Беспроводные каналы связи сообщение
Обновлено: 29.04.2024
Непрерывное совершенствование цифровых процессов в различных отраслях требует от телекоммуникационных систем обеспечения непрерывного доступа к сетевым ресурсам. Однако часто существующей кабельной инфраструктуры недостаточно для решения поставленных задач. В таком случае используются беспроводные сети связи.
Технологии беспроводных сетей связи
Беспроводные технологии используются для передачи информации между находящимися на расстоянии точками без использования кабелей, проводов или других электрических проводников.
Выбор оптимальной технологии для беспроводных решений определяется множеством факторов:
● Объемом данных (сбор мегабитов в секунду/несколько раз за сутки);
● Временем отклика (получение команды в заданный момент времени);
● Надежностью отклика (гарантия получения команды, степень вероятности возникновения ошибок);
● Дистанцией связи (расположение узлов сети относительно друг друга);
● Количеством узлов связи (обслуживание одного/множества узлов);
● Стратегией оператора (предоставляемые и планируемые услуги);
● Целевой аудиторией (одна или несколько групп лиц, для которых предназначен продукт);
● Размером вложений в развитие сети, временем их окупаемости;
● Уже существующей сетевой инфраструктурой, наличием ресурсов для поддержания ее работоспособности;
● Временем, необходимым для запуска сети.
Особенности беспроводной связи
Беспроводной тип связи имеет несколько особенностей
● Расстояние передачи может варьироваться от нескольких метров до тысяч километров;
● Данный вид связи может использоваться для беспроводного доступа в Интернет, сотовой телефонии, беспроводной домашней сети и т. д.;
● Такая связь также применяется для GPS, спутникового, телевизионного вещания, беспроводных телефонов, различного типа гарнитур, радиоприемников.
Типы беспроводных сетей
Существует несколько основных классификаций беспроводных сетей:
1. По дальности действия:
● WPAN — беспроводные персональные сети (например, Bluetooth);
● WLAN — локальные беспроводные сети (Wi-Fi);
● WMAN — беспроводные сети масштаба города (WiMAX).
● Автономные локальные (потоки данных территориально замкнуты в пределах конкретного объекта);
● Локальные, имеющие выход в транспортную (первичную) сеть (часть пользователей имеет выход за пределы локальной сети, например, доступ к Интернету);
● Открывающие потребителям непосредственный доступ к транспортной сети.
3. По применению:
● Корпоративные ведомственные (создаются компаниями для корпоративных нужд);
● Операторские (создаются операторами с целью возмездного оказания услуг).
Протоколы беспроводной передачи
Основой беспроводной сети выступает протокол, который регламентирует ее топологию, адресацию, маршрутизацию, формат передаваемых пакетов, порядок доступа сетевых узлов к каналу передачи данных, набор управляющих команд, систему защиты информации.
Существует следующая классификация протоколов согласно радиусу их действия:
Сети сотовой связи, радиус которых измеряется десятками километров. К данному типу протоколов относятся GSM, iDEN, CDMAone, PDC, UMTS, GPS.
Беспроводные сети масштаба города, имеющие радиус действия в несколько километров. К таким сетям относится WiMAX.
Wireless LAN
Беспроводная вычислительная локальная сеть, где радиус действия составляет несколько сотен метров. Сюда относятся протоколы Wi-Fi, UWB, ZigBee.
Подобные протоколы связывают между собой различные устройства, а также используется для их коммутации с сетями более высокого уровня. Радиус действия сетей WPAN — от нескольких метров до нескольких десятков метров. К данному типу относятся протоколы Insteon, RuBee, X10, Bluetooth, ANT, Z-Wave, RFID.
Модель OSI
Сетевая модель стека протоколов OSI. Использование этой модели позволяет сетевым устройствам взаимодействовать между собой на различных уровнях, каждый из которых выполняет определенные функции:
1. Физический — физический носитель или кабель;
2. Канальный — передача, прием пакетов данных, вычисление аппаратных адресов;
3. Сетевой — ведение учета, маршрутизация;
4. Транспортный — обеспечение бесперебойной сквозной передачи данных;
5. Сеансовый — аутентификация, контроль полномочий;
6. Интерпретации данных — представление, сжатие данных;
7. Прикладной — оказание услуг конечному пользователю: регистрация, почта и т. д.
Отличие OSI и TCP / IP Suite
Между OSI и TCP/IP есть несколько отличий:
1. TCP/ IP Suite представляет собой цифровую модель, применяемую для установления соединения и связи через сеть, тогда как OSI — это концептуальная модель, которая практически не используется в связи, а служит для проектирования, понимания архитектуры системы;
2. Модель OSI имеет семь уровней сетевой иерархии, TCP/IP — четыре;
3. TCP/IP использует горизонтальный подход, OSI — вертикальный;
Топологии беспроводных сетей
Точка-Точка
Простой вариант организации сети, состоящей из пары устройств. Обеспечивает двунаправленную прямую связь по выделенным каналам, не требуя системы управления. Узлы этой сети обычно одноранговые, то есть равноправные. Топологию используют Bluetooth, RFID, Wi-Fi и др.
