2017-10-25
2719
В американському Комітеті з стандартизації IЕЕЕ 802 найбільш перспективним напрямком є радйбтехнологіі, а саме бездротові локальний 1 мережі (802.11) і бездротові міські мережі (802.16 / \ WiMAX).
У табл. 8.7 порівнюються важливі параметри вже існуючих і очікуваних радіотехнологій.
Комітет з стандартизації IЕЕЕ 802 сформував робочу групу за стандартами для бездротових локальних мереж 802.11 в 1990 році. Ця група зайнялася розробкою загального стандарту для радіоустаткування і мереж, що працюють на частоті 2,4 ГГц, з швидкостями доступу 1 і 2 Mbps (Megabitsper-second). Роботи зі створення стандарту були завершені через сім років, і в червні 1997 року була ратифікована перша специфікація 802.11. Стандарт IЕЕЕ 802.11 був першим стандартом для продуктів від незалежної міжнародної організації, що розробляє більшість стандартів для провідних мереж. Однак до того часу закладена спочатку швидкість передачі даних в бездротовій мережі вже не відповідала потребам користувачів. Щоб зробити технологію Wireless LAN популярною, дешевої, а головне - що задовольняє сучасним жорстким вимогам бізнес-додатків, розробники були змушені доопрацювати стандарт.
У вересні 1999 року IЕЕЕ ратифікував розширення попереднього стандарту, назване IЕЕЕ 802.11Ь (також відоме як 802.11 High rate). Воно визначає стандарт для продуктів бездротових мереж, що працюють на швидкості 11 Мbps (подібно Ethernet), що дозволяє успішно застосовувати ці пристрої в великих організаціях.
Сумісність продуктів різних виробників гарантується незалежною організацією, яка називається Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). Ця організація була створена лідерами індустрії бездротового зв'язку в 1999 році. В даний час членами WECA є більше 80 компаній, в тому числі такі відомі виробники, як Cisco, Lucent, 3Com, IBM, Apple, Compad, Dell, Fujitsu, Siemens, Sony, AMD.
Потреба в бездротовому доступі до локальних мереж зростає в міру збільшення числа мобільних пристроїв, таких як ноутбуки і PDA, а також із зростанням бажання користувачів бути підключеними до мережі без необхідності підключення мережевого проводу.
Як і всі стандарти IЕЕЕ 802, 802.11 працює на нижніх двох рівнях моделі 130/031 - фізичному і канальному. Будь-яке мережевий додаток, мережева операційна система або протокол (наприклад, ТСР/1Р) будуть так само добре працювати в мережі 802.11, як і в мережі Ethernet.
Основна архітектура, особливості та служби мережі визначені в первісному стандарті 802.11. Специфікація 802.11Ь зачіпає тільки фізичний рівень, додаючи лише вищі швидкості доступу.
Режими роботи в стандарті ІЕЕЕ 802.11. Стандарт IЕЕЕ 802.11 визначає два типи обладнання - клієнт, який зазвичай являє собою комп'ютер, укомплектований бездротової мережевої інтерфейсної картою (network interface Card, NIC), і точку доступу (Access point, AP ), яка виконує роль моста між бездротового і дротового мережами. Точка доступу зазвичай містить в собі приймач, інтерфейс провідної мережі (802.3), а також програмне забезпечення, що займається обробкою даних. У якості бездротової станції може виступати ISA, РСI або РС Саrd - мережева карта в стандарті 802.11, або вбудовані рішення, наприклад, телефонна гарнітура 802.11.
Стандарт IЕЕЕ 802.11 визначає два режими роботи мережі - режими «Ad-Hoc» та «клієнт - сервер» (або режим інфраструктури - infrastructure mode). У режимі «клієнт - сервер» бездротова мережа складається як мінімум з однієї точки доступу, підключеної до дротової мережі, і деякого набору бездротових кінцевих станцій. Така конфігурація носить назву базового набору служб (Basic service Set, BSS). Два або більше BSS, що утворюють єдину підмережа, формують розширений набір служб (Extended Service Set, ESS). Так як більшості бездротових станцій потрібно отримувати доступ до файлових серверів, принтерів, Інтернет, доступним в дротової локальної мережі, вони будуть працювати в режимі «клієнт - сервер».
