Moderne bežične mrežne tehnologije. Bežična tehnologija

Tehnologijebežične mreže

Nakon što pročitate ovo poglavlje i završite vježbe, moći ćete:

· Razgovor o savremenim tehnologijama bežičnih mreža;

· Predočiti istoriju razvoja bežičnih mreža i njihove prednosti;

· Opisati tehnologiju radio mreža;

· Da govori o radio mrežama standarda 802.11;

· Opišite alternativne tehnologije radio mreže (kao što su Bluetooth, HiperLAN i HomeRF Shared Wireless Access Protocol);

· Razgovarati o bežičnim tehnologijama koje koriste infracrveno zračenje;

· Razgovor o mikrotalasnim mrežama;

· Opišite bežične mreže koje koriste satelite niske zemaljske orbite (LEO).

Bežične mreže su nova tehnologija od velikog interesa iz više razloga. Najočigledniji razlog je to što takve mreže omogućavaju mobilnost prenosivih i ručnih računarskih uređaja, omogućavajući korisniku da zaboravi na kablove. Drugi razlog je taj što su bežične tehnologije sada pouzdanije i, u nekim situacijama, jeftinije za implementaciju od kablovskih mreža. Postoji nekoliko bežičnih medijskih alternativa kablu za prenos mrežnih paketa: radio talasi, infracrveno (IR) zračenje i mikrotalasi (mikrotalasni talasi). Uz sve ove tehnologije, signali se prenose zrakom ili atmosferom, što ih čini dobrom alternativom u slučajevima kada je teško ili nemoguće koristiti kabel.

U ovom poglavlju ćete se upoznati sa mnogim vrstama bežičnih mrežnih komunikacija. Prvo ćete naučiti koje su bežične mreže trenutno u upotrebi, a zatim pročitati kratku povijest takvih mreža. T ix pogodnosti. Nakon općeg opisa mreža koje koriste radio valove, bit će opisano detaljnije o široko rasprostranjenom standardu za bežične mreže IEEE 802.11. Naučit ćete i o alternativnim tehnologijama radio mreža: Bluetooth, HiperLAN i HomeRF Shared Wireless Access Protocol, zatim će biti opisane tehnologije zasnovane na raspršenom infracrvenom zračenju koje pružaju relativno sigurne bežične komunikacije i na kraju će biti opisano kako su mikrovalne tehnologije koristi se u mrežama zasnovanim na zemaljskim i satelitskim kanalima (uključujući mreže zemaljskih satelita u širokoj orbiti).

Moderne tehnologijebežične mreže

Trenutno se za kreiranje bežičnih mreža koriste sljedeće tehnologije:

· Tehnologije koje koriste radio talase;

· Tehnologije zasnovane na infracrvenom zračenju;

· Mikrovalne (mikrotalasne) tehnologije;

· Mreže zasnovane na zemaljskim satelitima u niskoj orbiti (poseban svemirski projekat koji koristi mikrotalasne talase).

Radiotalasne tehnologije su veoma rasprostranjene i predstavljaju brzo rastući sektor bežičnih mrežnih komunikacija. Ovo takođe uključuje 802.11 standard bežičnog umrežavanja, kao i alternative industrijskim standardima kao što su Bluetooth, HiperLAN i NoteShared Wireless Access Protocol (SWAP).

Tehnologije zasnovane na infracrvenom zračenju nisu toliko rasprostranjene kao radio mreže, ali imaju neke prednosti, jer omogućavaju stvaranje relativno sigurnijih bežičnih mreža (budući da je signal teže neprimetno presresti). Obje tehnologije (radio valovi i infracrveno zračenje) se koriste za organiziranje komunikacija na kratkim udaljenostima unutar ureda, zgrade ili između zgrada.

Mikrovalne (mikrovalne) tehnologije se koriste za komunikaciju na velikim udaljenostima i mogu osigurati mrežnu komunikaciju između kontinenata putem satelita.

Mreže zasnovane na satelitima u niskoj orbiti su još jedan tip bežičnih mreža, na osnovu kojih se u jednom trenutku može stvoriti "svetska mreža" dostupna u svim dijelovima planete.

O svim ovim tehnologijama biće reči u ovom poglavlju. Međutim, prvo ćemo pogledati povijest bežičnih mreža i naučiti o njihovim prednostima.

Kratka istorija bežičnih mrežai njihovo dostojanstvo

Istorija bežičnih mreža može se posmatrati formalno i neformalno. Neformalni rodonačelnik bežičnih mreža je radio-amater, čiji operateri dobijaju licence od FCC-a za prijenos govora, Morseove azbuke, podataka, satelitskih i video signala korištenjem radio i mikrovalnih valova. FCC ga smatra važnim izvorom ideja i stručnosti za razvoj komunikacije.

Bilješka

Radio talasi i mikrotalasi su jedan od opsega elektromagnetnog spektra, koji uključuje vidljivu svetlost, radio talase, infracrveno zračenje, rendgenske zrake, mikrotalasne (mikrotalasne) i gama zrake. Sve su to vrste elektromagnetnog zračenja koje se širi u Zemljinoj atmosferi i svemiru. Ima i svojstva talasa i svojstva čestice. Dodatne informacije o spektru elektromagnetnih talasa možete pronaći na

http:// zamislite. gsfc. nasa. gov/ docs/ nauka/ knowJ1/ emspectrum. html ihttp:// zamislite. gsfc. nasa. gov/ docs/ nauka/ knowJ2/ emspectrum. html.

Tokom 1980-ih, licencirani radio-amateri dobili su odobrenje od FCC-a da prenose podatke na više radio frekvencija u opsezima od 50,1-54,0 MHz (niski opseg) do 1240-1300 MHz (visoki opseg). Većina ljudi je upoznata sa ovim frekvencijama jer se koriste za prenos muzike AM i FM radio stanica. Ove frekvencije predstavljaju samo mali dio mogućih radio frekvencija na kojima se signali mogu prenositi. Osnovna mjerna jedinica za radio frekvenciju je herc (Hz)(Herc (Hz)). U tehnologiji, jedan herc odgovara jednom periodu naizmjeničnog napona ili zračenog signala u sekundi.

Bilješka

Radio frekvencije predstavljaju opseg talasa iznad 20 kHz kroz koji se elektromagnetski signal može emitovati u svemir.

Prošlo je mnogo vremena otkako je IBM napravio personalni računar ranih 1980-ih pre nego što su radio-amateri povezali personalne računare koristeći radio talase (obično u višim opsezima 902-928 MHz i 1240-1300 MHz). Da bi to učinili, kreirali su uređaj koji se zove terminalni čvorni kontroler (TNC). Ovaj uređaj je postavljen između računara i primopredajnika i korišćen je za pretvaranje kompjuterskog digitalnog signala u analogni signal, pojačan od strane primopredajnika i emitovan kroz antenu. Rezultirajuća tehnologija nazvana je paketni radio. Otkriće radio-amatera da paketni radio dobro radi na 902 MHz i više ubrzo su analizirali komercijalni provajderi bežičnih usluga. Godine 1985., FCC je odobrio komercijalnu upotrebu u bežičnim kompjuterskim mrežama s frekvencijom za industrijske, naučne i medicinske primjene (Industrial, ScietfJtitle and Medical, ISM), koje se mogu koristiti za nelicencirane javne komunikacije male snage na fiksnim frekvencijama "u opseg od 902 MHz do 5,825 GHz. 1996. godine Kongres telekomunikacija je pripremio sljedeću fazu u razvoju bežične mreže! komunikacija, osiguranje koncepta „bežičnog čvora (lokacije)“ i postavljanje standarda za njega, kao i stvaranje poticaja za daljnji razvoj telekomunikacijskih tehnologija, uključujući bežične komunikacije (dodatne informacije možete pronaći na www.fcc.gov/telecom . html). Ubrzo nakon toga, IEEE je stvorio Grupu za bežične standarde 802.11, koja je bila odgovorna za prvi 802.11 standard, osnovan 1997. godine. Trenutno se razvijaju i implementiraju bežične mreže kako bi zadovoljile mnoge potrebe, uključujući sljedeće:

· Sprovođenje komunikacija u onim područjima gdje je teško postaviti kablovsku mrežu;

· Smanjeni troškovi implementacije;

· Omogućavanje "slučajnog" pristupa onim korisnicima koji ne mogu biti vezani za određenu kablovsku vezu;

· Pojednostavljenje procedure za kreiranje mreža u malim i kućnim kancelarijama;

Omogućavanje pristupa podacima potrebnim u određenoj konfiguraciji

Zašto nije uvijek moguće koristiti kablovske mreže?

U nekim situacijama je teško, pa čak i nemoguće postaviti kablovsku mrežu. Razmotrite ovaj scenario. Dvije zgrade moraju biti povezane jednom mrežom, međutim, između njih prolazi federalni autoput. U ovom slučaju postoji nekoliko načina za organizaciju mreže. Prvo, moguće je kopati rov ispod magistrale, što će zahtijevati velike troškove i poremećaje u saobraćaju uzrokovane kopanjem rovova, polaganjem kablova, kopanjem rovova i kompletnom sanacijom puta. Drugo, možete kreirati regionalnu mrežu koja povezuje dvije zgrade. Zgrade se mogu povezati na T-1 linije ili na regionalnu optičku Ethernet mrežu koristeći usluge vlasnika javne mreže ili lokalne telefonske kompanije. Istovremeno, troškovi će biti manji nego kod polaganja novog kabla, međutim, zakup telekomunikacijskih vodova će zahtijevati stalne odbitke. Treće, bežična mreža bi se mogla implementirati, što bi zahtijevalo jednokratne hardverske troškove, a također bi izazvalo periodične troškove upravljanja mrežom. Međutim, svi ovi troškovi će vjerovatno biti najopravdaniji kada se razmatraju u dugim vremenskim periodima.

Hajde da razmotrimo drugi scenario. Zakupac velikog ureda treba da postavi mrežu za 77 zaposlenih. Vlasnik lokala zabranjuje postavljanje trajnog kablovskog sistema. Ova prostorija odgovara zakupcu u svakom smislu, osim toga, plaćanje za nju je niže nego u drugim alternativnim opcijama. Rješenje problema je stvaranje bežične mreže.

I na kraju, treći scenario. Narodna biblioteka se nalazi na istorijskoj lokaciji. Iako je biblioteka u vlasništvu grada, strogi javni i privatni ugovori sprečavaju menadžment biblioteke da dobije potrebnu dozvolu za polaganje mrežnih kablova. Biblioteka već dugi niz godina zaostaje u izradi elektronskog kataloga knjiga, jer ne može da umreži računare svojih zaposlenih i službu za pomoć korisnicima. Stoga rukovodstvo biblioteke može riješiti svoje probleme postavljanjem bežične mreže koja vam omogućava da očuvate integritet zgrade i ne kršite nikakve ugovore.

Ušteda novca i vremenakada koristite bežične mreže

Troškovi i vrijeme postavljanja bežične mreže mogu biti manji od postavljanja kabelske mreže. Na primjer, starije zgrade često sadrže opasne materijale, kao što su stari rudnici proizvodnje, koji sadrže zanemarljive količine hlora iz zračnih kanala i azbesta. Pošto se rudnici ne koriste, mogu se jednostavno zazidati. Ili bi se mogao pokrenuti skupi program za odlaganje opasnih materija kako bi se ovi rudnici mogli koristiti za pokretanje mrežnih kablova. U takvoj situaciji mnogo je jeftinije zazidati rudnike i postaviti bežičnu mrežu umjesto kabla.

Razmotrimo slučaj kada je jednom univerzitetu bila potrebna radna mreža jer su u njen razvoj uložena velika sredstva. Univerzitet je pozvao skupu konsultantsku kompaniju, koja je obezbedila

projekat ima pet ljudi i organizirano je 18 novih radnih mjesta. Nekoliko dana prije početka rada, univerzitet je shvatio da nema mrežnih priključaka za novozaposlene i konsultante. Polaganje novih kablova je skupo i nemoguće u narednih nekoliko mjeseci jer je IT odjel univerziteta već preopterećen poslom. Izlaz je pronađen u vidu bežične mreže koja se može postaviti u rekordnom roku.

