Tehnologii moderne de rețea fără fir. Tehnologii wireless

Tehnologierețele fără fir

După citirea acestui capitol și finalizarea sarcinilor practice, veți fi capabil să:

Vorbește despre tehnologiile moderne ale rețelelor fără fir;

Descrieți istoria dezvoltării rețelelor fără fir și avantajele acestora;

· descrie tehnologiile de rețele radio;

Spuneți despre rețelele radio 802.11;

· descrie tehnologii alternative de rețea radio (cum ar fi Bluetooth, HiperLAN și HomeRF Shared Wireless Access Protocol);

Discutați despre tehnologiile fără fir care utilizează radiația infraroșie;

Spuneți despre rețelele de microunde;

· Descrieți rețele fără fir folosind sateliți cu orbită terestră joasă (LEO).

Rețelele wireless sunt o tehnologie în curs de dezvoltare care prezintă un mare interes din multe motive. Motivul cel mai evident este că astfel de rețele oferă mobilitate pentru dispozitivele de calcul portabile și portabile, permițând utilizatorului să uite de cabluri. Un alt motiv este că tehnologiile wireless sunt acum mai fiabile și, în unele situații, mai puțin costisitoare de implementat decât rețelele cu fir. Există mai multe alternative media wireless la cablu pentru transmiterea pachetelor de rețea: unde radio, radiații infraroșii (IR) și microunde (microunde). Toate aceste tehnologii transmit semnale prin aer sau în atmosferă, făcându-le o alternativă bună în cazurile în care este dificil sau imposibil de utilizat cablul.

În acest capitol, vă veți familiariza cu multe tipuri de comunicații de rețea fără fir. În primul rând, veți afla ce rețele wireless sunt utilizate în prezent și apoi vă veți familiariza cu un scurt istoric al acestor rețele. t ix beneficii. După o descriere generală a rețelelor care utilizează unde radio, vom vorbi mai detaliat despre standardul comun de rețea fără fir IEEE 802.11. Veți afla, de asemenea, despre tehnologiile alternative de rețea radio: Bluetooth, HiperLAN și HomeRF Shared Wireless Access Protocol, apoi veți descrie tehnologii bazate pe radiații infraroșii împrăștiate care asigură comunicații fără fir relativ sigure și, în final, veți vorbi despre modul în care rețelele folosesc tehnologiile cu microunde bazate pe pe canale terestre și prin satelit (inclusiv rețele de sateliți care orbitează pe scară largă Pământului).

Tehnologii modernerețele fără fir

În prezent, următoarele tehnologii sunt utilizate pentru a crea rețele fără fir:

tehnologii care utilizează unde radio;

tehnologii bazate pe radiații infraroșii;

Tehnologii cu microunde (MW);

· rețele bazate pe sateliți pe orbită terestră joasă (proiect spațial special folosind unde de microunde).

Tehnologiile care utilizează unde radio sunt foarte comune și reprezintă un sector în creștere rapidă al comunicațiilor prin rețea fără fir. Acesta include, de asemenea, standardul de rețea fără fir 802.11, precum și alternative la standardele din industrie, cum ar fi Bluetooth, HiperLAN și NoteShared Wireless Access Protocol (SWAP).

Tehnologiile bazate pe IR nu sunt la fel de comune precum rețelele radio, dar au unele avantaje, deoarece vă permit să creați rețele wireless relativ mai sigure (pentru că semnalul este mai greu de interceptat neobservat). Ambele tehnologii (unde radio și radiații infraroșii) sunt folosite pentru a organiza comunicațiile pe distanțe scurte în cadrul unui birou, clădire sau între clădiri.

Tehnologiile cu microunde (MW) sunt folosite pentru comunicații pe distanțe lungi și pot asigura comunicații în rețea între continente prin sateliți).

Rețelele de sateliti Low Earth Orbit sunt un alt tip de rețea fără fir care ar putea la un moment dat să creeze o „rețea mondială” accesibilă tuturor părților planetei.

Toate aceste tehnologii vor fi discutate în acest capitol. Cu toate acestea, mai întâi ne vom uita la istoria rețelelor wireless și vom afla despre beneficiile acestora.

O scurtă istorie a rețelelor fără firsi virtutile lor

Istoria rețelelor wireless poate fi vizualizată formal și informal. Precursorul informal al rețelelor fără fir este radioul amator, ai cărui operatori primesc licențe de la Comisia Federală de Comunicații (FCC) pentru a transmite semnale vocale, cod Morse, date, satelit și video folosind benzi de radio și microunde. Deși radioul amator este de obicei considerat un hobby, FCC îl consideră o sursă importantă de idei și experiență pentru promovarea comunicațiilor.

Notă

Undele radio și microundele sunt unul dintre intervalele spectrului undelor electromagnetice, care include lumina vizibilă, unde radio, radiații infraroșii, raze X, microunde (microunde) și raze gamma. Toate acestea sunt soiuri de radiații electromagnetice care se propagă în atmosfera Pământului și în spațiu. Are atât proprietățile unei unde, cât și proprietățile unei particule. Informații suplimentare despre spectrul undelor electromagnetice pot fi găsite la

http:// imagina. gsfc. nasa. guvern/ docs/ ştiinţă/ stiu J1/ emspectrum. html șihttp:// imagina. gsfc. nasa. guvern/ docs/ ştiinţă/ stiu J2/ emspectrum. html.

În anii 1980, radioamatorii autorizați au primit permisiunea de la Comisia Federală de Comunicații pentru a transmite date pe mai multe frecvențe radio variind de la 50,1–54,0 MHz (banda inferioară) la 1240–1300 MHz (bandă superioară). Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu aceste frecvențe, deoarece sunt folosite pentru a transmite muzică de către posturile de radio AM și FM. Aceste frecvențe reprezintă doar o mică parte din posibilele frecvențe radio pe care pot fi transmise semnalele. Unitatea de măsură de bază pentru frecvența radio este hertzi (Hz)(Hertz(Hz)). În inginerie, un hertz corespunde unei perioade de tensiune alternativă sau semnal emis pe secundă.

Notă

Frecvențele radio reprezintă o gamă de unde cu o frecvență peste 20 kHz, cu care un semnal electromagnetic poate fi emis în spațiu.

De la introducerea computerului personal de către IBM la începutul anilor 1980, a trecut mult timp de când operatorii de radio amatori au conectat computerele personale în rețea folosind unde radio (de obicei în benzile superioare 902-928 MHz și 1240-1300 MHz). Pentru a face acest lucru, au creat un dispozitiv numit controler de nod terminal (TNC). Acest dispozitiv a fost plasat între computer și transceiver și a servit pentru a converti grăsimea digitală a computerului într-un semnal analogic, amplificat de transceiver și radiat prin antenă. Tehnologia rezultată a fost numită radio de pachete. Descoperit de radioamatorii, faptul că radioul de pachete funcționează bine la frecvențe de 902 MHz și mai sus a fost în curând analizat de companiile care furnizează servicii comerciale de rețele wireless. În 1985, Comisia Federală de Comunicații a autorizat utilizarea comercială în rețelele de calculatoare fără fir la o frecvență pentru aplicații industriale, științifice și medicale (Industrial, ScietfJtitle and Medical, ISM), care poate fi utilizată pentru comunicații publice fără licență de mică putere pe frecvențe fixe ". interval de la 902 MHz la 5,825 GHz. În Telecomunicații în 1996, Congresul a pregătit următoarea etapă în dezvoltarea wireless! comunicații prin stabilirea conceptului de „site (locație) fără fir” și stabilirea unor standarde pentru acesta, precum și prin crearea de stimulente pentru dezvoltarea ulterioară a tehnologiilor de telecomunicații, inclusiv a comunicațiilor fără fir (mai multe informații pot fi găsite la www.fcc.gov/telecom .html ). La scurt timp după aceea, IEEE a creat 802.11 Wireless Standards Group, care a fost responsabil pentru primul standard 802.11, înființat în 1997. În prezent, rețelele wireless sunt dezvoltate și implementate pentru a satisface multe nevoi, inclusiv următoarele:

Implementarea comunicațiilor în zonele în care este dificilă implementarea unei rețele de cablu;

Costuri reduse de implementare

· furnizarea de acces „aleatoriu” acelor utilizatori care nu pot fi legați la o anumită conexiune prin cablu;

· simplificarea procedurii de creare a rețelelor în birouri mici și case;

asigurarea accesului la datele necesare într-o anumită configurație

De ce rețelele de cablu nu pot fi folosite întotdeauna?

În unele situații, este dificil și chiar imposibil să implementați o rețea de cablu. Să luăm în considerare un astfel de scenariu. Două clădiri trebuie să fie conectate printr-o singură rețea, cu toate acestea, o autostradă federală trece între ele. În acest caz, există mai multe modalități de organizare a rețelei. În primul rând, este posibil să săpați un șanț sub autostradă, ceea ce va necesita cheltuieli mari și întreruperi de trafic cauzate de săparea unui șanț, așezarea unui cablu, săparea unui șanț și reconstruirea completă a drumului. În al doilea rând, puteți crea o rețea regională care să lege două clădiri. Clădirile pot fi conectate la liniile T-1 sau la o rețea Ethernet optică regională folosind serviciile unui proprietar de rețea publică sau a unei companii de telefonie locală. În acest caz, costurile vor fi mai mici decât la așezarea unui cablu nou, însă, închirierea liniilor de telecomunicații va necesita deduceri constante. În al treilea rând, puteți implementa o rețea fără fir, care va necesita costuri unice ale echipamentelor, precum și costuri continue de gestionare a rețelei. Cu toate acestea, toate aceste costuri vor fi cel mai probabil cel mai justificate dacă luăm în considerare perioade lungi de timp.

Să luăm în considerare un alt scenariu. Un chiriaș mare de birou trebuie să implementeze o rețea pentru 77 de angajați. Proprietarul localului interzice instalarea unui sistem permanent de cabluri. Această premisă în toate sensurile se potrivește chiriașului, în plus, taxa pentru aceasta este mai mică decât în ​​alte opțiuni alternative. Soluția problemei este crearea unei rețele wireless.

Și în sfârșit, al treilea scenariu. Biblioteca publică este situată într-un loc istoric. Deși biblioteca este deținută de oraș, contracte stricte publice și private împiedică conducerea bibliotecii să obțină permisiunea necesară pentru a pune cablul de rețea. Biblioteca este cu mulți ani în urmă în crearea unui catalog de cărți electronice, deoarece nu poate conecta computerele angajaților săi și biroul de asistență pentru clienții săi. Prin urmare, managementul bibliotecii le poate rezolva problemele prin implementarea unei rețele wireless care le permite să mențină integritatea clădirii și să nu încalce niciun acord.

Economisind bani și timpatunci când utilizați rețele fără fir

Costul și timpul pentru crearea unei rețele fără fir pot fi mai mici decât pentru implementarea unei rețele de cablu. De exemplu, clădirile vechi conțin adesea materiale periculoase, cum ar fi vechile mine de producție, care conțin cantități neglijabile de clor din conducte și azbest. Deoarece minele nu sunt folosite, ele pot fi pur și simplu zidate. Sau puteți începe un program costisitor de îndepărtare a materialelor periculoase, astfel încât aceste puțuri să poată fi folosite pentru a așeza cablul de rețea. Într-o astfel de situație, este mult mai ieftin să tapiți minele și să instalați o rețea fără fir în loc de un cablu.

Luați în considerare cazul în care o singură universitate avea nevoie de o rețea funcțională, deoarece a fost investită foarte mult în dezvoltarea ei. Universitatea a invitat o companie scumpă de consultanță care a oferit

cinci persoane pentru proiect și a creat 18 noi locuri de muncă. Cu câteva zile înainte de începerea lucrărilor, conducerea universității și-a dat seama că nu există conexiuni la rețea pentru noii angajați și consultanți. Pozarea cablurilor noi este costisitoare și imposibilă în următoarele câteva luni, deoarece departamentul de IT al universității este deja suprasolicitat. Soluția se găsește sub forma unei rețele wireless care poate fi implementată în timp record.