Режим «Ad-Hoc» (також званий точка - точка, або незалежний базовий набір служб, IBSS) - це проста мережа, в якій зв'язок між численними станціями встановлюється безпосередньо, без використання спеціальної точки доступу. Такий режим корисний у тому випадку, якщо інфраструктура бездротової мережі не сформована (наприклад, готель, виставковий зал, аеропорт), або з якихось причин не може бути сформована.
Фізичний рівень 802.11. На фізичному рівні визначені два широкосмугових радіочастотних методу передачі і один - в інфрачервоному діапазоні. Радіочастотні методи працюють в діапазоні 2,4 ГГц і зазвичай використовують смугу 83 МГц в інтервалі від 2,400 ГГц до 2,483 ГГц. Технології широкосмугового сигналу, використовувані в радіочастотних методах, збільшують надійність, пропускну здатність, дозволяють багатьом не пов'язаним один з одним пристроям використовувати одну смугу частот з мінімальними перешкодами один для одного.
Стандарт IЕЕЕ 802.11 використовує метод прямої послідовності (й / 'гес? 8едіепсе Зргеас / 8рес (гіт, Е888) і метод частотних стрибків (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Ці методи кардинально відрізняються і несумісні один з одним.
Заголовки фізичного рівня завжди передаються на швидкості 1 Мбіт / с, в той час як дані можуть передаватися зі швидкостями 1 і 2 Мбіт / с.
Зміни, внесені в стандарт специфікацій 802.11b. Основне доповнення, внесене специфікацією 802.11b в основний стандарт, - це підтримка двох нових швидкостей передачі даних - 5,5 і 11 Мбіт / с. Для досягнення цих швидкостей був обраний метод DSSS, так як метод частотних скачковв силу обмежень, визначених Федеральною комісією зі зв'язку, не може підтримувати більш високі швидкості. З цього випливає, що системи 802.11Ь будуть сумісні з системами DSSS 802.11, але не будуть працювати з системами РН88 802.11.
Для підтримки дуже зашумленних середовищ, а також для роботи на великих відстанях мережі 802.11Ь використовують динамічний зсув швидкості, що дозволяє автоматично змінювати швидкість передачі даних в залежності від властивостей радіоканалу. Наприклад, користувач може підключитися з максимальною швидкістю 11 Мбіт / с, але в тому випадку, якщо підвищиться рівень перешкод або користувач віддалиться на велику відстань, мобільний пристрій почне передавати на меншій швидкості - 5,5, 2 або 1 Мбіт / с. Якщо можлива стійка робота на вищій швидкості, мобільний пристрій автоматично почне передавати з більш високою швидкістю. Зрушення швидкості - механізм фізичного рівня і є прозорим для вищестоящих рівнів і користувача.
Канальний (Data-Link) рівень мережі 802.11. Канальний рівень 802.11 складається з двох підрівнів: управління логічним зв'язком (Logical Link Control, LLC) та управління доступом до середовища (Media Access Control). Стандарт IЕЕЕ 802.11 використовує той же LLC і 48-бітову адресацію, що й інші мережі стандарту IЕЕЕ 802, що дозволяє легко об'єднувати бездротові і дротяні мережі, однак МАС-рівень має кардинальні відмінності.
