22859

Беспроводные технологии. Инфракрасная передача

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Потребность в передаче данных с высокой скоростью и без потери качества выходит на первый план. Решение этой проблемы требует, помимо закупки активного сетевого оборудования, организацию линий связи. Для этого обычно используется кабельная проводка на основе медного или оптоволоконного кабеля.

Русский

2015-01-22

288.5 KB

1 чел.

Лекция 17.

Беспроводные технологии

Потребность в передаче данных с высокой скоростью и без потери качества выходит на первый план. Решение этой проблемы требует, помимо закупки активного сетевого оборудования, организацию линий связи. Для этого обычно используется кабельная проводка на основе медного или оптоволоконного кабеля. Однако, хорошо отработанные решения для организации ближней связи с использованием медных или волоконно-оптических линий не всегда удобны.

Прокладка кабеля часто влечет за собой значительные затруднения:

  •  невозможность получить разрешение на прокладку кабеля, особенно в городских условиях;
  •  нет возможности получить в аренду телефонные линии от оператора, либо плохое качество связи по арендованным линиям;
  •  большие затраты средств и времени на прокладку новых коммуникаций, а также из-за высокой арендной платы за использование уже существующих коммуникаций;
  •  использование старых коммуникаций, которые из–за своей высокой загруженности уже не могут справиться с новым дополнительным трафиком.

Беспроводные технологии для локальных сетей становятся жизнеспособным решением для организаций, где по тем или иным причинам прокладка кабелей невозможна.

Преимущества беспроводных сетей передачи данных:

  •  возможная альтернатива использования арендованных линий;
  •  экономичность. Например, для организации временных сетей при частых структурных перестройках в организации, связанных с изменением конфигурации кабельной сети;
  •  объединение в сеть компьютеров там, где прокладка кабеля часто невозможна технически.

До определенного времени беспроводные технологии, несмотря на существующую аппаратуру, не применялись. Причины этого следующие — традиционно высокие цены на оборудование, ограничения на расстояние, проблемы производительности и отсутствие совместимости между продуктами.

Однако последние достижения в радиочастотных технологиях и прогресс в области стандартов помогли сделать беспроводные сетевые технологии куда более привлекательной опцией для связи локальных сетей внутри здания, а также в разных зданиях (причем здания могут отстоять друг от друга на расстояние до 40 км).

А со снижением цен на оборудование потенциал беспроводных технологий как экономичной альтернативы проводным сетям становится все более очевиден.

Основной стандарт на беспроводные продукты, 802.11, состоит, по сути, из трех отдельных стандартов:

  •  на технологию прямой модуляции (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS),
  •  с псевдослучайным выбором частот (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS),
  •  на инфракрасную передачу.

После семи лет работы в 1997 году IEEE ратифицировал 802.11. Стандарт 802.11 содержит спецификации на физический и MAC-уровни для беспроводных локальных сетей в диапазоне частот 2,4 ГГц. Он определяет скорость передачи данных в 1 Мбит/с для FHSS, а также в 1 и 2 Мбит/с для DHSS. В настоящее время IEEE занимается разработкой стандарта с поддержкой более высоких скоростей передачи.

В 1998 стандарт был доработан и получил название 802.11b и определил более высокие скорости передачи.

Скорость передачи данных

Длина кода

Модуляция

Символьная скорость

Бит/символ

1 Мбис/с

11 (Код Баркера)

BPSK

1 Mсим/с

1

2 Мбис/с

11 (Код Баркера)

QPSK

1 Mсим/с

2

5.5 Мбис/с

8 (CCK)

QPSK

1.375 Mсим/с

4

11 Мбис/с

8 (CCK)

QPSK

1.375 Mсим/с

8

Для понимания сегодняшнего уровня и места беспроводной технологии полезно рассмотреть ее основы. При технологии FHSS данные посылаются короткими пакетами с переходом с одной частоты на другую в соответствии с заранее заданным шаблоном. Последовательность переходов должна быть синхронизирована передатчиком и приемником, так как при отсутствии должной синхронизации данные могут оказаться потеряны. Расстояние, на которое сигнал может передаваться без искажений, зависит от конструкции стен и полов, через которые сигналу придется проникать.

Системы FHSS считаются менее подверженными помехам вследствие постоянного изменения частоты, что к тому же затрудняет перехват передачи. Другое преимущество пониженной интерференции в системах FHSS состоит в том, что в пределах одной и той же физической области может быть введено несколько последовательностей перехода и, таким образом, увеличена суммарная доступная ширина полосы.

В больших зданиях, особенно в многоэтажных, антенны или точки доступа требуется размещать так, чтобы зоны их действия перекрывались. Это позволяет обеспечить надежную связь с беспроводными устройствами при их переносе из одной ячейки в другую.

Пользователи могут перемещаться между точками доступа со сменой каналов, что делает технологию FHSS более гибкой с позиций роуминга, чем DSSS.

DSSS — это высокоскоростная технология с разнесением сигнала по широкому диапазону. Для передачи каждый бит данных преобразуется в избыточный битовый шаблон (так называемый микрокадр — chip). Если при передаче один или более битов окажутся искажены, то исходные данные могут быть тем не менее восстановлены без повторной передачи.