Acces nelimitat la rețea

Unii utilizatori de computere au nevoie de acces la rețea de aproape oriunde. Luați în considerare, de exemplu, un depozit mare de piese auto care trebuie să fie auditat în mod regulat folosind măsuri SN coduri de bare conectate la rețea. O rețea fără fir oferă utilizatorilor unor astfel de scanere acces nelimitat, deoarece utilizatorii nu sunt legați de conexiuni prin cablu. Ca un alt exemplu, un medic dintr-un spital poate transporta un mic computer portabil cu un adaptor wireless care poate fi folosit pentru a actualiza dosarele medicale, pentru a scrie recomandări pentru teste sau pentru a organiza îngrijirea pacientului.

Simplificarea rețelelor pentru începători

În domeniul computerizării birourilor mici sau de acasă, o rețea fără fir este cap și umeri deasupra cablajului. Rețelele unor astfel de birouri pot fi destul de nesatisfăcătoare, deoarece de obicei sunt înființate de neprofesioniști. Ca rezultat, poate fi selectat tipul greșit de cablu. Cablul poate trece pe lângă surse de interferență radio și radiații electromagnetice sau poate fi deteriorat (de exemplu, trecând pe sub un scaun, o masă sau într-o ușă). Prin urmare, utilizatorul unui astfel de birou își poate petrece timpul în mod neproductiv căutând inoperabilitatea rețelei. Într-o astfel de situație, rețeaua wireless poate fi mai ușor de configurat și de operat. De regulă, în multe magazine online de calculatoare, utilizatorii de birouri mici și de acasă sunt întrebați dacă ar dori să achiziționeze dispozitive fără fir pentru conectarea în rețea între computerele achiziționate.

Avantajul rețelelor wireless pentru această clasă de utilizatori este că în prezent costul dispozitivelor wireless este destul de moderat. Rețeaua fără fir, combinată cu capacitatea de a atribui automat adrese IP în sistemele Windows 2000 și Windows XP, vă permite să creați o rețea de acasă completă, cu puțină sau deloc experiență.

Îmbunătățirea accesului la date

Rețelele wireless oferă îmbunătățiri semnificative în accesul la anumite tipuri de date și aplicații. Luați în considerare, de exemplu, o universitate mare care angajează zece auditori cu normă întreagă care vizitează mai multe departamente (și site-uri) în fiecare zi și au nevoie de acces la datele financiare, rapoartele și alte informații disponibile în aceste departamente. Cu un computer portabil echipat cu un adaptor de rețea wireless, auditorul se poate deplasa cu ușurință între site-uri și are acces constant la orice documente financiare. Ca un alt exemplu, luați în considerare un inginer chimist care lucrează în diferite puncte dintr-o fabrică chimică. La un moment dat, el poate observa datele în timpul unei reacții a ciclului de producție. La un alt moment, poate avea nevoie de o nomenclatură chimică pentru a se asigura că are ingredientele de care are nevoie pentru a rula un alt proces de fabricație. La al treilea punct, acest inginer poate accesa biblioteca de cercetare online a companiei. Accesul wireless îi va permite să facă față cu ușurință tuturor sarcinilor de mai sus.

Organizații care sprijină tehnologiarețele fără fir

Există mai multe organizații implicate în promovarea rețelelor wireless. O astfel de organizație, care este o sursă valoroasă de informații despre rețelele fără fir, este Fără fir LAN Asociere (WLANA). Această asociație este formată din producători de dispozitive de rețea fără fir, precum și companii și organizații interesate, inclusiv Alvarion, Cisco Systems, ELAN, Intermec, Intersil, Raylink și Wireless Central. Finalizați Practica 9-1 și familiarizați-vă cu situațiile în care puteți utiliza rețele LAN fără fir, precum și resursele de informații oferite de asociația WLANA.

WINLAB (Wireless Information Network Laboratory) este un centru de cercetare a rețelelor wireless de la Universitatea Rutgers, susținut de mai multe universități. WINLAB este sponsorizat de Fundația Națională pentru Știință și funcționează din 1989. În practica 9-2, veți afla despre cele mai recente cercetări efectuate de WINLAB.

Tehnologii de rețele radio

Datele din rețea sunt transmise folosind unde radio, similar modului în care transmite un post de radio local, dar aplicațiile de rețea folosesc unde radio.

frecvente mult mai mari. De exemplu, un post de radio local AM (undă medie și lungă) poate difuza pe 1290 kHz, deoarece intervalul de frecvență pentru transmisia AM este de 535-1605 kHz. Intervalul de frecvență pentru transmisia FM (VHF) are limite de 88-108 MHz. În SUA, semnalele de rețea sunt transmise la frecvențe mai mari în intervalele 902-928 MHz, 2,4-2,4835 GHz sau 5-5,825 GHz.

Notă

Fiecare dintre intervalele de frecvență menționate mai este denumit bandă: bandă de 902 MHz, bandă de 2,4 GHz și bandă de 5 GHz. Banda de 902 MHz este utilizată în principal în dispozitivele fără fir mai vechi, nestandardizate și nu este discutată mai departe în această carte.

În rețelele radio, semnalul este transmis în una sau mai multe direcții, în funcție de tipul de antenă utilizat. În exemplul prezentat în fig. 9.1, semnalul este direcțional deoarece este transmis de la o antenă situată pe o clădire la o antenă situată pe o altă clădire. Valul are o lungime foarte scurtă și o putere redusă (cu excepția cazului în care transportatorul are o licență specială de la Comisia Federală de Comunicații pentru comunicații cu mai mulți wați), adică este cel mai potrivit pentru transmisie în raza vizuală(transmisie cu linie de vedere) cu o rază scurtă de acțiune.

În transmisia directă, semnalul călătorește dintr-un punct în altul, urmând curbura Pământului, mai degrabă decât să sară în atmosferă de-a lungul țărilor și continentelor. Dezavantajul acestui tip de transmisie este prezența obstacolelor sub formă de cote mari pe suprafața Pământului (de exemplu, dealuri și munți). Un semnal radio de putere redusă (1-10 W) poate transmite date la viteze de la 1 la 54 Mbps și chiar mai mari.

Pentru a transmite pachete în echipamentele de rețea radio fără fir, tehnologia cu spectru extins este cel mai des utilizată, atunci când una sau mai multe frecvențe adiacente sunt folosite pentru a transmite un semnal cu o lățime de bandă mai mare. Spațiul de spectru extins este foarte mare: 902-928 MHz și mult mai mare. Comunicațiile cu spectru extins oferă de obicei rate de date de 1-54 Mbps.

Comunicarea folosind unde radio economisește bani în cazurile în care este dificil sau foarte costisitor să poșezi un cablu. Rețelele radio sunt utile în special atunci când sunt utilizate computere portabile care se mișcă frecvent. În comparație cu alte tehnologii fără fir, rețelele radio sunt relativ ieftine și ușor de instalat.

Utilizarea undelor radio în comunicații are mai multe dezavantaje. Multe rețele transmit date cu o viteză de 100 Mbps sau mai mare pentru a organiza comunicații de mare viteză atunci când trimit trafic mare (inclusiv fișiere mari). Rețelele radio nu sunt încă capabile să furnizeze comunicații la o asemenea viteză. Un alt dezavantaj este că unele frecvențe fără fir sunt partajate între operatorii de radio amatori, operatorii de rețele militare și celulare, rezultând interferențe din diverse surse pe aceste frecvențe. Obstacolele naturale (cum ar fi dealurile) pot reduce sau distorsiona semnalul transmis.

Una dintre principalele tehnologii de rețea radio este descrisă de standardul IEEE 802.11. Sunt utilizate și alte tehnologii, inclusiv Bluetooth, HiperLAN și HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP). Toate aceste tehnologii vor fi discutate în următoarele secțiuni ale acestui capitol.

Rețele radio IEEE 802.11

Pentru implementarea comunicațiilor fără fir sunt utilizate diferite tipuri de rețele radio, totuși, în ceea ce privește compatibilitatea și fiabilitatea, standardul IEEE 802.11 are avantaje semnificative. Mulți utilizatori fără fir folosesc dispozitive care respectă acest standard, deoarece astfel de dispozitive nu implică comunicații nestandardizate (în special în intervalul scăzut și lent de 902-928 MHz tipic pentru dispozitivele wireless mai vechi) și dispozitivele standard 802.11 lansate de diferiți producători sunt interschimbabile. Astfel de dispozitive urmează un standard deschis, astfel încât diferite modele pot interopera unele cu altele și este mai ușor să implementați noi funcții wireless în ele. Prin urmare, este important ca un proiectant de rețea fără fir să înțeleagă standardul IEEE 802.11 și principiile de funcționare a dispozitivelor care respectă acest standard.

Standardul IEEE 802.11 este cunoscut și sub denumirea de Standardul IEEE pentru Specificațiile de Acces Wireless LANledium (MAC) și Stratul fizic (PHY). Acest standard se aplică stațiilor fixe și mobile pentru comunicații fără fir. O stație staționară este o stație care nu se mișcă; o stație mobilă este o stație care se poate mișca rapid sau încet, ca o persoană care merge.

Standardul 802.11 prevede două tipuri de comunicații. Primul tip este comunicarea sincronă, când datele sunt transmise în blocuri separate, începutul cărora este marcat de un bit de început, iar sfârșitul de un bit de oprire. Al doilea tip include comunicațiile care se desfășoară într-un anumit interval de timp, atunci când semnalului i se dă unul anume pentru a ajunge la destinație, iar dacă semnalul nu se potrivește I > acel timp, atunci este considerat pierdut sau distorsionat. Constrângerile de timp fac ca standardul 802.11 să fie similar cu standardul 803.11, în care semnalul trebuie să ajungă și la un anumit nod țintă într-un timp specificat. Standardul 802.11 oferă suport pentru serviciile de management al rețelei (de exemplu, protocolul SNMP). De asemenea, este furnizată autentificarea în rețea, standardul 802.11 se concentrează pe utilizarea straturilor de legătură de date și fizice ale modelului OSI. Substraturile MAC și LLC ale stratului de legătură definesc standarde pentru metoda de acces (care va fi discutată mai târziu în acest capitol), adresare și metode de verificare a datelor folosind sume de control (CRC). La nivelul fizic, standardul 802.11 a definit ratele de date la frecvențe date. Tehnici (de exemplu, tehnologii cu spectru împrăștiat) sunt de asemenea avute în vedere pentru transmiterea semnalelor digitale folosind unde radio și radiații infraroșii.

Din punct de vedere al mediului de lucru, standardul 802.11 distinge între comunicațiile wireless de interior (cameră) și de exterior (narubi). Comunicațiile în cameră pot fi efectuate, de exemplu, într-o clădire de birouri, o zonă industrială, un magazin sau o casă privată (adică oriunde nu se extind dincolo de o singură clădire). Comunicațiile în aer liber pot fi efectuate în cadrul unui campus universitar, teren de sport sau parcare (adică, unde informațiile sunt transmise între clădiri). În continuare, vă veți familiariza cu următoarele aspecte legate de funcționarea rețelelor wireless 802.11:

· componente wireless utilizate în rețelele IEEE 802.11;

metode de acces în rețelele fără fir;

metode de detectare a erorilor în transmiterea datelor;

viteze de comunicare utilizate în rețelele IEEE 802.11;

metode de asigurare a securității;

utilizarea autentificării atunci când conexiunea este întreruptă;

Topologii ale rețelelor IEEE 802.11;

Utilizarea rețelelor locale fără fir cu mai multe celule.

Componente de rețea fără fir

Trei componente principale sunt de obicei implicate în implementarea comunicațiilor fără fir: o placă care îndeplinește funcțiile de receptor și transmițător (emițător-receptor), un punct de acces și antene.