МАС-рівень мережі 802.11 дуже схожий на реалізований в мережі 802.3, де він підтримує безліч користувачів на загальному носії, коли користувач перевіряє носій перед доступом до нього. Для Ethernet мереж 802.3 використовується протокол Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection (CSDMA, CD), який визначає, як станції Ethernet отримують доступ до провідної лінії і як вони виявляють і обробляють колізії, що виникають в тому випадку, якщо кілька пристроїв намагаються одночасно встановити зв'язок по мережі. Щоб виявити колізію, станція повинна мати здатність і приймати, і передавати одночасно. Стандарт IЕЕЕ802.11 передбачає використання напівдуплексних приемопередатчиков, тому в бездротових мережах 802.11 станція не може знайти колізію під час передачі.
Щоб врахувати це відміну, стандарт IЕЕЕ 802.11 використовує модифікований протокол, відомий як Carrier Sense Multiple Access with Colision Avoidance (CSMA / CA), або Distributed Coordination Function (DFC). CSMA / CA намагається уникнути колізій шляхом використання явного підтвердження пакета (АСК), що означає, що приймаюча станція посилає пакет АСК для підтвердження того, що пакет отриманий неушкодженим.
CSMA / CA працює таким чином. Станція, яка бажає передавати, тестує канал, і якщо не виявлено активності, станція чекає протягом деякого випадкового проміжку часу, а потім передає, якщо середовище передачі даних все ще вільна. Якщо пакет приходить цілим, приймаюча станція посилає пакет АСК, по прийомі якого відправником завершується процес передачі. Якщо передавальна станція не отримала пакет АСК, в силу того, що не була отримана пакет даних, або прийшов пошкоджений АСК, робиться припущення, що сталася колізія, і пакет даних передається знову через випадковий проміжок часу
Для визначення того, чи є канал вільним, використовується алгоритм оцінки чистоти каналу (Channel Clearance Algorithm, CCA). Його суть полягає у вимірюванні енергії сигналу на антені і визначенні потужності прийнятого сигналу (RSSI). Якщо потужність прийнятого сигналу нижче певного порогу, то канал оголошується вільним, і МАС-рівень отримує статус СТS («дозволено до передачі»). Якщо потужність вище порогового значення, передача даних затримується відповідно до правил протоколу. Стандарт надає ще одну можливість визначення незайнятості каналу, яка може використовуватися або окремо, або разом з вимірюванням В881 - метод перевірки несучої. Цей метод є більш виборчим, так як з його допомогою виробляється перевірка на той же тип несучої, що і за специфікацією 802.11. Найкращий метод для використання залежить від того, який рівень перешкод в робочій області.
Таким чином, CSMA / CA надає спосіб поділу доступу по радіоканалу. Механізм явного підтвердження ефективно вирішує проблеми перешкод. Однак він додає деякі додаткові накладні витрати, яких немає в стандарті ІЕЕЕ 802.3, тому мережі стандарту IЕЕЕ 802.11 будуть завжди працювати повільніше, ніж еквівалентні їм локальні мережі Ethernet.
Інша специфічна проблема МАС-рівня - це проблема «прихованої точки», коли дві станції можуть обидві «чути» точку доступу, але не можуть «чути» один одного в силу великої відстані або перешкод (рис. 8.11). Для вирішення цієї проблеми в стандарті IЕЕЕ802.11 на МАС-рівні доданий необов'язковий протокол /? Е <7іез? (про 8епс1/С/еаг (про Зет1 (РТЗ / СТЗ). Коли використовується цей протокол, що посилає станція передає ГСТ8 і чекає відповіді з точки доступу СТЗ. Та * як всі станції в мережі можуть «чути» точку доступу, сигнал ст8 змушує їх відкласти свої передачі, що дозволяє передавальної станції передати дані і отримати пакет АСК без можливості колізій. Так як КТЗ / СТЗ додає додаткові накладні витрати на мережу, тимчасово резервуючи носій, він зазвичай використовується тільки для пакетів дуже великого обсягу, для яких повторна передача була б надто дорогим.
