мбіт / с, враховуючи, що в первісних стандартах вона становила 1-2 Мбіт / с. А в звичайних мережах - 100 Мбіт / с. У найближчому майбутньому бездротові мережі частково витіснять «провідні» мережі, завдяки своїй «гнучкості», зручності, простоті підключення нових робочих станцій. Бездротові мережі не зможуть повністю «замінити» «провідні», але вони займуть своє місце нарівні з ними і будуть використовуватися для вирішення певного кола завдань.
Таким чином, розвиток WLAN мереж дуже перспективно, тому що саме вони в інтеграції із звичайними мережами дозволять надати клієнтам більш нову якість послуг мережі.
Список літератури:
1. Журнал «Connect Світ зв'язку», № 12, 2003 р.
2. Журнал "LAN", N 06-08 (2003)
3. Журнал "Мережі" N2, 2004
4. Журнал "PCWEEK", N 19 (2003)
5. Журнал "Експрес Електроніка", N 6 (103), 2003
6. Журнал Computerworld, # 04/2004