Placa transceiver este numită adaptor de rețea fără fir(NIC fără fir, WNIC), care operează la straturile Physical și Link ale modelului OSI. Cele mai multe dintre aceste adaptoare sunt compatibile cu specificațiile de interfață de rețea, NDIS (Microsoft) și Open Datalink Interface, ODI (Novell). După cum știți deja de la capitolul 5, ambele aceste specificații permit transmiterea mai multor protocoale printr-o rețea și sunt utilizate pentru a comunica un computer și sistemul său de operare cu un adaptor WNIC.

Acces Tonka(punctul de acces) este un dispozitiv conectat la o rețea prin cablu și oferă transmisie wireless de date între adaptoarele WNIC și această rețea. După cum se precizează în capitolul 4, punctul de acces este de obicei un pod. Poate avea una sau mai multe interfețe de rețea de tipurile enumerate mai jos, permițându-i să fie conectat la o rețea prin cablu:

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

Sfat

În prezent, unii furnizori de rețele wireless oferă puncte de acces cu capabilități de router.

Antenă Un dispozitiv care trimite (emite) și primește unde radio. Atât WNIC-urile, cât și punctele de acces sunt echipate cu antene. Majoritatea antenelor de rețea fără fir sunt fie direcționale, fie omnidirecționale.

Sfat

Când cumpărați dispozitive 802.11, verificați dacă acestea sunt certificate de Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), care este un membru a peste 150 de companii de dispozitive fără fir. Mai multe informații despre această uniune găsiți pe site www. wi- fi. com.

Antenă direcțională

O antenă direcțională trimite fascicule radio într-o direcție principală și, de obicei, poate amplifica semnalul radiat într-o măsură mai mare decât o antenă omnidirecțională. Se numește cantitatea de amplificare a semnalului emis câştig(câştig). În rețelele fără fir, antenele direcționale sunt utilizate în mod obișnuit pentru a transmite unde radio între antene situate pe două clădiri și conectate la puncte de acces (Fig. 9.2) în această configurație, o antenă direcțională transmite pe distanțe mai mari în comparație cu o antenă omnidirecțională, deoarece este probabil pentru a radia un semnal mai puternic (castig mare) intr-o directie. Având în vedere fig. 9.2, acordați atenție faptului că, de fapt, antena radiază un semnal nu numai într-o direcție, deoarece o parte a semnalului este împrăștiată în lateral.

Notă

Pentru a vă familiariza cu componentele rețelelor fără fir, finalizați Practica 9-3. În plus, Practica 9-4 și Practica 9-5 vă arată cum să instalați un adaptor WNIC pe sistemele Windows 2000 și Windows XP Professional. În practica 9-6, veți învăța cum să instalați un adaptor acolo pe un sistem Red Hat Linux. 7. X.

Antenă omnidirecțională

O antenă omnidirecțională radiază unde radio în toate direcțiile. Deoarece semnalul se împrăștie mai mult decât cu o antenă direcțională, probabil că va avea un câștig mai mic. În rețelele fără fir, antenele omnidirecționale sunt adesea folosite în rețelele interioare în care utilizatorii se mișcă constant, iar semnalele trebuie transmise și primite în toate direcțiile. În plus, aceste rețele, în general, nu trebuie să aibă câștiguri de semnal la fel de mari ca și rețelele exterioare, deoarece distanțele dintre dispozitivele wireless de interior sunt mult mai scurte. Pe fig. Figura 9.3 prezintă o rețea fără fir care utilizează antene omnidirecționale.

Orez. 9.3. Antene omnidirecționale

Un adaptor WNIC pentru dispozitive portabile (cum ar fi laptop-uri, PDA-uri și tablete) poate fi echipat cu o antenă omnidirecțională cu circuit mic. Un punct de acces pentru o rețea locală de cameră poate avea o antenă omnidirecțională detașabilă sau o antenă conectată la punctul de acces cu un cablu. Un punct de acces pentru o rețea exterioară care conectează două clădiri are de obicei o antenă cu câștig mare care este conectată la punctul de acces printr-un cablu.

Metode de acces wireless

Standardul 802.11 oferă două metode de acces: acces prioritar și acces multiplu de detectare a transportatorului cu evitarea coliziunilor. Ambele metode funcționează la stratul Link.

Folosind accesul în ordinea priorităților(punctul de acces bazat pe prioritate acționează și ca un coordonator de punct, care stabilește perioada fără apariția conflictelor, în care stațiile) (pe lângă coordonatorul însuși) nu pot transmite fără a contacta mai întâi coordonatorul. În această perioadă, coordonatorul sondajează pe rând posturile. Dacă o stație trimite un pachet scurt care indică faptul că trebuie interogat deoarece are de trimis un mesaj, coordonatorul punctului pune acea stație cu lista de sondare. Dacă o stație nu este interogata, coordonatorul îi trimite un cadru de semnal care indică cât timp trebuie să aștepte înainte de începerea următoarei perioade fără conflicte. Acest post, inclus în chestionar, primește alternativ dreptul de a comunica. Când toate aceste posturi au reușit să transmită date, se stabilește imediat următoarea perioadă fără apariția conflictelor, timp în care coordonatorul sondajează din nou postul, determinând dacă posturile care așteaptă ocazia de a transmite trebuie incluse în lista de votare.

Accesul prioritar este destinat comunicațiilor care necesită întârzieri reduse în transferul de informații. Aceste tipuri de comunicații includ, de obicei, conferințe vocale, video și video, care sunt aplicații care funcționează cel mai bine continuu. Conform standardului 802.11, accesul într-un rând prioritar este numit și funcția de coordonare a punctelor

Utilizat în mod obișnuit în rețelele fără fir acces multiplu cu controlpurtător și prevenirea conflictelor(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA / CA), care se mai numește funcţii de coordonare distribuite(funcția de coordonare distribuită). În acest caz, stația care așteaptă o oportunitate de transmisie ascultă frecvența de comunicare și își determină gradul de ocupare prin verificarea nivelului indicatorului de putere a semnalului din receptor (Indicatorul de putere a semnalului receptorului, RSSI). În al 14-lea moment, când frecvența de transmisie este liberă, cele mai probabile conflicte sunt între două stații care doresc să înceapă să transmită în același timp. De îndată ce frecvența de transmisie este eliberată! fiecare stație așteaptă câteva secunde (al căror număr este determinat de parametrul DIPS) pentru a se asigura că frecvența rămâne inactivă. DIFS este o abreviere pentru termenul Distributed coordination function "s In-tra-Frame Space (interval între cadre ale funcției de coordonare distribuită), care definește un timp de așteptare obligatoriu prestabilit (întârziere).

Dacă stațiile așteaptă timpul specificat de intervalul DIFS, șansa de coliziune între stații este redusă, deoarece pentru fiecare stație care necesită transmisie se calculează o valoare diferită de întârziere (backoff), după care stația va verifica din nou dacă frecvența de transmisie este ocupată. . Dacă frecvența rămâne inactivă, atunci stația cu timpul minim de retragere începe transmisia. Dacă frecvența este ocupată, atunci stația care necesită transmisie așteaptă până când frecvența este liberă, după care rămâne inactivă pentru timpul de retragere deja calculat.

La determinarea timpului de întârziere, durata unui interval de timp predeterminat este înmulțită cu un număr aleatoriu. Un interval de timp este o valoare stocată în baza de informații de management (MIB) deținută de fiecare stație. Valoarea numărului aleatoriu variază de la zero la valoarea mărimii maxime a ferestrei de conflict, care este, de asemenea, stocată în baza de informații de control a stației. Astfel, este definit un timp unic de retragere pentru fiecare stație care așteaptă să transmită, ceea ce permite stațiilor să evite coliziunile.

Gestionarea erorilor de transmisie

Comunicațiile fără fir sunt afectate de vreme, lumina soarelui, alte comunicații fără fir, obstacole naturale și alte surse de interferență. Toate aceste interferențe pot perturba recepția cu succes a datelor. Standardul 802.11 prevede cerere automată pentrurepetiţie(cerere de repetare automată, ARQ), care vă permite să luați în considerare posibilitatea unor erori de transmisie.

Dacă, atunci când se utilizează cereri ARQ, stația care a trimis pachetul nu primește o confirmare (ACK) de la stația țintă, atunci retransmite automat pachetul. Numărul de încercări efectuate de stația de transmisie înainte de a determina că un pachet nu poate fi livrat depinde de dimensiunea pachetului. Fiecare stație stochează două valori: dimensiunea maximă a rafală scurtă și dimensiunea rafală lungă. În plus, există doi parametri suplimentari: numărul de încercări pentru trimiterea unui pachet scurt și numărul de încercări pentru un pachet lung. Analiza tuturor acestor valori permite stației să decidă cu privire la terminarea retransmisiilor unui anumit pachet.

Ca exemplu de tratare a erorilor folosind cereri ARQ, luați în considerare o stație pentru care un pachet scurt are o lungime maximă de 776 de octeți, iar numărul de reîncercări pentru un pachet scurt este de 10. Să presupunem că stația transmite un pachet de 608 de octeți, dar nu primește o confirmare de la postul de recepție. În acest caz, stația de transmisie va retransmite acest pachet de 10 ori în absența unei confirmări. După 10 încercări eșuate (adică fără a primi o confirmare), stația va opri transmiterea acestui pachet.

Rate de transfer

Ratele de transmisie și frecvențele corespunzătoare ale rețelelor 802.11 sunt definite de două standarde: 802.11a și 802.1111b. Vitezele de comunicare specificate în aceste standarde se referă la Stratul fizic al modelului OSI.

Pentru rețelele fără fir care operează în banda de 5 GHz, standardul 802.11 prevede următoarele rate de date:

· 6 Mbps;

· 24 Mbps;

· 9 Mbps;

· 36 Mbps; "

· 12 Mbps;

· 48 Mbps;

18 Mbps;

· 54 Mbps.

Notă

Toate dispozitivele compatibile cu 802.11a trebuie să accepte 6, 12 și 24 Mbps. Standardul 802. Pa este implementat la nivelul fizic al modelului OSI și pentru transmiterea semnalelor informaționale folosind unde radio prevede utilizarea multiplexarea ortogonală a canalelor separatefrecvență(Multiplexarea prin diviziune ortogonală în frecvență, OFDM). Această metodă de multiplexare împarte banda de frecvență de 5 GHz în 52 de subpurtători (52 de subcanale). Datele sunt împărțite între acești subpurtători și transmise simultan pe toți cei 52 de subpurtători. Astfel de transferuri se numesc paralele. Patru subpurtători sunt utilizați pentru controlul comunicațiilor și 48 transportă date. Standardul 802.11b este utilizat în banda de frecvență de 2,4 GHz și oferă următoarele viteze de comunicare: "

· 1 Mbps;

10 Mbps;

· 2 Mbps;

11 Mbps.

Notă

La momentul redactării acestui articol, o extensie la 802.11b, numită 802.11d, era în așteptarea aprobării.Standardul 802.11d permite transmiterea datelor în banda de 2,4 GHz la viteze de până la 54 Mbps.

Utilizează standardul 802.11b modulare directă a secvențeiși spectru răspândit(Direct Sequence spread spectrum modulation, DSSS), care este o metodă de transmitere a semnalelor informaționale folosind unde radio și aparține stratului fizic. Cu modulația DSSS, datele sunt distribuite pe mai multe canale (până la 14 în total), fiecare dintre acestea ocupând o lățime de bandă de 22 MHz. Numărul exact de canale și frecvențele acestora depind de țara în care se fac comunicațiile. Canada și SUA folosesc 11 canale pe banda de 2,4 GHz. În Europa, numărul de canale este de 13, cu excepția Franței, unde sunt folosite doar 4 canale. Semnalul de informare este transmis unul câte unul către canale și amplificat la valori suficiente pentru a depăși nivelul de interferență.

La momentul scrierii acestui articol, 802.11a oferă viteze mai mari decât 802.11b. Cu toate acestea, creșterea vitezei vine în detrimentul distanțelor de lucru reduse. În prezent, dispozitivele 802.11a pot transmite date până la 18 m, în timp ce dispozitivele 802.11b pot funcționa la distanțe de până la 90 m. dispozitivele, va trebui să achiziționați mai multe puncte de acces.

