91632

Беспроводная связь

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Но на сегодняшний день с проводами научились бороться при помощи самых разнообразных способов и самый интересный из них беспроводные сети передачи данных. Начнем с преимуществ которыми обладают сети беспроводной передачи данных. Второе применение стандарта Radio Ethernet решает проблему подсоединения абонентов к большой сети передачи данных или как говорят связисты проблему последней мили. Принцип работы DSSSсистем состоит в следующем: в передаваемый радиосигнал вносится значительная избыточность путем передачи каждого бита информации...

Русский

2015-07-21

62.42 KB

1 чел.

Беспроводная связь.

Сетевые провода в офисах, подключение мобильных устройств к компьютеру и их соединение между собой посредством тех же проводов.… Согласитесь, все это неудобно, громоздко, да и просто не эстетично. Но технологии развиваются, и на сегодняшний день де-факто присутствует неумолимая тенденция перехода к беспроводной связи. Давайте же окунемся в глубины новой технологии, поговорим о самых популярных стандартах и устройствах, ориентированных на связь без проводов.

Слово «сеть» у большинства ассоциируется с корпоративной сетью какого-нибудь предприятия или с недавних пор с сетью Internet. А как простому человеку представляется корпоративная сеть? Естественно, в виде промышленных 19» шкафов с серверами и коммутирующим оборудованием и огромным количеством проводов, соединяющих все это оборудование с компьютерами, за которыми работают сотрудники фирмы. Современные проводные сети обладают целым рядом возможностей, критичных для развития современного бизнеса, однако со своим развитием они принесли и массу проблем, связанных с наличием проводов. В случае с пятью машинами все еще нормально, но если их становится уже двадцать, возникает клубок проводов, так и норовящий оказаться на пути несущей кофе директору секретарши. И это, уже не говоря о том, что смотрится этот клубок крайне некрасиво. Но на сегодняшний день с проводами научились бороться при помощи самых разнообразных способов, и самый интересный из них - беспроводные сети передачи данных.

Начнем с преимуществ, которыми обладают сети беспроводной передачи данных. Во-первых, отсутствует привязанность абонента к определенному местоположению. Естественно, непривязанность пользователя к своему рабочему месту в офисе может быть не только просто приятной для него, но и чрезвычайно полезной для компании, тем более, если человек часто перемещается по офису или в ближайших его окрестностях. Вторым безусловным плюсом таких сетей является отсутствие проводов. Это влечет за собой отсутствие коробов для их монтажа, лишних затрат времени, сил и денег на их установку и проверку, а также много других плюсов.

Уже довольно давно стали появляться беспроводные сети связи (например, сотовая), работающие в цифровом режиме и имеющие возможность передавать данные вместе с голосом. Но все же основной функцией этих сетей является передача голоса, который не требует высокой пропускной способности. Конечно, существуют модемы, работающие через сотовые сети стандарта GSM, но максимальная скорость при подключении куда-либо оказывается не более чем 9600 бит/с. Поэтому возникли некоторые особенности построения беспроводных сетей, которые затем превратились в стандарт IEEE 802.11 (Radio Ethernet). Однако на этом история не закончилась. В 1998 г. компании Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba решили создать свой собственный стандарт беспроводной связи, который бы решил проблемы коммутации самых разных устройств друг с другом. Назван этот стандарт был Bluetooth, а развитием его сейчас занимается Bluetooth SIG (Special Interest Group). Поговорим об этом более подробно.

Radio Ethernet (IEEE 802.11)

Он имеет два основных применения. Первое из них - локальная беспроводная сеть в стенах одного здания или на территории предприятия. Второе применение стандарта Radio Ethernet решает проблему подсоединения абонентов к большой сети передачи данных или, как говорят связисты, проблему «последней мили». Стандарт 802.11 использует метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS).