Neograničen pristup mreži

Nekim korisnicima računara je potreban pristup mreži s gotovo bilo kojeg mjesta. Zamislite, na primjer, veliko skladište automobilskih dijelova koje treba redovno revidirati korištenjem mrežnih mjera barkodova. Bežična mreža korisnicima ovih skenera daje neograničen pristup jer nisu vezani za kablovske veze. Drugi primjer Lekar u bolnici može nositi mali laptop računar sa bežičnim adapterom koji se može koristiti za ažuriranje medicinske dokumentacije, naručivanje naloga za testiranje ili organizovanje nege pacijenata.

Pojednostavljivanje umrežavanja za početnike

U oblasti kompjuterizacije malih ili kućnih kancelarija sa bežičnom mrežom, presek iznad kabliranja. Mreže ovih kancelarija mogu biti veoma nezadovoljavajuće jer ih obično uspostavljaju neprofesionalci. Kao rezultat toga, može biti odabran pogrešan tip kabla. Kabl može proći pored izvora radio smetnji i elektromagnetnog zračenja, ili se može oštetiti (na primjer, prolaskom ispod stolice, stola ili kroz vrata). Stoga, korisnik takvog ureda može gubiti vrijeme neproduktivno tražeći nefunkcionalnost mreže. U takvoj situaciji, bežičnu mrežu može biti lakše instalirati i raditi. Obično se u mnogim internet prodavnicama računara korisnici malih i kućnih kancelarija pitaju da li bi želeli da kupe bežične uređaje za umrežavanje između kupljenih računara.

Prednost bežičnih mreža za ovu klasu korisnika je što je cijena bežičnih uređaja trenutno prilično umjerena. Bežično umrežavanje u kombinaciji sa automatskim dodeljivanjem IP adresa u Windows 2000 i Windows XP omogućava vam da kreirate kompletnu kućnu mrežu sa malo ili bez iskustva.

Poboljšanje pristupa podacima

Bežične mreže mogu značajno poboljšati pristup nekim vrstama podataka i aplikacija. Zamislite, na primjer, veliki univerzitet sa deset stalno zaposlenih revizora koji posjećuju nekoliko odjela (i lokacija) svaki dan i trebaju pristup finansijskim podacima, izvještajima i drugim informacijama dostupnim na tim odjelima. Sa laptop računarom opremljenim bežičnim mrežnim adapterom, revizor može lako da se kreće između lokacija i ima stalan pristup svim finansijskim dokumentima. Kao drugi primjer, uzmite hemijskog inženjera koji radi na različitim mjestima u hemijskoj tvornici. U jednom trenutku može posmatrati podatke tokom neke reakcije proizvodnog ciklusa. U drugom trenutku, možda će mu trebati hemijska nomenklatura kako bi osigurao da su potrebni sastojci dostupni za početak drugog proizvodnog procesa. U trećoj tački, ovaj inženjer može da se pozove na internet biblioteku istraživanja kompanije. Bežični pristup će mu omogućiti da se lako nosi sa svim ovim zadacima.

Organizacije koje podržavaju tehnologijubežične mreže

Postoji nekoliko organizacija koje promoviraju bežično umrežavanje. Jedna takva organizacija, koja je vrijedan izvor informacija o bežičnim mrežama, jeste Bežični LAN Udruženje (WLANA). Ovo udruženje formiraju proizvođači bežičnih uređaja, kao i zainteresovane kompanije i organizacije, uključujući Alvarion, Cisco Systems, ELAN, Intermec, Intersil, Raylink i Wireless Central. Dovršite vježbu 9-1 i upoznajte se sa situacijama u kojima možete koristiti bežične LAN mreže i WLANA resurse.

WINLAB (Wireless Information Network Laboratory) je bežični istraživački centar sa sjedištem na Univerzitetu Rutgers, podržan od nekoliko univerziteta. WINLAB je sponzoriran od strane Nacionalne naučne fondacije i djeluje od 1989. godine. U vježbi 9-2 naučit ćete o najnovijim istraživanjima koje je sproveo WINLAB.

Radio mrežna tehnologija

Mrežni podaci se prenose korištenjem radio valova baš kao i lokalna radio stanica, međutim, valovi se koriste za mrežne aplikacije

mnogo veće frekvencije. Na primjer, lokalna AM (srednji i dugi talasi) radio stanica može emitovati na 1290 kHz, pošto je frekvencijski opseg za AM emitovanje 535-1605 kHz. Frekvencijski opseg za FM emitovanje (VHF) ima granice od 88-108 MHz. U Sjedinjenim Državama, mrežni signali se prenose na višim frekvencijama u opsezima 902-928 MHz, 2,4-2,4835 GHz ili 5-5,825 GHz.

Bilješka

Svaki od navedenih frekvencijskih intervala se naziva i opseg: opseg 902 MHz, opseg 2,4 GHz i opseg od 5 GHz. Opseg 902 MHz se prvenstveno koristi u starijim nestandardnim bežičnim uređajima i nije dalje obrađen u ovoj knjizi.

U radio mrežama, signal se prenosi u jednom ili više smjerova, ovisno o vrsti antene koja se koristi. U primjeru prikazanom na sl. 9.1, signal je usmjeren jer se prenosi sa antene koja se nalazi u jednoj zgradi na antenu koja se nalazi u drugoj zgradi. Talas ima vrlo kratku dužinu i malu snagu (osim ako nosilac nema posebnu licencu FCC-a za multi-watt komunikacije), odnosno najprikladniji je za transmisije linije vidljivosti(prenos vidljivosti) sa kratkim dometom.

U transmisiji u pravoj liniji, signal se prenosi s jedne tačke na drugu, prateći zakrivljenost Zemlje, umjesto da se odbija od atmosfere, prelazeći zemlje i kontinente. Nedostatak ove vrste prijenosa je prisustvo prepreka u obliku visokih uzvisina na površini Zemlje (na primjer, brda i planine). Radio signal male snage (1 - 10 W) može prenositi podatke brzinom od 1 do 54 Mbps pa čak i većom.

Za prijenos paketa u opremi bežičnih radio mreža najčešće se koristi tehnologija proširenog spektra, kada se jedna ili više susjednih frekvencija koristi za prijenos signala veće širine pojasa. Frekvencijski opseg raširenog spektra je vrlo visok: 902-928 MHz i mnogo veći. Komunikacije sa proširenim spektrom obično pružaju brzine prijenosa podataka od 1-54 Mbps.

Komunikacija pomoću radio talasa može uštedeti novac u slučajevima kada je teško ili veoma skupo položiti kabl. Radio mreže su posebno korisne kada koristite laptop računare koji se često kreću. U poređenju sa drugim bežičnim tehnologijama, radio mreže su relativno jeftine i jednostavne za instaliranje.

Upotreba radio talasa u komunikacijama ima nekoliko nedostataka. Mnoge mreže prenose podatke brzinom od 100 Mbps ili većom kako bi organizirale komunikaciju velike brzine pri slanju velike količine prometa (uključujući velike datoteke). Radio mreže još ne mogu pružiti komunikaciju takvom brzinom. Još jedan nedostatak je to što se neke bežične frekvencije dijele između radio amatera, vojske i operatera mobilne mreže, što rezultira različitim izvorima smetnji na ovim frekvencijama. Prirodne prepreke (npr. brda) također mogu smanjiti ili izobličiti signal koji se prenosi.

Jedna od glavnih tehnologija radio mreža opisana je standardom IEEE 802.11. Koriste se i druge tehnologije, uključujući Bluetooth, HiperLAN i HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP). O svim ovim tehnologijama biće reči u narednim odeljcima ovog poglavlja.

IEEE 802.11 radio mreže

Za implementaciju bežičnih komunikacija koriste se različite vrste radio mreža, međutim, u pogledu kompatibilnosti i pouzdanosti, standard IEEE 802.11 ima značajne prednosti. Mnogi korisnici bežične mreže koriste uređaje koji su usklađeni sa ovim standardom jer ne uključuju nestandardizirane komunikacije (naročito u niskom i sporom opsegu 902-928 MHz tipičnom za starije bežične uređaje), a 802.11 uređaji različitih proizvođača su zamjenjivi. Ovi uređaji zadovoljavaju otvoreni standard, tako da različiti modeli mogu međusobno komunicirati, a u njih je lakše implementirati nove bežične funkcije. Stoga je važno za bežičnog dizajnera da razumije standard IEEE 802.11 i kako uređaji koji su u skladu s tim standardom funkcionišu.

IEEE 802.11 standard se također naziva IEEE standard za bežični LANledium pristup (MAC) i specifikacije fizičkog sloja (PHY). Ovaj standard se primjenjuje na fiksne i mobilne stanice za bežičnu komunikaciju. Stacionarna stanica se naziva stanica koja se ne kreće, mobilna stanica se naziva stanica koja se može kretati brzo ili sporo, poput osobe koja hoda.

Standard 802.11 predviđa dvije vrste komunikacija. Prvi tip je sinhrona komunikacija, kada se prijenos podataka odvija u zasebnim blokovima, čiji je početak označen početnim, a kraj stop bitom. Drugi tip uključuje komunikacije, odvija se u određenom vremenskom okviru, kada se signalu daje određeni da stigne do odredišne ​​tačke, a ako se signal ne uklapa u to vrijeme, onda se smatra izgubljenim ili izobličenim. Vremenska ograničenja čine 802.11 sličnim 803.11, u kojem signal također mora doći do specificiranog ciljnog čvora unutar određenog vremena. Standard 802.11 pruža podršku za usluge upravljanja mrežom (primjer, SNMP). Mrežna autentikacija je također omogućena, 802.11 standard je fokusiran na korištenje Link i Physical slojeva OSI modela. MAC i LLC podslojevi sloja veze definišu standarde za metod pristupa (o čemu će biti reči kasnije u ovom poglavlju), adresiranje i metode verifikacije podataka korišćenjem kontrolnih suma (CRC). Na fizičkom sloju, standard 802.11 definirao je brzine prijenosa podataka na datim frekvencijama. Metode (kao što su tehnologije proširenog spektra) su takođe obezbeđene za prenos digitalnih signala korišćenjem radio talasa i infracrvenog zračenja.

U pogledu radnog okruženja, standard 802.11 razlikuje bežičnu komunikaciju u zatvorenom (u zatvorenom) i na otvorenom (kora). Komunikacije u prostoriji mogu se, na primjer, odvijati u poslovnoj zgradi, industrijskoj zoni, trgovini ili privatnoj kući (odnosno, gdje god se ne protežu dalje od jedne zgrade). Komunikacije na otvorenom se mogu izvoditi unutar univerzitetskog kampusa, sportskog terena ili parkinga (tj. gdje se informacije prenose između zgrada). Zatim ćete naučiti o sljedećim aspektima vezanim za funkcioniranje 802.11 bežičnih mreža:

· Bežične komponente koje se koriste u IEEE 802.11 mrežama;

· Metode pristupa u bežičnim mrežama;

· Načini otkrivanja grešaka u prenosu podataka;

· Brzine komunikacije koje se koriste u IEEE 802.11 mrežama;

· Sigurnosne metode;

· Upotreba autentifikacije kada je veza prekinuta;

· Topologija IEEE 802.11 mreža;

· Upotreba višećelijskih bežičnih lokalnih mreža.

Bežične komponente

U implementaciji bežičnih komunikacija obično su uključene tri glavne komponente: ploča koja obavlja funkcije prijemnika i predajnika (primopredajnika), pristupna tačka i antene.

