Магистерская диссертация «Исследование аппаратных средств радиопередатчиков стандарта WiMAX» (стр. 2 )

В последние 15-20 лет технологии беспроводной передачи сигналов развиваются чрезвычайно интенсивно, став одним из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии.

Миграция телекоммуникационных технологий происходит в двух основных направлениях:

- переход от речевых услуг пользователя к передаче скоростных потоков данных, которая в свою очередь уже делится на целый комплекс различных сервисов, включающих и речь, и данные, и видео;

- переход от неподвижных пользователей к мобильным, что может обеспечить только беспроводная связь.

В настоящей главе рассмотрены основные определения, относящиеся к беспроводным сетям, и показано, какую пользу они могут принести в том или ином случае. Беспроводные сети позволяют людям связываться и получать доступ к приложениям и информации без использования проводных соединений. Это обеспечивает свободу передвижения и возможность использования приложений, находящихся в других частях дома, города или в отдаленном уголке мира. Например, человек, осуществляющий из своего дома поиск информации в Internet, может делать это вдали от шумных детей или сидя перед телевизором вместе со всей семьей. Беспроводные сети позволяют людям получать электронную почту или просматривать Web страницы там, где им удобно или нравится это делать. Как и сети, основанные на использовании проводов или оптических волокон (optical fiber), беспроводные сети передают информацию между компьютерными устройствами. Эта информация может быть представлена в виде сообщений электронной почты, Web-страниц, записей базы данных, потокового видео или голосовых сообщений. В большинстве случаев беспроводные сети передают данные (data),такие как сообщения электронной почты и файлы, но по мере улучшения характеристик беспроводных сетей они способны передавать и видеосигналы, а также обеспечивать телефонную связь.

Беспроводные сети в качестве средства передачи для обеспечения взаимодействия между пользователями, серверами и базами данных используют радиоволны или инфракрасный (ИК) диапазон. Эта среда передачи невидима для человека. Кроме того, действительная среда передачи (воздух) прозрачна для пользователя. Сейчас многие производители интегрируют платы интерфейса сети (network interface card, NIC), так называемые сетевые адаптеры, и антенны в компьютерные устройства таким образом, что они не видны пользователю. Это делает беспроводные устройства мобильными и удобными в применении. В зависимости от размеров физической зоны, связь в которой они способны обеспечить, беспроводные сети подразделяются на несколько категорий:

• беспроводная персональная сеть (wireless personal-area network, PAN);

• беспроводная локальная сеть (wireless lokal-area network, LAN);

• беспроводная городская сеть (wireless metropolitan-area network, MAN);

• беспроводная глобальная сеть (wireless wide-area network, WAN).

В табл. 1.1 дана краткая характеристика разновидностей таких сетей. Каждый тип беспроводной сети имеет дополняющие другие сети особенности, благодаря чему удовлетворяются различные предъявляемые к сетям требования.

Разновидности беспроводных сетей

Таблица 1.1.

Тип	Сфера действия	Характеристики	Стандарты	Область применения
Персональная беспроводная сеть	В непосредствен ной близости от пользователя	Средние	Bluetooth, IEEE 802.15, IRDA	Замена кабе-лей перифе-рийных устройств
Локальные беспроводные сети	В пределах зданий и кампусов	Высокие	IEEE 802.15, Wi-Fi, HiperLAN	Мобильные расширения проводных сетей
Региональные беспроводные сети	В пределах города	Высокие	Патентован-ные, IEEE 802.16, WiMax	Фиксированная беспроводная связь между зданиями и предприятиями и Internet
Тип	Сфера действия	Характеристики	Стандарты	Область применения
Глобальные беспроводные сети	По всему миру	Низкие	CDPD и сотовые системы связи поколений 2, 2.5 и 3	Мобильный доступ к Internet вне помещений

Беспроводные персональные сети

Беспроводные персональные сети отличаются небольшими расстояниями передачи (до 17 m), что делает их идеальными для развертывания в небольшом помещении или в "персональной зоне" (рис.1.1) . Характеристики беспроводных персональных сетей средние, скорость их передачи не превышает обычно 2 Mbit/s. Во многих ситуациях они с успехом заменяют кабельные сети.

Рис.1.1. Беспроводные персональные сети, обеспечивающие взаимодействие компьютерных устройств в непосредственной близости от пользователя.

Беспроводные локальные сети

Беспроводные локальные сети обеспечивают высокие характеристики при передаче данных внутри и вне офисов, производственных помещений и зданий (рис. 1.2). Пользователи таких сетей обычно используют ноутбуки, ПК и PDA с большими экранами и процессорами, способными выполнять ресурсоемкие приложения. Эти сети вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к параметрам соединений компьютерными устройствами такого типа.

