Moderne tecnologie di rete wireless. Tecnologie senza fili

Tecnologiereti wireless

Dopo aver letto questo capitolo e aver completato le attività pratiche, sarai in grado di:

Raccontare le moderne tecnologie delle reti wireless;

Descrivere la storia dello sviluppo delle reti wireless ei loro vantaggi;

· descrivere le tecnologie delle reti radio;

Racconta di reti radio 802.11;

· descrivere tecnologie di rete radio alternative (come Bluetooth, HiperLAN e HomeRF Shared Wireless Access Protocol);

Discutere le tecnologie wireless che utilizzano la radiazione infrarossa;

Raccontare le reti a microonde;

· Descrivere le reti wireless che utilizzano satelliti in orbita terrestre bassa (LEO).

Le reti wireless sono una tecnologia emergente di grande interesse per molte ragioni. La ragione più ovvia è che tali reti forniscono mobilità per dispositivi informatici portatili e palmari, consentendo all'utente di dimenticare i cavi. Un altro motivo è che le tecnologie wireless sono ora più affidabili e, in alcune situazioni, meno costose da implementare rispetto alle reti cablate. Esistono diverse alternative multimediali wireless al cavo per la trasmissione di pacchetti di rete: onde radio, radiazioni a infrarossi (IR) e microonde (microonde). Tutte queste tecnologie trasmettono segnali via etere o nell'atmosfera, rendendole una buona alternativa nei casi in cui è difficile o impossibile utilizzare il cavo.

In questo capitolo acquisirai familiarità con molti tipi di comunicazioni di rete wireless. In primo luogo, imparerai quali reti wireless sono attualmente in uso, quindi conoscerai una breve storia di tali reti. T ix vantaggi. Dopo una descrizione generale delle reti che utilizzano le onde radio, parleremo più in dettaglio del comune standard di rete wireless IEEE 802.11. Imparerai anche le tecnologie di rete radio alternative: Bluetooth, HiperLAN e HomeRF Shared Wireless Access Protocol, quindi descriverai le tecnologie basate sulla radiazione infrarossa diffusa che forniscono comunicazioni wireless relativamente sicure e, infine, parlerai di come le reti utilizzano le tecnologie a microonde basate sui canali terrestri e satellitari (comprese le reti di satelliti terrestri ampiamente orbitanti).

Tecnologie modernereti wireless

Attualmente, per creare reti wireless vengono utilizzate le seguenti tecnologie:

tecnologie che utilizzano le onde radio;

tecnologie basate sulla radiazione infrarossa;

Tecnologie a microonde (MW);

· reti basate su satelliti in orbita bassa (progetto spaziale speciale che utilizza onde a microonde).

Le tecnologie che utilizzano le onde radio sono molto comuni e rappresentano un settore in rapida crescita delle comunicazioni di rete wireless. Ciò include anche lo standard di rete wireless 802.11, nonché alternative agli standard del settore come Bluetooth, HiperLAN e NoteShared Wireless Access Protocol (SWAP).

Le tecnologie basate su IR non sono comuni come le reti radio, ma presentano alcuni vantaggi perché consentono di creare reti wireless relativamente più sicure (perché il segnale è più difficile da intercettare inosservato). Entrambe le tecnologie (onde radio e radiazioni infrarosse) vengono utilizzate per organizzare le comunicazioni su brevi distanze all'interno di un ufficio, un edificio o tra edifici.

Le tecnologie a microonde (MW) vengono utilizzate per la comunicazione su lunghe distanze e possono fornire comunicazioni di rete tra i continenti tramite satelliti).

Le reti satellitari Low Earth Orbit sono un altro tipo di rete wireless che a un certo punto può creare una "rete mondiale" a cui è possibile accedere in qualsiasi parte del pianeta.

Tutte queste tecnologie saranno discusse in questo capitolo. Tuttavia, prima osserveremo la storia delle reti wireless e conosceremo i loro vantaggi.

Una breve storia delle reti wirelesse le loro virtù

La storia delle reti wireless può essere visualizzata in modo formale e informale. Il capostipite informale delle reti wireless è il radioamatore, i cui operatori ricevono licenze dalla Federal Communications Commission (FCC) per trasmettere segnali vocali, in codice Morse, dati, satellitari e video utilizzando le bande radio e microonde.Sebbene il radioamatore sia generalmente considerato un hobby, La FCC lo considera un'importante fonte di idee ed esperienze per il progresso delle comunicazioni.

Nota

Le onde radio e le microonde sono una delle gamme dello spettro delle onde elettromagnetiche, che comprende luce visibile, onde radio, radiazioni infrarosse, raggi X, microonde (microonde) e raggi gamma. Tutte queste sono varietà di radiazioni elettromagnetiche che si propagano nell'atmosfera terrestre e nello spazio. Ha sia le proprietà di un'onda che le proprietà di una particella. Ulteriori informazioni sullo spettro delle onde elettromagnetiche sono disponibili all'indirizzo

http:// immaginare. gsfc. nasa. gov/ documenti/ scienza/ soJ1/ spettro. html ehttp:// immaginare. gsfc. nasa. gov/ documenti/ scienza/ soJ2/ spettro. html.

Negli anni '80, i radioamatori autorizzati hanno ricevuto il permesso dalla Federal Communications Commission di trasmettere dati su diverse frequenze radio comprese tra 50,1–54,0 MHz (banda inferiore) e 1240–1300 MHz (banda superiore). La maggior parte delle persone ha familiarità con queste frequenze, poiché vengono utilizzate per trasmettere musica dalle stazioni radio AM e FM. Queste frequenze rappresentano solo una piccola parte delle possibili radiofrequenze su cui possono essere trasmessi segnali. L'unità di misura di base per la radiofrequenza è hertz (Hz)(Hertz(Hz)). In ingegneria, un hertz corrisponde a un periodo di tensione alternata o segnale emesso al secondo.

Nota

Le radiofrequenze rappresentano una gamma di onde con una frequenza superiore a 20 kHz, con le quali un segnale elettromagnetico può essere emesso nello spazio.

È passato molto tempo da quando IBM ha creato il personal computer all'inizio degli anni '80 fino a quando i radioamatori non hanno collegato in rete i personal computer utilizzando le onde radio (di solito nelle bande più alte 902-928 MHz e 1240-1300 MHz). Per fare ciò, hanno creato un dispositivo chiamato Terminal Node Controller (TNC). Questo dispositivo era posto tra il computer e il ricetrasmettitore e serviva a convertire il grasso digitale del computer in un segnale analogico, amplificato dal ricetrasmettitore e irradiato attraverso l'antenna. La tecnologia risultante è stata chiamata packet radio. Scoperto dai radioamatori, il fatto che la radio a pacchetto funziona bene a frequenze di 902 MHz e oltre è stato presto analizzato dalle società che forniscono servizi di rete wireless commerciali. Nel 1985, la Federal Communications Commission ha approvato l'uso commerciale in reti di computer wireless a una frequenza per applicazioni industriali, scientifiche e mediche (Industrial, ScietfJtitle and Medical, ISM), che possono essere utilizzate per comunicazioni pubbliche senza licenza a bassa potenza su frequenze fisse " gamma da 902 MHz a 5,825 GHz. In Telecomunicazioni nel 1996, il Congresso ha preparato la fase successiva dello sviluppo wireless! comunicazioni stabilendo il concetto di "sito wireless" e stabilendo standard per esso, nonché creando incentivi per l'ulteriore sviluppo delle tecnologie di telecomunicazione, comprese le comunicazioni wireless (maggiori informazioni possono essere trovate su www.fcc.gov/telecom .html) . Poco dopo, l'IEEE ha creato l'802.11 Wireless Standards Group, responsabile del primo standard 802.11, istituito nel 1997. Attualmente, le reti wireless vengono sviluppate e implementate per soddisfare molte esigenze, tra cui le seguenti:

Implementazione di comunicazioni in aree in cui è difficile installare una rete via cavo;

Costi di implementazione ridotti

· fornire un accesso “casuale” a quegli utenti che non possono essere legati ad un particolare collegamento via cavo;

· semplificazione delle procedure di realizzazione delle reti nei piccoli uffici e negli uffici domestici;

fornendo l'accesso ai dati richiesti in una specifica configurazione

Perché le reti via cavo non possono essere sempre utilizzate?

In alcune situazioni, è difficile e persino impossibile implementare una rete via cavo. Consideriamo uno scenario del genere. Due edifici devono essere collegati da un'unica rete, tuttavia tra di loro passa un'autostrada federale. In questo caso, ci sono diversi modi per organizzare la rete. Innanzitutto, è possibile scavare una trincea sotto l'autostrada, che richiederà grandi spese e interruzioni del traffico causate dallo scavo di una trincea, dalla posa di un cavo, dallo scavo di una trincea e dalla ricostruzione completa della strada. In secondo luogo, puoi creare una rete regionale che colleghi due edifici. Gli edifici possono essere collegati alle linee T-1 oa una rete Ethernet ottica regionale utilizzando i servizi del proprietario di una rete pubblica o di una compagnia telefonica locale. In questo caso i costi saranno inferiori rispetto alla posa di un nuovo cavo, tuttavia l'affitto delle linee di telecomunicazione richiederà detrazioni costanti. In terzo luogo, è possibile implementare una rete wireless, che richiederà costi di attrezzatura una tantum, nonché costi di gestione della rete in corso. Tuttavia, molto probabilmente tutti questi costi saranno più giustificati se consideriamo lunghi periodi di tempo.

Consideriamo un altro scenario. Un inquilino di un ufficio di grandi dimensioni deve implementare una rete per 77 dipendenti. Il proprietario dei locali vieta la posa di un sistema di cavi permanenti. Questa premessa in tutti i sensi è adatta all'inquilino, inoltre il canone è inferiore rispetto ad altre opzioni alternative. La soluzione al problema è la creazione di una rete wireless.

E infine, il terzo scenario. La biblioteca comunale si trova in un luogo storico. Sebbene la biblioteca sia di proprietà del Comune, severi contratti pubblici e privati ​​impediscono alla direzione della biblioteca di ottenere le autorizzazioni necessarie per la posa del cavo di rete. La biblioteca è indietro di molti anni nella creazione di un catalogo elettronico di libri perché non può collegare in rete i computer dei suoi dipendenti e l'help desk per i suoi clienti. Pertanto, la gestione delle biblioteche può risolvere i loro problemi implementando una rete wireless che consente loro di mantenere l'integrità dell'edificio e di non violare alcun accordo.

Risparmiare tempo e denaroquando si utilizzano reti wireless

Il costo e il tempo per creare una rete wireless possono essere inferiori rispetto all'implementazione di una rete via cavo. Ad esempio, gli edifici più vecchi contengono spesso materiali pericolosi, come le vecchie miniere di produzione, che contengono quantità trascurabili di cloro proveniente da condotte e amianto. Poiché le miniere non vengono utilizzate, possono essere semplicemente murate. Oppure puoi avviare un programma costoso per rimuovere i materiali pericolosi in modo che questi pozzi possano essere utilizzati per posare i cavi di rete. In una situazione del genere, è molto più economico murare le miniere e implementare una rete wireless anziché un cavo.

Si consideri il caso in cui una singola università avesse bisogno di una rete di lavoro perché fortemente investita nel suo sviluppo. L'università ha invitato una costosa società di consulenza che ha fornito

cinque persone per il progetto e creato 18 nuovi posti di lavoro. Pochi giorni prima dell'inizio dei lavori, la direzione dell'Ateneo si è accorta che non c'erano connessioni di rete per i nuovi dipendenti e consulenti. La posa di nuovi cavi è costosa e impossibile nei prossimi mesi poiché il dipartimento IT dell'università è già oberato di lavoro. La soluzione si trova sotto forma di una rete wireless che può essere implementata in tempi record.