Звезда
Многоячейковая сеть
Полносвязная базовая топология сетей связи, где каждая сетевая рабочая станция соединяется с другими станциями этой же сети. Каждый узел располагает несколькими вариантами соединений с другими узлами, что придает топологии дополнительную устойчивость. Характерна для крупных сетей, отличается высокой отказоустойчивостью, но при этом сложностью настройки, дополнительным расходованием кабеля в проводных сетях. Используется протоколами WiMAX, GSM, GPRS и др.
Кластерное дерево
Методы разделения доступа
Такие методы позволяют передавать значительные объемы информации за короткий временной промежуток, а также поддерживать связь с несколькими пользователями в узких частотных диапазонах.
Расширение нескольких технологий доступа, где применяется инновационная схема кодирования, позволяющая нескольким абонентам одновременно обмениваться данными по одному физическому каналу. Каждой группе пользователей дается уникальный общий код, недоступный другим группам. Данная технология увеличивает количество сигналов для заданной полосы частот, используется для 3G-телефонии.
Основная технология для мобильных сетей. Протокол представляет собой множественный доступ, имеющий разделение по времени. При этом в одном интервале частот одновременно находится несколько абонентов, а для передачи данных разным пользователям определены разные временные промежутки (слоты).
Выступает приложением GSM — частотного мультиплексирования в радиосвязи. Технология представлена множественным доступом, где распределение каналов производится по частоте. В одном диапазоне находится один пользователь, а разные абоненты используют различные частоты в пределах соты. Пока не закончен начальный запрос, канал остается закрытым для других сеансов связи.
Безопасность беспроводных сетей связи
Зависит от применения нескольких технологий: цифровой подписи, шифрования, смены ключей, паролей и т. д. От их использования зависит степень защищенности сети.
Алгоритмы шифрования
Существует несколько алгоритмов шифрования:
1. Е0 — данный поточный шифр применяется для стандарта Bluetooth. Построен на основании трех линейных генераторов сдвига;
2. AES — используется для защиты беспроводных каналов трансляции данных в протоколах ZigBee, UWB, RuBee, Wi-Fi, WiMAX;
3. Rolling Code System — шифр использует рекуррентный линейный регистр сдвига (основной — 32 бита, дополнительный — 5). Шифрование осуществляется побитным суммированием с ключом;
4. Crypto 1 — комбинация нелинейных и линейных рекуррентных регистров с длиной ключа, равной 48 бит;
5. А5 — шифрование потока данных осуществляется побитно. Происходит суммирование потока информации, получаемой по радиоканалу от пользователя и битового потока ключа, сгенерированного подобным алгоритмом.
Уязвимости беспроводных протоколов и возможные риски
Вещание радиомаяка
Точка доступа сообщает находящимся поблизости беспроводным узлам о своем присутствии с помощью широковещательного радиомаяка. Таким образом, любая находящаяся в режиме ожидания сторонняя рабочая станция может получить SSID (сервисный сетевой идентификатор) и добавить себя в соответствующую сеть.
Подслушивание
Ведется для сбора информации о сетевых ресурсах с целью последующей атаки. Так как беспроводные сети позволяют соединяться с сетью устройствам, находящимся на расстоянии, подключиться может практически любой сторонний пользователь.
Ложные точки доступа
Имитируют реальные точки и сетевые ресурсы. Абоненты сообщают подобной точке важную информацию, которая таким образом попадает в руки злоумышленников.
Отказ в обслуживании
Целью DDoS-атаки выступает создание помехи при доступе абонента к ресурсам сети. Атакующий включает устройство, заполняющее помехами и нелегальным трафиком весь спектр на рабочей частоте, тем самым парализуя работу системы.
Применяется для нарушения целостности, конфиденциальности связи путем подмены информации одного из сетевых ресурсов. Проведение подобной атаки требует наличия подробной информации о сети.
Анонимный доступ в Интернет
Не имеющие защиты беспроводные сети позволяют атакующим беспрепятственно выходить в мировую сеть, совершать там противоправные действия, не оставляя следов.
Преимущества беспроводной связи
Экономическая эффективность
Такие сети не требуют сложных способов обслуживания, использования проводов, а значит требуют меньших затрат.
Гибкость
Удобство
Беспроводные устройства (например, мобильные телефоны) просты в использовании, не привязаны к определенной локации за счет отсутствия кабелей, проводов и т. д.
Скорость
Беспроводные сети имеют большую скорость, чем проводные, что обеспечивает быстрое реагирование на подаваемые команды.
Доступность
Подобные технологии доступны даже для удаленных районов, где нет возможности правильно проложить заземляющие линии.
Постоянная связь
Беспроводные решения обеспечивают постоянное подключение независимо от передвижений пользователя, чего не может дать проводная связь.
Характеристики беспроводного канала связи
Потеря пути
Представлены отношением мощности транслируемого сигнала к мощности того же сигнала, который был принят приемником на данном пути.
Такие потери зависят от характера местности, используемой радиочастоты и могут быть описаны двумя моделями:
1. Распределение в свободном пространстве — простая модель, где сигнал прямого пути между приемником и передатчиком существует без многолучевых компонентов, ослабления в атмосфере;
2. Модель двух путей — предполагает достижение сигналом приемника по двум трактам, один из которых находится в прямой видимости, а другой расположен на пути, который осуществляет прием отраженной волны. Используется чаще модели первого типа.