Pe lângă viteză, avantajul standardului 802.Pa este că gama totală de frecvențe disponibile pentru acesta în banda de 0,825 GHz este aproape de două ori mai mare decât gama de frecvență a benzii de 0,4835 GHz pentru standardul 802.11b. Aceasta înseamnă că pot fi transmise mult mai multe date în timpul difuzării, deoarece cu cât intervalul de frecvență este mai larg, cu atât sunt mai multe canale de informații prin care sunt transmise datele binare.

Pentru aplicațiile care necesită mai multă lățime de bandă (cum ar fi voce și video), plănuiți să utilizați dispozitive 802. Pa. De asemenea, luați în considerare utilizarea unor astfel de dispozitive în situațiile în care există un număr mare de utilizatori într-o zonă mică (cum ar fi un laborator de calculatoare). Lățimea de bandă mai mare va permite tuturor clienților de rețea să funcționeze mai bine și mai rapid.

Domeniul de aplicare al dispozitivelor 802.11b acoperă acele configurații în care prezența lățimii de bandă mari nu este atât de importantă (de exemplu, pentru comunicațiile concepute în principal pentru transferuri de date). În plus, 802.11b este foarte potrivit pentru proiecte cu buget redus, deoarece necesită mai puține puncte de acces decât 802.11a. Acest lucru se datorează faptului că standardul 802.11a oferă o zonă de lucru mai largă (până la 90 m față de 18 m permisă de standardul 802.11a). În prezent, standardul 802.11b este utilizat mai des decât 802.11a, deoarece rețelele bazate pe acesta sunt mai ieftin de implementat, iar gama de dispozitive destinate acestuia este mai larg reprezentată pe piață (a cărui lansare, de altfel, a fost lansată anterior). ). Caracteristicile standardelor 802.11a și 802.11b sunt prezentate în tabel. 9.1.

Tabelul 9.1. Caracteristicile standardelor 802.11a și 802.11b

	802.11 a	802.11b
Frecventa de operare
Viteze de operare (pas de bandăcania)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps	1, 2, 10, 11 Mbps
Metoda comunicăriicationi	Multiplexare cu spectru răspândit cu diviziune ortogonală de frecvență (OFDM)	Modulație directă în secvență cu spectru extins (Direct Sequence Modulation DSSS)
Distanța maximă de lucru în prezent
Cost realțiuni	Relativ ridicat datorită necesității de puncte de acces suplimentare	Relativ scăzut datorită utilizării unui număr mic de puncte de acces

metode de securitate,

Securitatea este la fel de importantă în rețelele wireless ca și în rețelele cu fir. Standardul 802.11 oferă două mecanisme de securitate: autentificarea sistemelor deschise și autentificarea cu cheie partajată. Când utilizați autentificarea în sistem deschis, oricare două stații se pot autentifica reciproc. Stația de transmisie pur și simplu trimite o cerere către stația țintă sau punctul de acces: pentru autentificare. Dacă stația țintă confirmă cererea, înseamnă că autentificarea este completă. Această metodă de autentificare nu oferă suficientă securitate și ar trebui să știți că dispozitivele de la mulți producători o folosesc în mod implicit.

Oferă o protecție mult mai bună autentificarea cu cheie partajată(autentificare cu cheie partajată), deoarece implementează Cablat Echivalent Privid (WEP). Cu acest mecanism de securitate, două stații (de exemplu, un adaptor WNIC și un punct de acces) funcționează cu aceeași cheie de criptare generată de serviciile WEP. Cheia de criptare WEP este o cheie de 40 de biți sau 104 de biți cu adăugarea unei sume de control și a informațiilor de bază, rezultând o lungime totală a cheii de 64 sau 104 de biți.

Cu cheie partajată și autentificare WEP, o stație o contactează pe cealaltă cu o cerere de autentificare. A doua stație trimite înapoi o solicitare specială de text. Prima stație îl criptează cu cheia de criptare WEP și trimite textul cifrat la cea de-a doua stație, care îl decriptează folosind aceeași cheie WEP și compară textul primit cu cererea text trimisă inițial. Dacă ambele texte se potrivesc, a doua stație îl autentifică pe primul și comunicațiile continuă.

Folosind autentificarea la deconectare

O altă funcție de autentificare este de a încheia conexiunea după încheierea sesiunii de comunicare. Procesul de autentificare atunci când conexiunea este întreruptă este important deoarece două stații care interacționează nu pot fi deconectate accidental de o altă stație, neautentificată. Conexiunea dintre două stații este întreruptă dacă una dintre ele trimite o notificare de eșec de autentificare. În acest caz, comunicările sunt imediat întrerupte.

Topologii de rețeaIEEE 802.11

Standardul 802.11 prevede două topologii principale. Cel mai simplu este topologie cu un set de servicii subiacente independente(Topologie Independent Basic Service Set (IBSS)) format din două sau mai multe stații fără fir care pot comunica între ele. Acest tip de rețea este oarecum imprevizibil, deoarece noi stații apar adesea pe neașteptate. Topologia IBSS este formată din comunicații arbitrare peer-to-peer (peer-to-peer) între adaptoarele WNIC ale computerelor individuale (Figura 9.4).

Comparativ cu topologia IBSS, topologie de set extins(Topologia setului de servicii extinse (ESS)) are o zonă mare de servicii deoarece are unul sau mai multe puncte de acces. Pe baza topologiei ESS, puteți crea o rețea mică, medie sau mare și este semnificativ! extinde aria comunicațiilor fără fir. Topologia ESS este prezentată în fig. 9.5.

Dacă utilizați dispozitive compatibile 802.11, este ușor să convertiți o rețea și o topologie IBSS într-o rețea cu topologie ESS. Cu toate acestea, rețelele cu topologii diferite nu ar trebui să fie situate în apropiere, deoarece comunicațiile IBSS peer-to-peer se comportă instabil în prezența punctelor de acces utilizate într-o rețea ESS. Comunicațiile în rețeaua ESS pot fi, de asemenea, întrerupte. "

Sfat

Pentru mai multe informații despre standardul IEEE 802.11, vizitați site-ul web IEEE la www. ieee. org. O copie completă a acestui standard poate fi comandată de pe acest site.

Rețele LAN fără fir cu mai multe celule

Când două sau mai multe puncte de acces sunt utilizate într-o rețea bazată pe ESS, o astfel de rețea devine local wireless cu mai multe celulereţea(LAN fără fir cu mai multe celule). Se numește regiunea de difuzare din jurul unui punct dintr-o astfel de topologie celulă(celula). Dacă, de exemplu, o rețea interioară din interiorul unei clădiri are cinci puncte de acces, atunci această rețea are cinci celule. De asemenea, dacă toate cele cinci celule sunt configurate la fel (au aceeași frecvență de operare, aceeași viteză de transmisie și setări de securitate comune), atunci un computer personal sau un dispozitiv portabil echipat cu un adaptor WNIC poate fi mutat de la o celulă la alta. Acest proces se numește roaming(roaming).

Ca exemplu de roaming într-o topologie ESS fără fir, luați în considerare un departament universitar care are instalată o rețea fără fir care are cinci puncte de acces asociate cu numerele de celule I până la V.1 Celula I poate aparține unei biblioteci. Celulele II și III pot acoperi aria birourilor didactice. Celula IV poate fi amplasată în biroul administrativ, iar celula V poate fi amplasată în laboratorul didactic. Dacă toate celulele sunt configurate la fel, orice student, facultate sau angajat de birou poate muta un laptop echipat cu un adaptor WNIC de la o celulă la alta menținând în același timp accesul la rețeaua facultății. Deși standardul 802.11 nu oferă o specificație pentru un protocol de roaming, producătorii de dispozitive fără fir au dezvoltat un astfel de protocol numit Inter- Acces punct Protocol (IAPP), care în principiu îndeplinește acest standard. Protocolul IAPP permite unei stații mobile să se deplaseze între celule fără a pierde conectivitatea la rețea. Pentru a furniza comunicații cu roaming IAPP, încapsulăm protocoalele UDP și IP.

Notă

După cum știți deja de la capitolul 6, Protocolul de datagramă utilizator (UDP) este un protocol fără conexiune care poate fi utilizat împreună cu IP în loc de TCP, care este un protocol orientat spre conexiune.

Protocolul IAPP permite punctelor de acces existente să fie notificate atunci când un dispozitiv nou este conectat la rețea și, de asemenea, permite punctelor de acces adiacente să facă schimb de informații de configurare între ele. În plus, protocolul oferă un punct de acces care comunică cu o stație mobilă cu capacitatea de a trimite automat informații despre conexiunea originală (inclusiv orice date care așteaptă să fie trimise la alt punct de acces în cazurile în care stația mobilă se mută din celula deservită de către primul punct de acces la celulă, asociat cu cel de-al doilea punct de acces.

Tehnologii alternative de rețea radio

Cele mai comune tehnologii de comunicare care utilizează unde radio includ următoarele alternative la standardul IEEE 802.11:

· HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP).

Fiecare tehnologie listată este o specificație pentru rețelele fără fir și este acceptată de anumiți producători. Toate aceste tehnologii sunt discutate în secțiunile următoare.

Bluetooth

Bluetooth – este o tehnologie fără fir descrisă de Grupul de interes special Bluetooth. Această tehnologie a atras atenția producătorilor precum 3Com, Agere, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia și Toshiba. Utilizează saltul de frecvență în banda de 2,4 GHz (2,4-2,4835 GHz) desemnată de FCC pentru comunicațiile ISM fără licență2. Metoda saltului de frecvență implică schimbarea frecvenței purtătoarei (este selectată una din cele 79 de frecvențe) pentru fiecare pachet transmis. Avantajul acestei metode este de a reduce probabilitatea interferențelor reciproce în cazurile de funcționare simultană a mai multor dispozitive.

Atunci când se utilizează comunicații cu mai mulți wați, tehnologia Bluetooth oferă transmisie de date pe distanțe de până la 100 m, dar, în practică, majoritatea dispozitivelor Bluetooth funcționează la distanțe de până la 9 m. De obicei se folosesc comunicații asincrone la 57,6 sau 721 Kbps. Dispozitivele Bluetooth care oferă comunicații sincrone funcționează la 432,6 kbps, dar aceste dispozitive sunt mai puțin frecvente.

Tehnologia Bluetooth folosește transmisie duplex cu diviziune în timpcanalizarea(time division duplexing, TDD), în care pachetele sunt transmise în direcții opuse folosind intervale de timp. Un ciclu de transmisie poate cuprinde până la cinci intervale de timp diferite, astfel încât pachetele pot fi trimise și primite în același timp. Acest proces seamănă cu comunicațiile duplex. Până la șapte dispozitive Bluetooth pot comunica în același timp (unii producători susțin că tehnologia lor permite conectarea a opt dispozitive, dar aceasta nu respectă specificațiile). Când dispozitivele fac schimb de informații, unul dintre ele este selectat automat ca master. Acest dispozitiv definește funcțiile de control (de exemplu, sincronizarea intervalului de timp și controlul redirecționării). În toate celelalte aspecte, comunicațiile Bluetooth seamănă cu o rețea peer-to-peer.

Sfat

Pentru a afla mai multe despre tehnologia Bluetooth, vizitați site-ul oficial la www. Bluetooth. com. Completați Practica 9-7, care vă prezintă site-ul web Bluetooth, care descrie aplicațiile Blue-tooth pentru comunicații fără fir cu acces universal.

HiperLAN

Tehnologie HiperLAN a fost dezvoltat în Europa și are în prezent o a doua versiune numită HiperLAN2. Această tehnologie folosește banda de 5 GHz și oferă rate de date de până la 54 Mbps. Pe lângă viteză, avantajul lui HiperLAN2 este compatibilitatea cu comunicațiile Ethernet și ATM.