Accesso illimitato alla rete

Alcuni utenti di computer hanno bisogno di accedere alla rete da quasi ovunque. Si consideri, ad esempio, un grande magazzino di componenti per autoveicoli che deve essere regolarmente verificato utilizzando misure SN di codici a barre connesse alla rete. Una rete wireless offre agli utenti di tali scanner un accesso illimitato perché gli utenti non sono legati a connessioni via cavo. Come altro esempio, un medico in un ospedale può portare con sé un piccolo computer portatile con un adattatore wireless che può essere utilizzato per aggiornare le cartelle cliniche, inviare referral per test o organizzare l'assistenza ai pazienti.

Semplificare la rete per i neofiti

Nel campo dell'informatizzazione dei piccoli uffici o domestici, una rete wireless è al di sopra del cablaggio. Le reti di tali uffici possono essere piuttosto insoddisfacenti, poiché di solito sono create da non professionisti. Di conseguenza, potrebbe essere selezionato il tipo di cavo sbagliato. Il cavo può passare da fonti di interferenza radio e radiazioni elettromagnetiche, oppure può essere danneggiato (ad esempio passando sotto una sedia, un tavolo o in una porta). Pertanto, l'utente di un tale ufficio può trascorrere in modo improduttivo il suo tempo alla ricerca dell'inoperabilità della rete. In una situazione del genere, la rete wireless potrebbe essere più facile da configurare e utilizzare. Di norma, in molti negozi di computer online, agli utenti di piccoli uffici e domestici viene chiesto se desiderano acquistare dispositivi wireless per il collegamento in rete tra i computer acquistati.

Il vantaggio delle reti wireless per questa classe di utenti è che attualmente il costo dei dispositivi wireless è piuttosto contenuto. La rete wireless, unita alla possibilità di assegnare automaticamente gli indirizzi IP nei sistemi Windows 2000 e Windows XP, consente di creare una rete domestica completa con poca o nessuna esperienza.

Migliorare l'accesso ai dati

Le reti wireless offrono miglioramenti significativi nell'accesso a determinati tipi di dati e applicazioni. Si consideri, ad esempio, una grande università che impiega dieci revisori dei conti a tempo pieno che visitano diversi dipartimenti (e siti) ogni giorno e hanno bisogno di accedere a dati finanziari, rapporti e altre informazioni contenute in questi dipartimenti. Con un computer portatile dotato di un adattatore di rete wireless, il revisore può spostarsi facilmente tra i siti e avere accesso costante a qualsiasi documento finanziario. Come altro esempio, si consideri un ingegnere chimico che lavora in vari punti di un impianto chimico. Ad un certo punto, può osservare i dati durante alcune reazioni del ciclo produttivo. In un altro punto, potrebbe aver bisogno di una nomenclatura chimica per assicurarsi di avere gli ingredienti necessari per eseguire un altro processo di produzione. Al terzo punto, questo ingegnere può accedere alla libreria di ricerca online dell'azienda. L'accesso wireless gli consentirà di far fronte facilmente a tutte le attività di cui sopra.

Organizzazioni a supporto della tecnologiareti wireless

Ci sono diverse organizzazioni coinvolte nella promozione delle reti wireless. Una di queste organizzazioni, che è una preziosa fonte di informazioni sulle reti wireless, è senza fili LAN Associazione (WLAN). Questa associazione è formata da produttori di dispositivi di rete wireless, nonché da aziende e organizzazioni interessate, tra cui Alvarion, Cisco Systems, ELAN, Intermec, Intersil, Raylink e Wireless Central. Completa la Pratica 9-1 e acquisisci familiarità con le situazioni in cui puoi utilizzare le LAN wireless, nonché con le risorse informative offerte dall'associazione WLANA.

WINLAB (Wireless Information Network Laboratory) è un centro di ricerca sulle reti wireless presso la Rutgers University supportato da diverse università. WINLAB è sponsorizzato dalla National Science Foundation ed è operativo dal 1989. Nella pratica 9-2, imparerai le ultime ricerche fatte da WINLAB.

Tecnologie di rete radiofonica

I dati di rete vengono trasmessi utilizzando le onde radio, in modo simile a come trasmette una stazione radio locale, ma le applicazioni di rete utilizzano le onde radio.

frequenze molto più alte. Ad esempio, una stazione radio AM locale (onde medie e lunghe) potrebbe trasmettere a 1290 kHz perché la gamma di frequenza per la trasmissione AM è 535-1605 kHz. L'intervallo di frequenza per la trasmissione FM (VHF) ha limiti di 88-108 MHz. Negli Stati Uniti, i segnali di rete vengono trasmessi a frequenze più elevate negli intervalli 902-928 MHz, 2,4-2,4835 GHz o 5-5,825 GHz.

Nota

Ciascuno degli intervalli di frequenza menzionati è anche chiamato banda: banda 902 MHz, banda 2,4 GHz e banda 5 GHz. La banda a 902 MHz viene utilizzata principalmente nei dispositivi wireless più vecchi e non standardizzati e non viene ulteriormente discussa in questo libro.

Nelle reti radio il segnale viene trasmesso in una o più direzioni, a seconda del tipo di antenna utilizzata. Nell'esempio mostrato in Fig. 9.1, il segnale è direzionale perché viene trasmesso da un'antenna situata su un edificio ad un'antenna situata su un altro edificio. L'onda ha una lunghezza molto breve e una bassa potenza (a meno che il vettore non abbia una licenza speciale della Federal Communications Commission per comunicazioni multi-watt), cioè è più adatta per trasmissione in linea di vista(trasmissione in linea di vista) a corto raggio.

Nella trasmissione in linea di vista, il segnale viaggia da un punto all'altro, seguendo la curvatura della Terra, invece di rimbalzare sull'atmosfera attraverso paesi e continenti. Lo svantaggio di questo tipo di trasmissione è la presenza di ostacoli sotto forma di grandi elevazioni sulla superficie terrestre (ad esempio colline e montagne). Un segnale radio a bassa potenza (1-10 W) può trasmettere dati a velocità da 1 a 54 Mbps e anche superiori.

Per trasmettere pacchetti in apparecchiature di rete radio wireless, viene spesso utilizzata la tecnologia a spettro diffuso, quando una o più frequenze adiacenti vengono utilizzate per trasmettere un segnale con una larghezza di banda maggiore. Lo spettro di diffusione è molto alto: 902-928 MHz e molto più alto. Le comunicazioni ad ampio spettro in genere forniscono velocità di trasmissione dati di 1-54 Mbps.

La comunicazione tramite onde radio consente di risparmiare denaro nei casi in cui è difficile o molto costoso posare un cavo. Le reti radio sono particolarmente utili quando si utilizzano computer portatili che si spostano frequentemente. Rispetto ad altre tecnologie wireless, le reti radio sono relativamente economiche e facili da installare.

L'uso delle onde radio nelle comunicazioni presenta diversi svantaggi. Molte reti trasmettono dati a una velocità di 100 Mbps o superiore per organizzare comunicazioni ad alta velocità durante l'invio di traffico elevato (inclusi file di grandi dimensioni). Le reti radio non sono ancora in grado di fornire comunicazioni a tale velocità. Un altro svantaggio è che alcune frequenze wireless sono condivise tra operatori radioamatori, militari e operatori di rete cellulare, provocando interferenze da varie fonti su queste frequenze. Anche gli ostacoli naturali (come le colline) possono ridurre o distorcere il segnale trasmesso.

Una delle principali tecnologie di rete radio è descritta dallo standard IEEE 802.11. Vengono utilizzate anche altre tecnologie, tra cui Bluetooth, HiperLAN e HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP). Tutte queste tecnologie verranno discusse nelle sezioni seguenti di questo capitolo.

Reti radio IEEE 802.11

Per implementare le comunicazioni wireless vengono utilizzati vari tipi di reti radio, tuttavia, in termini di compatibilità e affidabilità, lo standard IEEE 802.11 presenta vantaggi significativi. Molti utenti wireless utilizzano dispositivi conformi a questo standard perché tali dispositivi non implicano comunicazioni non standardizzate (soprattutto nella gamma bassa e lenta 902-928 MHz tipica dei dispositivi wireless più vecchi) e i dispositivi standard 802.11 rilasciati da diversi produttori sono intercambiabili. Tali dispositivi seguono uno standard aperto, quindi diversi modelli possono interagire tra loro ed è più facile implementare nuove funzionalità wireless al loro interno. Pertanto, è importante che un progettista di reti wireless comprenda lo standard IEEE 802.11 ei principi di funzionamento dei dispositivi conformi a questo standard.

Lo standard IEEE 802.11 è anche noto come IEEE Standard for Wireless LANledium Access (MAC) e Physical Layer (PHY). Questo standard si applica alle stazioni fisse e mobili per le comunicazioni wireless. Una stazione fissa è una stazione che non si muove; una stazione mobile è una stazione che può muoversi velocemente o lentamente, come una persona che cammina.

Lo standard 802.11 prevede due tipi di comunicazione. Il primo tipo è la comunicazione sincrona, quando i dati vengono trasmessi in blocchi separati, il cui inizio è contrassegnato da un bit di inizio e la fine da un bit di stop. Il secondo tipo comprende le comunicazioni che vengono effettuate entro un certo arco di tempo, quando al segnale ne viene dato uno specifico per raggiungere la destinazione, e se il segnale non rientra in I > quel tempo, allora viene considerato perso o distorto. I vincoli di tempo rendono lo standard 802.11 simile allo standard 803.11, in cui il segnale deve raggiungere anche un determinato nodo target in un tempo specificato. Lo standard 802.11 fornisce supporto per i servizi di gestione della rete (ad esempio, il protocollo SNMP). Viene fornita anche l'autenticazione di rete, lo standard 802.11 si concentra sull'utilizzo dei livelli Data Link e Physical del modello OSI. I sottolivelli MAC e LLC del livello di collegamento definiscono gli standard per il metodo di accesso (che sarà discusso più avanti in questo capitolo), l'indirizzamento e i metodi per il controllo dei dati mediante checksum (CRC). A livello fisico, lo standard 802.11 ha definito le velocità dei dati a determinate frequenze. Sono previste anche tecniche (ad esempio, tecnologie a spettro esteso) per la trasmissione di segnali digitali mediante onde radio e radiazioni infrarosse.

Dal punto di vista dell'ambiente di lavoro, lo standard 802.11 distingue tra comunicazioni wireless indoor (room) e outdoor (narubi). Le comunicazioni di stanza possono, ad esempio, essere effettuate in un edificio per uffici, un'area industriale, un negozio o un'abitazione privata (ovvero, ovunque non si estendano oltre un edificio separato). Le comunicazioni all'aperto possono essere eseguite all'interno di un campus universitario, un campo sportivo o un parcheggio (ovvero, dove le informazioni vengono trasmesse tra edifici). Successivamente, conoscerai i seguenti aspetti relativi al funzionamento delle reti wireless 802.11:

· componenti wireless utilizzati nelle reti IEEE 802.11;

metodi di accesso nelle reti wireless;

metodi per rilevare errori nella trasmissione dei dati;

velocità di comunicazione utilizzate nelle reti IEEE 802.11;

metodi per garantire la sicurezza;

utilizzo dell'autenticazione in caso di interruzione della connessione;

topologie di reti IEEE 802.11;

Utilizzo di reti locali wireless multicella.

Componenti di rete wireless

Tre componenti principali sono solitamente coinvolti nell'implementazione delle comunicazioni wireless: una scheda che svolge le funzioni di ricevitore e trasmettitore (transceiver), un punto di accesso e antenne.

Viene chiamata la scheda ricetrasmittente adattatore di rete wireless(NIC wireless, WNIC), che opera ai livelli Physical e Link del modello OSI. La maggior parte di queste schede è compatibile con la specifica dell'interfaccia di rete, NDIS (Microsoft) e Open Datalink Interface, ODI (Novell). Come già saprai da Capitolo 5, entrambe queste specifiche consentono la trasmissione di più protocolli su una rete e vengono utilizzate per comunicare un computer e il suo sistema operativo con un adattatore WNIC.