В системах, работающих на основе метода со скачками по частоте (FHSS), весь диапазон от 2400 до 2483,5 МГц разбит на 79 подканалов. Приемник и передатчик синхронно каждые несколько миллисекунд перестраиваются на различные несущие частоты в соответствии с алгоритмом, задаваемым псевдослучайной последовательностью. Лишь приемник, использующий ту же самую последовательность, может принимать сообщение. При этом предполагается, что другие системы, работающие в том же частотном диапазоне, используют иную последовательность и поэтому практически не мешают друг другу. Для тех же случаев, когда два передатчика пытаются применять одну и ту же частоту одновременно, предусмотрен протокол разрешения столкновений, по которому передатчик делает попытку повторно послать данные на следующей в последовательности частоте.

Согласно методу с прямой последовательностью (DSSS) диапазон от 2400 до 2483,5 МГц разбит на три широких подканала, которые могут использоваться независимо и одновременно на одной территории. Принцип работы DSSS-систем состоит в следующем: в передаваемый радиосигнал вносится значительная избыточность путем передачи каждого бита информации одновременно в нескольких частотных каналах. Если на каком-либо из них (или сразу на нескольких) появляются помехи, система определяет правильный поток данных путем выбора наибольшего количества одинаковых потоков.

Bluetooth.

Основное назначение Bluetooth - обеспечение экономичной (с точки зрения потребляемого тока) и дешевой радиосвязи между различными типами электронных устройств. Причем немалое значение придается компактности компонентов, что дает возможность применять Bluetooth в малогабаритных устройствах размером с наручные часы. Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 кбит/с), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 кбит/с в одном направлении и 57,6 кбит/с в другом) и симметричный (432,6 кбит/с в обоих направлениях) методы. Работающий на частоте 2,4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 м. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Так, маломощный передатчик потребляет всего 0,3 мА в режиме standby и в среднем 30 мА при обмене информацией. Bluetooth работает по принципу FHSS.

Основным структурным элементом сети Bluetooth является так называемая пикосеть (piconet) - совокупность от 2 до 8 устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как master, а остальные как slave. Master синхронизирует работу. Стандарт Bluetooth предусматривает соединение независимых и даже не синхронизированных между собой пикосетей (до 10) в так называемую scatternet (сложно назвать корректный перевод этого термина, но один из вариантов перевода глагола to scatter - «рассеивать»). Для этого каждая пара пикосетей должна иметь как минимум одно общее устройство, которое будет master в одной и slave в другой. Таким образом, в пределах отдельной scatternet с интерфейсом Bluetooth может быть одновременно связано максимум 71 устройство, однако никто не ограничивает применение устройств -  «гейтов», использующих Internet для более дальней связи.

Часто приходится сталкиваться с мнением, что находящиеся в пределах действия связи Bluetooth-устройства могут автоматически соединяться и начать обмениваться информацией, которая, возможно, не предназначена для сторонних ушей или глаз. На самом деле автоматический обмен информацией между Bluetooth-устройствами ведется лишь на уровне аппаратного обеспечения, т.е. исключительно для определения самого факта возможности соединения. А вот на уровне приложений пользователь сам решает, ввести или запретить автоматическую установку связи. Таким образом, использование Bluetooth не опаснее подключения к Internet, при котором все узлы также соединены электрически, но это еще не означает получение безоговорочного доступа к любому ресурсу.

Стоит также заметить, что стандарт Bluetooth разрабатывался с расчетом на малую мощность, поэтому воздействие устройств на его основе на организм человека сведено к минимуму.

Основное направление использования Bluetooth на сегодняшний день уже определено: это создание так называемых персональных сетей (PAN, или private area networks), включающих такие разноплановые устройства, как мобильные телефоны, PDA, МР3-плееры, компьютеры, и даже микроволновые печи с холодильниками. Возможность передачи голоса позволяет встраивать интерфейс Bluetooth в беспроводные телефоны или, например, беспроводные гарнитуры для сотовых телефонов. Возможности применения Bluetooth на практике безграничны: помимо синхронизации PDA с настольным компьютером или подсоединения относительно низкоскоростной периферии вроде клавиатур или мышей интерфейс дает возможность очень просто и с небольшими затратами организовать домашнюю сеть. Причем узлами этой сети могут быть любые устройства, имеющие потребность в информации либо обладающие необходимой информацией.