Замирание
Колебание уровня сигнала при попадании на приемник.
Замирание делится на два типа:
Быстрое затухание
Возникает вследствие быстрых флуктуаций фазовых, амплитудных, многолучевых задержек принимаемого сигнала из-за помех, появляющихся между несколькими вариантами одного и того же передаваемого сигнала, который попадает на приемное устройство в разные моменты времени.
Медленное угасание
Происходит тогда, когда частично поглощающие передачу объекты находятся между приемником и передатчиком, что вызывает изменение мощности принимаемого сигнала. Длительность замирания варьируется от нескольких секунд до нескольких минут.
Интерференция
Беспроводные технологии должны противостоять идущим от различных источников помехам нескольких типов:
● Соседнего канала — находящиеся на на соседних частотах сигналы имеют компоненты, препятствующие текущей передаче на соседних частотах, находясь вне выделенных диапазонов;
● Совмещенного канала (узкополосные) — появляются из-за использования соседними системами аналогичной частоты передачи;
● Межсимвольным — искажение сигнала вызвано временным расширением отдельных сигнальных импульсов с их последующим перекрытием.
Доплеровский сдвиг
Беспроводные оптические каналы связи
Оптические линии, функционирующие в инфракрасном участке спектра, используются для соединения отдельных вычислительных локальных сетей (ЛВС), которые применяются в следующих случаях:
● Создание резервного и/или основного канала связи;
● Объединения нескольких ЛВС;
● Организация аварийной связи;
● Создание магистральных каналов;
● Организация доступа к сети Интернет или к ведомственным, а также общим сетям передачи информации.
Принцип действия оптических беспроводных каналов связи (БОКС) следующий: сетевой трафик из кабеля через устройство сопряжения поступает к светодиоду, который функционирует в инфракрасном диапазоне спектра. Узконаправленным световым лучом сигнал подается на принимающий фотодиод, расположенный у другого конца сети. Далее осуществляется демодуляция полученного светового сигнала и его преобразование в коммуникационный протокол.
Благодаря прогрессу мы получили множество облегчающих нашу жизнь устройств и приборов, которые функционируют за счет изобретения новых технологий. Прорывом в области связи стала не только передача информации по беспроводному каналу, но и синхронизация различного рода устройств при отсутствии проводного соединения.
Что такое беспроводная передача данных?
Ответить на этот вопрос просто: БПД - это перенос информации от одного устройства к другому, которые находятся на определенном расстоянии, без участия проводного подключения.
Технология передачи голосовой информации по радиоканалу стала применяться еще в конце XIX в. С тех пор появилось большое количество радиокоммуникационных систем, которые стали использовать при производстве оборудования для дома, офиса или предприятий.
Существует несколько способов синхронизации устройств для осуществления передачи данных. Каждый из них используется в определенной области и обладает индивидуальными свойствами. Беспроводные сети передачи данных отличаются своими характеристиками, поэтому минимальное и максимальное расстояние между устройствами, в зависимости от вида технологии передачи информации, будет различно.
Для синхронизации устройств по радиоканалу устанавливаются специальные адаптеры, которые способны отправлять и получать информацию. Здесь речь может идти как о небольшом модуле, который встраивается в смартфон, так и об орбитальном спутнике. Приемником и передатчиком могут быть разные виды устройств. Передача осуществляется посредством каналов разных частот и диапазонов. Остановимся подробнее на специфике осуществления разных видов беспроводной синхронизации.
Классификация беспроводных каналов
В зависимости от природы передающей среды различают четыре типа беспроводной передачи данных.
Радиоканалы сотовой связи
Передача данных осуществляется беспроводным путем от передатчика к приемнику. Передатчик формирует радиоимпульс определенной частоты и амплитуды, колебание излучается в пространство. Приемник фильтрует и обрабатывает сигнал, после этого происходит извлечение нужной информации. Радиоволны частично поглощаются атмосферой, поэтому такая связь может искажаться при повышенной влажности или дожде. Мобильная связь работает именно на основе радиоволновых стандартов, каналы беспроводной передачи данных отличаются скоростью передачи информации и диапазоном рабочих частот. К радиочастотной категории передачи данных относится Bluetooth - технология беспроводного обмена данными между устройствами. В России используются следующие протоколы:
- GSM. Это глобальная система осуществления сотовой связи. Частота - 900/1800 мГц, максимальная скорость передачи данных - 270 Кбит/с.
- CDMA. Данный стандарт обеспечивает наилучшее качество связи. Рабочая частота - 450 МГц.
- UMTS. Имеет две рабочие полосы частот: 1885-2012 МГц и 2110-2200 МГц.
Этот способ передачи информации заключается в использовании спутника, на котором установлена антенна со специальным оборудованием. Сигнал поступает от абонента на ближайшую наземную станцию, затем осуществляется переадресация сигнала на спутник. Оттуда информация отправляется на приемник, другую наземную станцию. Спутниковая связь используется для обеспечения телевидения и радиовещания. Спутниковым телефоном можно воспользоваться в любой отдаленной от станций сотовой связи точке.