Accesso Tonka(punto di accesso) è un dispositivo connesso a una rete via cavo e fornisce la trasmissione di dati wireless tra gli adattatori WNIC e questa rete. Come affermato in capitolo 4, il punto di accesso è solitamente un ponte. Può avere una o più interfacce di rete dei tipi elencati di seguito, consentendo il collegamento a una rete via cavo:

· 100BaseTX, 100BaseT, 100BaseT2 e 100BaseT4;

Consigli

Attualmente, alcuni provider di rete wireless offrono punti di accesso con funzionalità router.

Antenna Un dispositivo che invia (emette) e riceve onde radio. Sia i WNIC che i punti di accesso sono dotati di antenne. La maggior parte delle antenne di rete wireless sono direzionali o omnidirezionali.

Consigli

Quando acquisti dispositivi 802.11, verifica se sono certificati dalla Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), che fa parte di oltre 150 aziende produttrici di dispositivi wireless. Maggiori informazioni su questa unione possono essere trovate sul sito web www. wi- fi. com.

Antenna direzionale

Un'antenna direzionale emette raggi radio in una direzione principale e di solito può amplificare il segnale irradiato in misura maggiore rispetto a un'antenna omnidirezionale. Viene chiamata la quantità di amplificazione del segnale emesso guadagno(guadagno). Nelle reti wireless, le antenne direzionali sono comunemente utilizzate per trasmettere onde radio tra antenne poste su due edifici e collegate a punti di accesso (Figura 9.2) in questa configurazione, un'antenna direzionale trasmette su distanze maggiori rispetto a un'antenna omnidirezionale, poiché è probabile che irradiare un segnale più forte (guadagno elevato) in una direzione. Considerando la fig. 9.2, prestare attenzione al fatto che in effetti l'antenna irradia un segnale non solo in una direzione, poiché parte del segnale è sparso ai lati.

Nota

Per acquisire familiarità con i componenti delle reti wireless, completare la Pratica 9-3. Inoltre, le esercitazioni 9-4 e le esercitazioni 9-5 mostrano come installare un adattatore WNIC su sistemi Windows 2000 e Windows XP Professional. Nella pratica 9-6, imparerai come installare un adattatore lì su un sistema Red Hat Linux. 7. X.

Antenna omnidirezionale

Un'antenna omnidirezionale irradia onde radio in tutte le direzioni. Poiché il segnale si disperde più che con un'antenna direzionale, probabilmente avrà un guadagno inferiore. Nelle reti wireless, le antenne omnidirezionali sono spesso utilizzate nelle reti interne dove gli utenti sono in continuo movimento e i segnali devono essere trasmessi e ricevuti in tutte le direzioni. Inoltre, queste reti generalmente non hanno bisogno di avere un guadagno del segnale così alto come in una rete esterna, poiché le distanze tra i dispositivi wireless interni sono molto più brevi. Sulla fig. La Figura 9.3 mostra una rete wireless che utilizza antenne omnidirezionali.

Riso. 9.3. Antenne omnidirezionali

Un adattatore WNIC per dispositivi portatili (come laptop, PDA e tablet) può essere dotato di un'antenna omnidirezionale a piccolo circuito. Un punto di accesso per una rete locale può avere un'antenna omnidirezionale rimovibile o un'antenna collegata al punto di accesso con un cavo. Un punto di accesso per una rete esterna che collega due edifici di solito ha un'antenna ad alto guadagno collegata al punto di accesso tramite un cavo.

Metodi di accesso wireless

Lo standard 802.11 fornisce due metodi di accesso: accesso prioritario e accesso multiplo con rilevamento del vettore con prevenzione delle collisioni. Entrambi questi metodi funzionano a livello di collegamento.

Usando accesso in ordine di priorità(l'access point di accesso prioritario funge anche da coordinatore del punto, che stabilisce il periodo senza il verificarsi di conflitti, durante il quale le stazioni) (oltre al coordinatore stesso) non possono trasmettere senza prima contattare il coordinatore. Durante questo periodo, il coordinatore interroga a turno le stazioni. Se una stazione invia un breve pacchetto che indica che deve essere interrogato perché ha un messaggio da inviare, il coordinatore di punto inserisce quella stazione con la sua lista di polling. Se una stazione non viene interrogata, il coordinatore le invia un frame di segnale che indica quanto tempo attendere prima dell'inizio del periodo successivo senza conflitti. Questa stazione, inclusa nel questionario, riceve alternativamente il diritto di comunicare. Quando tutte queste stazioni sono state in grado di trasmettere dati, viene immediatamente impostato il periodo successivo senza che si verifichino conflitti, durante il quale il coordinatore interroga nuovamente la stazione, determinando se le stazioni in attesa dell'opportunità di trasmettere devono essere incluse nella lista elettorale.

L'accesso prioritario è destinato alle comunicazioni che richiedono bassi ritardi nel trasferimento delle informazioni. Questi tipi di comunicazioni in genere includono voce, video e videoconferenza, che sono applicazioni che funzionano meglio in modo continuo. Secondo lo standard 802.11, viene chiamato anche l'accesso in una riga prioritaria funzione di coordinamento dei punti

Comunemente utilizzato nelle reti wireless accesso multiplo con controllovettore e prevenzione dei conflitti(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA / CA), chiamato anche funzioni di coordinamento distribuito(funzione di coordinamento distribuito). In questo caso, una stazione in attesa di un'opportunità di trasmissione ascolta la frequenza di comunicazione e ne determina l'occupazione controllando il livello dell'indicatore di potenza del segnale nel ricevitore (Receiver Signal Strength Indicator, RSSI). Al 14° momento, quando la frequenza di trasmissione è libera, i conflitti più probabili sono tra due stazioni che vogliono iniziare a trasmettere contemporaneamente. Non appena viene rilasciata la frequenza di trasmissione! ogni stazione attende alcuni secondi (il cui numero è determinato dal parametro DIPS) per assicurarsi che la frequenza rimanga inattiva. DIFS è l'abbreviazione del termine Funzione di coordinamento distribuito "s In-tra-Frame Space (intervallo tra i frame della funzione di coordinamento distribuito), che definisce un tempo di attesa obbligatorio prestabilito (ritardo).

Se le stazioni aspettano il tempo specificato dall'intervallo DIFS, la possibilità di collisione tra le stazioni si riduce, perché per ogni stazione che richiede la trasmissione viene calcolato un valore di ritardo (backoff) diverso, dopodiché la stazione verificherà nuovamente che la frequenza di trasmissione è occupata . Se la frequenza rimane inattiva, la stazione con il tempo minimo di backoff inizia la trasmissione. Se la frequenza è occupata, la stazione che richiede la trasmissione attende fino a quando la frequenza è libera, dopodiché rimane inattiva per il tempo di backoff già calcolato.

Quando si determina il tempo di ritardo, la durata di un intervallo di tempo predeterminato viene moltiplicata per un numero casuale. Una fascia oraria è un valore memorizzato nella Management Information Base (MIB) detenuta da ciascuna stazione. Il valore del numero casuale va da zero al valore della dimensione massima della finestra di conflitto, anch'essa memorizzata nella base di informazioni di controllo della stazione. Pertanto, viene definito un tempo di backoff univoco per ciascuna stazione in attesa di trasmettere, il che consente alle stazioni di evitare collisioni.

Gestione degli errori di trasmissione

Le comunicazioni wireless sono influenzate da condizioni meteorologiche, luce solare, altre comunicazioni wireless, ostacoli naturali e altre fonti di interferenza. Tutte queste interferenze possono interrompere la corretta ricezione dei dati. Lo standard 802.11 fornisce richiesta automatica diripetizione(richiesta di ripetizione automatica, ARQ), che consente di tenere conto della possibilità di errori di trasmissione.

Se, quando si utilizzano le richieste ARQ, la stazione che ha inviato il pacchetto non riceve un riconoscimento (ACK) dalla stazione di destinazione, ritrasmette automaticamente il pacchetto. Il numero di tentativi effettuati dalla stazione trasmittente prima che determini che un pacchetto non può essere consegnato dipende dalle dimensioni del pacchetto. Ciascuna stazione memorizza due valori: la dimensione massima del burst breve e la dimensione del burst lungo. Sono inoltre disponibili due parametri aggiuntivi: il numero di tentativi per l'invio di un pacchetto corto e il numero di tentativi per un pacchetto lungo. L'analisi di tutti questi valori consente alla stazione di decidere sulla terminazione delle ritrasmissioni di un determinato pacchetto.

Come esempio di gestione degli errori mediante richieste ARQ, si consideri una stazione per la quale un pacchetto corto ha una lunghezza massima di 776 byte e il numero di tentativi per un pacchetto corto è 10. Diciamo che la stazione trasmette un pacchetto di 608 byte, ma non riceve una conferma dalla stazione ricevente. In questo caso, la stazione trasmittente ritrasmetterà questo pacchetto 10 volte in assenza di un riconoscimento. Dopo 10 tentativi falliti (cioè senza ricevere un riconoscimento), la stazione smetterà di trasmettere questo pacchetto.

Tariffe di trasferimento

Le velocità di trasmissione e le frequenze corrispondenti delle reti 802.11 sono definite da due standard: 802.11a e 802.1111b. Le velocità di comunicazione specificate in questi standard si riferiscono allo strato fisico del modello OSI.

Per le reti wireless operanti nella banda 5 GHz, lo standard 802.11 prevede le seguenti velocità di trasmissione dati:

· 6 Mbps;

· 24 Mbps;

· 9 Mbps;

· 36 Mbps; "

· 12 Mbps;

· 48 Mbps;

18Mbps;

· 54 Mbps.

Nota

Tutti i dispositivi compatibili con 802.11a devono supportare 6, 12 e 24 Mbps. La norma 802. Pa è implementata a livello Fisico del modello OSI e per la trasmissione di segnali informativi mediante onde radio prevede l'utilizzo multiplexing ortogonale di canali separatifrequenza(Multiplexing a divisione di frequenza ortogonale, OFDM). Questo metodo di multiplexing divide la banda di frequenza a 5 GHz in 52 sottoportanti (52 sottocanali). I dati vengono suddivisi tra queste sottoportanti e trasmessi simultaneamente su tutte e 52 le sottoportanti. Tali trasferimenti sono chiamati paralleli. Quattro sottoportanti vengono utilizzate per il controllo delle comunicazioni e 48 trasportano i dati. Lo standard 802.11b viene utilizzato nella banda di frequenza a 2,4 GHz e fornisce le seguenti velocità di comunicazione: "

· 1 Mbps;

10Mbps;

· 2 Mbps;

11Mbps.

Nota

In questo momento è in attesa di approvazione un'estensione allo 802.11b, denominato 802.11d, lo standard 802.11d che consente la trasmissione di dati nella banda a 2,4 GHz a velocità fino a 54 Mbps.

Lo standard 802.11b utilizza modulazione di sequenza direttae spettro diffuso(Modulazione a spettro diffuso a sequenza diretta, DSSS), che è un metodo per trasmettere segnali di informazioni utilizzando onde radio e appartiene al livello fisico. Con la modulazione DSSS, i dati sono distribuiti su più canali (fino a 14 in totale), ognuno dei quali occupa una larghezza di banda di 22 MHz. Il numero esatto di canali e le relative frequenze dipendono dal paese in cui vengono effettuate le comunicazioni. Il Canada e gli Stati Uniti utilizzano 11 canali sulla banda a 2,4 GHz. In Europa, il numero di canali è 13, ad eccezione della Francia, dove vengono utilizzati solo 4 canali. Il segnale informativo viene trasmesso uno ad uno ai canali e amplificato a valori sufficienti a superare il livello di interferenza.

Al momento della stesura di questo articolo, 802.11a offre velocità più elevate rispetto a 802.11b. Tuttavia, l'aumento della velocità va a scapito delle distanze di lavoro ridotte. Attualmente, i dispositivi 802.11a possono trasmettere dati fino a 18 m, mentre i dispositivi 802.11b possono funzionare a distanze fino a 90 m, sarà necessario acquistare più access point.