Primopredajna ploča se zove bežični adapter(bežični NIC, WNIC), koji radi na Physical i Data Link slojevima OSI modela. Većina ovih adaptera je kompatibilna sa specifikacijom mrežnog interfejsa, NDIS (Microsoft) i Open Datalink Interface, ODI (Novell). Kao što već znate iz poglavlja 5, obje ove specifikacije dozvoljavaju prijenos više protokola preko mreže i koriste se za komunikaciju između računara i njegovog operativnog sistema sa WNIC adapterom.

Pristup suptilan(pristupna tačka) je neki uređaj povezan na kablovsku mrežu i omogućava bežični prenos podataka između WNIC adaptera i ove mreže. Kako je navedeno u poglavlje 4, pristupna tačka je obično most. Može imati jedno ili više mrežnih sučelja sljedećih tipova, što mu omogućava povezivanje na žičanu mrežu:

100BaseTX, 100BaseT, 100BaseT2 i 100BaseT4;

Savjet

Trenutno, neki provajderi bežičnih mreža nude pristupne tačke sa mogućnostima rutera.

Antena Je uređaj koji šalje (zrači) i prima radio talase. I WNIC i pristupne tačke su opremljene antenama. Većina bežičnih antena su ili usmjerene ili omnidirekcione.

Savjet

Kada kupujete 802.11 uređaje, provjerite da li su certificirani od strane Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), koja uključuje preko 150 kompanija za bežične uređaje. Više informacija o ovom sindikatu možete pronaći na web stranici www. wi- fi. com.

Usmjerena antena

Usmjerena antena šalje radio zrake u jednom glavnom smjeru obično može pojačati zrači signal više od omnidirekcione antene. Veličina pojačanja emitovanog signala naziva se dobitak(dobitak). U bežičnim mrežama, usmerene antene se obično koriste za prenos radio talasa između antena koje se nalaze u dve zgrade i povezane sa pristupnim tačkama (Sl.9.2) jak signal (sa velikim pojačanjem) u jednom pravcu. S obzirom na sl. 9.2, imajte na umu da zapravo antena zrači signal ne samo u jednom smjeru, jer se dio signala raspršuje po bočnim stranama.

Bilješka

Dovršite vježbu 9-3 da biste se upoznali sa komponentama bežičnih mreža. Osim toga, vježbe 9-4 i 9-5 vam pokazuju kako da instalirate WNIC adapter na Windows 2000 i Windows XP Professional. U praksi 9-6 naučićete kako da instalirate adapter tamo na Red Hat Linux sistemu. 7. x.

Omnidirekciona antena

Omnidirekciona antena emituje radio talase u svim pravcima. Budući da se signal raspršuje više nego kada se koristi usmjerena antena, vjerovatno će imati niže pojačanje. U bežičnim mrežama, omnidirekcione antene se često koriste u zatvorenim mrežama, u kojima se korisnici stalno miješaju i signali se moraju prenositi i primati u svim smjerovima. Osim toga, u takvim mrežama, u pravilu, pojačanje signala ne mora biti tako visoko kao u vanjskoj mreži, jer je udaljenost između bežičnih uređaja u prostoriji znatno manja. Na sl. 9.3 prikazuje bežičnu mrežu koja koristi omnidirekcione antene

Rice. 9.3. Omnidirekcione antene

WNIC adapter za ručne uređaje (kao što su laptopi, PDA uređaji i tableti) može biti opremljen malom antenom za omnidirekciono kolo. LAN pristupna tačka može imati odvojivu omnidirekcionu antenu ili antenu koja se povezuje na pristupnu tačku pomoću kabla. Pristupna tačka za vanjsku mrežu koja povezuje dvije zgrade obično ima antenu visokog pojačanja koja se povezuje na pristupnu tačku preko kabla.

Metode bežičnog pristupa

Standard 802.11 pruža dvije metode pristupa: prioritetni pristup i višestruki pristup pomoću senzora operatera sa izbjegavanjem kolizije. Obje ove metode rade na sloju veze.

Koristeći pristup prema prioritetu(prioritetna pristupna tačka takođe deluje kao koordinator tačke, koji postavlja period bez sukoba tokom kojeg stanice) (osim samog koordinatora) ne mogu da emituju bez prethodnog kontaktiranja koordinatora. Tokom ovog perioda, koordinator ispituje stanice naizmjenično. Ako stanica pošalje kratak paket koji ukazuje da je treba ispitati jer ima poruku za prijenos, koordinator točke postavlja svoj upitnik na ovu stanicu. Ako stanica nije ispitana, koordinator joj šalje signalni okvir koji pokazuje koliko dugo treba čekati do sljedećeg perioda bez sudara. U ovom slučaju, stanice uključene u upitnik, zauzvrat, dobijaju pravo na obavljanje komunikacija. Kada sve ove stanice dobiju mogućnost prenosa podataka, odmah se postavlja naredni period bez pojave sukoba, tokom kojeg koordinator ponovo anketira i označava stanicu, utvrđujući potrebu da se stanice koje čekaju mogućnost prenosa uključe u upitnik. .

Prioritetni pristup je namijenjen komunikacijama koje zahtijevaju malo kašnjenje u prijenosu informacija. Ove vrste komunikacija obično uključuju glasovne i video prenose i video konferencije — aplikacije koje najbolje rade na kontinuiranoj osnovi. Prema standardu 802.11, poziva se i pristup u redu prioriteta funkcija koordinacije tačaka

Češće se koristi u bežičnim mrežama kontrola višestrukog pristupaLem Carrier i prevencija sukoba(Višestruki pristup Sense operatera sa izbjegavanjem sudara, CSMA / CA), također se naziva distribuirane funkcije koordinacije(funkcija raspoređene koordinacije). U ovom slučaju, stanica koja čeka priliku za prijenos sluša komunikacijsku frekvenciju i utvrđuje da li je zauzeta provjeravanjem nivoa indikatora jačine signala prijemnika (RSSI). U 14. trenutku, kada je frekvencija odašiljanja slobodna, najvjerovatnije dolazi do sukoba između dvije stanice, koje će istovremeno htjeti da otpočnu sa emitovanjem. Čim pustite frekvenciju odašiljanja! svaka stanica čeka nekoliko sekundi (čiji je broj određen DIPS parametrom) kako bi se osiguralo da frekvencija ostane slobodna. DIFS je skraćenica za Distributed koordinacionu funkciju "s In-tra-Frame Space, koja definiše unapred definisano obavezno kašnjenje (latencija).

Ako stanice čekaju vrijeme određeno DIFS intervalom, vjerovatnoća kolizije između stanica se smanjuje, jer se za svaku stanicu koja zahtijeva prijenos računa različita vrijednost kašnjenja (backoff), nakon čega će stanica ponovo provjeriti da li je frekvencija odašiljanja je zauzet. Ako frekvencija ostane nezauzeta, stanica sa minimalnim vremenom prekida počinje sa emitovanjem. Ako je frekvencija zauzeta, tada stanica kojoj je potreban prijenos čeka dok se frekvencija ne oslobodi, nakon čega ostaje neaktivna već izračunato vrijeme povlačenja.

Prilikom određivanja grejs perioda, trajanje prethodno određenog vremenskog intervala se množi slučajnim brojem. Vremenski slot je vrijednost pohranjena u bazi podataka upravljanja (MIB) koja se drži na svakoj stanici. Vrijednost slučajnog broja kreće se od nule do maksimalne veličine prozora kolizije, koji je također pohranjen u bazi kontrolnih informacija stanice. Prema tome, za svaku stanicu koja čeka na prenos je definisano jedinstveno vreme odustajanja, što omogućava stanicama da izbegnu kolizije.

Rukovanje greškama u prijenosu podataka

Na bežičnu komunikaciju utiču vremenski uslovi, odsjaj sunca, druge bežične komunikacije, prirodne prepreke i drugi izvori smetnji. Sve ove smetnje mogu ometati uspješan prijem podataka. 802.11 standard pruža automatski zahtjev zaponavljanje(automatski repeat-request, ARQ), koji uzima u obzir mogućnost grešaka u prijenosu.

Ako, kada se koriste ARQ zahtjevi, stanica koja je poslala paket ne primi potvrdu (ACK) od ciljne stanice, tada automatski ponavlja prijenos paketa. Broj ponovnih pokušaja od strane stanice za odašiljanje prije nego što utvrdi da se paket ne može isporučiti ovisi o veličini paketa. Svaka stanica pohranjuje dvije vrijednosti: maksimalnu veličinu kratkog niza i veličinu dugog niza. Osim toga, postoje dva dodatna parametra: broj pokušaja za slanje kratkog paketa i broj ponovnih pokušaja za dugi paket. Analiza svih ovih vrijednosti omogućava stanici da odluči da zaustavi retransmisije određenog paketa.

Kao primjer rukovanja greškama pomoću ARQ zahtjeva, razmotrite stanicu za koju kratki paket ima maksimalnu dužinu od 776 bajtova, a broj ponovnih pokušaja za kratki paket je 10. Pretpostavimo da stanica šalje paket od 608 bajtova, ali ne prima potvrda prijemne stanice. U tom slučaju, stanica za odašiljanje će ponovo emitovati ovaj paket 10 puta u nedostatku potvrde. Nakon 10 neuspješnih pokušaja (tj. bez prijema potvrde), stanica će prestati emitovati ovaj paket.

Transfer rates

Brzine prenosa i odgovarajuće frekvencije 802.11 mreža definisane su sa dva standarda: 802.11a i 802.1111b. Brzine komunikacije navedene u ovim standardima odnose se na fizički sloj OSI modela.

Za bežične mreže koje rade u opsegu od 5 GHz, standard 802.11 pruža sljedeće brzine prijenosa podataka:

6 Mbps;

24 Mbps;

9 Mbps;

· 36 Mbps; "

12 Mbps;

48 Mbps;

· 18Mbps;

· 54 Mbps.

Bilješka

Svi uređaji kompatibilni sa 802.11a moraju podržavati 6, 12 i 24 Mbps. Standard 802. Pa je implementiran na fizičkom sloju OSI modela i za prijenos informacijskih signala korištenjem radio valova predviđa korištenje ortogonalno multipleksiranje kanala razdvojenihfrekvencija(Multipleksiranje s ortogonalnim frekvencijskim podjelom, OFDM). Ova tehnika multipleksiranja dijeli frekvencijski opseg od 5 GHz na 52 podnosača (52 podkanala). Podaci se dijele između ovih podnosaca i prenose istovremeno na sva 52 podnosača. Ovi prenosi se nazivaju paralelni prenosi. Četiri podnosača se koriste za kontrolu komunikacija, a 48 se koristi za prenos podataka. Standard 802.11b koristi se u frekvencijskom opsegu od 2,4 GHz i pruža sljedeće brzine komunikacije: "

1 Mbps;

10Mbps;

2 Mbps;

11Mbps.

Bilješka

U vrijeme pisanja ovog teksta očekivalo se odobrenje proširenja standarda 802.11b, nazvanog 802.11d. Standard 802.11d omogućava prijenos podataka u opsegu od 2,4 GHz pri brzinama do 54 Mbps.

Koristi se standard 802.11b modulacija direktnog nizai prošireni spektar(Direct sequence spread spectrum modulation, DSSS), koji je metoda prijenosa informacijskih signala korištenjem radio valova i pripada fizičkom sloju. Sa DSSS modulacijom, podaci se šire na više kanala (ukupno do 14), od kojih svaki zauzima propusni opseg od 22 MHz. Tačan broj kanala i njihove frekvencije zavise od zemlje u kojoj se komunikacija obavlja. Kanada i Sjedinjene Američke Države koriste 11 kanala u opsegu od 2,4 GHz. U Evropi, broj kanala je 13, sa izuzetkom Francuske, gdje se koriste samo 4 kanala. Informacijski signal se naizmjenično prenosi na kanale i pojačava na vrijednosti dovoljne da premaše nivo smetnji.