Tehnologia HiperLAN2 acceptă Date Criptare standard (DES) – un standard de criptare a datelor dezvoltat de Institutul Național pentru Standarde și Tehnologie (NIST) și ANSI. Utilizează o cheie publică (publică) de criptare, disponibilă pentru vizualizare de către toate stațiile din rețea, precum și una privată. cheie (privată) alocată numai stațiilor de transmisie și recepție. Ambele chei sunt necesare pentru a decripta datele.

Tehnologia HiperLAN2 asigură calitatea serviciului (QoS) oferind un nivel garantat de comunicare pentru diferite clase de servicii (de exemplu, voce sau video). Acest lucru este posibil datorită faptului că punctele de acces gestionează central wireless wireless! comunicații și planificați toate sesiunile de comunicare.

Rețeaua HiperLAN2 funcționează în două moduri. Modul direct (directlmode) este o topologie de rețea peer-to-peer (similară cu topologia 1B58 din rețelele 802.11) care este formată numai de stații care interacționează. Celălalt mod se numește modul centralizat deoarece este implementat în rețele mari unde există puncte de acces care concentrează și controlează traficul în rețea. Metoda de comunicare pentru ambele moduri este Time Division Duplex (TDD), aceeași tehnologie folosită de Bluetooth.

Sfat

Pentru o privire mai atentă la HiperLAN2, vizitați site-ul web www. hiperian2. com.

HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP)(HomeRF Shared Wireless Access Protocol) este o tehnologie susținută de companii precum Motorola, National Semiconductor, Proxim și Siemens. Acest

tehnologia funcționează în banda de 2,4 GHz și oferă viteze de rețea de până la 10 Mbps. Folosește CSMA/CA ca metodă de acces (precum standardul 802.11) și este destinat rețelelor de domiciliu în care sunt transmise date, voce, imagini video, fluxuri multimedia și alte informații.

Un exemplu de utilizare tipică a tehnologiei HomeRF SWAP este o rețea fără fir care conectează mai multe computere personale și le oferă acces la Internet. Un alt domeniu de aplicare este implementarea conexiunilor wireless pentru centrele de divertisment (de exemplu, pentru conectarea mai multor televizoare și aparate stereo între ele). Rețeaua HomeRF SWAP poate conecta mai multe telefoane împreună. Poate fi folosit și pentru a asigura comunicarea între dispozitivele de control de acasă (iluminat, aparate de aer condiționat, unități de bucătărie etc.). Rețelele HomeRF SWAP utilizează criptarea datelor pe 128 de biți și identificatori de rețea pe 24 de biți pentru a asigura securitatea.

La momentul redactării acestui articol, tehnologia HomeRF SWAPS era în curs de dezvoltare, oferind comunicații la o viteză de 25 Mbps. Creatorii acestei tehnologii caută să o integreze în televizoare și servere multimedia pentru a extinde capacitățile sistemelor video complexe.

(Sfat)

Puteți afla mai multe despre HomeRF SWAP pe site-ul web www. homerf. org.

Utilizarea tehnologiilor de rețeaRadiatii infrarosii

Radiația infraroșu (IR) (infraroșu) poate fi utilizată ca mediu de transmisie pentru comunicațiile în rețea. Sunteți foarte familiarizat cu această tehnologie datorită telecomenzilor pentru televizoare și aparate stereo. Radiația IR este un semnal electromagnetic, asemănător undelor radio, dar frecvența sa este mai apropiată de gama undelor electromagnetice vizibile numită lumină vizibilă.

Radiația IR se poate propaga fie într-o direcție, fie în toate direcțiile, în timp ce dioda emițătoare de lumină (LED) este folosită pentru transmisie, iar fotodioda pentru recepție. Radiația IR aparține stratului fizic, frecvența sa este de 100 GHz - 1000 THz (teraherți), iar lungimea de undă electromagnetică variază de la 700 la 1000 nanometri (nm, 10~9).

La fel ca undele radio, IR poate fi o soluție cu costuri reduse atunci când nu este posibilă cablarea sau în cazul în care sunt prezenți utilizatori de telefonie mobilă. Avantajul său este că semnalul PC-ului este greu de interceptat neobservat. Un alt avantaj este rezistența semnalului ICC la interferențe radio și electromagnetice. Cu toate acestea, acest mediu de comunicare are și o serie de dezavantaje semnificative. În primul rând, în cazul comunicațiilor direcționale, rata de transfer de date nu depășește 16 Mbps, iar în cazul comunicațiilor omnidirecționale, această valoare este mai mică de 1 Mbps. În al doilea rând, radiația IR nu trece prin pereți, ceea ce este ușor de verificat încercând să controlezi televizorul cu o telecomandă din altă cameră. Pe de altă parte, acest neajuns se transformă într-un avantaj, deoarece, datorită ariei de distribuție limitate, comunicațiile cu semnale IR sunt făcute mai sigure. În al treilea rând, comunicarea în infraroșu poate fi interferată de oameni puternici.

Sfat

Tehnologiile cu infraroșu pot folosi puncte de acces pentru a extinde zona de lucru și pentru a crea rețele mari.

Când se transmite informații folosind radiație infraroșie difuză, semnalul IR transmis este reflectat de tavan, așa cum se arată în Fig. 9.6. Pentru astfel de comunicații, există standardul IEEE 802, care prevede funcționarea la o distanță de 9 până la 18 m, în funcție de înălțimea tavanului (cu cât tavanul este mai înalt, cu atât aria de acoperire a rețelei este mai mică). Pentru radiația IR împrăștiată, acest standard definește rate de date de 1 și 2 Mbps. Lungimile de undă ale semnalului IR împrăștiat utilizate în standardul 802.11R sunt în intervalul 850-950 nm (din întregul interval IR de 700-1000 nm). Prin comparație, lumina vizibilă are un interval de lungimi de undă de aproximativ 400-700 megaherți. Puterea maximă a semnalului optic radiat conform standardului 802.11R este de 2W.

Sfat

Deși semnalele IR împrăștiate sunt imune la interferențe radio și electromagnetice, ferestrele din clădiri pot provoca interferențe, deoarece aceste semnale sunt sensibile la sursele puternice de lumină. Luați în considerare Windows atunci când proiectați o rețea fără fir folosind IR împrăștiat.

Se numește metoda de semnalizare utilizată de standardul IEEE 802.11R modulare fază-impuls(Modularea poziției pulsului, PPM). Conform acestei metode, valoarea binară a semnalului este asociată cu locația pulsului într-un set de poziții posibile din spectrul radiației electromagnetice. Pentru comunicațiile de 1 Mbps, standardul 802.11R oferă șaisprezece poziții posibile de impuls (16-PPM), fiecare poziție reprezentând patru biți. Cu comunicații de 2 Mbps, fiecare impuls reprezintă doi biți și există patru poziții posibile de impuls (4-PPM). Un impuls într-o anumită poziție indică faptul că o anumită valoare este prezentă, iar niciun puls înseamnă că nu există nicio valoare. PPM este o metodă de codificare a caracterelor similară codării binare prin faptul că folosește doar 0 și 1.

Tehnologii de rețea cu microunde

Sistemele cu microunde funcționează în două moduri. Canalele terestre cu microunde (microunde terestre) transmit semnale între două antene parabolice direcționale care au formă de antenă (Fig. 9.7). Astfel de comunicații funcționează în benzile de 4-6 GHz și 21-23 GHz și necesită operatorului de transport să obțină o licență de la Federal Communications Commission (FCC).

Sistemele cu microunde prin satelit transmit un semnal între trei antene, dintre care una este situată pe satelitul Pământului (Fig. 9.8). Sateliții din astfel de sisteme se află pe orbite geosincrone la o altitudine de 35.000 km deasupra Pământului. Pentru ca o organizație să folosească această tehnologie de comunicație, trebuie fie să lanseze un satelit, fie să închirieze un canal de la o companie care furnizează astfel de servicii. Datorită distanțelor mari, întârzierile: în timpul transmisiei sunt de la 0,5 la 5 secunde. Comunicațiile sunt efectuate în intervalul de frecvență 11-14 GHz, care necesită licență.

La fel ca alte medii de comunicație fără fir, tehnologiile cu microunde sunt utilizate atunci când cablarea este prea scumpă sau atunci când cablarea nu este posibilă. Canalele terestre cu microunde pot fi o soluție bună atunci când se realizează comunicații între două clădiri mari din oraș. Sistemele de comunicații prin satelit reprezintă singura modalitate posibilă de conectare a rețelelor situate în diferite țări sau pe diferite continente, dar această soluție este foarte costisitoare.

Comunicațiile cu microunde au o lățime de bandă teoretică de până la 720 Mbps sau mai mult, dar, în practică, vitezele sunt în prezent în intervalul 1-10 Mbps. Sistemele de comunicare cu microunde au unele limitări. Sunt scumpe și greu de implementat și operat. Calitatea comunicațiilor cu microunde poate fi degradată de condițiile atmosferice, ploaie, zăpadă, ceață și interferențe radio. Mai mult, semnalul cu microunde poate fi interceptat, așa că atunci când se utilizează acest mediu de transmisie, autentificarea și criptarea sunt de o importanță deosebită.

Rețele fără firsateliți cu orbită terestră joasă

Orbitele sateliților de comunicații sunt situate la o distanță de aproximativ 30.000 km deasupra Pământului. Din cauza distanței mari a acestor sateliți și a perturbărilor din atmosfera superioară, pot apărea întârzieri în transmiterea semnalului, care sunt inacceptabile pentru comunicațiile cu cerințe ridicate pentru acest parametru de comunicare (inclusiv pentru transmiterea de date binare și multimedia).

Mai multe companii se dezvoltă în prezent orbita joasăsateliți(Satelitul Low Earth Orbiting (LEO)), ale cărui orbite ar trebui să fie la o distanță de 700 până la 1600 km de suprafața Pământului, ceea ce ar trebui să accelereze semnalizarea bidirecțională. Datorită orbitei lor inferioare, sateliții LEO acoperă zone mai mici și, prin urmare, sunt necesari aproximativ treizeci de sateliți LEO pentru a acoperi complet suprafața planetei. Teledesic, Motorola și Boeing dezvoltă în prezent o rețea de astfel de sateliți care vor face internetul și alte servicii globale de rețea disponibile oriunde pe Pământ. Utilizatorii interacționează cu sateliții LEO folosind antene speciale și echipamente de decodare a semnalului. Începând din 2005, sateliții LEO pot fi utilizați în următoarele domenii:

Difuzare de comunicații prin Internet; organizarea de videoconferințe pe toată planeta;

· învățământ la distanță;

alte comunicații (voce, video și transmisie de date).

Vitezele de comunicare prin satelit LEO sunt de așteptat să varieze de la 128 Kbps la 100 Mbps în amonte (la satelit) și până la

720 Mbps în aval (de la satelit). Sateliții LEO folosesc frecvențe ultra-înalte aprobate de FCC în SUA și organizații similare din întreaga lume. Spectrul electromagnetic al comunicațiilor folosind sateliți LEO este, de asemenea, aprobat de ITU. Frecvențele de operare se află în intervalul 28,6-29,1 GHz pentru uplink și 18,8-19,3 GHz pentru. canalele din aval. Când această rețea va intra în funcțiune (arhitectura rețelei este prezentată în Figura 9.9), un manager de proiect din Boston, de exemplu, va putea să facă videoconferințe sau să facă schimb de fișiere binare importante cu un cercetător care locuiește într-o cabană de munte din Wyoming și un crescător de animale din Argentina va putea aplica pentru date agricole de la rețeaua Universității din Carolina de Nord (Colorado). (Finalizați activitatea 9-8 pentru mai multe informații despre utilizarea sateliților LEO pentru a construi rețele.)

rezumat

1 Tehnologiile actuale de rețea fără fir utilizează unde radio, radiații infraroșii, microunde și sateliți cu orbită joasă.

2 Baza pentru rețelele fără fir au fost experimentele cu comunicații radio de pachete, care au fost efectuate de mult timp de către operatorii de radioamatori.