Oltre alla velocità, il vantaggio dello standard 802.Pa è che la gamma totale di frequenze disponibili nella banda 0,825 GHz è quasi il doppio della gamma di frequenza della banda 0,4835 GHz per lo standard 802.11b. Ciò significa che molti più dati possono essere trasmessi durante la trasmissione, poiché più ampio è l'intervallo di frequenza, più canali di informazione vengono trasmessi i dati binari.

Per le applicazioni che richiedono una maggiore larghezza di banda (come voce e video), pianificare l'utilizzo di dispositivi 802. Pa. Inoltre, considera l'utilizzo di tali dispositivi in ​​situazioni in cui è presente un numero elevato di utenti all'interno di una piccola area (come un laboratorio informatico). Una maggiore larghezza di banda consentirà a tutti i client di rete di lavorare meglio e più velocemente.

L'ambito dei dispositivi 802.11b copre quelle configurazioni in cui la presenza di un'elevata larghezza di banda non è così importante (ad esempio, per le comunicazioni progettate principalmente per il trasferimento di dati). Inoltre, 802.11b è adatto per progetti a basso budget perché richiede meno punti di accesso rispetto a 802.11a. Questo perché lo standard 802.11a fornisce un'area di lavoro più ampia (fino a 90 m contro i 18 m consentiti dallo standard 802.11a). Attualmente, lo standard 802.11b è utilizzato più spesso dell'802.11a, poiché le reti basate su di esso sono più economiche da implementare e la gamma di dispositivi ad esso destinati è più ampiamente rappresentata sul mercato (il cui rilascio, peraltro, è stato lanciato in precedenza ). Le caratteristiche degli standard 802.11a e 802.11b sono presentate in Tabella. 9.1.

Tabella 9.1. Caratteristiche degli standard 802.11ae 802.11B

	802.11 a	802.11b
Frequenza operativa
Velocità di funzionamento (passa bandacania)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps	1, 2, 10, 11 Mbps
Il metodo comunistacationi	Multiplexing dello spettro diffuso a divisione di frequenza ortogonale (OFDM)	Modulazione a sequenza diretta con spettro diffuso (Modulazione a sequenza diretta DSSS)
Massima distanza di lavoro attualmente
Costo realezioni	Relativamente alto a causa della necessità di punti di accesso aggiuntivi	Relativamente basso a causa dell'utilizzo di un numero limitato di punti di accesso

Metodi di sicurezza,

La sicurezza è importante tanto sulle reti wireless quanto sulle reti cablate. Lo standard 802.11 fornisce due meccanismi di sicurezza: l'autenticazione dei sistemi aperti e l'autenticazione della chiave condivisa. Quando si utilizza l'autenticazione del sistema aperto, due stazioni qualsiasi possono autenticarsi a vicenda. La stazione trasmittente invia semplicemente una richiesta alla stazione o al punto di accesso di destinazione: per l'autenticazione. Se la stazione di destinazione accetta la richiesta, significa che l'autenticazione è completa. Questo metodo di autenticazione non fornisce una sicurezza sufficiente e dovresti essere consapevole del fatto che i dispositivi di molti produttori lo utilizzano per impostazione predefinita.

Fornisce una protezione molto migliore autenticazione a chiave condivisa(autenticazione a chiave condivisa), poiché implementa Cablata Equivalente Privacante (WEP). Con questo meccanismo di sicurezza, due stazioni (ad esempio, un adattatore WNIC e un punto di accesso) operano con la stessa chiave di crittografia generata dai servizi WEP. La chiave di crittografia WEP è una chiave a 40 o 104 bit con l'aggiunta di un checksum e informazioni seed, risultando in una lunghezza totale della chiave di 64 o 104 bit.

Con chiave condivisa e autenticazione WEP, una stazione contatta l'altra con una richiesta di autenticazione. La seconda stazione invia una richiesta di testo speciale. La prima stazione lo crittografa con la chiave di crittografia WEP e invia il testo cifrato alla seconda stazione, che lo decrittografa utilizzando la stessa chiave WEP e confronta il testo ricevuto con la richiesta di testo originariamente inviata. Se entrambi i testi corrispondono, la seconda stazione autentica la prima e le comunicazioni continuano.

Utilizzo dell'autenticazione alla disconnessione

Un'altra funzione di autenticazione consiste nel terminare la connessione al termine della sessione di comunicazione. Il processo di autenticazione quando la connessione viene interrotta è importante perché due stazioni interagenti non possono essere disconnesse accidentalmente da un'altra stazione non autenticata. La connessione tra due stazioni viene interrotta se una di esse invia una notifica di errore di autenticazione. In questo caso, le comunicazioni vengono immediatamente interrotte.

topologie di reteIEEE 802.11

Lo standard 802.11 prevede due topologie principali. Il più semplice lo è topologia con un insieme di servizi sottostanti indipendenti(Topologia Independent Basic Service Set (IBSS)) formata da due o più stazioni wireless in grado di comunicare tra loro. Questo tipo di rete è alquanto imprevedibile, poiché le nuove stazioni spesso appaiono inaspettatamente. La topologia IBSS è formata da comunicazioni arbitrarie peer-to-peer (peer-to-peer) tra gli adattatori WNIC dei singoli computer (Figura 9.4).

Rispetto alla topologia IBSS, topologia dell'insieme esteso(Topologia del set di servizi esteso (ESS)) dispone di un'ampia area di servizio perché dispone di uno o più punti di accesso. Sulla base della topologia ESS, puoi creare una rete piccola, media o grande ed è significativo! espandere l'area delle comunicazioni wireless. La topologia ESS è mostrata in fig. 9.5.

Se si utilizzano dispositivi compatibili con 802.11, è facile convertire una rete e una topologia IBSS in una rete con topologia ESS. Tuttavia, le reti con topologie diverse non dovrebbero trovarsi nelle vicinanze, poiché le comunicazioni IBSS peer-to-peer si comportano in modo instabile in presenza di punti di accesso utilizzati in una rete ESS. Anche le comunicazioni nella rete ESS potrebbero essere interrotte. "

Consigli

Per ulteriori informazioni sullo standard IEEE 802.11, visitare il sito Web IEEE all'indirizzo www. ieee. org. Una copia completa di questo standard può essere ordinata da questo sito web.

Wireless LAN multicella

Quando due o più punti di accesso vengono utilizzati in una rete basata su ESS, tale rete diventa localizzazione wireless multicellaRete(LAN wireless multicella). Viene chiamata la regione di trasmissione intorno a un punto di tale topologia cellula(cellula). Se, ad esempio, una rete interna all'interno di un edificio dispone di cinque punti di accesso, questa rete dispone di cinque celle. Inoltre, se tutte e cinque le celle sono configurate allo stesso modo (hanno la stessa frequenza operativa, stessa velocità di trasmissione e impostazioni di sicurezza comuni), è possibile spostare da una cella all'altra un personal computer o un dispositivo portatile dotato di un adattatore WNIC. Questo processo è chiamato il roaming(il roaming).

Come esempio di roaming in una topologia ESS wireless, si consideri un dipartimento universitario che dispone di una rete wireless implementata con cinque punti di accesso associati ai numeri di cella da I a V.1 La cella I può appartenere a una libreria. Le celle II e III possono riguardare l'area degli uffici didattici. La cella IV può trovarsi nell'ufficio amministrativo e la cella V può trovarsi nel laboratorio di insegnamento. Se tutte le celle sono configurate allo stesso modo, qualsiasi studente, facoltà o impiegato può spostare un laptop dotato di un adattatore WNIC da una cella all'altra mantenendo l'accesso alla rete della facoltà. Sebbene lo standard 802.11 non fornisca una specifica per un protocollo di roaming, i produttori di dispositivi wireless hanno sviluppato uno di questi protocolli chiamato Inter- Accesso punto Protocollo (IAPP), che sostanzialmente soddisfa questo standard. Il protocollo IAPP consente a una stazione mobile di spostarsi tra le celle senza perdere la connettività di rete. Per fornire comunicazioni con roaming IAPP, incapsulamo i protocolli UDP e IP.

Nota

Come già saprai da Capitolo 6, Lo User Datagram Protocol (UDP) è un protocollo senza connessione che può essere utilizzato insieme a IP anziché a TCP, che è un protocollo orientato alla connessione.

Il protocollo IAPP consente agli access point esistenti di essere avvisati quando un nuovo dispositivo viene connesso alla rete e consente inoltre agli access point adiacenti di scambiarsi le informazioni di configurazione. Inoltre, il protocollo prevede un punto di accesso in comunicazione con una stazione mobile con la possibilità di inviare automaticamente informazioni sulla connessione originaria (compresi eventuali dati in attesa di essere inviati ad un altro punto di accesso nei casi in cui la stazione mobile si sposti dalla cella servita dalla primo punto di accesso alla cella, associato al secondo punto di accesso.

Tecnologie di rete radio alternative

Le tecnologie di comunicazione più comuni che utilizzano le onde radio includono le seguenti alternative allo standard IEEE 802.11:

· HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP).

Ciascuna tecnologia elencata è una specifica per le reti wireless ed è supportata da alcuni produttori. Tutte queste tecnologie sono discusse nelle sezioni seguenti.

Bluetooth

Bluetooth – è una tecnologia wireless descritta dal Bluetooth Special Interest Group. Questa tecnologia ha attirato l'attenzione di produttori come 3Com, Agere, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia e Toshiba. Utilizza il salto di frequenza nella banda a 2,4 GHz (2,4-2,4835 GHz) designata dalla FCC per le comunicazioni ISM senza licenza2. Il metodo di salto di frequenza prevede la modifica della frequenza portante (è selezionata una delle 79 frequenze) per ciascun pacchetto trasmesso. Il vantaggio di questo metodo è di ridurre la probabilità di interferenze reciproche nei casi di funzionamento simultaneo di più dispositivi.

Quando si utilizzano comunicazioni multi-watt, la tecnologia Bluetooth fornisce la trasmissione di dati su distanze fino a 100 m, ma in pratica, la maggior parte dei dispositivi Bluetooth funziona a distanze fino a 9 m. Di solito vengono utilizzate comunicazioni asincrone a una velocità di 57,6 o 721 Kbps. I dispositivi Bluetooth che forniscono comunicazioni sincrone funzionano a 432,6 kbps, ma questi dispositivi sono meno comuni.

Utilizza la tecnologia Bluetooth trasmissione duplex con divisione temporalecanalizzazione(time division duplexing, TDD), in cui i pacchetti vengono trasmessi in direzioni opposte utilizzando intervalli di tempo. Un ciclo di trasmissione può abbracciare fino a cinque diversi intervalli di tempo, quindi i pacchetti possono essere inviati e ricevuti contemporaneamente. Questo processo assomiglia alle comunicazioni duplex. Fino a sette dispositivi Bluetooth possono comunicare contemporaneamente (alcuni produttori affermano che la loro tecnologia consente la connessione di otto dispositivi, ma questo non soddisfa le specifiche). Quando i dispositivi si scambiano informazioni, uno di essi viene selezionato automaticamente come master. Questo dispositivo definisce le funzioni di controllo (ad es. sincronizzazione delle fasce orarie e controllo dell'inoltro). In tutti gli altri aspetti, le comunicazioni Bluetooth assomigliano a una rete peer-to-peer.

Consigli

Per saperne di più sulla tecnologia Bluetooth, visitare il sito Web ufficiale all'indirizzo www. Bluetooth. com. Esercitazione completa 9-7, che introduce al sito Web Bluetooth, che descrive le applicazioni di Bluetooth per comunicazioni wireless ad accesso universale.