Совсем недавно появившаяся на телекоммуникационном рынке технология HomePNA.

Технология HomePNA обеспечивает работу сети с расстоянием между узлами не менее 150 м (для HomePNA 1.0). Обычно это соответствует телефонной проводке дома площадью до 1000 м2. Следующая версия стандарта (HomePNA 2.0) обеспечивает дальность еще большую дальность - не менее 350 м.

Сеть поддерживает высокую скорость передачи данных.

Скорость передачи 1 Мбит/с была реализована уже в первой спецификация стандарта (HomePNA 1.0). Спецификация HomePNA следующего поколения (HomePNA 2.0) обеспечила скорость передачи данных 10 Мбит/с при совместимости с оборудованием предыдущей версии.

Технология HomePNA позволяет повышать скорость передачи данных и расширять функциональные возможности сети, сохраняя при этом ее совместимость с предыдущими спецификациями технологии.

Кроме того, использование в качестве основы для домашней сети, существующей абонентской телефонной линии предусматривает совместное использования одной телефонной линии как оборудованием домашней сети, так и уже существующим и подключенным к данной линии телефонным оборудованием. Из этого логически вытекают еще два ключевых свойства домашней сети.

Технология практически невосприимчива к помехам, возникающим в телефонной линии. В доме может быть установлено несколько телефонных аппаратов, автоответчики и другие устройства, которые могут создавать электрические помехи.

Частотный диапазон, в котором работают устройства домашней сети HomePNA, подобран таким образом, чтобы избежать воздействия различных источников помех, которые имеются в квартире.

Домашняя сеть, базирующаяся на использовании существующей телефонной проводки, не оказывает влияние на другие телефонные службы, т.е. на ведение телефонных разговоров или передачу факсов, работу ISDN или xDSL..

Компьютерная сеть состоит из трех основных компонент, которые должны работать согласованно. Для корректной работы устройств в сети их нужно правильно инсталлировать и установить рабочие параметры.

Среди основных особенностей технологии организации домашних сетей, альянс HomePNA отметил следующие.

  1.  Возможность использования совершенно случайных и нестандартных топологий проводки (рис. 1). Структура телефонной проводки внутри каждой квартиры или дома не только не может быть известна заранее, но и изменяется день ото дня. Например, такое простое действие, как подключение дополнительного телефонного или факсимильного аппарата создает новую «ветвь» на «дереве» телефонной проводки внутри квартиры.

Рисунок 1. HomePNA работает на сетях с любой топологией

  1.  Работа в условиях сильного затухания сигнала и его отражений, которые характерны для разветвленных топологий проводки. Передаваемый по такой проводке электрический импульс в значительной мере теряет свою энергию, «путешествуя» по проводам. Чем дольше импульс перемещается по внутриквартирной сети, тем больше он ослабляется и его энергия рассеивается. Это происходит из-за несогласования импеданса линий и несогласования нагрузки (например, когда в телефонную розетку ничего не подключено).
  2.  Высокий уровень защиты от шумов изменяющегося уровня. Бытовые приборы, кондиционеры воздуха, и другие электрические приборы создают в телефонной проводке случайные помехи высокого и изменяющегося уровня.
  3.  Невосприимчивость к динамическому изменению характеристик линии передачи. Телефонные аппараты и другие устройства, подключаемые к телефонной линии, имеют рабочие характеристики, динамически изменяющиеся в широких пределах. Поэтому, если сеть неправильно сконфигурирована, это может повлиять на передачу данных. Простое поднятие трубки телефонного аппарата может в значительной мере изменить характеристики передачи данных по телефонной линии. И наоборот, передача данных может повлиять на правильную работу телефонных и факсимильных аппаратов.