3 În prezent, rețelele fără fir sunt utilizate în multe domenii (de exemplu, când este dificil să implementați rețelele prin cablu). În plus, astfel de rețele pot reduce costul instalării rețelei și pot asigura comunicarea cu computerele mobile.

4 Tehnologiile de radiocomunicații folosesc, de obicei, comunicații cu linie de vizibilitate de la un punct la altul de-a lungul suprafeței Pământului (în loc de semnalul radio care să răsară de pe atmosfera Pământului). Astfel de tehnologii folosesc, de asemenea, comunicații cu spectru extins, unde undele radio sunt transmise pe mai multe frecvențe adiacente.

5 Standardul IEEE 802.11 este utilizat în prezent în diferite tipuri de rețele radio. Acest standard are trei componente principale: un adaptor de rețea fără fir (WNIC), un punct de acces și o antenă. Au fost adoptate două standarde (802.11a și 802.11b) care definesc vitezele de comunicare care sunt conforme cu standardul 802.11. Se introduce un nou standard - 802.11g, care este o extensie a standardului 802.11b.

6 Alternativele comune la 802.11 includ Bluetooth, HiperLAN și HomeFR Shared Wireless Access Protocol.

7 Standardul 802.11R utilizează radiația infraroșu împrăștiată (IR) pentru a construi rețele mici, relativ sigure, situate în birouri sau zone de lucru destul de închise.

8 Rețelele cu microunde există în două forme: rețele bazate pe canale terestre cu microunde și rețele prin satelit. Rețelele de satelit, desigur, pot fi foarte scumpe din cauza costului ridicat al lansării unui satelit în spațiu.

9 Rețelele de sateliti cu orbită terestră joasă (LEO) utilizează o constelație de sateliți pe orbite foarte joase deasupra nivelului Pământului, ceea ce duce la întârzieri de transmisie mult mai mici decât comunicațiile convenționale prin satelit. Odată ce rețelele de sateliti LEO sunt implementate, capacitatea de rețea va deveni disponibilă oriunde în lume.

10 În tabel. 9.2 enumeră avantajele și dezavantajele comunicațiilor în rețea folosind unde radio, radiații infraroșii și unde cu microunde.

Tabelul 9.2. Avantajele și dezavantajele tehnologiilor de comunicare fără fir

	unde radio	radiații IR	undele de microunde	Sateliți cu orbită joasă
Avantaje	Alternativă ieftină pentru acele cazuri în care este dificil de implementat comunicațiile prin cablu. Unul dintre mijloacele de implementare a telecomunicațiilor mobile De obicei, nu necesită licență.	Semnalul este greu de interceptat neobservat.	O alternativă ieftină pentru acele cazuri în care este dificilă implementarea comunicațiilor prin cablu, mai ales pe distanțe lungi. Un canal terestru de microunde pe distanțe lungi poate fi mai ieftin decât liniile de telecomunicații închiriate	Poate fi situat deasupra Pământului atunci când se creează o rețea globală. Nu creați astfel de întârzieri în transmisia semnalului ca sateliții geosincroni.
Defecte	Este posibil să nu îndeplinească cerințele rețelelor de mare viteză. Supus interferențelor din rețelele celulare, surse militare, convenționale și alte surse de semnal radio. Sub rezerva interferențelor de origine naturală.	Poate să nu fie potrivit pentru comunicații de mare viteză. Supus interferențelor din surse de lumină străine. Nu se transmite prin pereți. Gama de dispozitive oferite este mai mică decât pentru alte tipuri de rețele wireless	Poate să nu fie potrivit pentru comunicații de mare viteză Drumuri în instalare și exploatare. Ele sunt supuse interferențelor naturale (ploaie, zăpadă, ceață) și interferențelor radio și depind, de asemenea, de starea atmosferei.	Va fi disponibil doar în 2005

Omul este o creatură leneșă. Îi este mult mai ușor să apese câteva butoane în timp ce stă pe canapea decât să meargă la bucătărie și să apese aceleași butoane pe ceainic sau pe prăjitor de pâine. Probabil așa a apărut telecomanda cu infraroșu arhaic pentru televizoare și apoi pentru alte echipamente - de la aparate stereo la aparate de aer condiționat.

Și tehnologiile wireless „inteligente”, de fapt, au apărut în aparatele de uz casnic cu mulți ani în urmă. Și la început, scopul lor a fost pur utilitar: mașinile de spălat de lux Miele își puteau actualiza firmware-ul și adăuga noi programe de spălare folosind Wi-Fi.

Imputernicire

Aparatele electrocasnice de astăzi compatibile cu Wi-Fi folosesc internetul în principal pentru control de la distanță (de exemplu, pentru a porni un ceainic sau pentru a face cafea pentru dvs.) sau pentru a descărca rețete noi (în cazul aragazurilor multifuncționale sau a aparatelor de cafea).

În general, această pornire de la distanță a dat naștere unui lucru aparent sălbatic precum un ceainic cu un „dinte albastru” (care se conectează la un modul de control cu ​​un transceiver Wi-Fi). Da, acesta este cel mai comun ceainic, care are un Bluetooth real. Pentru ce? Pentru a începe de la smartphone-ul tău, vino în bucătărie și toarnă-ți niște ceai. Și dacă în cazul unei cafetiere acest lucru poate fi cumva justificat (a pornit râșnița de cafea, boabele au fost măcinate, apoi cafeaua a fost preparată și vii în bucătărie pentru o băutură gata preparată), atunci în cazul unui ceainic electric pare cel puțin ciudat până acum: se fierb într-un minut, Prin urmare, la prima vedere, această funcție pare ca un clopote și fluier inutil. Pe de altă parte, dacă fierbeți apă pentru mâncare pentru bebeluși și ceai verde, poate dura deja un timp și atunci Wi-Fi are sens.

Cu toate acestea, există și un plus tangibil din noile tehnologii: controlul avansat al unui aparat electrocasnic. Adică, dacă are o mulțime de funcții, gestionarea acestora dintr-un panou de control mic și nu întotdeauna bine gândit este uneori sincer incomod, iar aici vine în ajutor un smartphone / tabletă, pe ecranul căruia poți afișa câte funcții doriți. Acest lucru deschide oportunități enorme pentru producători, iar aceștia au început deja să le folosească.

Viitor

În mod ideal, tehnologiile fără fir ar trebui să servească pe deplin o persoană. Frigiderul însuși comandă produsele necesare pe baza listei cu plata cu cardul (unii știu deja cum să facă acest lucru), se autodiagnosticează și cheamă vrăjitorul în cazul unei probleme (știu deja cum să facă prima parte), monitorizează starea produselor și le avertizează când expiră. Mașina de spălat, împreună cu uscătorul, va distribui pulberea și balsamul în sine, va spăla totul și îl va transfera în partea sa de uscare pentru uscare, iar persoana va trebui doar să scoată și să călcă hainele uscate.

Bucătăria va găzdui și electrocasnice cu Wi-Fi. Filtrul de cafea în sine va face cafea sau un ceainic - ceai pentru sosirea dvs. (pot deja), o cină delicioasă sau un mic dejun va fi pregătit în aragazul lent (ei știu deja cum, cu excepția faptului că nu pot pune nimic în ei înșiși) , televizorul va înregistra un program interesant pe Discovery și îl va afișa tocmai în momentul cinei sau al micului dejun (și acest lucru este posibil și de mult).

Toate acestea ar trebui să aibă loc sub controlul complet și strict al utilizatorului. Adică, în orice moment poate intra în interfața de control și poate vedea cum merge fierbătorul și dacă este suficientă apă acolo. Și dacă este necesar, poate fi adăugat (acesta este ceva ce dispozitivele încă nu știu cum să facă).

Aplicația pentru controlul aparatelor de uz casnic ar trebui, de asemenea, unificată. Dacă acum fiecare furnizor își dezvoltă propriul ecosistem pentru dispozitivele sale, atunci în mod ideal, în viitor, toate dispozitivele ar trebui să ruleze pe un singur sistem de operare sub controlul protocoalelor de comunicare dezvoltate corespunzător. Care va fi convenabil, open source și, cel mai important, sigur de utilizat.

Problema securității este de o importanță nu mică acum. Elementele sistemului de casă inteligentă de astăzi sunt șchioape pe ambele picioare, iar acesta este un mediu ideal pentru ca tot felul de escroci să pătrundă direct în casa ta. Interfețele de control pentru aparatele de uz casnic sunt, de asemenea, foarte slab protejate astăzi, deoarece sistemele de casă inteligentă nu sunt încă atât de implementate în viața noastră încât să apară precedente la fiecare pas.

Ce este pe piata?

Cele mai diverse electrocasnice de pe piață acum sunt cele cu protocoale wireless încorporate de la Redmond: acest producător a fost primul care a produs în masă dispozitive cu tehnologii wireless pentru control de la distanță prin aplicația proprietară R4S, dar la un preț destul de mare, justificat. doar pentru o noutate. Un dezavantaj uriaș al tuturor dispozitivelor Redmond Wi-Fi este menționat mai sus: necesitatea de a păstra acasă un gadget suplimentar care să transmită Bluetooth de la dispozitiv la rețeaua Wi-Fi de acasă (și apoi peste tot). Acestea sunt aragazul multiplu SkyCooker M800S (9 mii de ruble), cântarul de bucătărie SkyScales 741S (2,5 mii de ruble), aparatul de cafea prin picurare SkyCoffee M1505S cu râșniță de cafea încorporată (9 mii de ruble), cântare de podea SkyBalance 740S (4,5 mii de ruble). . rub.) și ceainic SkyKettle M170S (7 mii de ruble).

Există și producători mai puțin cunoscuți. De exemplu, cântare inteligente de bucătărie Bite de la BlueAnatomy pentru 9.000 de ruble. Sau cântare de podea Fitbit Aria Smart Scale cu un preț mediu de 12 mii de ruble. Ibricurile cu Wi-Fi sunt produse și de Polaris: modelul PWK 1792 CGL cu 12 (!) programe pentru fierberea apei pentru 6,5 mii de ruble.

Un aparat de cafea pentru 170 de mii de ruble Philips Saeco GranBaristo Avanti HD8969 cu Bluetooth este de top chiar și cu curățarea complet automată. Și, apropo, exact așa este atunci când toată bogăția de funcționalități este concentrată în aplicația pentru tabletă (ecranul va fi mic pentru un smartphone).

Cuptoarele cu Wi-Fi de pe piața rusă sunt acum reprezentate de Gorenje, dar prețul lor de 80-100 de mii de ruble nu mai este încurajator, iar capacitatea de a descărca rețete noi nu merită deloc asemenea bani.

De asemenea, sistemele split cu Wi-Fi nu mai sunt o raritate: există modele de la Timberk într-o gamă largă de prețuri de la 16 la 60 de mii de ruble din seriile AC TIM și STORM, precum și module care completează funcționalitatea aparatelor de aer condiționat convenționale de la Haier sau Fujitsu.

Dar în segmentul multicooker, totul este mult mai interesant: unii dintre ei pot descărca chiar și rețete noi prin internet. Modelul menționat mai sus de la Redmond și multicookerele de la Polaris sunt prezentate în principal pe piața rusă: este la plural, deoarece există aproape o duzină de ele în intervalul de preț de la 9 la 19 mii de ruble.

Este posibil să te descurci fără ea?

Desigur, te poți descurca fără Wi-Fi și Bluetooth în aparatele electrocasnice. Bunicile noastre atârnau oale peste foc pentru a fierbe apa, dar nici măcar nu visau la multicookers. Semnificația acestei inovații este destul de evidentă, precum și progresul tehnologic în general: să ușureze viața unei persoane, astfel încât să aibă mai mult timp pentru activități mai plăcute decât gătitul, cafeaua, coacerea și alte treburi de zi cu zi. Aspiratoarele robotizate, din nou, pot face această viață mai ușoară.