HiperLAN

Tecnologia HiperLANè stato sviluppato in Europa e attualmente ha una seconda versione chiamata HiperLAN2. Questa tecnologia utilizza la banda a 5 GHz e fornisce velocità di trasmissione dati fino a 54 Mbps. Oltre alla velocità, il vantaggio di HiperLAN2 è la sua compatibilità con le comunicazioni Ethernet e ATM.

Supporta la tecnologia HiperLAN2 Dati Crittografia standard (DES) – uno standard di crittografia dei dati sviluppato dal National Institute on Standards and Technology (NIST) e ANSI. Utilizza una chiave di crittografia pubblica (pubblica), disponibile per la visualizzazione da parte di tutte le stazioni della rete, nonché una chiave privata. chiave (privata) assegnata solo alle stazioni trasmittenti e riceventi. Entrambe le chiavi sono necessarie per decrittografare i dati.

La tecnologia HiperLAN2 fornisce la qualità del servizio (QoS) fornendo un livello di comunicazione garantito per diverse classi di servizio (ad esempio voce o video). Ciò è possibile grazie al fatto che i punti di accesso gestiscono centralmente il wireless! comunicazioni e pianificare tutte le sessioni di comunicazione.

La rete HiperLAN2 opera in due modalità. La modalità diretta (directlmode) è una topologia di rete peer-to-peer (simile alla topologia 1B58 nelle reti 802.11) formata solo da stazioni interagenti. L'altra modalità è chiamata modalità centralizzata perché è implementata in reti di grandi dimensioni dove sono presenti punti di accesso che concentrano e controllano il traffico di rete. Il metodo di comunicazione per entrambe le modalità è Time Division Duplex (TDD), la stessa tecnologia utilizzata dal Bluetooth.

Consigli

Per uno sguardo più da vicino a HiperLAN2 visita il sito web www. hiperiano2. com.

Protocollo di accesso wireless condiviso HomeRF (SWAP)(HomeRF Shared Wireless Access Protocol) è una tecnologia supportata da aziende come Motorola, National Semiconductor, Proxim e Siemens. Questo

la tecnologia opera nella banda a 2,4 GHz e fornisce velocità di rete fino a 10 Mbps. Utilizza CSMA/CA come metodo di accesso (come lo standard 802.11) ed è destinato alle reti domestiche dove vengono trasmessi dati, voce, immagini video, flussi multimediali e altre informazioni.

Un esempio di utilizzo tipico della tecnologia HomeRF SWAP è una rete wireless che collega più personal computer e fornisce loro l'accesso a Internet. Un'altra area di applicazione è l'implementazione di connessioni wireless per centri di intrattenimento (ad esempio per collegare tra loro più televisori e stereo). La rete HomeRF SWAP può collegare più telefoni insieme. Può anche essere utilizzato per fornire la comunicazione tra i dispositivi di controllo della casa (illuminazione, condizionatori, cucine, ecc.). Le reti HomeRF SWAP utilizzano la crittografia dei dati a 128 bit e gli identificatori di rete a 24 bit per garantire la sicurezza.

Al momento della scrittura, la tecnologia HomeRF SWAPS era in fase di sviluppo, fornendo comunicazioni a una velocità di 25 Mbps. I creatori di questa tecnologia cercano di integrarla in televisori e server multimediali per espandere le capacità di sistemi video complessi.

(Consigli)

Puoi saperne di più su HomeRF SWAP sul sito web www. homerf. org.

Utilizzo di tecnologie di reteradiazione infrarossa

La radiazione infrarossa (IR) (infrarossi) può essere utilizzata come mezzo di trasmissione per le comunicazioni di rete. Conosci molto bene questa tecnologia grazie ai telecomandi per TV e stereo. La radiazione IR è un segnale elettromagnetico, simile alle onde radio, ma la sua frequenza è più vicina alla gamma delle onde elettromagnetiche visibili chiamata luce visibile.

La radiazione IR può propagarsi in una direzione o in tutte le direzioni, mentre il diodo a emissione di luce (LED) viene utilizzato per la trasmissione e il fotodiodo per la ricezione. La radiazione IR appartiene allo strato fisico, la sua frequenza è 100 GHz - 1000 THz (terahertz) e la lunghezza d'onda elettromagnetica varia da 700 a 1000 nanometri (nm, 10~9).

Come le onde radio, l'IR può essere una soluzione a basso costo quando il cablaggio non è possibile o dove sono presenti utenti mobili. Il suo vantaggio è che il segnale del PC è difficile da intercettare inosservato. Un altro vantaggio è la resistenza del segnale ICC alle interferenze radio ed elettromagnetiche. Tuttavia, questo ambiente di comunicazione presenta anche una serie di inconvenienti significativi. In primo luogo, con le comunicazioni direzionali, la velocità di trasferimento dei dati non supera i 16 Mbps e con le comunicazioni omnidirezionali questo valore è inferiore a 1 Mbps. In secondo luogo, la radiazione IR non passa attraverso le pareti, il che è facile da verificare provando a controllare la TV con un telecomando da un'altra stanza. D'altra parte, questa carenza si trasforma in un vantaggio, perché, a causa dell'area di distribuzione limitata, le comunicazioni che utilizzano segnali IR sono rese più sicure. In terzo luogo, la comunicazione a infrarossi può essere disturbata da persone forti.

Consigli

Le tecnologie a infrarossi possono utilizzare i punti di accesso per espandere l'area di lavoro e creare reti di grandi dimensioni.

Quando si trasmettono informazioni utilizzando la radiazione infrarossa diffusa, il segnale IR trasmesso viene riflesso dal soffitto, come mostrato in Fig. 9.6. Per tali comunicazioni esiste lo standard IEEE 802, che prevede il funzionamento a una distanza da 9 a 18 m, a seconda dell'altezza del soffitto (più alto è il soffitto, minore è l'area di copertura della rete). Per la radiazione IR diffusa, questo standard definisce velocità di trasmissione dati di 1 e 2 Mbps. Le lunghezze d'onda del segnale IR diffuso utilizzato nello standard 802.11R sono comprese nell'intervallo 850-950 nm (sull'intero intervallo IR di 700-1000 nm). In confronto, la luce visibile ha una gamma di lunghezze d'onda di circa 400-700 megahertz. La potenza massima del segnale ottico irradiato secondo lo standard 802.11R è 2W.

Consigli

Sebbene i segnali IR diffusi siano immuni alle interferenze radio ed elettromagnetiche, le finestre negli edifici possono causare interferenze poiché questi segnali sono sensibili a forti sorgenti luminose. Prendi in considerazione Windows durante la progettazione di una rete wireless utilizzando IR sparsi.

Viene chiamato il metodo di segnalazione utilizzato dallo standard IEEE 802.11R modulazione fase-impulso(Modulazione della posizione dell'impulso, PPM). Secondo questo metodo, il valore binario del segnale è associato alla posizione dell'impulso in un insieme di possibili posizioni nello spettro della radiazione elettromagnetica. Per le comunicazioni a 1 Mbps, lo standard 802.11R fornisce sedici possibili posizioni di impulso (16-PPM), con ciascuna posizione che rappresenta quattro bit. Con comunicazioni a 2 Mbps, ogni impulso rappresenta due bit e sono possibili quattro posizioni di impulso (4-PPM). Un impulso in una determinata posizione indica che è presente un valore e nessun impulso significa che non c'è alcun valore. PPM è un metodo di codifica dei caratteri simile alla codifica binaria in quanto utilizza solo 0 e 1.

Tecnologie di rete a microonde

I sistemi a microonde funzionano in due modalità. I canali a microonde terrestri (microonde terrestri) trasmettono segnali tra due antenne paraboliche direzionali a forma di piatto (Fig. 9.7). Tali comunicazioni operano nelle bande 4-6 GHz e 21-23 GHz e richiedono al vettore di ottenere una licenza dalla Federal Communications Commission (FCC).

I sistemi a microonde satellitari trasmettono un segnale tra tre antenne, una delle quali si trova sul satellite terrestre (Fig. 9.8). I satelliti in tali sistemi si trovano in orbite geosincrone a un'altitudine di 35.000 km sopra la Terra. Affinché un'organizzazione possa utilizzare questa tecnologia di comunicazione, deve lanciare un satellite o affittare un canale da una società che fornisce tali servizi. A causa delle lunghe distanze, i ritardi: durante la trasmissione sono da 0,5 a 5 secondi. Le comunicazioni vengono effettuate nella gamma di frequenza 11-14 GHz, che richiedono una licenza.

Come altri mezzi di comunicazione wireless, le tecnologie a microonde vengono utilizzate quando il cablaggio è troppo costoso o quando il cablaggio non è possibile. I canali a microonde terrestri possono essere una buona soluzione quando si effettuano comunicazioni tra due grandi edifici della città. I sistemi di comunicazione satellitare sono l'unico modo possibile per collegare reti dislocate in diversi paesi o in diversi continenti, ma questa soluzione è molto costosa.

Le comunicazioni a microonde hanno una larghezza di banda teorica fino a 720 Mbps o più, ma in pratica le velocità sono attualmente generalmente comprese tra 1 e 10 Mbps. I sistemi di comunicazione a microonde hanno alcune limitazioni. Sono costosi e difficili da implementare e utilizzare. La qualità delle comunicazioni a microonde può essere degradata da condizioni atmosferiche, pioggia, neve, nebbia e interferenze radio. Inoltre, il segnale a microonde può essere intercettato, quindi quando si utilizza questo mezzo di trasmissione, l'autenticazione e la crittografia sono di particolare importanza.

Reti wirelesssatelliti in orbita terrestre bassa

Le orbite dei satelliti per comunicazioni si trovano a una distanza di circa 30.000 km sopra la Terra. A causa della grande distanza di questi satelliti e dei disturbi nell'alta atmosfera, possono verificarsi ritardi nella trasmissione del segnale, che sono inaccettabili per comunicazioni con requisiti elevati per questo parametro di comunicazione (compresa la trasmissione di dati binari e multimediali).

Diverse aziende sono attualmente in fase di sviluppo orbita bassasatelliti(Satellite Low Earth Orbiting (LEO)), le cui orbite dovrebbero trovarsi a una distanza compresa tra 700 e 1600 km dalla superficie terrestre, il che dovrebbe accelerare la segnalazione a due vie. A causa della loro orbita più bassa, i satelliti LEO coprono aree più piccole e, quindi, sono necessari una trentina di satelliti LEO per coprire completamente la superficie del pianeta. Teledesic, Motorola e Boeing stanno attualmente sviluppando una rete di tali satelliti che renderà Internet e altri servizi di rete globali disponibili ovunque sulla Terra. Gli utenti interagiscono con i satelliti LEO utilizzando antenne speciali e apparecchiature di decodifica del segnale. A partire dal 2005, i satelliti LEO possono essere utilizzati nelle seguenti aree:

Trasmissione di comunicazioni su Internet; tenere videoconferenze su tutto il pianeta;

· insegnamento a distanza;

altre comunicazioni (voce, video e trasmissione dati).

Le velocità di comunicazione satellitare LEO dovrebbero variare da 128 Kbps a 100 Mbps a monte (verso il satellite) e fino a

720 Mbps a valle (dal satellite). I satelliti LEO utilizzano frequenze ultra alte approvate dalla FCC negli Stati Uniti e da organizzazioni simili in tutto il mondo. Anche lo spettro elettromagnetico delle comunicazioni che utilizzano i satelliti LEO è approvato dall'ITU. Le frequenze operative sono comprese nell'intervallo 28,6-29,1 GHz per gli uplink e 18,8-19,3 GHz per. canali a valle. Quando questa rete sarà attiva (l'architettura della rete è mostrata nella Figura 9.9), un project manager di Boston, ad esempio, potrà effettuare una videoconferenza o scambiare importanti file binari con un ricercatore che vive in un rifugio di montagna nel Wyoming, e un l'allevatore dell'Argentina potrà richiedere dati agricoli dalla rete dell'Università della Carolina del Nord (Colorado). (Completare l'attività 9-8 per ulteriori informazioni sull'utilizzo dei satelliti LEO per costruire reti.)