Такая встроенная самозащита в определенных ситуациях позволяет значительно увеличить эффективность процесса передачи данных.

DSSS может использоваться вместо выделенных или оптических линий в качестве моста между сегментами локальной сети в разных зданиях в конфигурациях «точка–точка» и «точка–группа». В DSSS роуминг между различными точками доступа возможен только на том же канале, поэтому с этой позиции DSSS менее эффективна, чем FHSS.

В случае прямых соединений системы DSSS способны осуществлять передачу со скоростями до 11 Мбит/с на расстояние до 40 км. В случае же нескольких получателей, когда сигнал передается в широком секторе, дальность устойчивого приема сигнала может оказаться много меньше 40 км — все зависит от числа получателей и расстояний между ними. Таким образом, выбор микроволновых передающих и принимающих антенн приобретает решающее значение. При отсутствии должного баланса между сетевыми компонентами ближайшие к антенне точки могут монополизировать всю доступную пропускную способность, а удаленные точки, соответственно, будут испытывать жесточайший недостаток пропускной способности.

Другая характерная для DSSS проблема — затухание сигнала. Ее влияние может быть ослаблено за счет применения таких устройств, как усилители и антенны с большим коэффициентом усиления.

Наряду с использованием технологии DSSS для организации связи между зданиями в территориальной сети некоторые компании рассматривают беспроводную связь как средство для решения задач архивирования или дублирования данных в удаленных узлах на случай аварии.

Стандарт 802.11b определяет два типа оборудования:

  •  беспроводная интерфейсная карта (Wireless network interface card;
  •  точка доступа (Access point).

На основе этих двух типов оборудования можно построить следующие конфигурации сетей (Рисунок 62.).

Рисунок 62 Конфигурации беспроводных сетей


Инфракрасная передача

Беспроводные оптические каналы связи обладают рядом преимуществ:

  •  сравнительно низкая стоимость оборудования;
  •  высокая надежность передачи информации.
  •  Компактность и малый вес, что существенно облегчает как установку, так и демонтаж системы. Устройства могут легко крепиться к стенам зданий, столбам и т.д.;
  •  Простота эксплуатации (все что требуется – это периодически (не часто) протирать линзы);
  •  Минимальные сроки установки - быстрый ввод в эксплуатацию (2-3 часа);
  •  скорость передачи информации до 10 Мбит/с
  •  установка БОКСов не требует согласования в органах Госсвязьнадзора;
  •  повышенная устойчивость к помехам;
  •  работа в любых погодных условиях (снег, дождь и т.д.);
  •  инфракрасное излучение безвредно для человека.
  •  Возможность передачи большого количества данных;
  •  Высокая скорость соединения
  •  Нет необходимости занимать частоты;

Типовые приложения

Точка-точка

Длина соединения "точка-точка" варьируется в зависимости от конкретной модели оборудования. При создании такого соединения следует всегда выбирать трассу таким образом, чтобы исключить появление в будущем непреодолимых препятствий, например рост деревьев. Установка приемопередатчиков может быть осуществлена как на крыше здания, так и на стене. Идеальная альтернатива любому кабельному решению по цене, скорости установки, ликвидности капиталовложений.


Точка доступа

Магистраль

Стандарт Ethernet (IEEE 802.3) определил, что между двумя узлами локальной сети может находиться не более 4 активных устройств: HUB-ов, репитеров. Однако это ограничение легко устраняется с помощью более интеллекутуальных устройств: коммутаторов, мостов, маршрутизаторов. Наше оборудование (для локальных сетей) не относится к классу активных или пассивных устройств Ethernet, а является конвертером электрических сигналов в оптические. Поэтому при создании магистралей ограничение на 4 активных устройства не будет действовать, если в точке соединения двух отрезков магистрали для связи двух приемопередатчиков используется cross - over кабель. При соблюдении этого правила протяженность магистрали теоретически не ограничена.

Комбинация

На практике, наверное, этот способ самый распространенный. Он позволяет моделировать коммуникационную инфраструктуру в соответствии с решаемой задачей, целесообразностью, ценой и эффективностью. В умелом применении всех способов и технологий на практике состоит искусство системной интеграции.

Ориентировочная стоимость

Медный кабель

Волоконно-оптический кабель

Радиоканал

Оптический канал

Лазерный канал

$300 - $500 за 1 км

до 5-6000 дол. за 1 км

от 7 до 100 тыс. дол. за комплект

2000 – 4000 дол. за комплект

12-22 тыс. дол. за комплект

Время на подготовку и выполнение монтажа

Подготовка работ и прокладка - до 1 месяца; установка HDSL-модемов - несколько часов

Подготовка работ и прокладка 1-2 месяца

Подготовка работ 2-3 месяца, установка - несколько часов

Подготовка монтажа 2-3 дня, установка 2-3 часа

Подготовка работ 1-2 недели, установка - несколько часов

Максимальная пропускная способность

До 2 Мбит/с при использованием HDSL

До 155 Мбит/с

До 155 Мбит/с

До 10 Мб/c (в перспективе 100 Мбит/с)

До 155 Мбит/с

Максимальная дальность связи без повторителей

До 20 км при использовании HDSL

Не менее 50-70 км

До 80 км (зависит от мощности сигнала)

До 1 км (в перспективе 1.500)

До 1,2 км