U vrijeme pisanja ovog teksta, 802.11a nudi veće brzine od 802.11b. Međutim, povećanje brzine se postiže na račun kraćih radnih udaljenosti. Trenutno, 802.11a uređaji mogu prenositi podatke do 18 m, dok 802.11b uređaji mogu raditi na udaljenostima do 90 m. To znači da ako koristite 802.11a uređaje, onda da povećate ukupnu radnu površinu uređaja koji komuniciraju, morat ćete kupiti više hotspotova.

Pored brzine, prednost standarda 802. Pa je i to što je puni opseg frekvencija u opsegu 0,825 GHz skoro dvostruko veći od opsega frekvencija u opsegu 0,4835 GHz za standard 802.11b. To znači da se tokom emitovanja može prenijeti mnogo više podataka, jer što je širi frekvencijski interval, to je više kanala saobraćaja kroz koje se binarni podaci prenose.

Za aplikacije koje zahtijevaju veću propusnost (kao što su glas i video), planirajte korištenje 802. Pa uređaja. Takođe, razmislite o korišćenju ovih uređaja u situacijama kada postoji mnogo korisnika na malom području (kao što je računarska laboratorija). Veća propusnost će omogućiti svim klijentima na mreži da rade bolje i brže.

Opseg 802.11b uređaja pokriva one konfiguracije kod kojih dostupnost visokog propusnog opsega nije toliko važna (na primjer, za komunikacije prvenstveno namijenjene prijenosu podataka). Osim toga, 802.11b je vrlo pogodan za niskobudžetne projekte jer zahtijeva manje pristupnih tačaka od 802.11a. To je zato što 802.11a pruža šire operativno područje (do 90 m u odnosu na 18 m koje dozvoljava 802.11a). Trenutno se 802.11b koristi češće od 802.11a jer su mreže bazirane na njemu jeftinije za implementaciju, a na tržištu postoji širi spektar uređaja dizajniranih za njega (koji su, osim toga, pušteni i ranije). Karakteristike standarda 802.11a i 802.11b prikazane su u tabeli. 9.1.

Tabela 9.1. Karakteristike standarda 802.11a i 802.11b

	802.11 a	802.11b
Radna frekvencija
Radne brzine (band passcania)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps	1, 2, 10, 11 Mbps
Communi metodakation	Multipleksiranje proširenog spektra s ortogonalnom podjelom frekvencije (OFDM)	Modulacija direktnog niza DSSS
Maksimalna radna udaljenost trenutno
Realni trošakzacije	Relativno visok zbog potrebe za dodatnim pristupnim tačkama	Relativno nisko zbog upotrebe malog broja pristupnih tačaka

sigurnosne metode,

Sigurnost je jednako važna na bežičnoj mreži kao i na kabelu. Standard 802.11 pruža dva sigurnosna mehanizma: autentifikaciju otvorenog sistema i provjeru autentičnosti dijeljenog ključa. Sa autentifikacijom otvorenog sistema, bilo koje dvije stanice mogu autentifikovati jedna drugu. Predajna stanica jednostavno šalje zahtjev ciljnoj stanici ili pristupnoj tački: za autentifikaciju. Ako ciljna stanica potvrdi zahtjev, to znači da je autentifikacija završena. Ova metoda provjere autentičnosti nije baš sigurna i trebali biste biti svjesni da je mnogi proizvođači koriste prema zadanim postavkama.

Mnogo bolju zaštitu pruža autentifikaciju dijeljenog ključa(provjera autentičnosti dijeljenog ključa) jer implementira Žičani Ekvivalentno Privacy (WEP). Sa ovim sigurnosnim mehanizmom, dvije stanice (na primjer, WNIC adapter i pristupna tačka) dijele isti ključ za šifriranje generiran od strane WEP usluga. WEP ključ za šifriranje je 40- ili 104-bitni ključ sa dodatkom kontrolne sume i inicirajuće informacije, što kao rezultat određuje ukupnu dužinu ključa jednaku 64 ili 104 bita.

Uz provjeru autentičnosti dijeljenog ključa i WEP, jedna stanica traži od druge autentifikaciju. Druga stanica šalje natrag neki poseban tekstualni zahtjev. Prva stanica ga šifrira pomoću WEP ključa za šifriranje i šalje šifrirani tekst drugoj stanici, koja ga dešifrira koristeći isti WEP ključ i uspoređuje primljeni tekst sa poslanim originalnim tekstualnim zahtjevom. Ako se oba teksta podudaraju, druga stanica potvrđuje autentičnost prve i komunikacija se nastavlja.

Korištenje autentifikacije za prekid veze

Druga funkcija autentifikacije je da prekine vezu nakon završetka komunikacijske sesije. Proces provjere autentičnosti prekida veze je važan jer dvije stanice koje komuniciraju ne mogu biti slučajno prekinute od strane druge stanice koja nije autentificirana. Veza između dvije stanice se prekida ako jedna od njih pošalje obavijest o odbijenoj autentifikaciji. U ovom slučaju, komunikacija se trenutno prekida.

Mrežne topologijeIEEE 802.11

Postoje dvije glavne topologije koje obezbjeđuje standard 802.11. Najjednostavniji je topologija sa skupom nezavisnih osnovnih servisa(Independent Basic Service Set (IBSS) topologija), formirana od dvije ili više bežičnih stanica koje mogu komunicirati jedna s drugom. Ova vrsta mreže je pomalo nepredvidljiva, jer se nove stanice često pojavljuju neočekivano. IBSS topologija je formirana proizvoljnim ravnopravnim (peer-to-peer) komunikacijama između WNIC-ova pojedinačnih računara (slika 9.4).

U poređenju sa IBSS topologijom, proširena topologija(Topologija proširenog skupa usluga (ESS)) ima veliko područje usluge jer ima jednu ili više pristupnih tačaka. Na osnovu ESS topologije možete kreirati malu, srednju ili veliku mrežu i to je značajno! proširite područje bežičnih komunikacija. ESS topologija je prikazana na sl. 9.5.

Ako koristite uređaje kompatibilne sa 802.11, mrežu i IBSS topologiju je lako pretvoriti u ESS topologiju. Međutim, mreže sa različitim topologijama ne bi trebale biti locirane u blizini, budući da su ravnopravne IBSS komunikacije nestabilne u prisustvu pristupnih tačaka koje se koriste u ESS mreži. Komunikacija u ESS mreži također može biti poremećena. "

Savjet

Za više informacija o IEEE 802.11 standardu, posjetite IEEE web stranicu na www. ieee. org. Kompletan primjerak ovog standarda može se naručiti sa ove stranice.

Višećelijski bežični LAN

Kada se dvije ili više pristupnih tačaka koriste u mreži zasnovanoj na ESS-u, mreža postaje višećelijska bežična lokacijanova mreža(bežični LAN sa više ćelija). Područje emitiranja oko neke tačke u takvoj topologiji naziva se ćelija(ćelija). Ako, na primjer, mreža soba unutar zgrade ima pet pristupnih tačaka, onda ova mreža ima pet ćelija. Osim toga, ako je svih pet ćelija konfigurirano na isti način (imaju istu radnu frekvenciju, istu brzinu prijenosa i opće sigurnosne parametre), tada se osobni računar ili ručni uređaj opremljen WNIC adapterom može premjestiti iz jedne ćelije drugome. Ovaj proces se zove roaming(roming).

Kao primjer rominga u bežičnoj ESS topologiji, uzmite u obzir univerzitetski odjel koji je razvio bežičnu mrežu koja ima pet pristupnih tačaka povezanih sa ćelijama od I do V.1 Ćelija I može pripadati biblioteci. Ćelije II i III mogu pokriti prostor nastavnih kabineta. Slot IV može se nalaziti u administrativnoj kancelariji, a slot V može se nalaziti u laboratoriji za obuku. Ako su sve ćelije isto konfigurisane, svaki student, fakultet ili kancelarijski radnik može premjestiti laptop opremljen WNIC adapterom iz jedne ćelije u drugu, a da pritom zadrži pristup mreži fakulteta. Iako standard 802.11 ne daje specifikaciju za roming protokol, proizvođači bežičnih uređaja razvili su jedan takav protokol tzv. Inter- Pristup Poenta Protokol (IAPP), koji u osnovi ispunjava ovaj standard. IAPP omogućava mobilnoj stanici da se kreće između ćelija bez gubitka mrežne veze. Kako bismo osigurali komunikaciju sa IAPP roamingom, inkapsuliramo UDP i IP protokole.

Bilješka

Kao što već znate iz poglavlja 6, Protokol korisničkih datagrama (UDP) je protokol bez povezivanja koji se može koristiti zajedno sa IP-om umjesto TCP-a, koji je protokol orijentiran na vezu.

IAPP protokol omogućava da postojeće pristupne tačke budu obaviještene o novom uređaju koji se povezuje na mrežu, a također omogućava susjednim pristupnim tačkama da međusobno razmjenjuju informacije o konfiguraciji. Osim toga, protokol omogućava nekoj pristupnoj točki koja komunicira s mobilnom stanicom da automatski prenosi informacije o originalnoj vezi (uključujući sve podatke koji čekaju da budu poslati na drugu pristupnu tačku u slučajevima kada se mobilna stanica pomiče iz ćelije koju opslužuje prva pristupna točka na ćeliju, povezan sa drugom pristupnom tačkom.

Alternativne radio mrežne tehnologije

Najčešće radiotalasne komunikacione tehnologije uključuju sljedeće alternativne tehnologije standardu IEEE 802.11:

HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP).

Svaka navedena tehnologija je bežična specifikacija i podržana je od strane određenih dobavljača. O svim ovim tehnologijama govori se u sljedećim odjeljcima.

bluetooth

bluetooth – je tehnologija bežične komunikacije koju opisuje Bluetooth Special Interest Group. Ova tehnologija je privukla pažnju proizvođača kao što su 3Com, Agere, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia i Toshiba. Koristi skakanje frekvencije u opsegu 2,4 GHz (2,4–2,4835 GHz) koji je FCC dodijelio za nelicencirane ISM komunikacije2. Metoda skakanja frekvencije uključuje promjenu frekvencije nosioca (odabrana je jedna od 79 frekvencija) za svaki odaslani paket. Prednost ove metode je smanjenje vjerovatnoće međusobne smetnje u slučajevima istovremenog rada više uređaja.

Kada se koristi multi-watt komunikacija, Bluetooth tehnologija omogućava prijenos podataka na udaljenosti do 100 m, ali u praksi većina Bluetooth uređaja radi na udaljenosti do 9 m. Obično se koriste asinhrone komunikacije brzinom od 57,6 ili 721 kbps . Bluetooth uređaji koji pružaju sinhrone komunikacije rade na 432,6 Kbps, ali su takvi uređaji manje uobičajeni.

Bluetooth tehnologija koristi duplex sa vremenskim slotovimakanalisanje(time Division duplexing, TDD), u kojem se paketi šalju u suprotnim smjerovima koristeći vremenske slotove. Jedan ciklus prijenosa može koristiti do pet različitih vremenskih slotova, tako da se paketi mogu slati i primati istovremeno. Ovaj proces je sličan dupleks komunikaciji. Do sedam Bluetooth uređaja može komunicirati u isto vrijeme (neki proizvođači tvrde da se njihova tehnologija može povezati sa osam uređaja, ali to ne zadovoljava specifikacije). Kada uređaji razmjenjuju informacije, jedan od njih se automatski bira kao glavni. Ovaj uređaj definira kontrolne funkcije (kao što je sinhronizacija vremenskog slota i kontrola prosljeđivanja). U svim ostalim aspektima, Bluetooth komunikacija liči na peer-to-peer mrežu.

Savjet

Saznajte više o Bluetooth tehnologiji na službenoj web stranici na adresi www. bluetooth. com. Kompletna praksa 9-7, koja predstavlja Bluetooth web stranicu, koja opisuje Blue-tooth aplikacije za bežičnu komunikaciju s pristupačnošću.