Рис. 1.2. Беспроводные локальные сети обеспечивают взаимодействие

компьютерных устройств в пределах здания.

Преобладающим для беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE 802.ll, различные версии которого регламентируют передачу данных в диапазонах 2,4 и 5 GHz. Сети стандарта 802.11 (Radio-Ethernet) организовывают на ограниченной территории беспроводной доступ в режиме ЛВС. При этом несколько абонентов имеют равноправный доступ к общему каналу связи, который, в свою очередь, может быть организован по любой из следующих технологий:

- световая передача в инфракрасном спектре;

- широкополосный сигнал по методу прямой последовательности (DSSS);

- широкополосный сигнал по методу частотных скачков (FHSS);

- ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM).

В основу стандарта 802.11 положена сотовая архитектура, причем сеть может состоять как из одной, так и нескольких ячеек. Каждая сота управляется базовой станцией, называемой точкой доступа АР (Access Point). Последняя вместе с находящимися в пределах радиуса ее действия рабочими станциями пользователей образует базовую зону обслуживания BSS (Basic Service Set). Точки доступа многосотовой сети взаимодействуют друг с другом через распределительную систему DS (Distribution System), представляющую собой эквивалент магистрального сегмента кабельных ЛС. Вся инфраструктура, включающая точки доступа и распределительную систему, образует расширенную зону обслуживания ESS (Extended Service Set). Стандартом предусмотрен также "односотовый" вариант беспроводной сети, который может быть реализован и без точки доступа, при этом часть ее функций выполняется непосредственно рабочими станциями.

Для обеспечения перехода мобильных рабочих станций из зоны действия одной точки доступа в другую в многосотовых системах предусмотрены специальные процедуры сканирования (активного и пассивного прослушивания эфира) и присоединения (Association), однако строгих спецификаций по реализации роуминга стандарт 802.11 не предусматривает.

Для того чтобы как-то разрешить проблемы, связанные с применением устройств стандарта 802.11, организация "Альянс Wi-Fi" свела все его совместимые функции в единый стандарт, названный Wireless Fidelity (Wi-Fi). Если какое-то устройство беспроводных локальных сетей соответствует стандарту Wi-Fi, это практически гарантирует способность его совместной работы с другими устройствами, соответствующими стандарту Wi-Fi.

Открытость стандарта Wi-Fi позволяет различным пользователям, применяющим разные платформы, работать в одной и той же беспроводной локальной сети, что чрезвычайно важно для общедоступных беспроводных локальных сетей.

Для защиты сети стандартом IEЕЕ 802.11 предусмотрен целый комплекс мер безопасности передачи данных под общим названием Wired Equivalent Privacy (WEP). Он включает средства противодействия несанкционированному доступу к сети (механизмы и процедуры аутентификации), а также предотвращение перехвата информации (шифрование).

С увеличением числа мобильных пользователей возникает острая необходимость в оперативном осуществлении коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации. Поэтому естественным образом происходит интенсивное развитие технологий беспроводных коммуникаций, рынок которых на данный момент развивается быстрыми темпами. Особенно это актуально в отношении беспроводных сетей. Или так называемых WLAN-сетей (Wireless Local Area Network). Сети Wireless LAN – это беспроводные сети (вместо обычных проводов в них используются радиоволны). Установка таких сетей рекомендуется там, где развертывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно.

WLAN-сети имеют ряд преимуществ перед обычными кабельными сетями:

− WLAN-сеть можно очень быстро развернуть, что очень удобно при проведении презентаций или в условиях работы вне офиса;

− пользователи мобильных устройств, при подключении к локальным беспроводным сетям, могут легко перемещаться в рамках действующих зон сети;

− скорости современных сетей довольно высоки (до 300 Mbit/s), что позволяет их использовать для решения очень широкого спектра задач;

− WLAN-сеть может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети.

WLAN оборудование включает в себя беспроводные станции клиента, которые используют радиомодемы, чтобы связаться с точкой доступа AP (Ассess Рoint). Станции клиента обычно оборудуются беспроводной сетевой картой, которая состоит из радиомодема и логической части, чтобы обеспечить взаимодействие машины клиента и программного обеспечения. AP включает в себя радиомодем на одной стороне и мост к магистральной сети на другой. AP, стационарное устройство, которое является частью проводной инфраструктуры, является аналогом базовой станции в сотовой связи. Вся связь между клиентскими станциями и между клиентами и сетью проходит через AP. Основная топология WLAN изображена на рисунке 1.3.