Связь устанавливается между приемником и передатчиком, которые находятся на близком расстоянии друг от друга. Такой канал для беспроводной передачи данных работает посредством светодиодного излучения. Связь может быть двусторонней или широковещательной.
Принцип действия такой же, как в предыдущем варианте, только вместо светодиодов используется лазерный луч. Объекты должны находиться в непосредственной близости друг от друга.
Беспроводные среды передачи данных различаются своей спецификой. Главными отличительными чертами являются дальность действия и область применения.
Технологии и стандарты беспроводной передачи данных
Информационные технологии в настоящее время развиваются быстрыми темпами. Передавать информацию теперь можно при помощи радиоволн, инфракрасного или лазерного излучения. Такой способ обмена информацией намного удобнее, чем проводной вид синхронизации. Дальность действия при этом, в зависимости от технологии, будет отличаться.
- Персональные сети (WPAN). При помощи этих стандартов подключается периферийное оборудование. Использовать беспроводные компьютерные мыши и клавиатуры намного удобнее по сравнению с проводными аналогами. Скорость беспроводной передачи данных достаточно высокая. Персональные сети позволяют оборудовать системы умных домов, синхронизировать беспроводные аксессуары с гаджетами. Примерами технологий, работающих при помощи персональных сетей, являются Bluetooth и ZigBee.
- Локальные сети (WLAN) базируются на продуктах стандартов 802.11. Термин Wi-Fi в настоящее время известен каждому. Изначально это название было дано продуктам серии стандарта 802.11, а теперь этим термином обозначают продукты любого стандарта из данного семейства. Сети WLAN способны создавать больший рабочий радиус по сравнению с WPAN, повысился и уровень защиты.
- Сети городского масштаба (WMAN). Такие сети работают по тому же принципу, что и Wi-Fi. Отличительной особенностью данной системы беспроводной передачи данных является более широкий обхват территорий, подключиться к данной сети может большее число приемников. WMAN - это тот же Wi Max, технология, которая предоставляет широкополосное подсоединение.
- Глобальные сети (WWAN) - GPRS, EDGE, HSPA, LTE. Сети этого типа могут работать на основе пакетной передачи данных или посредством коммутации каналов.
Отличия в технических характеристиках сетей определяют область их применения. Если рассматривать общие свойства беспроводных сетей, тогда можно выделить следующие категории:
- корпоративные сети - используются для связи объектов внутри одной компании;
- операторские сети - создаются операторами связи для оказания услуг.
Если рассматривать протоколы беспроводной передачи данных, тогда можно выделить следующие категории:
- IEEE 802.11a, b, n, g, y. Данные протоколы принято объединять под общим маркетинговым названием Wi-Fi. Различаются протоколы дальностью действия связи, диапазоном рабочих частот и скоростью передачи данных.
- IEEE 802.15.1. В рамках стандарта осуществляется передача данных по технологии Bluetooth.
- IEEE 802.15.4. Стандарт для беспроводной синхронизации посредством технологии ZigBee.
- IEEE 802.16. Стандарт телекоммуникационной технологии WiMax, которая отличается широкой дальностью действия. WiMax функционально схожа с технологией LTE.
В настоящее время наибольшей популярностью из всех беспроводных протоколов передачи данных пользуются 802.11 и 802.15.1. На базе этих протоколов осуществляется действие технологий Wi-Fi и Bluetooth.
Bluetooth
Точкой доступа, как в случае с Wi-Fi, может выступать любое устройство, оснащенное специальным контроллером, который формирует вокруг себя пикосеть. В данную пикосеть могут входить несколько устройств, при желании они могут быть объединены в мосты для передачи данных.
В некоторых компьютерах и ноутбуках уже встроен контроллер Bluetooth, если данная функция отсутствует, тогда используются USB-адаптеры, которые подсоединяются к аппарату и наделяют его возможностью беспроводной передачи данных.
Bluetooth использует частоту 2,4 ГГц, потребление энергии при этом максимально низкое. Именно этот показатель позволил технологии занять свою нишу в области информационных технологий. Небольшое потребление энергии объясняется слабой мощностью передатчика, небольшой дальностью действия и низкой скоростью передачи данных. Несмотря на это, данных характеристик оказалось достаточно для подключения и функционирования различного рода периферийного оборудования. Технология Bluetooth предоставила нам большое разнообразие беспроводных аксессуаров: наушники, колонки, компьютерные мыши, клавиатуры и многое другое.
- 1-й класс. Дальность действия беспроводной синхронизации может достигать 100 м. Устройства такого типа используют, как правило, в промышленных масштабах.
- 2-й класс. Радиус действия составляет 10 м. Устройства этого класса наиболее распространены. Большинство беспроводных аксессуаров относятся именно к этой категории.
- 3-й класс. Дальность действия - 1 метр. Такие приемники ставят в игровые консоли или в некоторые гарнитуры, когда нет смысла отдалять передатчик и приемник друг от друга.
Система беспроводной передачи данных на базе технологии Bluetooth очень удобна для связи устройств. Себестоимость чипов довольно низкая, поэтому оснащение оборудования функцией беспроводного подключения не слишком отражается на повышении цены на него.