HiperLAN

Tehnologija HiperLAN je razvijen u Evropi i trenutno je u drugoj verziji pod nazivom HiperLAN2. Ova tehnologija koristi opseg od 5 GHz i pruža brzine podataka do 54 Mbps. Pored brzine, HiperLAN2 takođe ima koristi od Ethernet i ATM komunikacione kompatibilnosti.

HiperLAN2 tehnologija podržava Podaci Enkripcija Standard (DES) – standard za šifrovanje podataka razvijen od strane Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) i ANSI. Koristi javni ključ za šifriranje koji mogu vidjeti sve mrežne stanice, kao i privatni. (privatni) ključ dodijeljen samo stanicama za odašiljanje i prijem. Oba ključa su potrebna za dešifriranje podataka.

Tehnologija HiperLAN2 obezbeđuje kvalitet usluge (QoS) obezbeđujući zagarantovani nivo komunikacije za različite klase usluga (na primer, glas ili video). Ovo je moguće zbog činjenice da se pristupne tačke centralno kontrolišu putem bežične mreže! komunikacije, i raspored svih sesija prijenosa informacija.

HiperLAN2 radi na dva načina. Direktan način rada (directlmode) je peer-to-peer topologija (slično topologiji 1B58 u 802.11 mrežama) koju generiraju samo stanice za komunikaciju. Drugi način rada naziva se centralizirani način rada jer se implementira u velikim mrežama gdje postoje pristupne točke koje koncentrišu i kontroliraju mrežni promet. Komunikacijski metod za oba načina je Duplex s vremenskim podjelom (TDD), ista tehnologija koja se koristi u Bluetooth-u.

Savjet

Za bliži pogled na HiperLAN2, posjetite web stranicu www. hiperian2. com.

HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP)(HomeRF Wireless Sharing Protocol) je tehnologija koju podržavaju kompanije kao što su Motorola, National Semiconductor, Proxim i Siemens. Ovo

tehnologija radi u opsegu od 2,4 GHz i omogućava mrežne brzine do 10 Mbps. Koristi CSMA/CA kao metod pristupa (poput standarda 802.11) i namijenjen je kućnim mrežama gdje se prenose podaci, glas, video slike, multimedijalni tokovi i druge informacije.

Primer tipične upotrebe HomeRF SWAP tehnologije je bežična mreža koja povezuje više ličnih računara i omogućava im pristup Internetu. Još jedno područje primjene je implementacija bežičnih veza za zabavne centre (na primjer, za međusobnu komunikaciju nekoliko televizora i stereo uređaja). HomeRF SWAP mreža može povezati više telefona zajedno. Može se koristiti i za komunikaciju između kućnih kontrolnih uređaja (rasvjeta, klima uređaji, kuhinjski elementi itd.). Radi sigurnosti, HomeRF SWAP mreže koriste 128-bitnu enkripciju podataka i 24-bitne mrežne ID-ove.

U vrijeme pisanja ovog teksta, HomeRF SWAPS tehnologija je bila u razvoju, pružajući komunikaciju brzinom od 25 Mbps. Kreatori ove tehnologije nastoje da je integrišu u televizore i medijske servere kako bi proširili mogućnosti složenih video sistema.

(savjet)

Više o HomeRF SWAP-u možete saznati na web stranici www. homerf. org.

Korištenje mrežnih tehnologijainfracrveno zračenje

Infracrveno (IR) zračenje (infracrveno) može se koristiti kao prijenosni medij za mrežne komunikacije. Poznata vam je ova tehnologija sa TV i stereo daljinskim upravljačima. IR zračenje je elektromagnetski signal, sličan radio talasima, ali je njegova frekvencija bliža opsegu vidljivih elektromagnetnih talasa, koji se nazivaju vidljiva svetlost.

Infracrveno zračenje može da putuje u jednom ili u svim smjerovima, sa diodom koja emituje svjetlost (LED) za prijenos i fotodiodom za prijem. IR zračenje pripada fizičkom sloju, njegova frekvencija je 100 GHz - 1000 THz (teraherca), a elektromagnetna talasna dužina je u rasponu od 700 do 1000 nanometara (nm, 10 ~ 9).

Poput radio valova, infracrveno zračenje može biti jeftino rješenje kada je kabliranje nemoguće ili kada postoje mobilni korisnici. Njegova prednost je što je teško neprimetno presresti PC signal. Još jedna prednost je otpornost ICC signala na radio i elektromagnetne smetnje. Međutim, ovo komunikacijsko okruženje ima i niz značajnih nedostataka. Prvo, kod usmjerenih komunikacija brzina prijenosa podataka ne prelazi 16 Mbit / s, a kod omnidirekcionih komunikacija ova vrijednost je manja od 1 Mbit / s. Drugo, IC zračenje ne prolazi kroz zidove, što je lako provjeriti pokušajem kontrolisanja televizora daljinskim upravljačem iz druge prostorije. S druge strane, ovaj nedostatak se pretvara u prednost, jer zbog ograničenog područja distribucije, komunikacija pomoću infracrvenih signala postaje sigurnija. Treće, infracrvenu komunikaciju mogu ometati jaki.

Savjet

Infracrvene tehnologije mogu koristiti pristupne tačke za proširenje radnog područja i stvaranje velikih mreža.

Prilikom prijenosa informacija korištenjem difuznog infracrvenog zračenja, poslani infracrveni signal se odbija od stropa, kao što je prikazano na sl. 9.6. Za takve komunikacije postoji standard IEEE 802 koji omogućava rad na udaljenosti od 9 do 18 m, u zavisnosti od visine plafona (što je viši plafon, to je manja površina pokrivenosti mrežom). Za rasejano infracrveno zračenje, ovaj standard navodi brzine prenosa podataka od 1 i 2 Mbps. Talasne dužine rasejanog IR signala koji se koristi u standardu 802.11R su u opsegu 850-950 nm (od svih 700-1000 nm IR opsega). Poređenja radi, vidljiva svjetlost ima opseg talasnih dužina od približno 400-700 megaherca. Maksimalna snaga optičkog zračenja prema standardu 802.11R je 2 W.

Savjet

Iako raspršeni infracrveni signali nisu podložni radio i elektromagnetnim smetnjama, prozori u zgradama mogu uzrokovati smetnje jer su ovi signali osjetljivi na jake izvore svjetlosti. Uzmite u obzir prisutnost prozora kada dizajnirate bežičnu mrežu koja koristi lutajuće infracrveno zračenje.

Metoda signalizacije koju koristi standard IEEE 802.11R se zove pulsno-fazna modulacija(Modulacija impulsne pozicije, PPM). Prema ovoj metodi, binarna vrijednost signala je povezana s lokacijom impulsa na skupu mogućih pozicija u elektromagnetnom spektru. Za komunikaciju brzinom od 1 Mbps, standard 802.11R pruža šesnaest mogućih impulsnih pozicija (16-PPM), pri čemu svaka pozicija predstavlja četiri bita. Kod komunikacija na 2 Mbit/s, svaki impuls predstavlja dvije znamenke, a postoje samo četiri moguća položaja impulsa (4-PPM). Puls na određenoj poziciji ukazuje da je neka vrijednost prisutna, a odsustvo impulsa znači da nema vrijednosti. PPM je tehnika kodiranja znakova koja liči na binarno kodiranje po tome što koristi samo jedinice i nule.

Mikrovalne mrežne tehnologije

Mikrotalasni sistemi rade u dva režima. Zemaljski mikrotalasni kanali prenose signale između dve usmerene parabolične antene u obliku tanjira (slika 9.7). Takve komunikacije rade u frekvencijskim opsezima od 4-6 GHz i 21-23 GHz i zahtijevaju od operatera da dobije licencu od Federalne komisije za komunikacije (FCC).

Satelitski mikrotalasni sistemi prenose signal između tri antene, od kojih se jedna nalazi na Zemljinom satelitu (slika 9.8). Sateliti u takvim sistemima nalaze se u geosinhronim orbitama 35.000 km iznad Zemlje. Da bi organizacija koristila takvu komunikacijsku tehnologiju, mora ili pokrenuti satelit ili iznajmiti kanal od kompanije koja pruža takve usluge. Zbog velikih udaljenosti, kašnjenja u prijenosu su 0,5 do 5 sekundi. Komunikacije se odvijaju u frekvencijskom opsegu 11-14 GHz, za koje je potrebna licenca.

Kao i drugi bežični mediji, mikrovalna tehnologija se koristi kada je kabliranje preskupo ili kada kabliranje nije moguće. Prizemni mikrotalasni kanali mogu biti dobro rešenje pri polaganju komunikacija između dve velike zgrade u gradu. Satelitski komunikacioni sistemi su jedini mogući način povezivanja mreža koje se nalaze u različitim zemljama ili na različitim kontinentima, ali je ovo rešenje veoma skupo.

Mikrovalne komunikacije imaju teoretski propusni opseg do 720 Mbit/s i više, ali u praksi su brzine trenutno obično u rasponu od 1-10 Mbit/s. Mikrovalni komunikacioni sistemi imaju neka ograničenja. Oni su skupi i teški za implementaciju i rad. Mikrotalasna komunikacija može biti narušena atmosferskim uslovima, kišom, snegom, maglom i radio smetnjama. Štaviše, mikrovalni signal može biti presretnut, stoga su, kada se koristi ovaj prijenosni medij, sredstva za autentifikaciju i šifriranje posebno važna.

Bazirane na bežičnim mrežamasateliti niske Zemlje

Orbite komunikacijskih satelita su otprilike 30.000 km iznad Zemlje. Zbog velike udaljenosti ovih satelita i smetnji u gornjim slojevima atmosfere može doći do kašnjenja u prijenosu signala, što je neprihvatljivo za komunikacije s visokim zahtjevima za ovaj komunikacijski parametar (uključujući prijenos binarnih podataka i multimedije).

Nekoliko kompanija se trenutno razvija niska orbitasateliti(Low Earth Orbiting (LEO) satelit), čije bi orbite trebale biti između 700 i 1600 km od površine Zemlje, što bi trebalo ubrzati dvosmjerni prijenos signala. Zbog svoje niže orbite, LEO sateliti pokrivaju manje površine, pa je za potpuno pokrivanje površine planete potrebno tridesetak LEO satelita. Teledesic, Motorola i Boeing trenutno razvijaju mrežu takvih satelita koji će internet i druge WAN usluge učiniti dostupnim bilo gdje u svijetu. Korisnici komuniciraju sa LEO satelitima koristeći posebne antene i opremu za dekodiranje signala. Počevši od 2005. godine, LEO sateliti se mogu koristiti u sljedećim područjima:

· Emitovanje Internet komunikacija; Provođenje videokonferencija širom planete;

· učenje na daljinu;

· Ostale komunikacije (prijenos glasa, videa i podataka).

Očekuje se da će brzine komunikacije zasnovane na LEO satelitima biti u rasponu od 128 Kbps do 100 Mbps za upstream (do satelita) i do

720 Mbps nizvodno (sa satelita). LEO sateliti koriste ultra visoke frekvencije koje je odobrila FCC u Sjedinjenim Državama i slične organizacije u raznim dijelovima svijeta. ITU je također odobrio elektromagnetski spektar komunikacija koje koriste LEO satelite. Radne frekvencije su u opsegu 28,6-29,1 GHz za uplinkove i 18,8-19,3 GHz za. nizvodni kanali. Kada ova mreža bude aktivna (arhitektura mreže je prikazana na slici 9.9), menadžer projekta iz, na primjer, Bostona će moći da vodi videokonferenciju ili razmjenjuje važne binarne datoteke sa istraživačem koji živi u planinskoj kolibi u Wyomingu i vlasnikom stočne farme iz Argentine će moći da se prijave za poljoprivredne podatke sa mreže Univerziteta Severne Karoline (Kolorado). (Završite vježbu 9-8 za više informacija o korištenju LEO satelita za izgradnju mreža.)