Riepilogo

1 Le attuali tecnologie di rete wireless utilizzano onde radio, radiazioni infrarosse, microonde e satelliti in orbita bassa.

2 La base per le reti wireless è stata la sperimentazione delle comunicazioni radio a pacchetto, che sono state a lungo condotte dai radioamatori.

3 Attualmente, le reti wireless sono utilizzate in molte aree (ad esempio, quando è difficile implementare reti via cavo). Inoltre, tali reti possono ridurre i costi di installazione della rete e fornire comunicazioni con computer mobili.

4 Le tecnologie di radiocomunicazione utilizzano tipicamente comunicazioni in linea di vista da un punto all'altro lungo la superficie terrestre (invece del segnale radio che rimbalza sull'atmosfera terrestre). Tali tecnologie utilizzano anche comunicazioni a spettro diffuso, in cui le onde radio vengono trasmesse su più frequenze adiacenti.

5 Lo standard IEEE 802.11 è attualmente utilizzato in vari tipi di reti radio. Questo standard ha tre componenti principali: un adattatore di rete wireless (WNIC), un punto di accesso e un'antenna. Sono stati adottati due standard (802.11ae 802.11b) che definiscono le velocità di comunicazione conformi allo standard 802.11. Viene introdotto un nuovo standard: 802.11g, che è un'estensione dello standard 802.11b.

6 Alternative comuni a 802.11 includono Bluetooth, HiperLAN e HomeFR Shared Wireless Access Protocol.

7 Lo standard 802.11R utilizza la radiazione infrarossa diffusa (IR) per costruire reti piccole e relativamente sicure ubicate in uffici o aree di lavoro abbastanza chiusi.

8 Le reti a microonde esistono in due forme: reti basate su canali a microonde terrestri e reti satellitari. Le reti satellitari, ovviamente, possono essere molto costose a causa dell'alto costo del lancio di un satellite nello spazio.

9 Le reti satellitari Low Earth Orbit (LEO) utilizzano una costellazione di satelliti in orbite molto basse sopra il livello terrestre, con conseguenti ritardi di trasmissione molto inferiori rispetto alle comunicazioni satellitari convenzionali. Una volta implementate le reti satellitari LEO, la capacità di rete sarà disponibile in qualsiasi parte del mondo.

10 Nella tabella. 9.2 elenca i vantaggi e gli svantaggi delle comunicazioni di rete che utilizzano onde radio, radiazioni infrarosse e onde a microonde.

Tabella 9.2. Vantaggi e svantaggi delle tecnologie di comunicazione wireless

	onde radio	Radiazione IR	onde a microonde	Satelliti in orbita bassa
Vantaggi	Alternativa economica per quei casi in cui è difficile implementare le comunicazioni via cavo. Uno dei mezzi per implementare le telecomunicazioni mobili Di solito non richiede licenza.	Il segnale è difficile da intercettare inosservato.	Un'alternativa economica per quei casi in cui è difficile implementare comunicazioni via cavo, soprattutto su lunghe distanze. Un canale a microonde terrestre su lunghe distanze può essere più economico delle linee di telecomunicazione affittate	Può essere posizionato sopra la Terra durante la creazione di una rete globale. Non creare tali ritardi nella trasmissione del segnale come satelliti geosincroni.
Screpolatura	Potrebbe non soddisfare i requisiti delle reti ad alta velocità. Soggetto a interferenze da reti cellulari, militari, convenzionali e altre sorgenti di segnali radio. Con riserva di interferenza di origine naturale.	Potrebbe non essere adatto per comunicazioni ad alta velocità. Soggetto a interferenze da sorgenti luminose estranee. Non trasmessa attraverso i muri. La gamma di dispositivi offerti è inferiore rispetto ad altri tipi di reti wireless	Potrebbe non essere adatto per comunicazioni ad alta velocità Strade in installazione e funzionamento. Sono soggetti a interferenze naturali (pioggia, neve, nebbia) e radiodisturbi e dipendono anche dallo stato dell'atmosfera.	Sarà disponibile solo nel 2005

L'uomo è una creatura pigra. È molto più facile per lui premere un paio di pulsanti mentre è seduto sul divano che andare in cucina e premere gli stessi pulsanti sul bollitore o sul tostapane. Questo è probabilmente il modo in cui è apparso il telecomando a infrarossi arcaico per i televisori e poi per altre apparecchiature, dagli stereo ai condizionatori d'aria.

E le tecnologie wireless "intelligenti", infatti, sono apparse negli elettrodomestici molti anni fa. E all'inizio il loro scopo era puramente utilitaristico: le lavatrici di lusso Miele potevano aggiornare il loro firmware e aggiungere nuovi programmi di lavaggio tramite Wi-Fi.

Potenziamento

Gli elettrodomestici Wi-Fi di oggi utilizzano Internet principalmente per il controllo remoto (ad esempio per accendere il bollitore o per preparare il caffè per te) o per scaricare nuove ricette (nel caso di multicucina o macchine da caffè).

In generale, questo avvio remoto ha dato origine a una cosa apparentemente selvaggia come una teiera con un "dente blu" (che si collega a un modulo di controllo con un ricetrasmettitore Wi-Fi). Sì, questo è il bollitore più comune, che ha un vero Bluetooth. Per quello? Per iniziare dal tuo smartphone, vieni in cucina e versati un po' di tè. E se nel caso di una caffettiera questo può ancora essere in qualche modo giustificato (avviato il macinacaffè, i chicchi sono stati macinati, poi è stato preparato il caffè e si viene in cucina per una bevanda pronta), allora nel caso di un bollitore elettrico mi sembra almeno strano finora: bollono in un minuto, quindi, a prima vista, questa funzione sembra un inutile campanello d'allarme. D'altra parte, se fai bollire l'acqua per le pappe e il tè verde, può volerci già un po' e poi il Wi-Fi ha un senso.

Ma c'è anche un vantaggio tangibile delle nuove tecnologie: il controllo avanzato di un elettrodomestico. Cioè, se ha tante funzioni, gestirle da un piccolo e non sempre ben congegnato pannello di controllo a volte è francamente scomodo, ed ecco che ci viene in soccorso uno smartphone/tablet, sullo schermo di cui è possibile visualizzare tutte le funzioni che vuoi. Questo apre enormi opportunità per i produttori, che hanno già iniziato a usarle.

Futuro

Idealmente, le tecnologie wireless dovrebbero servire a pieno una persona. Il frigorifero stesso ordina i prodotti necessari in base a una lista con pagamento con carta (alcuni sanno già come fare), si autodiagnostica e chiama la procedura guidata in caso di problemi (saranno già come fare la prima parte), monitora il stato dei prodotti stessi e avverte della scadenza della loro validità. La lavatrice, insieme all'asciugatrice, erogherà da sola la polvere e il balsamo, laverà il tutto da solo e lo trasferirà nella sua parte di asciugatura per l'asciugatura, e la persona dovrà solo tirare fuori e stirare i vestiti asciutti.

La cucina ospiterà anche elettrodomestici con Wi-Fi. La caffettiera stessa preparerà il caffè o un bollitore - tè per il tuo arrivo (lo possono già), una deliziosa cena o colazione verrà preparata nella pentola a cottura lenta (loro sanno già come, tranne per il fatto che non possono mettere nulla in loro stessi) , la TV registrerà un interessante programma su Discovery e lo trasmetterà proprio nel momento della cena o della colazione (e anche questo è possibile da tempo).

Tutto ciò dovrebbe avvenire sotto il completo e rigoroso controllo dell'utente. Cioè, in qualsiasi momento può entrare nell'interfaccia di controllo e vedere come sta il bollitore e se c'è abbastanza acqua lì. E se necessario, può essere aggiunto (questo è qualcosa che i dispositivi non sanno ancora come fare).

Anche l'applicazione per il controllo degli elettrodomestici dovrebbe essere unificata. Se ora ogni fornitore sviluppa il proprio ecosistema per i propri dispositivi, idealmente in futuro tutti i dispositivi dovrebbero funzionare su un unico sistema operativo sotto il controllo di protocolli di comunicazione adeguatamente sviluppati. Che sarà conveniente, open source e, soprattutto, sicuro da usare.

È la questione della sicurezza che ora ha un'importanza non da poco. Gli elementi del sistema di casa intelligente oggi sono zoppi su entrambe le gambe e questo è un ambiente ideale per tutti i tipi di truffatori per penetrare direttamente nella tua casa. Anche le interfacce di controllo per gli elettrodomestici sono oggi molto poco protette, dal momento che i sistemi domestici intelligenti non sono ancora così implementati nelle nostre vite da far sorgere precedenti ad ogni passo.

Cosa c'è sul mercato?

Gli elettrodomestici più diversi oggi sul mercato con protocolli wireless integrati sono di Redmond: questo produttore è stato il primo a produrre in serie dispositivi con tecnologie wireless per il controllo remoto tramite l'applicazione proprietaria R4S, ma ad un prezzo abbastanza alto, giustificato solo per una novità. Un enorme svantaggio di tutti i dispositivi Wi-Fi Redmond è menzionato sopra: la necessità di tenere a casa un gadget aggiuntivo che trasmetterà il Bluetooth dal dispositivo alla rete Wi-Fi domestica (e quindi ovunque). Questi sono il multicucina SkyCooker M800S (9 mila rubli), la bilancia da cucina SkyScales 741S (2,5 mila rubli), la caffettiera a goccia SkyCoffee M1505S con macinacaffè integrato (9 mila rubli), la bilancia da pavimento SkyBalance 740S (4,5 mila . rub.) e teiera SkyKettle M170S (7 mila rubli).

Ci sono anche produttori meno conosciuti. Ad esempio, la bilancia da cucina intelligente Bite di BlueAnatomy per 9.000 rubli. O bilance da pavimento Fitbit Aria Smart Scale con un prezzo medio di 12 mila rubli. Anche i bollitori con Wi-Fi sono prodotti da Polaris: modello PWK 1792 CGL con 12 (!) Programmi per bollire l'acqua per 6,5 mila rubli.

Una macchina da caffè per 170 mila rubli Philips Saeco GranBaristo Avanti HD8969 con Bluetooth è di prim'ordine anche con la pulizia completamente automatica. E, tra l'altro, è proprio così quando tutta la ricchezza di funzionalità è concentrata nell'applicazione per tablet (lo schermo sarà piccolo per uno smartphone).

I forni con Wi-Fi sul mercato russo sono ora rappresentati da Gorenje, ma il loro prezzo di 80-100 mila rubli non è più incoraggiante e la possibilità di scaricare nuove ricette non vale affatto quel tipo di denaro.

Anche i sistemi split con Wi-Fi non sono più una rarità: ci sono entrambi i modelli di Timberk in un'ampia fascia di prezzo da 16 a 60 mila rubli delle serie AC TIM e STORM, e semplicemente moduli che completano la funzionalità dei condizionatori d'aria convenzionali di Haier o Fujitsu.

Ma nel segmento dei multicooker tutto è molto più interessante: alcuni di loro possono persino scaricare nuove ricette via Internet. Il suddetto modello di Redmond e i multicooker di Polaris sono presentati principalmente sul mercato russo: è al plurale, poiché ce ne sono quasi una dozzina nella fascia di prezzo da 9 a 19 mila rubli.

È possibile farne a meno?

Certo, puoi fare a meno di Wi-Fi e Bluetooth negli elettrodomestici. Le nostre nonne appendevano pentole sul fuoco per far bollire l'acqua, ma non sognavano nemmeno i multicucina. Il significato di questa innovazione è abbastanza ovvio, così come il progresso tecnologico in generale: rendere la vita più facile a una persona in modo che abbia più tempo per attività più piacevoli rispetto a cucinare, preparare il caffè, cuocere al forno e altri lavori domestici di tutti i giorni. Gli aspirapolvere robot, ancora una volta, possono rendere questa vita più facile.