Технология HomePNA 1.0 обеспечивает скорость передачи 1 Мбит/с при совместимости с другими службами, которыми может пользоваться абонент - обычной телефонной связью, ISDN или xDSL. В данной технологии для передачи данных домашней сети используется диапазон частот 5,5 - 9,5 МГц. Полосовые фильтры имеют сильный спад характеристики на частотах ниже 5,5 МГц, что исключает воздействие на линию DSL и традиционную телефонную связь.

В HomePNA 1.0 используется методика IEEE 802.3 CSMA/CD; другими словами, технология обеспечивает создание локальной сети Ethernet со скоростью передачи данных 1 Мбит/с на базе абонентской телефонной линии. Данная конструктивная особенность очень важна, так как позволяет сети HomePNA взаимодействовать с огромным количеством совместимого с Ethernet программного обеспечения и оборудования.

Необходимость точной передачи данных по телефонной линии, имеющей случайную топологию, является только частью проблемы. Для достижения высокой скорости передачи данных каждый импульс сигнала должен использоваться для кодирования как можно большего объема данных (вместо одного бита на импульс). Для этого используется уникальная запатентованная технология компании Tut Systems.

Стержнем данной технологии является методика линейного кодирования с временной модуляцией, которая также разработана компанией Tut Systems. Данный механизм линейного кодирования включает в себя адаптивную схему, позволяющую системе адаптироваться к различному уровню шумов. Каждый сетевой интерфейс имеет схему приемника, адаптирующегося к различному уровню шумов на линии. Кроме того, схема передатчика имеет возможность изменять уровень выходного сигнала. Схемы передачи и приема постоянно контролируют состояние линии и изменяют свои настройки в соответствии с изменением этого состояния.

Большинство существующих абонентских телефонных линий позволяет достичь скорости передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании для этого частотного диапазона 2 - 30 МГц. Благодаря использованию спектрально эффективной технологии модуляции, компания Epigram создала технологию HomePNA 2.0 следующего поколения, которая обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с.

Запатентованная технология компании Epigram позволяет создать недорогую и допускающую дальнейшее развитие домашнюю сеть Home Ethernet, которая обеспечивает скорость передачи данных в 10 Мбит/с с возможностью увеличения в будущем этой скорости до 100 Мбит/с. Технология Home Ethernet позволяет динамически адаптировать скорость передачи данных и обеспечивает немедленную подстройку в зависимости от изменения электрических характеристик коммуникационного канала, организованного на базе абонентской телефонной линии. При этом обеспечивается поддержка оборудования, совместимого с технологией HomePNA предыдущих поколений, включая технологию HomePNA со скоростью передачи данных 1 Мбит/с.

Оборудование HomePNA прочно заняло свое место на рынке. Эта технология, использующая в качестве среды передачи абонентскую телефонную проводку, не только наилучшим образом подходит для организации домашней сети, но и пригодна в качестве основы для построения недорогих систем коллективного доступа в Интернет - продолжение следует.  

Основными компонентами сети являются:

  1.  Оборудование
  2.  концентраторы (хабы)
  3.  сетевые адаптеры
  4.  Коммуникационные каналы
  5.  кабели
  6.  разъемы
  7.  Сетевая операционная система
  8.  Windows

1. AT-3124TR   - 10Base-T 24-портовый концентратор

    AT-3148TR   - 10Base-T 48-портовый концентратор

    AT-3606F    - SNMP-управляющий оптический 6-портовый концентратор

    AT-3608     - SNMP-управляющий BNC 8-портовый концентратор

    AT-3612T    - SNMP-управляющий 10Base-T 12-портовый концентратор

    AT-3612TR   - SNMP-управляющий 10Base-T 12-портовый концентратор

    AT-3624T    - SNMP-управляющий 10Base-T 24-портовый концентратор

    AT-3624TR   - SNMP-управляющий 10Base-T 24-портовый концентратор

AT-3624TRS  - Ведомый, SNMP-управляемый 10Base-T 24-портовый концентратор

AT-3624TS   - Ведомый, SNMP-управляемый 10Base-T 24-портовый концентратор.