Sažetak

1 Moderne bežične mrežne tehnologije koriste radio talase, infracrveno zračenje, mikrotalasne talase i LEO satelite.

2 Bežične mreže su zasnovane na eksperimentima sa paketnim radio komunikacijama, koje već dugo provode radio operateri.

3 Bežične mreže se trenutno koriste u mnogim područjima (na primjer, kada je teško postaviti kablovske mreže). Osim toga, takve mreže mogu smanjiti troškove postavljanja mreže i omogućiti komunikaciju s mobilnim računarima.

4 Radio tehnologije obično koriste komunikaciju u liniji vidljivosti koja putuje od jedne do druge tačke duž površine Zemlje (umjesto da reflektuje radio signal iz Zemljine atmosfere). Takve tehnologije također koriste komunikacije proširenog spektra, u kojima se radio valovi prenose na nekoliko susjednih frekvencija.

5 Standard IEEE 802.11 se trenutno koristi u različitim vrstama radio mreža. Ovaj standard ima tri glavne komponente: bežični mrežni adapter (WNIC), pristupnu tačku i antenu. Usvojena su dva standarda (802.11a i 802.11b) koji definišu brzine komunikacije koje odgovaraju standardu 802.11. Uvodi se novi standard - 802.11g, koji je proširenje standarda 802.11b.

6 Uobičajene alternative 802.11 uključuju Bluetooth, HiperLAN i HomeFR Shared Wireless Access Protocol.

7 Standard 802.11R koristi raspršeno infracrveno (IR) zračenje za izgradnju malih, relativno sigurnih mreža u prilično skučenim kancelarijama ili radnim područjima.

8 Mikrovalne mreže postoje u dva oblika: mreže zasnovane na zemaljskim mikrotalasnim kanalima i satelitske mreže. Satelitske mreže mogu, naravno, biti veoma skupe zbog visokih troškova lansiranja satelita u svemir.

9 Satelitske mreže niske orbite Zemlje (LEO) koriste konstelaciju satelita u vrlo niskim orbitama iznad nivoa Zemlje, što rezultira znatno manjim kašnjenjima u prijenosu signala od konvencionalnih satelitskih komunikacija. Kada LEO sateliti budu raspoređeni, mrežna povezanost će postati dostupna bilo gdje u svijetu.

10 Tabela 9.2 navodi prednosti i nedostatke mrežnih komunikacija koje koriste radio talase, infracrveno zračenje i mikrotalasne talase.

Tabela 9.2. Prednosti i nedostaci bežičnih komunikacijskih tehnologija

	Radio talasi	Infracrveno zračenje	Mikrotalasni talasi	Sateliti u niskoj orbiti
Dostojanstvo	Jeftina alternativa kada je teško implementirati kablovsku komunikaciju. Jedno od sredstava za implementaciju mobilnih telekomunikacija Obično ne zahtijeva licenciranje.	Signal je teško neprimijećeno presresti.	Jeftina alternativa za one slučajeve u kojima je teško implementirati kablovsku komunikaciju, posebno na velikim udaljenostima. Zemaljski mikrovalni kanal na velikim udaljenostima može se pokazati jeftinijim od iznajmljenih telekomunikacijskih linija	Može se nalaziti iznad Zemlje prilikom kreiranja globalne mreže. Oni ne stvaraju takva kašnjenja u prijenosu signala kao geosinhroni sateliti.
Nedostaci	Možda ne ispunjava zahtjeve mreže velike brzine. Osjetljiv na smetnje iz mobilnih mreža, vojnih, konvencionalnih i drugih radio izvora. Osjetljiv na prirodne smetnje.	Možda nije prikladno za komunikaciju velike brzine. Osjetljiv na smetnje od stranih izvora svjetlosti. Ne prenosi se kroz zidove. Asortiman uređaja u ponudi je manji nego kod ostalih vrsta bežičnih mreža	Možda nije prikladno za komunikaciju velike brzine Putevi za postavljanje i rad. Osjetljiv na prirodne smetnje (kiša, snijeg, magla) i radio smetnje, a ovisi i o stanju atmosfere.	Dostupan samo 2005

Čovek je lenjo stvorenje. Njemu je mnogo lakše pritisnuti par dugmića dok sjedi na kauču nego otići u kuhinju i gurati iste dugmad po čajniku ili tosteru. Tako se vjerovatno pojavio arhaični infracrveni daljinski upravljač za televizore, a potom i za drugu opremu - od stereo uređaja do klima uređaja.

A "pametne" bežične tehnologije, zapravo, pojavile su se u kućanskim aparatima prije mnogo godina. I u početku je njihova svrha bila čisto utilitarna: Miele luksuzne mašine za pranje veša mogle su da koriste Wi-Fi za ažuriranje svog firmvera i dodavanje novih programa za pranje.

Osnaživanje

Današnji kućni aparati sa Wi-Fi internetom koriste internet uglavnom za daljinsko upravljanje (na primjer, za pokretanje čajnika ili skuhanje kafe kada stignete) ili za preuzimanje novih recepata (u slučaju multivarka ili aparata za kafu).

Općenito, ovo daljinsko lansiranje dovelo je do tako naizgled divlje stvari kao što je čajnik s "plavim zubom" (koji se povezuje na kontrolni modul s Wi-Fi primopredajnikom). Da, ovo je najčešći čajnik koji ima pravi Bluetooth. Za što? Da počnete sa svog pametnog telefona, idite u kuhinju i sipajte sebi čaj. I ako se u slučaju aparata za kafu to može nekako opravdati (pokrenuo sam mlin za kafu, zrna samlela, pa je kafa skuvana i dolazite u kuhinju po gotovi napitak), onda u slučaju električni čajnik se za sada čini u najmanju ruku čudnim: zakuhaju za minut, pa se na prvi pogled ova funkcija čini kao nepotrebno zvono i zviždaljka. S druge strane, ako prokuvate vodu za hranu za bebe i zeleni čaj, to može već potrajati i tada Wi-Fi ima smisla.

Međutim, postoji i opipljiv plus novih tehnologija: proširena kontrola kućnih aparata. Odnosno, ako ima puno funkcija, upravljanje njima s male i ne uvijek dobro osmišljene kontrolne ploče ponekad je iskreno nezgodno, a tada u pomoć dolazi pametni telefon / tablet, na čijem ekranu možete prikazati onoliko funkcija koliko želite. To otvara ogromne mogućnosti za proizvođače i oni su ih već počeli koristiti.

Budućnost

U idealnom slučaju, bežična tehnologija treba da služi osobi u potpunosti. Hladnjak sam naručuje potrebne proizvode na osnovu liste s plaćanjem karticom (neki već znaju kako to učiniti), dijagnosticira sam sebe i poziva čarobnjaka u slučaju problema (oni već znaju kako da urade prvi dio), prati stanje proizvoda i upozorava na istek roka valjanosti... Mašina za pranje veša, zajedno sa samom mašinom za sušenje veša, će dozirati prašak i klima uređaj, sve sama oprati i prebaciti u svoj deo za sušenje na sušenje, a osoba će morati samo da izvadi i ispegla suhi veš.

U kuhinji će se nalaziti i kućanski aparati sa Wi-Fi. Aparat za kafu će sam skuhati kafu ili čajnik - čaj do vašeg dolaska (već mogu), ukusna večera ili doručak će se pripremiti u multivarku (već znaju kako, osim što ne mogu ništa u sebe staviti), TV će snimiti zanimljiv program na Discoveryju i prikazati ga baš u trenutku večere ili doručka (a to je također moguće već duže vrijeme).

Sve ovo treba da se odvija pod potpunom i strogom kontrolom korisnika. Odnosno, u svakom trenutku može otići do kontrolnog interfejsa i vidjeti kako radi kotlić i ima li dovoljno vode. A ako je potrebno, možete ga dodati (ovo je nešto što uređaji još ne znaju da rade).

Aplikaciju za kontrolu kućnih aparata takođe treba objediniti. Ako sada svaki dobavljač razvija svoj vlastiti ekosistem za svoje uređaje, onda bi u idealnom slučaju svi uređaji trebali raditi na jednom OS-u pod kontrolom pravilno razvijenih komunikacijskih protokola. Što će biti zgodno, otvorenog koda i što je najvažnije, sigurno za korištenje.

To je pitanje sigurnosti koje je trenutno važno. Elementi sistema pametne kuće danas su slabo zaštićeni, a ovo je idealno okruženje za sve vrste prevaranta da direktno prodru u vaš dom. Upravljački interfejsi za kućne aparate danas su takođe veoma slabo zaštićeni, jer do sada sistemi pametne kuće nisu toliko implementirani u naše živote da se presedani pojavljuju na svakom koraku.

Šta je na tržištu?

Kućni aparati s ugrađenim bežičnim protokolima iz Redmonda trenutno su najraznovrsniji na tržištu: ovaj proizvođač je prvi pokrenuo masovnu proizvodnju uređaja s bežičnim tehnologijama za daljinsko upravljanje putem vlasničke R4S aplikacije, ali po prilično visokoj cijeni, opravdano samo za novitet. Gore je spomenut veliki nedostatak svih Redmond Wi-Fi uređaja: potreba za držanjem dodatnog gadgeta kod kuće koji će prenositi Bluetooth sa uređaja na Wi-Fi kućne mreže (i dalje - svuda). Ovo su multivarak SkyCooker M800S (9 hiljada rubalja), kuhinjske vage SkyScales 741S (2,5 hiljada rubalja), aparat za kafu sa ugrađenim mlin za kafu SkyCoffee M1505S (9 hiljada rubalja), podne vage SkyBalance 740S (4,5 hiljada rubalja) rublja) i SkyKettle M170S (7 hiljada rubalja).

Postoje i malo poznati proizvođači. Na primjer, pametna kuhinjska vaga Bite od BlueAnatomy za 9 hiljada rubalja. Ili Fitbit Aria Smart Scale kupaonske vage s prosječnom cijenom od 12 hiljada rubalja. Polaris proizvodi i čajnike s Wi-Fi: model PWK 1792 CGL sa 12 (!) programa kuhanja vode za 6,5 ​​hiljada rubalja.

A aparat za kavu Philips Saeco GranBaristo Avanti HD8969 za 170 hiljada rubalja s Bluetoothom je akrobatski čak i uz potpuno automatsko čišćenje. Inače, upravo je to slučaj kada je svo bogatstvo funkcionalnosti koncentrisano u aplikaciji za tablet (za pametni telefon ekran će biti premali).

Pećnice sa Wi-Fi na ruskom tržištu sada predstavlja Gorenje, ali njihova cijena od 80-100 hiljada rubalja više nije zadovoljna, a mogućnost preuzimanja novih recepata uopće ne košta toliko novca.

Split sistemi sa Wi-Fi više nisu rijetkost: postoje oba modela iz Timberka u širokom rasponu cijena od 16 do 60 hiljada rubalja serije TIM i STORM AC, kao i moduli koji nadopunjuju funkcionalnost konvencionalnih klima uređaja iz Haier ili Fujitsu.

Ali u segmentu multicookera sve je mnogo zanimljivije: neki od njih čak znaju kako preuzeti nove recepte putem interneta. Na ruskom tržištu uglavnom su zastupljeni spomenuti model iz Redmonda i multivarka iz Polarisa: on je u množini, budući da ih ima gotovo desetak u rasponu cijena od 9 do 19 hiljada rubalja.

Možete li bez toga?

Naravno, možete bez Wi-Fi i Bluetooth u kućanskim aparatima. Naše bake i lonce vješali su nad vatru da prokuvaju vodu, ali o multivarku nisu ni sanjali. Smisao ove inovacije je sasvim očigledan, kao i tehnološki napredak općenito: olakšati čovjeku život kako bi imao više vremena za ugodnije aktivnosti od kuhanja, kuvanja kafe, pečenja i drugih svakodnevnih kućanskih poslova. Robotski usisivači, opet, mogu olakšati ovaj život.