Наряду с Bluetooth технология Wi-Fi получила такое же повсеместное распространение в области беспроводных коммуникационных технологий. Однако популярность к ней пришла не сразу. Разработки технологии Wi-Fi начались еще в 80-х годах, но окончательный вариант представили только в 1997 году. Компания Apple решила использовать новую опцию на своих ноутбуках. Так появились первые сетевые карты в iBook.
Принцип действия технологии Wi-Fi следующий: в аппарат встраивается чип, который может дать надежную беспроводную синхронизацию с другим таким же чипом. Если устройств больше, чем два, тогда необходимо использовать точку доступа.
Точка доступа Wi-Fi - это беспроводной аналог стационарного роутера. В отличие от последнего, подключение осуществляется без участия проводов, посредством радиоволн. При этом появляется возможность подключить сразу несколько устройств. Не стоит забывать, что при использовании большого количества девайсов скорость передачи данных будет значительно снижена. Для защиты данных сети Wi-Fi точки доступа защищают шифрованием. Без введения пароля к такому источнику данных будет не подключиться.
Первый стандарт технологии Wi-Fi был принят в 1997 году, но повсеместного распространения он так и не получил, так как скорость передачи данных была слишком низкая. Позже появились стандарты 802,11a и 802,11b. Первый давал скорость передачи в 54 Мб/с, но работал на частоте 5 ГГц, которая не везде разрешена. Второй вариант позволял сетям передавать данные на максимальной скорости 11 Мб/с, чего было недостаточно. Тогда появился стандарт 802,11g. Он объединил достоинства предыдущих вариантов, обеспечивая достаточно высокую скорость при рабочей частоте 2,4 ГГц. Стандарт 802,11y является аналогом 802,11g, отличается большим расстоянием действия сетей (до 5 км на открытом пространстве).
Данный стандарт в настоящее время является наиболее перспективным наряду с другими глобальными сетями. Широкополосный мобильный доступ дает наивысшую скорость беспроводной пакетной передачи данных. В отношении полосы рабочих частот все неоднозначно. Стандарт LTE очень гибкий, сети могут базироваться в частотном диапазоне от 1,4 до 20 МГц.
Дальность действия сетей зависит от высоты расположения базовой станции и может достигать 100 км. Возможность подключения к сетям предоставляется большому количеству гаджетов: смартфонам, планшетам, ноутбукам, игровым консолям и другим устройствам, которые поддерживают данный стандарт. В аппаратах должен быть встроен модуль LTE, который работает совместно с имеющимися стандартами GSM и 3G. В случае обрыва связи LTE девайс переключится на имеющийся доступ к сетям 3G или GSM без обрыва подключения.
В отношении скорости передачи данных можно отметить следующее: по сравнению с сетями 3G она повысилась в несколько раз и достигла отметки 20 МБит/с. Внедрение большого количества гаджетов, оборудованных LTE-модулями, обеспечивает спрос на данную технологию. Устанавливаются новые базовые станции, которые обеспечивают высокоскоростным доступом в интернет даже отдаленные от мегаполисов населенные пункты.
Рассмотрим принцип действия сетей четвертого поколения. Технология беспроводной пакетной передачи данных осуществляется посредством протокола IP. Для быстрой и стабильной синхронизации между базовой станцией и мобильной станцией формируется как частотный, так и временный дуплекс. За счет большого количества комбинаций парных частотных диапазонов возможно широкополосное подключение абонентов.
Распространение сетей LTE снизило тарифы на пользование мобильной связью. Широкий диапазон действия сети позволяет операторам экономить на дорогостоящем оборудовании.
Устройства передачи данных
В своей повседневной жизни мы окружены устройствами, которые функционируют на базе беспроводных технологий передачи данных. Причем каждое устройство имеет несколько модулей активности тех или иных стандартов. Пример: классический смартфон использует сети GSM, 3G, LTE для передачи пакетных и голосовых данных, Wi-Fi для выхода в интернет через точку доступа, Bluetooth для синхронизации девайса с аксессуарами.
Рассмотрим самые популярные устройства беспроводной передачи данных, которые получили повсеместное распространение:
С усовершенствованием беспроводных технологий на смену старым девайсам постоянно приходят новые аппараты, которые функционально более эффективны и практичны. Оборудование беспроводной передачи данных быстро видоизменяется и модифицируется.
Перспективы использования беспроводных сетей
В настоящее время прослеживается тенденция замены проводных элементов оборудования более новыми беспроводными вариантами. Это намного удобнее не только по причине мобильности аппаратов, но и с точки зрения удобства в использовании.
Производство беспроводного оборудования позволит не только внедрять новейшие системы в мир девайсов для связи, но и оборудовать по последнему слову техники жилье стандартного среднестатистического жителя любого населенного пункта. В настоящее время такое могут позволить себе только люди с высоким уровнем достатка, проживающие в мегаполисах.
В области беспроводных радиокоммуникаций ведутся постоянные исследования, результатом которых являются инновационные технологии, которые отличаются от предшественников своей большей продуктивностью, сниженной энергозатратой и практичностью использования. Результатом таких исследований является появление нового оборудования. Производители всегда заинтересованы в выпуске продукции, которая будет соответствовать инновационным технологиям.