Pe de altă parte, există și mai multe probleme. Au venit cu rețele sociale pentru comunicare instantanee fără a folosi telefoanele - iar oamenii aproape că au încetat să comunice între ei în direct. Am introdus un robot aspirator în ecosistemul casei inteligente - dar curățarea umedă a podelei este încă relevantă, iar cumpărarea unei alte inovații - un mop cu abur - nu rezolvă complet problema, ci pur și simplu oferă o altă modalitate de a rezolva această soluție. Mașina de spălat vase pare să elimine nevoia de a spăla manual vasele și chiar economisește apă - dar ar trebui să existe o mulțime de farfurii (mașina de spălat vase medie este proiectată pentru 8-10 seturi de vase pentru o încărcare completă), plus chiuveta va avea în continuare pentru a fi folosit, spălând reziduurile alimentare.

Aici putem adăuga faptul că tehnologia cu tehnologia wireless de astăzi complică deja viața. Să presupunem că seria menționată mai sus de aparate de bucătărie fără fir Redmond R4S (Ready for Sky!), în loc să se conecteze la un router de acasă obișnuit prin 802.11, se conectează la un alt gadget, cum ar fi o tabletă sau un smartphone prin Bluetooth (adică trebuie să ai un smartphone). sau tabletă întinsă acasă tot timpul ), este instalat un program de control pe acesta și contactează deja utilizatorul și vă permite să controlați fierbătorul și aparatul de cafea. De ce a fost necesar să se încheie așa este complet de neînțeles. Poate pentru că modulul Wi-Fi din fiecare dispozitiv le-ar putea face mai scumpe. Dar acest lucru este puțin probabil, deoarece modulele costă de fapt un ban: dar faptul că ar putea complica software-ul sau hardware-ul în principiu este posibil. Și este puțin probabil să ne înșelim mult dacă presupunem că introducerea Bluetooth / Wi-Fi în dispozitive va aduce în continuare o mulțime de alte surprize. În plus, prețul pentru ei este încă foarte mare: este clar că include nu doar prețul unui modul Wi-Fi / Bluetooth penny, ci și munca atât a inginerilor, cât și a programatorilor.

Răspunsul la întrebarea „a cumpăra sau nu” astăzi este: mai degrabă nu decât da. Da, acum există încă un anumit „efect wow” din faptul că îți poți face cafea în timp ce stai întins în pat. Desigur, este convenabil să porniți o gătită lentă de la serviciu pentru a lua cina imediat după întoarcere. Dar diverse „boli ale copilăriei” precum un număr excesiv de dispozitive în dispozitivele Redmond SkyCooker tocmai au început să apară, iar din moment ce segmentul tocmai a început să se dezvolte, acestea vor crește în continuare.

Electronica stă la baza aproape tuturor comunicării. Totul a început cu inventarea telegrafului în 1845, urmată de telefon în 1876. Comunicarea a fost îmbunătățită constant, iar progresul în electronică, care a avut loc destul de recent, a pus o nouă etapă în dezvoltarea comunicațiilor. Astăzi, comunicarea fără fir a atins un nou nivel și a ocupat cu încredere partea dominantă a pieței comunicațiilor. Și se așteaptă o nouă creștere în sectorul comunicațiilor fără fir datorită infrastructurii celulare în evoluție, precum și tehnologiilor moderne precum . În acest articol, vom lua în considerare cele mai promițătoare tehnologii pentru viitorul apropiat.

stare 4G

4G în engleză înseamnă Evoluție pe termen lung (LTE). LTE este o tehnologie OFDM care este structura dominantă a sistemului de comunicații celulare astăzi. Sistemele 2G și 3G încă există, deși introducerea 4G a început în 2011 - 2012 „Astăzi, LTE este implementat în principal de operatori majori din SUA, Asia și Europa. Lansarea sa nu este încă finalizată. LTE a câștigat o popularitate imensă în rândul proprietarilor de smartphone-uri, deoarece ratele ridicate de date au deschis oportunități precum streaming video pentru vizionarea eficientă a filmelor. Cu toate acestea, totul nu este atât de perfect.

Deși LTE promitea viteze de descărcare de până la 100 Mbps, acest lucru nu a fost atins în practică. Pot fi atinse viteze de până la 40 sau 50 Mbps, dar numai în condiții speciale. Cu un număr minim de conexiuni și trafic minim, astfel de viteze pot fi atinse foarte rar. Cele mai probabile rate de date sunt în intervalele 10 – 15 Mbps. În timpul orelor de vârf, viteza scade la câțiva Mbps. Desigur, acest lucru nu face ca implementarea 4G să fie un eșec, înseamnă că până acum potențialul său nu a fost pe deplin realizat.

Unul dintre motivele pentru care 4G nu oferă viteza declarată este că sunt prea mulți consumatori. Dacă este folosit prea intens, viteza de transfer a datelor este redusă semnificativ.

Cu toate acestea, există speranță că acest lucru poate fi corectat. Majoritatea operatorilor de transport care furnizează servicii 4G încă nu implementează LTE-Advanced, o îmbunătățire care promite să îmbunătățească vitezele de transfer de date. LTE-Advanced folosește agregarea transportatorului (CA) pentru a crește viteza. „Agruparea operatorului” se referă la combinarea lățimii de bandă LTE standard de până la 20 MHz în porțiuni de 40 MHz, 80 MHz sau 100 MHz pentru a crește debitul. LTE-Advanced are, de asemenea, o configurație MIMO 8 x ​​8. Suportul pentru această caracteristică deschide potențialul de a crește ratele de date până la 1 Gbps.

LTE-CA este cunoscut și ca LTE-Advanced Pro sau 4.5G LTE. Aceste combinații de tehnologii sunt definite de grupul de dezvoltare a standardelor 3GPP în versiunea 13. Include agregarea operatorului, precum și accesul asistat cu licență (LAA), o tehnică care utilizează LTE în spectrul Wi-Fi de 5 GHz fără licență. De asemenea, implementează agregarea de legături LTE-Wi-Fi (LWA) și conectivitate duală, permițând unui smartphone să „vorbească” atât cu un nod hotspot mic, cât și cu un hotspot Wi-Fi în același timp. Există prea multe detalii în această implementare în care nu vom intra, dar obiectivul general este de a prelungi durata de viață a LTE prin scăderea latenței și creșterea ratelor de date la 1 Gbps.

Dar asta nu este tot. LTE va putea oferi performanțe mai mari pe măsură ce transportatorii încep să-și simplifice strategia cu celule mici, oferind rate de date mai rapide pentru mai mulți abonați. Celulele mici sunt pur și simplu stații de bază celulare în miniatură care pot fi instalate oriunde pentru a umple golurile de acoperire a celulelor macro, adăugând performanță acolo unde este necesar.

O altă modalitate de a îmbunătăți productivitatea este utilizarea Wi-Fi. Această metodă asigură descărcări rapide către cel mai apropiat hotspot Wi-Fi atunci când este disponibil. Doar câțiva operatori l-au făcut disponibil, dar majoritatea caută o îmbunătățire a LTE numită LTE-U (U pentru fără licență). Aceasta este o metodă similară cu LAA care utilizează banda de 5GHz fără licență pentru descărcări rapide atunci când rețeaua nu poate gestiona sarcina. Acest lucru creează un conflict de spectru cu acesta din urmă, care utilizează banda de 5 GHz. Au fost concepute anumite compromisuri pentru a implementa acest lucru.

După cum putem vedea, potențialul 4G nu este încă pe deplin dezvăluit. Toate sau majoritatea acestor îmbunătățiri vor fi implementate în următorii ani. Este de remarcat faptul că producătorii de smartphone-uri vor face și modificări hardware sau software pentru a îmbunătăți performanța LTE. Este posibil ca aceste îmbunătățiri să apară atunci când începe adoptarea în masă a standardului 5G.

Descoperirea 5G

Nu există încă așa ceva ca 5G. Așadar, este prea devreme pentru a face o declarație tare despre „un standard complet nou care poate schimba abordarea transmisiei de informații fără fir”. Deși, unii furnizori de servicii de internet se ceartă deja cine va fi primul care va implementa standardul 5G. Dar merită să ne amintim disputa din ultimii ani despre 4G. La urma urmei, nu există încă 4G real (LTE-A). Cu toate acestea, lucrul la 5G este în plină desfășurare.

Proiectul de parteneriat de generație a 3-a (3GPP) lucrează la standardul 5G, care se așteaptă să fie lansat în următorii ani. Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (ITU), care va „binecuvânta” și va administra standardul, spune că 5G ar trebui să fie în sfârșit disponibil până în 2020. Cu toate acestea, unele versiuni timpurii ale standardului 5G vor apărea în continuare în competiția dintre furnizori. Unele cerințe 5G vor apărea încă din 2017-2018 într-o formă sau alta. Implementarea completă a 5G nu va fi o sarcină ușoară. Un astfel de sistem ar fi una dintre cele mai complexe, dacă nu cea mai complexă, dintre rețelele wireless. Desfășurarea sa completă este așteptată până în 2022.

Motivul din spatele 5G este de a depăși limitările 4G și de a adăuga oportunități pentru noi aplicații. Limitările 4G sunt în principal lățimea de bandă a abonaților și ratele limitate de date. Rețelele celulare au trecut deja de la tehnologia de voce la centre de date, dar sunt necesare îmbunătățiri suplimentare de performanță în viitor.

Mai mult, este de așteptat un boom al noilor aplicații. Acestea includ video HD 4K, realitate virtuală, Internetul lucrurilor (IoT) și arhitecturi machine-to-machine (M2M). Mulți prevăd încă între 20 și 50 de miliarde de dispozitive online, dintre care multe se vor conecta la internet prin intermediul telefonului celular. În timp ce majoritatea dispozitivelor IoT și M2M funcționează la rate scăzute de date, transmiterea de date (video) necesită viteze mari de internet. Alte aplicații potențiale care vor folosi standardul 5G sunt orașele inteligente și comunicațiile pentru siguranța transportului rutier.

Este posibil ca 5G să fie mai revoluționar decât evolutiv. Aceasta va implica crearea unei noi arhitecturi de rețea care va suprapune rețeaua 4G. Noua rețea va folosi celule mici distribuite cu cale de retur de fibră sau milimetrică și va fi rentabilă, nevolatilă și ușor scalabilă. În plus, rețelele 5G vor avea mai mult software decât hardware. De asemenea, vor fi utilizate metode de rețea programatică (SDN), de virtualizare a funcției de rețea (NFV), de rețea de auto-organizare (SON).

Există și alte câteva caracteristici cheie:

• Utilizarea undelor milimetrice. Primele versiuni de 5G pot folosi benzile de 3,5 GHz și 5 GHz. De asemenea, sunt luate în considerare opțiunile de frecvență de la 14 GHz la 79 GHz. Versiunea finală nu a fost încă selectată, dar FCC spune că alegerea se va face în viitorul apropiat. Testarea se efectuează la frecvențe de 24, 28, 37 și 73 GHz.
• Sunt luate în considerare noi scheme de modulație. Cele mai multe dintre ele sunt o variantă a OFDM. Două sau mai multe scheme pot fi definite în standard pentru diferite aplicații.
• Multiple Input Multiple Output (MIMO) va fi inclus într-o anumită formă pentru o rază extinsă, rata de date și fiabilitatea legăturii.
• Antenele vor fi matrice în faze cu formare adaptivă a fasciculului și direcție.
• O latență mai mică este scopul principal. Este specificat mai puțin de 5 ms, dar obiectivul este mai puțin de 1 ms.
• Ratele de date de la 1 Gbps la 10 Gbps sunt așteptate în lățimi de bandă de 500 MHz sau 1 GHz.
• Chips-urile vor fi făcute din arseniură de galiu, siliciu germaniu și unele CMOS.

Una dintre cele mai mari provocări în adoptarea 5G este de așteptat să fie integrarea standardului în telefoanele mobile. Telefoanele inteligente moderne sunt deja pline de diverse transmițătoare și receptoare, iar cu 5G vor deveni și mai dificile. Este necesară o astfel de integrare?