S druge strane, ima još više problema. Društvene mreže su izmišljene za trenutnu komunikaciju bez upotrebe telefona - a ljudi su skoro prestali da komuniciraju jedni s drugima uživo. Uveli smo robotski usisivač u ekosustav “pametne kuće” – ali mokro čišćenje podova je i dalje aktuelno, a kupovina još jedne inovacije – parnog mopa – ne rješava u potpunosti problem, već jednostavno nudi drugi način da to učinite. Čini se da mašina za pranje sudova eliminiše potrebu za ručnim pranjem suđa, pa čak i štedi vodu - ali trebalo bi da ima puno tanjira (prosečna mašina za pranje sudova je dizajnirana za 8-10 kompleta suđa za puno punjenje), plus sudoper će i dalje imati koristiti za pranje ostataka hrane.

Ovome možemo dodati i činjenicu da tehnologija sa bežičnom tehnologijom danas već komplikuje život. Na primjer, pomenuta serija bežičnih kuhinjskih aparata Redmond R4S (Ready for Sky!), umjesto da se povezuje na običan kućni ruter putem 802.11, povezuje se s drugim uređajem poput tableta ili pametnog telefona putem Bluetooth-a (odnosno, potrebno je imati pametni telefon ili tablet koji stalno leži kod kuće) ), na njega se stavlja kontrolni program koji već komunicira s korisnikom i omogućava vam da upravljate kuhalom za vodu i aparatom za kafu. Zašto je bilo potrebno ovako završiti nije sasvim jasno. Možda zato što je Wi-Fi modul u svakom uređaju mogao da ih poskupi. Ali to je malo vjerovatno, budući da moduli zapravo koštaju peni: ali činjenica da bi u principu mogli zakomplikovati softverski ili hardverski dio - može biti. I malo je vjerojatno da ćemo se u velikoj mjeri pogriješiti ako pretpostavimo da će uvođenje Bluetooth/Wi-Fi-ja u uređaje ipak donijeti mnoga druga iznenađenja. Osim toga, cijena za njih je i dalje vrlo visoka: jasno je da ne uključuje samo cijenu Wi-Fi / Bluetooth modula od novčića, već i rad inženjera i programera.

Odgovor na pitanje "kupiti ili ne" danas može biti sljedeći: prije ne nego da. Da, sada još uvijek postoji određeni "vau-efekat" od činjenice da si možete skuhati kafu dok ležite u krevetu. Naravno, zgodno je pokrenuti multivarku s posla kako biste večerali odmah po povratku. Ali razne "dječije bolesti" poput prevelikog broja uređaja u Redmond SkyCooker uređajima tek su se počele manifestirati, a budući da je segment tek počeo da se razvija, nastavit će rasti.

Elektronika je u srcu gotovo svake komunikacije. Sve je počelo izumom telegrafa 1845. godine, a potom telefona 1876. godine. Komunikacija se stalno poboljšava, a nedavni napredak u elektronici postavio je novu fazu u razvoju komunikacija. Danas je bežična komunikacija dostigla novi nivo i pouzdano je zauzela dominantan dio tržišta komunikacija. I očekuje se novi rast u sektoru bežičnih komunikacija zahvaljujući evoluirajućoj ćelijskoj infrastrukturi, kao i modernim tehnologijama kao npr. U ovom članku ćemo pogledati tehnologije koje najviše obećavaju u bliskoj budućnosti.

4G status

4G na engleskom znači Long Term Evolution (LTE). LTE je OFDM tehnologija koja je danas dominantna struktura sistema celularne komunikacije. 2G i 3G sistemi i dalje postoje, iako je uvođenje 4G započelo 2011-2012. Danas je LTE uglavnom koje prodaju veliki operateri u SAD-u, Aziji i Evropi i tek treba da bude završen. LTE je stekao ogromnu popularnost među vlasnicima pametnih telefona jer su visoke brzine prenosa podataka otvorile mogućnosti kao što je video streaming za efikasno gledanje filmova. manje, nije tako savršen.

Iako je LTE obećavao brzinu preuzimanja do 100 Mbps, to u praksi nije postignuto. Mogu se postići brzine do 40 ili 50 Mbps, ali samo pod posebnim uslovima. Uz minimalan broj veza i minimalan promet, ove brzine se rijetko mogu postići. Najvjerovatnije brzine prijenosa podataka su u rasponu od 10-15 Mbit/s. Tokom vršnih sati, brzina pada na nekoliko Mbps. Naravno, to ne čini implementaciju 4G promašenom, već znači da njen potencijal još nije u potpunosti realizovan.

Jedan od razloga zašto 4G ne pruža deklariranu brzinu je prevelik broj korisnika. Ako se previše koristi, brzina prijenosa podataka će se značajno smanjiti.

Međutim, postoji nada da se to može ispraviti. Većina operatera koji nude 4G usluge još uvijek nisu implementirali LTE-Advanced tehnologiju, poboljšanje koje obećava povećanje brzine prijenosa podataka. LTE-Advanced koristi agregaciju operatera (CA) za povećanje brzine. “Agregacija nosioca” se odnosi na agregaciju LTE standardnog propusnog opsega do 20 MHz u dijelove od 40 MHz, 80 MHz ili 100 MHz radi povećanja propusnosti. LTE-Advanced takođe ima MIMO konfiguraciju 8 x 8. Podrška za ovu funkciju otvara potencijal za povećanje brzine prenosa podataka do 1 Gbps.

LTE-CA je također poznat kao LTE-Advanced Pro ili 4.5G LTE. Ove tehnološke kombinacije definiše Grupa za razvoj 3GPP standarda u izdanju 13. Ovo uključuje agregaciju operatera, kao i licencirani omogućen pristup (LAA), metodu koja koristi LTE preko 5 GHz nelicenciranog Wi-Fi spektra. Takođe uvodi LTE-Wi-Fi link agregaciju (LWA) i dvostruku konekciju, omogućavajući pametnom telefonu da razgovara i sa malom pristupnom tačkom i sa Wi-Fi pristupnom tačkom u isto vreme. U ovoj implementaciji ima previše detalja koje nećemo pokrivati, ali opći cilj je produžiti životni vijek LTE-a smanjenjem kašnjenja i povećanjem brzine prijenosa podataka na 1 Gbps.

Ali to nije sve. LTE će moći da pruži bolje performanse kako operateri počnu da pojednostavljuju svoju strategiju sa manjim ćelijama, obezbeđujući veće brzine prenosa podataka za više pretplatnika. Male ćelije su jednostavno minijaturne ćelijske bazne stanice koje se mogu instalirati bilo gdje da popune praznine u pokrivenosti makroćelija, dodajući performanse tamo gdje je to potrebno.

Drugi način za poboljšanje produktivnosti je korištenje Wi-Fi veze. Ova metoda omogućava brza preuzimanja na najbližu Wi-Fi pristupnu tačku kada je dostupna. Samo nekoliko operatera je ovo učinilo dostupnim, ali većina razmatra LTE poboljšanje pod nazivom LTE-U (U za nelicencirano). Ovo je sličan metod kao LAA, koji koristi nelicencirani opseg od 5 GHz za brza preuzimanja kada mreža ne može podnijeti opterećenje. Ovo stvara konflikt u spektru sa ovim drugim, koji koristi opseg od 5 GHz. Da bi se to postiglo, razvijeni su određeni kompromisi.

Kao što vidimo, potencijal 4G još uvijek nije u potpunosti otkriven. U narednim godinama, sva ili većina ovih poboljšanja će biti implementirana. Vrijedi napomenuti da će proizvođači pametnih telefona također napraviti promjene hardvera ili softvera kako bi poboljšali LTE performanse. Ova poboljšanja će se vjerovatno dogoditi kada počne masovno usvajanje 5G standarda.

Otkriće 5G

5G kao takav još ne postoji. Dakle, prerano je davati glasnu izjavu o “apsolutno novom standardu koji može promijeniti pristup bežičnom prijenosu informacija”. Iako neki ISP-ovi već počinju raspravljati o tome ko će prvi implementirati 5G standard. Ali vrijedi prisjetiti se kontroverze oko 4G posljednjih godina. Uostalom, pravi 4G (LTE-A) još ne postoji. Međutim, rad na 5G je u punom jeku.

Partnerski projekat treće generacije (3GPP) radi na 5G standardu, za koji se očekuje da će biti uveden u narednim godinama. Međunarodna unija za telekomunikacije (ITU), koja će "blagosloviti" i upravljati standardom, kaže da bi 5G konačno trebao biti dostupan do 2020. godine. Međutim, neke rane verzije standarda 5G i dalje će se pojavljivati ​​u konkurenciji između provajdera. Neki zahtjevi za 5G pojavit će se već 2017-2018 u ovom ili onom obliku. Potpuna implementacija 5G neće biti lak zadatak. Takav sistem bi bio jedna od najsloženijih, ako ne i najkompleksnija, bežična mreža. Njegova puna implementacija se očekuje do 2022. godine.

Razlog za usvajanje 5G je prevazilaženje ograničenja 4G i dodavanje mogućnosti za nove aplikacije. 4G ograničenja su uglavnom propusni opseg pretplatnika i ograničene brzine prijenosa podataka. Ćelijske mreže su već prešle sa govorne tehnologije na data centre, ali su u budućnosti potrebna dalja poboljšanja performansi.

Štaviše, očekuje se bum novih aplikacija. To uključuje HD 4K video, virtuelnu stvarnost, internet stvari (IoT) i arhitekturu od mašine do mašine (M2M). Mnogi i dalje predviđaju 20 do 50 milijardi uređaja na mreži, od kojih će se mnogi povezati na internet putem mobilne mreže. Dok većina IoT i M2M uređaja radi pri niskim brzinama prenosa podataka, potreban je brzi internet za rad sa strimingom podataka (video). Druge potencijalne aplikacije koje će koristiti 5G standard mogle bi biti pametni gradovi i komunikacije za sigurnost cestovnog transporta.

5G će vjerovatno biti više revolucionaran nego evolucijski. Ovo će uključivati ​​stvaranje nove mrežne arhitekture koja će se preklapati sa 4G mrežom. Nova mreža će koristiti distribuirane male ćelije s vlaknima ili milimetarskim povratnim kanalom, a također će biti ekonomična, nepostojana i lako skalabilna. Osim toga, u 5G mrežama će biti više softvera nego hardvera. Softversko umrežavanje (SDN), virtualizacija mrežnih funkcija (NFV), tehnike samoorganizirajućeg umrežavanja (SON) također će se koristiti.

Tu je i još nekoliko ključnih karakteristika:

• Koristeći milimetarske talase. Prve verzije 5G mogu koristiti opsege od 3,5 GHz i 5 GHz. Razmatraju se i opcije frekvencije od 14 GHz do 79 GHz. Konačna verzija još nije odabrana, ali FCC kaže da će izbor biti napravljen uskoro. Testiranje se provodi na 24, 28, 37 i 73 GHz.
• Razmatraju se nove modulacijske šeme. Većina njih su neke varijante OFDM-a. Dvije ili više shema se mogu definirati u standardu za različite aplikacije.
• Multiple Input Multiple Output (MIMO) će biti uključen u nekom obliku radi povećanja dometa, brzine podataka i pouzdanosti veze.
• Antene će imati fazne nizove sa prilagodljivim oblikovanjem zraka i upravljanjem.
• Manja latencija je glavni cilj. Navedeno je manje od 5ms, ali je cilj manje od 1ms.
• Brzine podataka od 1 Gbps do 10 Gbps se očekuju u propusnim opsegima od 500 MHz ili 1 GHz.
• Mikro kola će biti napravljena od galijum arsenida, silicijum-germanijuma i nešto CMOS-a.

Očekuje se da će jedan od najvećih izazova u usvajanju 5G biti integracija ovog standarda u mobilne telefone. Moderni pametni telefoni već su puni različitih odašiljača i prijemnika, a sa 5G će postati još složeniji. Da li je ovakva integracija neophodna?