Более продуктивные точки доступа и мощные базовые станции позволят повсеместно использовать новые технологии на крупных предприятиях. Управление оборудованием можно будет вести дистанционно. В области образования беспроводные технологии способны облегчить процесс обучения и контроля. В некоторых школах уже начинают внедрять процесс мобильного образования. Заключается он в удаленном обучении посредством видеосвязи через интернет. Перечисленные примеры являются лишь начальным шагом перехода развития общества на новую ступень, которая будет построена на базе беспроводных технологий.
Преимущества беспроводной синхронизации
Если сравнивать проводную и беспроводную передачу данных, можно выявить множество преимуществ последней:
- не мешают провода;
- высокая скорость передачи данных;
- практичность и быстрота подключения;
- мобильность использования оборудования;
- исключен износ или обрыв связи;
- есть возможность использования нескольких вариантов беспроводного подключения в одном девайсе;
- возможность подключения сразу нескольких устройств к точке доступа интернета.
Наряду с этим есть и некоторые недостатки:
- излучение большого количества аппаратов может отрицательно сказаться на здоровье человека;
- при близком расположении различного беспроводного оборудования есть вероятность возникновения помех и сбоев в связи.
Причины массовой распространенности беспроводных сетей очевидны. В необходимости всегда оставаться на связи нуждается любой среднестатистический член современного общества.
В заключение
Беспроводные технологии предоставили возможность повсеместного внедрения телекоммуникационного оборудования, которое массово используется во всех странах мира. Постоянные доработки и новые открытия в области беспроводных коммуникаций дают нам все больший уровень комфорта, а обустройство быта при помощи инновационных приборов становится все более доступным для большинства людей.
Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.
Беспроводные сети передачи данных (БСПД) позволяют объединить в единую информационную систему разрозненные локальные сети и компьютеры для обеспечения доступа всех пользователей этих сетей к единым информационным ресурсам без прокладки дополнительных проводных линий связи.
БСПД обычно создаются в тех случаях, когда прокладка кабельной системы затруднена или экономически нецелесообразна. Беспроводные локальные сети уменьшают затраты на планирование и подготовку рабочего пространства, обновление оборудования и периферии, обеспечивая при этом небольшой радиус мобильности пользователям ноутбуков и PDA.
Беспроводными средствами передачи информации являются радиоканалы наземной и спутниковой связи, использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.
Радиорелейные каналы передачи данных.
Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи.
Спутниковые каналы передачи данных.
В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.
Сотовые каналы передачи данных.
Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемно-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).
Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.
LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c.
Радиоканалы передачи данных WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.
Радиоканалы передачи данных MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с — 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал.
Радиоканалы передачи данных для локальных сетей . Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении.
Радиоканалы передачи данных Bluetooht - это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.
Большинство адаптеров для беспроводных компьютерных сетей сейчас выпускается в формате карт PC Card Type II, предусматривающем установку устройства в ноутбук, хотя существуют и модели адаптеров для установки в слоты PCI или ISA, но их значительно меньше. Поэтому, увы, для установки беспроводного сетевого адаптера в настольный персональный компьютер приходится еще и приобретать дополнительный переходник, вставляемый в слот PCI. Относительно недавно начат выпуск сетевых адаптеров Wi-Fi, выполненных в виде плат стандарта CompactFlash. Такие устройства предназначены для карманных компьютеров, работающих под операционной системой Windows CE (Pocket PC). Существуют и сетевые адаптеры Wi-Fi, выполненные в виде отдельных устройств с интерфейсом USB.
Современной тенденцией является использование в сетевых адаптерах внутренних антенн. В точках доступа для повышения дальности связи чаще используются внешние антенны. В некоторых моделях точек доступа качестве приемопередатчика используется тот же сетевой адаптер, что и в клиентских станциях, причем в точке доступа его так же просто заменять, как и в клиентской станции. Такое техническое решение ограничивает дальность связи (а большая дальность для квартиры или маленького офиса может оказаться излишней), и причина, побудившая инженеров пойти на такой шаг, не совсем понятна. Возможно, они считали, что так будет проще модернизировать точку доступа, если в стандарт беспроводных сетей будут внесены какие-либо изменения на физическом уровне.
Рисунок 3 сетевой адаптер 3Com AirConnect
Типичным случаем является объединение в одном устройстве точки доступа и маршрутизатора. Точка доступа может также включать в себя и некоторые другие устройства, например модем. Для небольшого офиса очень удобно использовать точку доступа, объединенную с принт-сервером. К ней можно подключить самый обычный принтер, превратив его тем самым в сетевой.
Управление точкой доступа в современных беспроводных сетях, как правило, осуществляется по протоколу TCP/IP через обычный Интернет-браузер.
Ясно, что клиентские станции стоят пока значительно дороже, чем простые сетевые карты Ethernet. Но ведь важна не стоимость клиентских устройств как таковых, а общая стоимость системы, а также ее установки и обслуживания. И вот тут мы сталкиваемся с новой ситуацией: разница между стоимостью комплекта оборудования для проводной сети Ethernet (с учетом затрат на покупку кабеля) и стоимостью комплекта оборудования IEEE 802.11b сопоставима по порядку величины со стоимостью прокладки кабеля. И если тенденция снижения цен на беспроводное сетевое оборудование сохранится (при том, что стоимость прокладки кабеля значительно зависит от стоимости труда, которая в нашей стране сейчас растет), то уже в ближайшем будущем может оказаться что в ряде случаев экономически выгоднее развернуть беспроводную локальную сеть, чем возиться с прокладкой кабелей.