D'altra parte, ci sono ancora più problemi. Hanno inventato i social network per la comunicazione istantanea senza utilizzare i telefoni e le persone hanno quasi smesso di comunicare tra loro dal vivo. Hanno introdotto un robot aspirapolvere nell'ecosistema della casa intelligente, ma la pulizia del pavimento a umido è ancora rilevante e l'acquisto di un'altra innovazione - una scopa a vapore - non risolve completamente il problema, ma offre semplicemente un altro modo per risolvere questo problema. La lavastoviglie sembra eliminare la necessità di lavare manualmente i piatti e consente anche di risparmiare acqua, ma dovrebbero esserci molti piatti (la lavastoviglie media è progettata per 8-10 set di piatti a pieno carico), inoltre il lavandino avrà ancora da utilizzare, lavando via i residui di cibo.

Qui possiamo aggiungere il fatto che la tecnologia con tecnologia wireless oggi già complica la vita. Diciamo che la già citata serie di elettrodomestici da cucina wireless Redmond R4S (Ready for Sky!), invece di connettersi a un normale router di casa tramite 802.11, si collega a un altro gadget come un tablet o uno smartphone tramite Bluetooth (ovvero è necessario disporre di uno smartphone o tablet sempre a casa), su di esso è installato un programma di controllo, che già contatta l'utente e consente di controllare il bollitore e la caffettiera. Perché sia ​​stato necessario finire così è del tutto incomprensibile. Forse perché il modulo Wi-Fi in ogni dispositivo potrebbe renderli più costosi. Ma questo è improbabile, poiché i moduli costano effettivamente un centesimo: ma il fatto che possano complicare il software o l'hardware in linea di principio è possibile. Ed è improbabile che ci sbagliamo di grosso se assumiamo che l'introduzione del Bluetooth/Wi-Fi nei dispositivi porterà ancora molte altre sorprese. Inoltre, il prezzo per loro è ancora molto alto: è chiaro che include non solo il prezzo di un penny modulo Wi-Fi/Bluetooth, ma anche il lavoro sia degli ingegneri che dei programmatori.

La risposta alla domanda “comprare o no” oggi è: piuttosto no che sì. Sì, ora c'è ancora un certo "effetto wow" dal fatto che puoi prepararti il ​​caffè mentre sei sdraiato a letto. Certo, è conveniente avviare una slow cooker dal lavoro per poter cenare subito al ritorno. Ma varie "malattie infantili" come un numero eccessivo di dispositivi nei dispositivi Redmond SkyCooker hanno appena iniziato a comparire e, poiché il segmento ha appena iniziato a svilupparsi, aumenteranno ancora.

L'elettronica è alla base di quasi tutte le comunicazioni. Tutto ebbe inizio con l'invenzione del telegrafo nel 1845, seguito dal telefono nel 1876. La comunicazione è stata costantemente migliorata e il progresso dell'elettronica, avvenuto di recente, ha posto una nuova tappa nello sviluppo delle comunicazioni. Oggi, la comunicazione wireless ha raggiunto un nuovo livello e ha occupato con sicurezza la parte dominante del mercato delle comunicazioni. E si prevede una nuova crescita nel settore delle comunicazioni wireless grazie all'evoluzione dell'infrastruttura cellulare, nonché alle moderne tecnologie come . In questo articolo considereremo le tecnologie più promettenti per il prossimo futuro.

Stato 4G

4G in inglese significa Long Term Evolution (LTE). LTE è una tecnologia OFDM che è la struttura dominante del sistema di comunicazione cellulare oggi. I sistemi 2G e 3G esistono ancora, anche se l'introduzione del 4G è iniziata nel 2011 - 2012 "Oggi, LTE è implementato principalmente dai principali vettori negli Stati Uniti, in Asia e in Europa. Il suo lancio non è stato ancora completato. LTE ha guadagnato un'immensa popolarità tra i possessori di smartphone, poiché le elevate velocità di trasferimento dei dati hanno aperto opportunità come lo streaming video per guardare film in modo efficiente. , Tuttavia, non tutto è così perfetto.

Sebbene LTE abbia promesso velocità di download fino a 100 Mbps, nella pratica ciò non è stato raggiunto. È possibile raggiungere velocità fino a 40 o 50 Mbps, ma solo in condizioni speciali. Con un numero minimo di connessioni e un traffico minimo, tali velocità possono essere raggiunte molto raramente. Le velocità di trasmissione dati più probabili sono comprese tra 10 e 15 Mbps. Durante le ore di punta, la velocità scende a pochi Mbps. Naturalmente, questo non rende l'implementazione del 4G un fallimento, significa che finora il suo potenziale non è stato pienamente realizzato.

Uno dei motivi per cui il 4G non fornisce la velocità dichiarata è che ci sono troppi consumatori. Se viene utilizzato troppo intensamente, la velocità di trasferimento dei dati viene notevolmente ridotta.

Tuttavia, c'è la speranza che questo possa essere corretto. La maggior parte degli operatori che forniscono servizi 4G deve ancora implementare LTE-Advanced, un miglioramento che promette di migliorare la velocità di trasferimento dei dati. LTE-Advanced utilizza l'aggregazione del vettore (CA) per aumentare la velocità. "Bundling carrier" si riferisce alla combinazione di larghezza di banda LTE standard fino a 20 MHz in porzioni da 40 MHz, 80 MHz o 100 MHz per aumentare il throughput. LTE-Advanced ha anche una configurazione MIMO 8 x ​​8. Il supporto per questa funzione apre il potenziale per aumentare la velocità dei dati fino a 1 Gbps.

LTE-CA è anche noto come LTE-Advanced Pro o 4.5G LTE. Queste combinazioni di tecnologie sono definite dal 3GPP Standards Development Group nella versione 13. Include l'aggregazione del vettore e l'accesso assistito con licenza (LAA), una tecnica che utilizza LTE nello spettro Wi-Fi 5GHz senza licenza. Implementa anche l'aggregazione di collegamenti LTE-Wi-Fi (LWA) e la doppia connettività, consentendo a uno smartphone di "parlare" contemporaneamente sia con un piccolo nodo hotspot che con un hotspot Wi-Fi. Ci sono troppi dettagli in questa implementazione di cui non entreremo, ma l'obiettivo generale è quello di prolungare la vita di LTE riducendo la latenza e aumentando la velocità dei dati a 1 Gbps.

Ma non è tutto. LTE sarà in grado di fornire prestazioni più elevate man mano che i vettori inizieranno a semplificare la loro strategia con piccole celle, offrendo velocità di trasmissione dati più elevate a più abbonati. Le celle piccole sono semplicemente stazioni base cellulari in miniatura che possono essere installate ovunque per colmare le lacune nella copertura delle macro celle, aggiungendo prestazioni dove necessario.

Un altro modo per migliorare la produttività è utilizzare il Wi-Fi. Questo metodo garantisce download rapidi all'hotspot Wi-Fi più vicino, quando disponibile. Solo pochi operatori lo hanno reso disponibile, ma la maggior parte sta cercando un miglioramento per LTE chiamato LTE-U (U per senza licenza). Questo è un metodo simile a LAA che utilizza la banda 5GHz senza licenza per download veloci quando la rete non è in grado di gestire il carico. Questo crea un conflitto di spettro con quest'ultimo, che utilizza la banda a 5 GHz. Alcuni compromessi sono stati escogitati per implementare questo.

Come possiamo vedere, le potenzialità del 4G non sono ancora del tutto svelate. Tutti o la maggior parte di questi miglioramenti saranno implementati nei prossimi anni. Vale la pena notare che i produttori di smartphone apporteranno anche modifiche hardware o software per migliorare le prestazioni LTE. È probabile che questi miglioramenti si verifichino quando inizierà l'adozione di massa dello standard 5G.

Scoperta del 5G

Non esiste ancora il 5G. Quindi, è troppo presto per fare una dichiarazione ad alta voce su "uno standard completamente nuovo che può cambiare l'approccio alla trasmissione di informazioni wireless". Tuttavia, alcuni provider di servizi Internet stanno già discutendo su chi sarà il primo a implementare lo standard 5G. Ma vale la pena ricordare la disputa degli ultimi anni sul 4G. Dopotutto, non esiste ancora un vero 4G (LTE-A). Tuttavia, il lavoro sul 5G è in pieno svolgimento.

Il 3rd Generation Partnership Project (3GPP) sta lavorando allo standard 5G, che dovrebbe essere lanciato nei prossimi anni. L'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU), che "benedirà" e amministrerà lo standard, afferma che il 5G dovrebbe essere finalmente disponibile entro il 2020. Tuttavia, alcune prime versioni dello standard 5G appariranno ancora nella competizione tra i provider. Alcuni requisiti 5G appariranno già nel 2017-2018 in una forma o nell'altra. La piena implementazione del 5G non sarà un compito facile. Un tale sistema sarebbe una delle reti wireless più complesse, se non la più complessa. La sua piena implementazione è prevista entro il 2022.

La logica alla base del 5G è superare i limiti del 4G e aggiungere opportunità per nuove applicazioni. I limiti del 4G sono principalmente la larghezza di banda dell'abbonato e le velocità di trasmissione dati limitate. Le reti cellulari sono già passate dalla tecnologia vocale ai data center, ma in futuro sono necessari ulteriori miglioramenti delle prestazioni.

Inoltre, è previsto un boom di nuove applicazioni. Questi includono video HD 4K, realtà virtuale, Internet of Things (IoT) e architetture machine-to-machine (M2M). Molti prevedono ancora tra i 20 ei 50 miliardi di dispositivi online, molti dei quali si collegheranno a Internet tramite cellulare. Sebbene la maggior parte dei dispositivi IoT e M2M funzioni a velocità dati basse, lo streaming di dati (video) richiede velocità Internet elevate. Altre potenziali applicazioni che utilizzeranno lo standard 5G sono le città intelligenti e le comunicazioni per la sicurezza del trasporto su strada.

È probabile che il 5G sia più rivoluzionario che evolutivo. Ciò comporterà la creazione di una nuova architettura di rete che si sovrapporrà alla rete 4G. La nuova rete utilizzerà piccole celle distribuite con percorso di ritorno in fibra o millimetrica e sarà economica, non volatile e facilmente scalabile. Inoltre, le reti 5G avranno più software che hardware. Verranno utilizzati anche i metodi di rete programmatica (SDN), virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV) e SON (self-organizing network).

Ci sono anche alcune altre caratteristiche chiave:

• L'uso delle onde millimetriche. Le prime versioni del 5G possono utilizzare le bande 3,5 GHz e 5 GHz. Sono allo studio anche opzioni di frequenza da 14 GHz a 79 GHz. La versione finale non è stata ancora selezionata, ma la FCC afferma che la scelta sarà fatta nel prossimo futuro. Il test viene effettuato alle frequenze di 24, 28, 37 e 73 GHz.
• Vengono presi in considerazione nuovi schemi di modulazione. La maggior parte di loro sono alcune varianti di OFDM. Due o più schemi possono essere definiti nello standard per diverse applicazioni.
• Multiple Input Multiple Output (MIMO) saranno inclusi in qualche forma per una portata estesa, velocità di trasmissione dati e affidabilità del collegamento.
• Le antenne saranno phased array con beamforming e sterzo adattivi.
• La latenza più bassa è l'obiettivo principale. Viene specificato meno di 5 ms, ma l'obiettivo è inferiore a 1 ms.
• Le velocità dati da 1 Gbps a 10 Gbps sono previste in larghezze di banda di 500 MHz o 1 GHz.
• I chip saranno realizzati con arseniuro di gallio, germanio di silicio e alcuni CMOS.

Una delle maggiori sfide nell'adozione del 5G dovrebbe essere l'integrazione dello standard nei telefoni cellulari. Gli smartphone moderni sono già pieni di vari trasmettitori e ricevitori, e con il 5G diventeranno ancora più difficili. È necessaria una tale integrazione?