Wi-Fi razvojni put

Uz mobilnu komunikaciju, postoji i jedna od najpopularnijih bežičnih mreža - Wi-Fi. Kao, Wi-Fi je jedan od naših omiljenih "uslužnih programa". Radujemo se što ćemo biti povezani na Wi-Fi mrežu gotovo bilo gdje, a većinu vremena imamo pristup. Kao i većina popularnih bežičnih tehnologija, stalno je u razvoju. Najnovija objavljena verzija zove se 802.11ac i nudi brzine do 1,3 Gbps u nelicenciranom opsegu od 5 GHz. Postoji i pretraga aplikacija za standard 802.11ad sa ultravisokom frekvencijom od 60 GHz (57-64 GHz). To je dokazana i isplativa tehnologija, ali ko želi brzine od 3 do 7 Gbps na udaljenosti do 10 metara?

Trenutno postoji nekoliko projekata za razvoj standarda 802.11. Evo nekoliko glavnih:

• 11af je Wi-Fi verzija u bijelim trakama televizijskog opsega (54 do 695 MHz). Podaci se prenose u lokalnim propusnim opsegima od 6 (ili 8) MHz, koji nisu zauzeti. Moguće su brzine prijenosa podataka do 26 Mbps. Ponekad se naziva i White-Fi, glavna privlačnost 11af-a je to što ima mnogo kilometara dometa na niskim frekvencijama i nema vidnu liniju (NLOS) (samo na otvorenom). Ova verzija Wi-Fi mreže još nije u upotrebi, ali ima potencijal za IoT aplikacije.
• 11ah - označen kao HaLow, je još jedna Wi-Fi varijanta koja koristi nelicencirani ISM opseg 902-928 MHz. To je usluga male snage, male brzine (stotine kbps) s dometom do jednog kilometra. Cilj je primjena u IoT-u.
• 11ax - 11ax je nadogradnja na 11ac. Može se koristiti u opsezima od 2,4 i 5 GHz, ali će najvjerovatnije raditi u opsegu od 5 GHz isključivo za korištenje propusnog opsega od 80 ili 160 MHz. Uz 4 x 4 MIMO i OFDA / OFDMA, očekuju se vršne brzine prenosa podataka do 10 Gbps. Konačne ratifikacije neće biti do 2019. godine, iako će preliminarne verzije vjerovatno biti potpune.
• 11ay je proširenje standarda 11ad. Koristit će frekvencijski opseg od 60 GHz, a cilj je najmanje 20 Gbps brzina prijenosa podataka. Drugi cilj je proširiti domet do 100 metara kako bi imali više aplikacija kao što je povratni promet za druge usluge. Ne očekuje se da će ovaj standard biti objavljen 2017.

Bežične mreže za IoT i M2M

Bežična veza je svakako budućnost Interneta stvari (IoT) i komunikacija mašina-mašina (M2M). Iako žičana rješenja također nisu isključena, potraga za bežičnim je i dalje poželjna.

Tipično za IoT uređaje je kratak domet, niska potrošnja energije, niske brzine prijenosa podataka, snaga baterije ili baterija sa senzorom, kao što je prikazano na donjoj slici:

Alternativa bi bila neka vrsta daljinskog pokretača, kao što je prikazano na slici ispod:

Ili je moguća kombinacija to dvoje. Oboje se obično povezuju na internet preko bežičnog gatewaya, ali se mogu povezati i putem pametnog telefona. Veza na gateway je također bežična. Pitanje je koji će se bežični standard koristiti?

Wi-Fi postaje očigledan izbor jer je teško zamisliti mjesto gdje ga nema. Ali za neke aplikacije to će biti pretjerano, a za neke previše gladno energije. Bluetooth je još jedna dobra opcija, posebno njegova niskoenergetska (BLE) verzija. Novi dodaci Bluetooth mreži i gateway-u čine je još atraktivnijom. ZigBee je još jedna spremna i čekajuća alternativa, a ne zaboravimo na Z-Wave. Postoji i nekoliko opcija za 802.15.4 kao što je 6LoWPAN.

Dodajte ovome najnovije opcije koje su dio Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Ove nove bežične opcije nude mrežne veze većeg dometa koje inače ne bi bile moguće s tradicionalnim tehnologijama spomenutim gore. Većina njih radi u nelicenciranom spektru ispod 1 GHz. Neki od najnovijih konkurenata za IoT aplikacije su:

• LoRa je izum Semtech-a i podržan je od strane Link Labs. Ova tehnologija koristi chirp pri niskim brzinama podataka kako bi se postigao domet do 2-15 km.
• Sigfox je francuski razvoj koji koristi ultra uskopojasnu modulacijsku shemu pri niskim brzinama podataka za slanje kratkih poruka.
• Bez težine - koristi televizijske bijele prostore sa kognitivnim radio tehnikama za veće domete i brzine podataka do 16 Mbps.
• Nwave - Ovo je slično Sigfoxu, ali nismo uspjeli prikupiti dovoljno informacija u ovom trenutku.
• Ingenu - Za razliku od drugih, ovaj koristi opseg od 2,4 GHz i jedinstvenu šemu višestrukog pristupa nasumičnom fazom.
• Halow je 802.11ah Wi-Fi, opisan gore.
• White-Fi je 802.11af, gore opisano.

Cellular je definitivno IoT alternativa jer je bio okosnica komunikacije mašina-mašina (M2M) više od 10 godina. Komunikacije od mašine do mašine koriste uglavnom 2G i 3G bežične module za nadgledanje udaljenih mašina. Dok će 2G (GSM) na kraju biti ugašen, 3G će i dalje biti živ.

Novi standard je sada dostupan: LTE. Tačnije, zove se LTE-M i koristi smanjenu verziju LTE-a u propusnom opsegu od 1,4 MHz. Druga verzija NB-LTE-M koristi propusni opseg od 200 kHz za rad pri nižoj brzini. Sve ove opcije će moći da iskoriste postojeće LTE mreže sa ažuriranim softverom. Moduli i čipovi za LTE-M su već dostupni, baš kao i na Sequans Communications uređajima.

Jedan od najvećih problema sa Internetom stvari je nedostatak jedinstvenog standarda. I u bliskoj budućnosti, najvjerovatnije, neće se pojaviti. Možda će u budućnosti postojati nekoliko standarda, ali koliko brzo?

Moderne bežične mreže mogu se podijeliti u tri kategorije:

1. Interakcioni sistemi.

Interaktivni sistemi podrazumevaju, pre svega, međusobno povezivanje računarskih komponenti korišćenjem radio talasa kratkog dometa. Svaki računar se sastoji od nekoliko delova: monitora, tastature, miša, štampača... Svaki od ovih eksternih uređaja, kao što znate, je kablovima povezan sa sistemskom jedinicom. Nekoliko kompanija, jedna za drugom, došlo je na ideju stvaranja Bluetooth bežičnog sistema, dizajniranog za uklanjanje kablova i konektora sa komponenata računara. Koristeći Bluetooth, možete povezati s vašim računarom gotovo svaki digitalni uređaj koji se nalazi u blizini sistemske jedinice. Po pravilu, interakcija unutar sistema je vođena principom "gospodar-podređeni". Sistemska jedinica djeluje kao master, a sve ostale djeluju kao slave. Sistemska jedinica je ta koja dodjeljuje adrese uređajima, određuje trenutke u kojima oni mogu da "emituju", ograničava vreme prenosa, postavlja opsege radnih frekvencija itd.

Karakteristike Bluetooth-a su višestruke tačke (tj. može postojati više uređaja u mreži), nema potrebe za vidnom linijom (pošto se koriste frekvencije reda veličine 2,44 GHz), raspon od 10 m.

2. Bežični LAN (LAN).

U bežičnim lokalnim mrežama svaki računar je opremljen radio modemom i antenom, uz njihovu pomoć može razmjenjivati ​​podatke sa drugim računarima. Ponekad se na plafonu nalazi zajednička antena, a prenos podataka se odvija preko nje, ali ako su mrežne radne stanice dovoljno blizu, obično koriste peer-to-peer konfiguraciju. Bežične mreže se sve više koriste u poslovnoj i kućnoj upotrebi, gde nema smisla postavljati Ethernet, kao iu starim zgradama koje se iznajmljuju za kancelarije, u kafeterijama, u kancelarijskim centrima, konferencijskim salama i drugim mestima. Najpopularniji standard bežičnog umrežavanja je IEEE 802.11 ili WiFi.

3. Bežične mreže šireg područja (WAN).

Primjer bi bio mobilni sistem, koji je zapravo digitalna bežična mreža niskih performansi. Već postoje tri generacije mobilne komunikacije. Prve mobilne mreže bile su analogne i bile su namijenjene samo za prijenos glasa. Druga generacija je već bila digitalna, ali se ništa osim govora i dalje nije moglo prenositi. Konačno, moderna, treća generacija je digitalna, sa mogućnošću prenosa kako glasa, tako i drugih podataka. U određenom smislu, celularne mreže su iste kao i bežične LAN mreže, jedina razlika je u području pokrivenosti i nižoj brzini prenosa. Dok konvencionalne bežične mreže mogu raditi brzinom do 50 Mbps na udaljenosti od desetine metara, ćelijski sistemi prenose podatke brzinom od 1 Mbps, ali udaljenost od bazne stanice do računara ili telefona mjeri se kilometrima, a ne metrima.

U sistemu mobilne telefonije, geografsko područje pokrivenosti je podijeljeno na ćelije, koje su reda veličine 10 km. U centru svake ćelije nalazi se bazna stanica sa kojom komuniciraju svi telefoni u njenom području pokrivanja. Same bazne stanice su međusobno povezane standardnim mrežnim sredstvima. U svakom trenutku, mobilni telefon je logično u dometu jedne ćelije i njime upravlja bazna stanica ove ćelije. Kada telefon fizički napusti ćeliju, njegova bazna stanica primjećuje slabljenje signala i anketira sve okolne stanice koliko dobro mogu čuti signal tog telefona. Bazna stanica zatim prenosi kontrolu nad ovim telefonom na ćeliju koja od njega prima najjači signal, određujući tako ćeliju u koju je mobilni telefon prešao. Nakon toga telefon se obavještava o prelasku na održavanje novog BS-a, a ako je razgovor u toku u ovom trenutku, telefon će biti zatražen da pređe na novi kanal (pošto se kanali iste frekvencije ne koriste u susjednim ćelije). Ovaj proces se zove transfer i traje oko 300 ms. Dodeljivanje kanala se vrši preko prekidača mobilnog telefona MTSO, koji je centralni nerv sistema. Bazne stanice su samo radio repetitori. Transfer se može izvršiti na dva načina. U mekom primopredaju, telefon preuzima nova bazna stanica čak i prije nego što napusti staru. U ovom slučaju ne dolazi ni do kratkotrajnog gubitka komunikacije. Nedostatak ove metode je što u trenutku prelaska sa jednog BS na drugi, telefon mora raditi istovremeno na dvije frekvencije. Telefoni prve i druge generacije to ne znaju. U teškom transferu, stara bazna stanica prekida vezu sa telefonom prije nego što ga nova uzme pod svoje. Ako potonji neko vrijeme ne može uspostaviti komunikaciju s telefonom (na primjer, zbog nedostatka slobodnih frekvencija, razgovor se može prekinuti.

Među tehnologijama prenosa podataka koje se koriste u ćelijskim mrežama treba istaći GPRS. Radi kao dodatak postojećem glasovnom sistemu. Neki vremenski intervali na nekim frekvencijama su rezervisani za promet paketa i IP paketi se mogu prenositi paralelno sa glasom. Druga tehnologija se zove EDGE i predstavlja konvencionalni GSM (globalni sistem za mobilne komunikacije) sa povećanim brojem bitova po baudu.