Радио Ethernet. Стандарт 802.11. Стандарт 802.16

Оглавление

Беспроводные сети передачи данных (БСПД) широко применяются для решения телекоммуникационных задач. Актуальность БСПД для России обусловлена наличием устаревшего и изношенного кабельного сегмента, большими расстояниями.

Общая характеристика стандарта 802.11

Стандарт 802.11 используется для построения радиосетей как внутри здания (in-door), так и вне (out-door). Предусмотрено несколько вариантов топологии офисной беспроводной сети. Простейшей структурой является одноранговая локальная сеть "каждый с каждым", которую можно считать беспроводным аналогом одноранговой сети Ethernet (рис. 1). Такая топология предназначена для развертывания временных сетей на выставках, проведения различных семинаров и совещаний, а также использования в офисах малых компаний. Чтобы построить сеть, достаточно установить на каждый компьютер беспроводной сетевой адаптер и инсталлировать необходимые драйверы.
Адаптеры работают в диапазоне частот 2,4 ГГц, и обязательным условием реализации этой топологии является наличие радиовидимости каждого с каждым клиента сети. Дальность действия зависит от скорости передачи и варьируется в пределах от 30 м (при скорости в радиоканале 11 Мбит/с) до нескольких сотен метров (при скорости 1 Мбит/c).

Важнейшим требованием к сетям офиса становится обеспечение выхода в Internet или организация связи между ЛС (корпоративная сеть), которое проще всего реализуется в топологии "звезда" с точкой доступа в центре и беспроводными адаптерами у клиентов сети. (рис. 2) Узел доступа к сети - это специальное устройство, обеспечивающее физический интерфейс между кабельной и беспроводной частями сети. Узлы доступа являются, как правило, мостами уровня МАС, позволяющими объединить две и более ЛС и отдельные рабочие станции.

Беспроводные сетевые комплексы второго типа (для применения вне помещений) могут быть разделены на двухточечные (point-to-point) и имеющие топологию "звезда" (point-to-multipoint). В первом случае связь осуществляется между двумя удаленными друг от друга сегментами, во-втором в сеть объединяются несколько сегментов. Двухточечный комплекс представляет собой просто мост между двумя удаленными сегментами, именно в этом случае и достигается максимальная дальность связи.

Разница между радиосетями внутри и вне помещения cвязана с мощностью радиопередающих устройств. Чтобы создать беспроводную сеть вне помещения требуется:

Применить выносные антенны;
Увеличить мощность РПУ;
Лицензия.

Физическая реализация стандарта 802.11

Проект стандарта IEEE 802.11 состоит из набора спецификаций, которые описывают физический уровень (PHY) и метод доступа к среде передачи (MAC) на канальном уровне. В спецификации физического уровня определяются два радиочастотных канала (RF) и один инфракрасный (IR) (позволяет работать на коротких расстояниях). Соглашение о поддержке двух радиочастот является компромиссным решением, хотя оба они действуют в одной и той же полосе частот 2400-2483,5 МГц, выделенной для промышленного, научного и медицинского использований.

Ряд производителей, включая фирмы Digital, Persoft, Solectek и C-SPEC, используют технологию спектральной модуляции по методу "прямой последовательности" (Direct Sequence). Метод "прямой последовательности" предусматривает псевдошумовое (PN) кодирование информации, благодаря чему ее передача осуществляется в расширенной области частот. Системы, основанные на этом методе, эффективно используют имеющийся в наличии широкополосный канал.

В отличие от метода "прямой последовательности" метод "скачущей частоты" использует правило псевдослучайного скачкообразного изменения частоты, благодаря чему передача данных осуществляется как в расширенной частотной, так и во временной области. Благодаря этой стратегии, соответствующие системы оказываются менее чувствительными к шуму и легко совместимыми при работе в одном и том же диапазоне частот. К тому же радиостанции, работающие на принципе "скачущей частоты", дешевле в изготовлении и энергетически более выгодны, что чрезвычайно важно для пользователей блокнотных компьютеров и PDA. Методы "скачущей частоты" и "прямой последовательности" обеспечивают одинаковую скорость передачи данных — 1 и 2 Мбит/с.

Помимо радиочастотного спектра, спецификация физического уровня проекта 802.11 поддерживает фазово-импульсную модуляцию рассеянного инфракрасного излучения. Системы, работающие на рассеянном инфракрасном излучении, не требуют прямой видимости для связи, однако такое излучение не способно проникать через стены. Это можно рассматривать и как достоинство, и как недостаток. Недостаток очевиден: связь ограничена пределами только одной комнаты. Достоинством же является обратная сторона этого ограничения: так как подслушивание через стену невозможно, то в этих системах конфиденциальность и защита данных намного выше, чем в радиочастотных системах.