Percorso di sviluppo Wi-Fi

Insieme alle comunicazioni cellulari c'è una delle reti wireless più popolari: il Wi-Fi. Ad esempio, il Wi-Fi è una delle nostre "utilità" preferite. Ci aspettiamo di essere connessi a una rete Wi-Fi quasi ovunque e nella maggior parte dei casi otteniamo l'accesso. Come la maggior parte delle tecnologie wireless popolari, è costantemente in fase di sviluppo. L'ultima versione rilasciata si chiama 802.11ac e fornisce velocità fino a 1,3 Gbps nella banda 5GHz senza licenza. Si cercano anche applicazioni per lo standard 802.11ad ad altissima frequenza da 60 GHz (57-64 GHz). È una tecnologia collaudata ed economica, ma chi ha bisogno di velocità da 3 a 7 Gbps a distanze fino a 10 metri?

Al momento, ci sono diversi progetti per lo sviluppo dello standard 802.11. Ecco alcuni dei principali:

• 11af è la versione del Wi-Fi nelle bande bianche della banda TV (da 54 a 695 MHz). I dati vengono trasmessi in larghezze di banda locali da 6 (o 8) MHz che non sono occupate. Sono possibili velocità dati fino a 26 Mbps. A volte viene indicato come White-Fi e l'attrazione principale di 11af è che la gamma possibile alle basse frequenze è di molti chilometri e non esiste la linea di vista (NLOS) (funzionamento solo in aree aperte). Questa versione del Wi-Fi non è ancora in uso, ma ha il potenziale per le applicazioni IoT.
• 11ah - denominata HaLow, è un'altra variante Wi-Fi che utilizza la banda ISM 902-928 MHz senza licenza. È un servizio a bassa potenza e velocità (centinaia di kbit/s) con una portata fino a un chilometro. L'obiettivo è l'applicazione nell'IoT.
• 11ax - 11ax è un aggiornamento a 11ac. Può essere utilizzato sulle bande a 2,4 e 5 GHz, ma molto probabilmente funzionerà sulla banda a 5 GHz esclusivamente per utilizzare la larghezza di banda di 80 o 160 MHz. Insieme a 4 x 4 MIMO e OFDA/OFDMA, sono previsti picchi di velocità di trasmissione dati fino a 10 Gb/s. La ratifica finale non avrà luogo fino al 2019, anche se è probabile che le versioni pre-rilascio siano complete.
• 11ay è un'estensione dello standard 11ad. Utilizzerà la banda di frequenza a 60 GHz e l'obiettivo è una velocità di trasmissione dati di almeno 20 Gbps. Un altro obiettivo è estendere la portata a 100 metri in modo da avere più applicazioni come il traffico di ritorno per altri servizi. Questo standard non dovrebbe essere rilasciato nel 2017.

Reti wireless per IoT e M2M

Il wireless è sicuramente il futuro di Internet of Things (IoT) e Machine-to-Machine (M2M). Sebbene non siano escluse anche le soluzioni cablate, resta comunque preferibile la voglia di wireless.

Tipico per i dispositivi IoT è il corto raggio, il basso consumo energetico, la bassa velocità di trasferimento dei dati, l'alimentazione a batteria o alimentata a batteria con un sensore, come mostrato nella figura seguente:

Un'alternativa potrebbe essere una sorta di attuatore remoto, come mostrato nella figura seguente:

Oppure è possibile una combinazione dei due. Entrambi in genere si connettono a Internet tramite un gateway wireless, ma possono anche connettersi tramite uno smartphone. Anche la connessione al gateway è wireless. La domanda è: quale standard wireless verrà utilizzato?

Il Wi-Fi diventa la scelta più ovvia, poiché è difficile immaginare un posto senza di esso. Ma per alcune applicazioni sarà ridondante e per altre sarà troppo dispendioso in termini di energia. Il Bluetooth è un'altra buona opzione, in particolare la sua versione a basso consumo energetico (BLE). Nuove aggiunte alla rete e al gateway Bluetooth lo rendono ancora più attraente. ZigBee è un'altra alternativa pronta e in attesa, e non dimentichiamo Z-Wave. Esistono anche diverse varianti di 802.15.4, come 6LoWPAN.

Aggiungi a loro le ultime opzioni che fanno parte delle reti a lungo raggio ad alta efficienza energetica (Low Power Wide Area Networks (LPWAN)). Queste nuove opzioni wireless offrono connessioni di rete a più lungo raggio che in genere non sono possibili con le tecnologie tradizionali sopra menzionate. La maggior parte di loro opera nello spettro senza licenza al di sotto di 1 GHz. Alcuni dei più recenti concorrenti per le applicazioni IoT sono:

• LoRa è un'invenzione Semtech e mantenuta da Link Labs. Questa tecnologia utilizza la modulazione di frequenza lineare (chirp) a una bassa velocità di trasmissione dati per ottenere una gamma fino a 2-15 km.
• Sigfox è uno sviluppo francese che utilizza uno schema di modulazione a banda ultra stretta a una bassa velocità di trasmissione dati per inviare brevi messaggi.
• Weightless: utilizza gli spazi bianchi della televisione con tecniche radio cognitive per portate più lunghe e velocità di trasmissione dati fino a 16 Mbps.
• Nwave è simile a Sigfox, ma al momento non siamo stati in grado di raccogliere informazioni sufficienti.
• Ingenu - a differenza di altri, questo utilizza la banda a 2,4 GHz e uno schema di accesso multiplo a fase casuale unico.
• Halow è Wi-Fi 802.11ah, descritto sopra.
• White-Fi è 802.11af, descritto sopra.

Il cellulare è sicuramente un'alternativa all'IoT, poiché è stata la spina dorsale delle comunicazioni machine-to-machine (M2M) per oltre 10 anni. Le comunicazioni da macchina a macchina utilizzano principalmente moduli wireless 2G e 3G per monitorare le macchine remote. Mentre il 2G (GSM) verrà gradualmente eliminato, il 3G sarà ancora attivo.

È ora disponibile un nuovo standard: LTE. Nello specifico, si chiama LTE-M e utilizza una versione ridotta di LTE con una larghezza di banda di 1,4 MHz. Un'altra versione di NB-LTE-M utilizza una larghezza di banda di 200 kHz per funzionare a una velocità inferiore. Tutte queste opzioni saranno in grado di utilizzare le reti LTE esistenti con il software aggiornato. Moduli e chip per LTE-M sono già disponibili, in quanto su dispositivi Sequans Communications.

Uno dei maggiori problemi con l'Internet delle cose è la mancanza di un unico standard. E nel prossimo futuro, molto probabilmente, non apparirà. Forse in futuro ci saranno diversi standard, solo tra quanto?

Le moderne reti wireless possono essere suddivise in tre categorie:

1. Sistemi interagenti.

Per sistemi interagenti si intende, in primo luogo, l'interconnessione di componenti di computer mediante onde radio a corto raggio. Qualsiasi computer è composto da più parti: monitor, tastiera, mouse, stampante... Ognuno di questi dispositivi esterni, come sai, è collegato all'unità di sistema tramite cavi. Diverse aziende, una dopo l'altra, hanno avuto l'idea di creare un sistema wireless Bluetooth progettato per liberare i componenti del computer da cavi e connettori. Usando il Bluetooth, puoi connettere al tuo computer quasi tutti i dispositivi digitali situati vicino all'unità di sistema. Di norma, l'interazione all'interno del sistema è soggetta al principio "master - slave". L'unità di sistema funge da dispositivo master e tutte le altre da slave. È l'unità di sistema che assegna gli indirizzi dei dispositivi, determina i momenti in cui possono "trasmettere", limita il tempo di trasmissione, imposta le gamme di frequenza operativa, ecc.

Le caratteristiche del Bluetooth sono multipoint (cioè non due dispositivi, ma possono essercene diversi sulla rete), non c'è bisogno di linea di vista (perché si utilizzano frequenze dell'ordine di 2,44 GHz), una portata di 10 m .

2. LAN senza fili (LAN).

Nelle reti locali wireless, ogni computer è dotato di un modem radio e di un'antenna, con cui può comunicare con altri computer. A volte c'è un'antenna comune situata sul soffitto e la trasmissione dei dati avviene attraverso di essa, ma se le workstation di rete sono abbastanza vicine, di solito viene utilizzata una configurazione peer-to-peer. Le reti wireless sono sempre più utilizzate nelle aziende e nelle case dove non ha senso utilizzare Ethernet, così come nei vecchi edifici in affitto per uffici, mense, centri direzionali, sale conferenze e altri luoghi. Lo standard di rete wireless più diffuso è IEEE 802.11 o WiFi.

3. Reti WAN (Wireless Wide Area Network).

Un esempio potrebbe essere un sistema di comunicazione cellulare, che in realtà è una rete wireless digitale a bassa capacità. Esistono già tre generazioni di comunicazioni cellulari. Le prime reti cellulari erano analogiche e destinate solo alla trasmissione vocale. La seconda generazione era già digitale, ma solo la voce poteva ancora essere trasmessa. Infine, la moderna terza generazione è digitale ed è diventato possibile trasmettere sia la voce che altri dati. In un certo senso, le reti cellulari sono le stesse delle LAN wireless, la differenza è solo nell'area di copertura e nella velocità di trasmissione inferiore. Se le reti wireless convenzionali possono funzionare a velocità fino a 50 Mbps a una distanza di decine di metri, i sistemi cellulari trasmettono dati a una velocità di 1 Mbps, ma la distanza dalla stazione base a un computer o telefono viene calcolata in chilometri, non metri.

In un sistema di telefonia mobile, un'area geografica di copertura è suddivisa in celle di dimensioni dell'ordine di 10 km. Al centro di ogni cella c'è una stazione base, che comunica con tutti i telefoni nella sua area di copertura. Le stazioni base stesse sono collegate tra loro mediante mezzi di rete standard. In un dato momento, un telefono cellulare si trova logicamente all'interno dell'area di copertura di una cella ed è controllato dalla stazione base di quella cella. Quando un telefono lascia fisicamente la cella, la sua stazione base nota l'indebolimento del segnale e interroga tutte le stazioni circostanti quanto bene possono sentire il segnale di questo telefono. La stazione base trasferisce quindi il controllo di questo telefono alla cella che riceve il segnale più forte da esso, determinando così la cella in cui si è spostato il telefono cellulare. Successivamente, il telefono viene informato del passaggio alla nuova BS e, se in questo momento è in corso una conversazione, al telefono verrà chiesto di passare a un nuovo canale (poiché nelle celle vicine non vengono utilizzati gli stessi canali di frequenza). Questo processo è chiamato trasferimento e richiede circa 300 ms. L'assegnazione dei canali è gestita dall'interruttore del telefono cellulare MTSO, che è il nervo centrale del sistema. Le stazioni base sono solo ripetitori radio. Il trasferimento può essere effettuato in due modi. Con un passaggio graduale, il telefono viene rilevato dalla nuova stazione base prima di lasciare quella vecchia. In questo caso, non si verifica nemmeno una perdita di comunicazione a breve termine. Lo svantaggio di questo metodo è che al momento del passaggio da una BS all'altra, il telefono deve funzionare contemporaneamente su due frequenze. I telefoni di prima e seconda generazione non sanno come farlo. In un duro passaggio di consegne, la vecchia stazione base interrompe la comunicazione con il telefono prima che subentri quella nuova. Se quest'ultimo non riesce a stabilire un contatto con il telefono per un certo tempo (ad esempio per mancanza di frequenze libere), la conversazione potrebbe interrompersi.

Tra le tecnologie di trasmissione dati utilizzate nelle reti cellulari, va segnalata la GPRS. Funziona come componente aggiuntivo di un sistema vocale esistente. Alcuni intervalli di tempo su alcune frequenze sono riservati al traffico di pacchetti e i pacchetti IP possono essere trasmessi in parallelo con la voce. L'altra tecnologia si chiama EDGE ed è un normale GSM (Global System for Mobile Communications) con un numero maggiore di bit per baud.