AT-MR912TX  - Fast Ethernet концентратор. 

Сетевые устройства и средства коммуникаций.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

стоимость монтажа и обслуживания,

скорость передачи информации,

ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров)),

безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Сетевые устройства и средства коммуникаций.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

стоимость монтажа и обслуживания,

скорость передачи информации,

ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров)),

безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и бес проблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Еthernet-кабель.

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000  м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит / с.

При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19029. Вычисления с осцилляторными функциями 156 KB
  Лекция 11 Вычисления с осцилляторными функциями В различных задачах связанных с гармоническим осциллятором приходится вычислять интегралы типа или 1 где собственные функции гамильтониана осциллятора везде в этой лекции под будет подразумеваться б...
19030. Общие свойства стационарных состояний одномерного движения в случае непрерывного спектра. Прохождение потенциальных барьеров 334 KB
  Лекция 12 Общие свойства стационарных состояний одномерного движения в случае непрерывного спектра. Прохождение потенциальных барьеров Рассмотрим теперь решения уравнения Шредингера отвечающие непрерывному спектру собственных значений. Эти решения не затухают п...
19031. Момент импульса: операторы, коммутационные соотношения, решение уравнений на собственные значения 2.33 MB
  Лекция 13 Момент импульса: операторы коммутационные соотношения решение уравнений на собственные значения В классической механике момент импульса частицы определяется как поэтому моменту импульса в квантовой механике отвечает оператор 1 где и опер
19032. Момент импульса: матричная теория 280 KB
  Лекция 14 Момент импульса: матричная теория Получим собственные значения операторов проекции и квадрата момента другим способом. Этот способ основан только на коммутационных соотношениях между операторами момента и не использует явные выражения для самих оператор
19033. Задача двух тел. Движение в центральном поле. Общие свойства движения в центральном поле. Вырождение по проекции и случайное вырождение 1.04 MB
  Лекция 15 Задача двух тел. Движение в центральном поле. Общие свойства движения в центральном поле. Вырождение по проекции и случайное вырождение. Уравнение для радиальной волновой функции. Классификация стационарных состояний дискретного спектра в центральном поле ...
19034. Водородоподобный атом. Уровни энергии и волновые функции. Кратность вырождения. Сферический осциллятор. Решение уравнения Шредингера в декартовых и сферических координатах 800.5 KB
  Лекция 16 Водородоподобный атом. Уровни энергии и волновые функции. Кратность вырождения. Сферический осциллятор. Решение уравнения Шредингера в декартовых и сферических координатах Найдем уровни энергии и общие собственные функции операторов и . для частицы масс...
19035. Спин элементарных частиц. Спиновые волновые функции и операторы спина 1.1 MB
  Лекция 17 Спин элементарных частиц. Спиновые волновые функции и операторы спина Рассмотрим составную частицу состоящую из двух элементарных частиц и совершающую некоторое пространственное движение примером такой составной частицы может быть ядро дейтерия состо
19036. Спин 1/2. Спиновые функции, операторы спина. Матрицы Паули и их свойства. Разложение по спиновым функциям 1.1 MB
  Лекция 18 Спин 1/2. Спиновые функции операторы спина. Матрицы Паули и их свойства. Разложение по спиновым функциям Целый ряд элементарных частиц – электроны нейтроны протоны и другие – обладают спином . По этой причине рассмотрим подробно свойства спиновых функций и
19037. Собственный магнитный момент. Уравнение Паули. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Уровни Ландау 416.5 KB
  Лекция 19 Собственный магнитный момент. Уравнение Паули. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Уровни Ландау Многие элементарные частицы в том числе и незаряженные имеют магнитный момент не связанный с ее движением в пространстве а связанный с внутренними ...