Проблема невидимого узла

В кабельных системах четко определяются не только физические характеристики сигнала, но и граница сети. В беспроводных же системах среда передачи данных невидима и может быть обнаружена только с помощью специальной аппаратуры, а место размещения, из которого устройство способно связаться с узлом доступа, зависит от влияния таких "невинных" электронных приборов, как, например, микроволновая печь. При этом возникает проблема "невидимых" узлов, когда два беспроводных устройства способны передавать и принимать сигналы из общего узла доступа, но не имеют прямой связи друг с другом.

Стандарт MAC 802.11, аналогично Ethernet, основан на схеме множественного доступа с контролем несущей, но вместо алгоритма обнаружения коллизий в нем используется алгоритм предотвращения коллизий. Применяя функцию Distributed Coordination Function (DCF), схема MAC через интерфейс физического уровня контролирует состояние беспроводной среды и начинает передачу только при отсутствии активности других передатчиков. При одноадресной передаче пакетов требуется подтверждение приема для каждого передаваемого кадра. Поскольку из-за проблемы "невидимого" узла стандартный алгоритм обнаружения несущей утрачивает надежность, то для резервирования полосы пропускания с целью устранения возможного конфликта используются управляющие кадры RTS/CTS (запрос на передачу и разрешение на передачу), хотя это и влечет дополнительные накладные расходы, которые могут снизить производительность сети на 20%.

Функция Point Coordination Function (PCF) используется в качестве факультативного элемента описываемого стандарта и реализует метод, исключающий конкуренцию за доступ к среде. Она может быть полезной для приложений, требующих гарантированного времени доступа. По определенному этой функцией сценарию одна из станций работает как координатор, т. е. управляет доступом к среде передачи данных на основе некоторой схемы опроса и исходя из приоритетов рабочих станций.

Помимо основного алгоритма доступа к среде подуровень MAC канального уровня стандарта 802.11 обеспечивает также защиту данных, систему поддержки связи при перемещениях рабочих станций в пространстве и управление питанием в блокнотных компьютерах. Защита данных осуществляется факультативной системой Wired Equivalent Privacy (WEP), которая использует метод шифрования, основанный на алгоритме защиты RSA RC4 PRNG.

Система управления питанием работает на основе буферизации передаваемых кадров в узлах доступа, что позволяет станциям, работающим на аккумуляторных батареях, большее время находиться в состоянии ожидания, продлевая таким образом срок службы этих батарей. Станции периодически активизируются ("просыпаются") и прослушивают "эфир" в ожидании специального сигнала о наличии накопившихся для них данных в узлах доступа.

Общая характеристика стандарта 802.16

В декабре принят первый международный стандарт 802 16 для систем широкополосной многопользовательской радиосвязи со стационарными абонентами. Данный стандарт определяет способ организации и протоколы беспроводного доступа к разнообразным сетям, включая телефонную, Internet, кабельное телевидение и т.д. Системы, описываемые в этом стандарте, призваны решить пресловутую проблему «последней мили» и избавить от необходимости прокладывать многочисленные кабельные линии для подключения абонентов к различным информационным сетям.

Стандарт одобрен «Комитетом по стандартизации 802» при организации IEEE.
Группа стандартов IEEE 802 16 включает три спецификации:

Согласно стандарту IEEE 802.16.1, принятому в декабре, для передачи данных от абонентов на базовую станцию используется метод DAMA-TDMA (множественный многостанционный доступ с временным разделением и предоставлением каналов по требованию). Этот метод разделения каналов позволяет динамически менять для каждого канала объем выделяемого ему трафика в зависимости от потребностей абонента. Используется временное разделение каналов, весь информационный поток делится на кадры, каждый из которых содержит несколько слотов (окон) Одному каналу связи отводится от одного до нескольких слотов в каждом кадре. Распределение слотов между каналами меняется динамически в зависимости от загруженности каналов. От базовой станции к абоненту информационный поток может передаваться в двух режимах: непрерывном (режим А), используемом для передачи аудио- и видеоинформации, и пакетном (режим В) — для IP-соединений. В обоих режимах применяется временное разделение каналов. Стандарт IEEE 802.16.1 рассчитан на передачу данных по отдельному каналу со скоростью от 2 до 155 Мбит/с, что должно обеспечить потребности цифровой телефонии, высокоскоростного доступа в Internet, цифрового телевидения и других информационных систем.

Стандарт IEEE 802.16.2, касающийся взаимодействия различных систем широкополосного беспроводного доступа, был опубликован в сентябре 2001 г. Принятие стандарта IEEE 802.16.3 для диапазона частот от 2 до 11 ГГц ожидается летом 2002 г.

Основные принципы работы стандарта 802.16

Абонент передает беспроводной трафик на скорости 2-155 Мбит/с через стационарную антенну, установленную на крыше здания.
Базовая станция получает потоки данных от различных узлов сети и с помощью до протокола 802.16 передает совокупный трафик по беспроводным или проводным линиям связи в коммутационный центр.
Коммутационный центр передает трафик Internet-провайдеру или направляет его в общедоступную телефонную сеть.

Предыдущий

Следующий