Calea de dezvoltare Wi-Fi

Alături de comunicațiile celulare este una dintre cele mai populare rețele wireless - Wi-Fi. Precum , Wi-Fi este unul dintre „utilitățile” noastre preferate. Ne așteptăm să fim conectați la o rețea Wi-Fi aproape oriunde și, în majoritatea cazurilor, obținem acces. La fel ca majoritatea tehnologiilor wireless populare, este în continuă dezvoltare. Cea mai recentă versiune lansată se numește 802.11ac și oferă viteze de până la 1,3 Gbps în banda de 5 GHz fără licență. Se caută, de asemenea, aplicații pentru standardul de frecvență ultra-înaltă 802.11ad 60 GHz (57-64 GHz). Este o tehnologie dovedită și rentabilă, dar cine are nevoie de viteze de 3 până la 7 Gbps la distanțe de până la 10 metri?

În prezent, există mai multe proiecte pentru dezvoltarea standardului 802.11. Iată câteva dintre cele principale:

• 11af este versiunea Wi-Fi în benzile albe ale benzii TV (54 până la 695 MHz). Datele sunt transmise în lățimi de bandă locale de 6 (sau 8) MHz care nu sunt ocupate. Sunt posibile rate de date de până la 26 Mbps. Uneori se numește White-Fi, iar principala atracție a 11af este că intervalul posibil la frecvențe joase este de mulți kilometri și nu există o linie de vedere (NLOS) (funcționare numai în zone deschise). Această versiune de Wi-Fi nu este încă utilizată, dar are potențial pentru aplicații IoT.
• 11ah - etichetat HaLow, este o altă variantă Wi-Fi care utilizează banda ISM fără licență de 902-928 MHz. Este un serviciu de putere redusă, cu rată scăzută (sute de kbit/s) cu o rază de acțiune de până la un kilometru. Scopul este aplicarea în IoT.
• 11ax - 11ax este o actualizare la 11ac. Poate fi folosit pe benzile de 2,4 și 5 GHz, dar cel mai probabil va funcționa pe banda de 5 GHz numai pentru a utiliza lățimea de bandă de 80 sau 160 MHz. Împreună cu 4 x 4 MIMO și OFDA/OFDMA, sunt așteptate rate de date de vârf de până la 10 Gb/s. Ratificarea finală nu va avea loc până în 2019, deși este posibil ca versiunile de pre-lansare să fie complete.
• 11ay este o extensie a standardului 11ad. Va folosi banda de frecvență de 60 GHz și obiectivul este o rată de date de cel puțin 20 Gbps. Un alt obiectiv este extinderea razei la 100 de metri pentru a avea mai multe aplicații precum traficul de întoarcere pentru alte servicii. Acest standard nu este de așteptat să fie lansat în 2017.

Rețele wireless pentru IoT și M2M

Wireless este cu siguranță viitorul Internet of Things (IoT) și Machine-to-Machine (M2M). Deși nici soluțiile cu fir nu sunt excluse, dar dorința pentru wireless este totuși de preferat.

Tipic pentru dispozitivele IoT este raza scurtă, consumul redus de energie, rata scăzută de transfer de date, alimentarea cu baterie sau alimentată cu un senzor, așa cum se arată în figura de mai jos:

O alternativă ar putea fi un fel de actuator la distanță, așa cum se arată în figura de mai jos:

Sau o combinație a celor două este posibilă. Ambele se conectează de obicei la internet printr-un gateway wireless, dar se pot conecta și prin intermediul unui smartphone. Conexiunea la gateway este de asemenea wireless. Întrebarea este, ce standard wireless va fi folosit?

Wi-Fi devine alegerea evidentă, deoarece este greu să-ți imaginezi un loc fără el. Dar pentru unele aplicații, va fi redundant, iar pentru unele, va consuma prea multă energie. Bluetooth este o altă opțiune bună, în special versiunea sa cu energie redusă (BLE). Noile adăugări la rețeaua și gateway-ul Bluetooth îl fac și mai atractiv. ZigBee este o altă alternativă gata și așteaptă, și să nu uităm de Z-Wave. Există, de asemenea, mai multe variante de 802.15.4, cum ar fi 6LoWPAN.

Adăugați la ele cele mai recente opțiuni care fac parte din rețelele cu rază lungă de acțiune eficientă din punct de vedere energetic (Rețele de zonă extinsă cu putere redusă (LPWAN)). Aceste noi opțiuni wireless oferă conexiuni de rețea cu rază mai lungă de acțiune, care de obicei nu sunt posibile cu tehnologiile tradiționale menționate mai sus. Cele mai multe dintre ele operează în spectrul fără licență sub 1 GHz. Unii dintre cei mai noi concurenți pentru aplicațiile IoT sunt:

• LoRa este o invenție Semtech și întreținută de Link Labs. Această tehnologie folosește modulația liniară a frecvenței (chirp) la o rată scăzută de date pentru a obține o gamă de până la 2-15 km.
• Sigfox este o dezvoltare franceză care utilizează o schemă de modulare în bandă ultra îngustă la o rată scăzută de date pentru a trimite mesaje scurte.
• Weightless - Folosește spații albe de televiziune cu tehnici radio cognitive pentru intervale mai lungi și rate de date de până la 16 Mbps.
• Nwave este similar cu Sigfox, dar nu am reușit să adunăm suficiente informații momentan.
• Ingenu - spre deosebire de altele, acesta folosește banda de 2,4 GHz și o schemă unică de acces multiplu în fază aleatorie.
• Halow este Wi-Fi 802.11ah, descris mai sus.
• White-Fi este 802.11af, descris mai sus.

Celular este cu siguranță o alternativă la IoT, deoarece este coloana vertebrală a comunicațiilor machine-to-machine (M2M) de peste 10 ani. Comunicațiile de la mașină la mașină folosesc în principal module wireless 2G și 3G pentru a monitoriza mașinile de la distanță. În timp ce 2G (GSM) va fi în cele din urmă eliminat, 3G va fi încă viu.

Un nou standard este acum disponibil: LTE. Mai exact, se numește LTE-M și folosește o versiune scurtată a LTE într-o lățime de bandă de 1,4 MHz. O altă versiune a NB-LTE-M folosește o lățime de bandă de 200 kHz pentru a funcționa la o viteză mai mică. Toate aceste opțiuni vor putea folosi rețelele LTE existente cu software-ul actualizat. Modulele și cipurile pentru LTE-M sunt deja disponibile, deoarece sunt pe dispozitivele Sequans Communications.

Una dintre cele mai mari probleme cu Internetul lucrurilor este lipsa unui standard unic. Și în viitorul apropiat, cel mai probabil, nu va apărea. Poate că în viitor vor exista mai multe standarde, doar cât de curând?

Rețelele wireless moderne pot fi împărțite în trei categorii:

1. Sisteme de interacțiune.

Prin sisteme care interacționează se înțelege, în primul rând, interconectarea componentelor computerului folosind unde radio cu rază scurtă de acțiune. Orice computer este format din mai multe părți: monitor, tastatură, mouse, imprimantă... Fiecare dintre aceste dispozitive externe, după cum știți, este conectat la unitatea de sistem prin intermediul cablurilor. Mai multe companii, una după alta, au venit cu ideea de a crea un sistem wireless Bluetooth conceput pentru a elimina componentele computerului de cabluri și conectori. Folosind Bluetooth, vă puteți conecta la computer aproape orice dispozitiv digital situat în apropierea unității de sistem. De regulă, interacțiunea în cadrul sistemului este supusă principiului „master – slave”. Unitatea de sistem acționează ca un dispozitiv principal, iar toate celelalte acționează ca sclavi. Este unitatea de sistem care atribuie adresele dispozitivelor, determină momentele în care pot „emite”, limitează timpul de transmisie, stabilește intervalele de frecvență de funcționare etc.

Caracteristicile caracteristice ale Bluetooth sunt multipunct (adică nu două dispozitive, dar pot fi prezente mai multe în rețea), nu este nevoie de linie vizuală (deoarece sunt utilizate frecvențe de ordinul a 2,44 GHz), o rază de acțiune de 10 m .

2. LAN fără fir (LAN).

În rețelele locale fără fir, fiecare computer este echipat cu un modem radio și o antenă, astfel încât să poată comunica cu alte computere. Uneori există o antenă comună situată pe tavan, iar transmisia de date are loc prin aceasta, dar dacă stațiile de lucru din rețea sunt suficient de aproape, atunci se folosește de obicei o configurație peer-to-peer. Rețelele wireless sunt din ce în ce mai folosite în afaceri și case unde nu are rost să rulați Ethernet, precum și în clădirile vechi de închiriere de birouri, cantine, centre de birouri, săli de conferințe și alte locuri. Cel mai popular standard de rețea fără fir este IEEE 802.11 sau WiFi.

3. Rețele wireless Wide Area (WAN).

Un exemplu ar fi un sistem de comunicații celulare, care este de fapt o rețea digitală wireless de capacitate redusă. Există deja trei generații de comunicații celulare. Primele rețele celulare au fost analogice și destinate doar transmisiei vocale. A doua generație era deja digitală, dar nu mai putea fi transmis nimic decât vorbirea. În cele din urmă, a treia generație modernă este digitală și a devenit posibilă transmiterea atât a vocii, cât și a altor date. Într-un fel, rețelele celulare sunt aceleași cu rețelele LAN fără fir, diferența este doar în zona de acoperire și viteza de transmisie mai mică. Dacă rețelele fără fir convenționale pot funcționa la viteze de până la 50 Mbps la o distanță de zeci de metri, atunci sistemele celulare transmit date la o viteză de 1 Mbps, dar distanța de la stația de bază la un computer sau telefon este calculată în kilometri, nu metri.

Într-un sistem de telefonie mobilă, o zonă de acoperire geografică este împărțită în celule care au o dimensiune de ordinul a 10 km. În centrul fiecărei celule se află o stație de bază, care comunică cu toate telefoanele din zona sa de acoperire. Stațiile de bază în sine sunt conectate între ele prin mijloace de rețea standard. În orice moment, un telefon mobil se află în mod logic în aria de acoperire a unei celule și este controlat de stația de bază a acelei celule. Când un telefon părăsește fizic celula, stația sa de bază observă slăbirea semnalului și verifică toate stațiile din jur cât de bine pot auzi semnalul acestui telefon. Stația de bază transferă apoi controlul acestui telefon către celula care primește cel mai puternic semnal de la acesta, determinând astfel celula la care s-a mutat telefonul mobil. După aceea, telefonul este informat despre trecerea la noul BS, iar dacă o conversație este în desfășurare în acest moment, telefonului i se va cere să comute pe un nou canal (deoarece aceleași canale de frecvență nu sunt folosite în celulele învecinate). Acest proces se numește transfer și durează aproximativ 300 ms. Atribuirea canalelor este gestionată de comutatorul de telefon mobil MTSO, care este nervul central al sistemului. Stațiile de bază sunt doar repetitoare radio. Transferul se poate face în două moduri. Cu o predare ușoară, telefonul este preluat de noua stație de bază înainte de a părăsi cea veche. În acest caz, nici măcar o pierdere pe termen scurt a comunicării nu are loc. Dezavantajul acestei metode este că în momentul trecerii de la o BS la alta, telefonul trebuie să funcționeze simultan pe două frecvențe. Telefoanele din prima și a doua generație nu știu cum să facă acest lucru. Într-o transferare grea, vechea stație de bază întrerupe comunicarea cu telefonul înainte ca cea nouă să preia controlul. Dacă acesta din urmă nu poate stabili contactul cu telefonul de ceva timp (de exemplu, din cauza lipsei de frecvențe libere), atunci conversația se poate termina.

Printre tehnologiile de transmisie a datelor utilizate în rețelele celulare, ar trebui evidențiat GPRS. Funcționează ca un supliment la un sistem de voce existent. Unele intervale de timp pe unele frecvențe sunt rezervate pentru traficul de pachete, iar pachetele IP pot fi transmise în paralel cu vocea. Cealaltă tehnologie se numește EDGE și este un GSM obișnuit (Global System for Mobile Communications) cu un număr crescut de biți pe baud.