СОВЕТ! Чтобы понять тему на все 100% – советую читать все дополнительные ссылки, которые я прикрепил в статье. Также если у вас будут возникать какие-то вопросы, то вы смело можете задавать их в комментариях, и я вам отвечу.
Что же такое сеть в целом?
Про роутер (маршрутизатор), и для чего он нужен
К роутеру можно подключить компьютеры, ноутбуки, планшеты, телефоны, телевизоры, камер видеонаблюдения, принтеры и многое другое. В общем все то, что имеет в своих характеристиках два понятия: Wi-Fi и прямое LAN подключение.
Роутер помогает грамотно общаться всем подключенным локальным сетям. При чем не важно, как именно подключено устройство по Wi-Fi или с помощью кабеля.
ПРИМЕЧАНИЕ! Роутер и маршрутизатор – это одно и тоже.
Именно поэтому у роутера есть отдельный WAN порт, который и предназначен для кабеля, прокинутого внутрь квартиры от провайдера. Остальные же как правило LAN-порты для локальных устройств и построение проводной сети.
Про беспроводные сети и соединения
Как мы уже ранее и сказали, самым популярным видом беспроводной связи является Wi-Fi локальная сеть, которую и строит наш любимый роутер. Wi-Fi позволяет с помощью радиоволн связывать в локальную сеть все возможные устройства. Многие пользователя путают понятия Wi-Fi и интернет, но на деле это совершенно разные вещи!
Да, с помощью Wi-Fi вы можете выйти в интернет, но на деле WiFi сеть не имеет никакого прямого отношения к глобальной сети. Как мы уже поняли, вай-фай – это технология, которая позволяет подключаться к роутеру, используя радиоволны. Но проблема в том, что вайфай у вас дома может быть, а интернета нет.
Например, если ваш провайдер отключит вас за неуплату, то Wi-Fi из дома никуда не денется, так как маршрутизатор продолжит раздавать его, но вот интернета там не будет. Итог такой – WiFi и интернет могут существовать отдельно друг от друга, а связь между ними происходит только при использовании роутера, подключенного к глобальной сети.
Помимо Wi-Fi многие люди аналогично пользуются и другой беспроводной связью. Рассмотрим самые популярные виды беспроводных сетей и их технологии:
- Bluetooth – используется для беспроводной связи на короткое расстояние для передачи информации с одного устройства на другое. В качестве примера могу привести беспроводные наушники, гарнитуру, мыши, клавиатуры, пульты дистанционного управления и много другое. Bluetooth в отличие от Wi-Fi использует свои частоты, стандарты и протоколы. Читать подробнее…
- Мобильная связь и интернет – аналогично, как и в прошлых случаях, используются радиоволны, которые передают на конечные устройства информацию. Как правило это обычная мобильная связь, с помощью которой вы звоните или выходите в интернет. К ним также относят 2G, 3G, 4G и 5G интернет.
- WiMax – это технология, которая позволяет подключать большое количество абонентов, используя одну или более вышек. Очень популярный тип подключения в деревнях и селах. В центре поселка стоит одна вышка, к которой с помощью обычного роутера подключаются пользователи и используют интернет.
Вообще к беспроводной связи можно также прикрутить обычное радио, спутниковое телевидение и интернет, а также любой вид связи с помощью радиоволн на расстоянии без участия проводов.
Чуть подробнее про Wi-Fi
Wi-Fi – это беспроводная локальная сеть, которая может существовать на небольшом участке. В интернете можно встретить информацию, которая говорит, что радиус покрытия может быть свыше 200-300 метров. И это отчасти правда, но в реальной жизни редко можно встретить такой большой диапазон покрытия без участия серьезного оборудования. Вспомните, что если выйти за дверь дома, то подключение к вашему домашнему роутеру может вообще пропасть. Дело в том, что радиоволна, как и любая другая волна, имеет свойство затухать. Затухает она от следующего:
- Препятствие – по сути любое препятствие, а также среда, которая не является вакуумом, гасит волну. Самыми серьезными тушителями являются бетонные стены, деревья, стекло, зеркала, метал и многое другое.
- Естественно затухание – чем дальше волна отошла от источника, тем слабее она становится.
Плюс ко всему волны любят отражаться от препятствий. В домашних условиях обычный роутер способен покрыть максимум 3-4 комнаты.
Wi-Fi на данный момент использует два популярные частоты: 2,4 и 5 ГГц.
У обоих частот есть свои плюсы и минусы:
- 2,4 ГГц – более распространенный стандарт. Волны имеют меньшую частоту, но и бьют дальше чем 5 ГГц. Аналогично имеет меньшую затухаемость от препятствий. Максимальная скорость при передаче до 300 Мбит в секунду. Из минусов можно отметить маленькое количество каналов – их всего 11. Вообще их 13, но 12 и 13 канал не используются.