Нарешті, МАС-рівень мережі 802.11 надає можливість розрахунку CRC (контрольної суми парності) і фрагментації пакетів. Кожен пакет має свою контрольну суму CRC, яка розраховується і прикріплюється до пакету. Тут спостерігається відміну від мереж Ethernet, в яких обробці * помилок займаються протоколи більш високого рівня (наприклад, ТСР). Фрагментація пакетів дозволяє розбивати великі пакети на дрібніші при передачі по радіоканалу, що корисно в дуже «заселених» середовищах або в тих випадках, коли існують значні перешкоди, так як у менших пакетів менше «шансів» бути пошкодженими. Цей метод в більшості випадків зменшує необхідність повторної передачі і таким чином збільшує продуктивність всієї бездротової мережі. МАС-уро-вень відповідальний за збірку отриманих фрагментів, роблячи цей процес «прозорим» для протоколів більш високого рівня.
Підключення до мережі. М АС-рівень мережі 802.11 несе відповідальність за те, яким чином клієнт підключається до точки доступу. Коли клієнт мережі 802.11 потрапляє в зону дії однієї або декільком точок доступу, він на основі потужності сигналу і спостережуваного значення кількості помилок вибирають "одну з точок доступу і підключається до неї. Як тільки клієнт отримує підтвердження того, що прийнятий точкою доступу, він налаштовується на радіоканал, в якому вона працює. Час від часу клієнт перевіряє всі канали мережі 802.11, щоб подивитися, чи не надає інша точка доступу служб * більш високої якості. Якщо така точка доступу знаходиться, станція підключається до неї, перенастроюючи на її частоту.
Перепідключення зазвичай відбувається в тому випадку, якщо станція була переміщена на більшу відстань від точки доступу, що викликало ослаблення сигналу. В інших випадках повторне підключення відбувається через зміни радіочастотних характеристик будівлі або просто через велику мережевого трафіку через первісну точку доступу. В останньому випадку ця функція протоколу відома як «балансування навантаження», так як її головне призначення - найбільш ефективний розподіл загального навантаження на бездротову мережу по всій доступній інфраструктурі мережі.
Процес динамічного підключення та переключення дозволяє мережевим адміністраторам встановлювати бездротові мережі з дуже широким покриттям, створюючи частково перекриваються «стільники». Ідеальним є такий варіант, при якому сусідні перекриваються точки доступу будуть ісполг-заклику різні 0888 канали, щоб не створювати один одному перешкод в роботі. Іншими словами - сусідні точки доступу не повинні працювати на одному частотному каналі.
Супутникові канали передачі даних. Супутники в системах зв'язку можуть перебувати на геостаціонарних (висота 36 тис. км) або низьких орбітах. При використанні геостаціонарних орбіт замети» затримки проходження сигналів (туди і назад - близько 500 мс). Покриття поверхні всього земнояв кулі можливо за допомогою чотирьох супутників. В низькоорбітальних системах обслуговування конкретнм го користувача відбувається поперемінно різними супутниками. Чим нижче орбіта, тим менше площа покриття, і, отже, потрібно збільшувати число або наземних станцій, або супутників (звичаю потрібно кілька десятків супутників).
Структура супутникових каналів передачі даних може бути проілюстрована на прикладі шин рокоізвестной системи VSAT (Very Small Aperture Terminal). Наземна частина системи представлений» сукупністю комплексів, до складу кожного з них входять центральна станція і абонентські пункт», Зв'язок центральної станції з супутником відбувається по радіоканалу (пропускна здатність 2 Мбіт / c) через спрямовану антену діаметром 1... 3 м і прийомопередавальну апаратуру. Абонентські пум ти підключаються до центральної станції за схемою «зірка» за допомогою багатоканальної аппаратур ^ (зазвичай це апаратура Т1 або Е1, хоча можлива і зв'язок через телефонні лінії) або по радіоkaналу через супутник. Ті абонентські пункти, які з'єднуються по радіоканалу (це рухливі і чи важкодоступні об'єкти), мають свої антени, і для кожного виділяється своя частота. Централи, стація передає свої повідомлення широкомовно на одній фіксованій частоті, а приймає частотах АП.
Системи мобільного зв'язку здійснюють передачу інформації між пунктами, один з к» брало або обидва є рухомими. Характерною ознакою систем мобільного зв'язку є застосування радіоканалу. До технологій мобільного зв'язку відносяться пейджинг, твейджінг, стільниковий телефо (Для мобільного зв'язку використовуються також супутникові канали.
Пейджинг - система однобічного зв'язку, при якій передане повідомлення надходить пейджер користувача, сповіщаючи його про необхідність вжити то ілі'іное дія або пр інформуючи його про ті чи інші поточні події. Це найбільш дешевий вид мобільного зв'язку.
Твейджінг - це двосторонній пейджинг. На відміну від пейджингу, можливо підтвердження отримання повідомлення і навіть проведення деякого подібності діалогу.
Стільникові технології забезпечують телефонний зв'язок між рухомими абонентами (осередками). Зв'язок здійснюється через посередництво базових (стаціонарних) станцій, що виконують комутуючі функції.
Доступ до радіоканалу здійснюється одним із таких способів.
1. Випадковий доступ (метод Алоха, вперше був застосований для зв'язку всередині групи Гавайських островів). Застосовується тільки при малих навантаженнях.
2. Технологія СDМА - виділення для кожного абонента своєї кодової комбінації, якої кодуються символи 1 і 0 переданих повідомлень. Це широкосмугова технологія з можливістю одночасної передачі у відведеній смузі частот декількох повідомлень з різними кодами символів.
3. Технологія TDMA (Time Division Multiple Access) - тимчасове мультиплексування з виділенням слота на вимогу. Вимоги відсилаються в короткі інтервали часу (слоти запитів), при колізіях запити повторюються. Базова станція виділяє вільні інформаційні слоти, повідомляючи їх джерела і одержувачу,
Однією з найбільш широко поширених технологій мобільного зв'язку є технологія, відповідна стандарту для цифрових мереж стільникового GSM (Global System for Mobile Communications ), заснованому на ТDМА. СGSM може підтримувати інтенсивний трафік (270 кбіт / с), забезпечує роу-Мінг (тобто автоматичне відстеження переходу мобільного користувача з однієї соти в іншу), допускає інтеграцію мови і даних і зв'язок з мережами загального користування.
Подальший розвиток бездротових технологій. Кожні три-чотири роки пропускна здатність бездротових технологій малого радіусу дії збільшується на полпорядка (приблизно в п'ять разів), але при цьому вони відстають від провідних мереж, принаймні, на одне покоління. Так, нарешті-то прийнятий проект стандарту 802.1п передбачає підтримку реальної швидкості передачі понад 100 Мбіт / с (з номінальною пропускною спроможністю до 600 Мбіт / с за певних умов). Це відставання й дало підстави учасникам проекту Wireless Gigabit with Advanced Multimedia (WigWAM) стверджувати, що наявні бездротові технології не задовольняють навіть нинішнім вимогам, не кажучи вже про майбутніх. Згідно програмному заявою WIGWAM, його мета полягає у ліквідації розриву в швидкості між безпровідними і провідними мережами та розробці бездротової технології зі швидкістю 1 Гбіт / с, але вона навряд чи буде досягнута, оскільки готовий стандарт з'явиться не раніше 2008 р., а до того часу провідні мережі стануть підтримувати швидкості 10 Гбіт / с в їх найпоширенішому варіанті - по неекранованої мідній парі. Втім, можливо, і цей рубіж з осяжному майбутньому підкориться бездротових технологій - зокрема, в Австралії урядове дослідницький підрозділ CCIRO вже займається розробкою бездротової технології зі швидкістю 10 Гбіт / с в діапазоні 55 ГГц.