- 5 ГГц – имеет колоссальную скорость, которую можно разогнать до нескольких Гигабит (=почти 1000 Мбит) в секунду. Имеет 165 каналов, что помогает не иметь пересечений с другими роутерами. Имеет меньший радиус покрытие, а также волны сильнее подвержены затуханию от препятствий.
Немного давайте поговорим про каналы и частоты. Наверное, у некоторых уже созрел достаточно резонный вопрос: а как эти все волны Wi-Fi, Bluetooth, WiMax, и также мобильной связи не мешают друг другу? На самом деле все эти технологии работают на разных частотах.
Расскажу на примере того же роутера и частот 2,4 и 5 ГГц, про которые мы говорили. На самом деле если вы слышите понятие 2,4 и 5 ГГц, то это прямое округление, на деле же если два устройства, будут работать и распространять волну одной и той же частоты, то они будут мешать и глушить друг друга, а в эфире будет стоять шум.
Вот вам пример из жизни. В многоквартирном доме уже мало кого удивишь роутером. Обычно на одном этаже могут существовать сразу несколько роутеров и беспроводных сетей. Роутер при включении ищет свободны канал. Если ваши соседи, например, используют 2 и 5 канал, то роутер может выбрать 9 или 10 и сесть на него. Если же два устройства будут сидеть на одном канале, то они будут мешать друг другу и в итоге связь будет хуже – в эфире пакеты будут теряться, скорость интернета падать, видео лагать, а пинг в играх будет повышаться.
Канал – это по сути более точное использование выделенной частоты.
Как мы уже говорили, очень популярной частотой является 2,4 ГГц. Но на деле же используются каналы:
- 1 канал – частота 2,412 ГГц
- 2 канал – 2,417 ГГц
- 3 канал – 2,422 ГГц
Таких каналов у 2,4 ГГц – всего 13. У частоты 5 ГГц:
- 34 канал – 5,170 ГГц
- 36 канал – 5,180 ГГц
- 38 канал – 5,190 ГГц
И т.д. Для того, чтобы все устройства работали в эфире и не мешали друг другу, используются разные каналы и частоты. Таким образом можно распределить разные беспроводные сети, мобильную связь, Bluetooth и многое другое.
Помимо частот и каналов, у Wi-Fi есть свои популярные стандарты, которые позволяет передавать больше информации. Рассмотрим самые популярные стандарты
Достоинством применения GSM модемов по сравнению с радиомодемами является отсутствие необходимости получать лицензию и независимость качества связи от расстояния (в пределах зоны покрытия сети).
Радиомодем представляет собой функционально и конструктивно законченное устройство для приема/передачи данных по радиоканалу со скоростью 4800, 9600, 19200 и 38400 бод. Модем работает в диапазоне частот (433,92±0,2%) МГц с выходной мощностью 10 мВт, для его эксплуатации не требуется получение разрешений . Модем способен работать в различных режимах (ПРОЗРАЧНЫЙ, ПАКЕТНЫЙ, РЕТРАНСЛЯТОР и др.) с развитой системой адресации, позволяя пользователю максимально гибко использовать его при построении различных конфигураций сетей беспроводной передачи данных: точка-точка, точка-много точек, точка-много точек с базовой станцией и их комбинации. Дополнительно имеется режим "прямого доступа к радиоэфиру", благодаря чему внешнее устройство может использовать для обмена данными в эфире собственные протоколы, адресацию, кодирование и т.д. Модем предназначен для использования в различных системах сбора телеметрических данных, удаленного управления и т.д. Работая в "прозрачном" режиме, модем легко встраивается в уже построенные системы без необходимости доработки программного обеспечения.
Радиомодем представляет собой функционально и конструктивно законченное устройство для приема /передачи данных и голоса по радиоканалам (расстояние между соседними радиоканалами 25 кГц ) в диапазоне частот 401-469 Мгц (с разбивкой на поддиапазоны ). Обмен данными в радиоэфире осуществляется в одно- или двухчастотном полудуплексном режиме со скоростью 9600 или 4800 бод. Выходная мощность передатчика радиомодема регулируется и составляет 3,0 или 0,5 Вт; при соответствующем выборе антенн и их расположении это достаточно для организации радиосвязи на расстоянии около 10-20 км в условиях прямой видимости и до 5-10 км в городе, а при необходимости покрытия больших расстояний можно воспользоваться возможностью радиомодема работать в качестве ретранслятора.
Радиомодем может работать в нескольких режимах (прозрачный, пакетный, ретранслятор и др.) с развитой системой адресации, позволяя пользователю максимально гибко использовать его при построении различных конфигураций сетей беспроводной передачи данных: точка - точка, точка - много точек, точка - много точек с базовой станцией и их комбинации.
Параметры, необходимые для конфигурации радиомодема - скорость обмена в эфире, параметры модуляции, параметры и состав пакетов данных, включение /выключение помехоустойчивого кодирования и перемежения, установки последовательного порта, адресация, режимы работы радиомодема, частоты 10-ти радиоканалов (независимые частоты приема и передачи в каждом канале) и другие установки - задаются программированием в командном режиме с помощью команд диалогового текстового интерфейса, подаваемых по последовательному порту, и хранятся в энергонезависимой памяти радиостанции.
Читайте также: