Информационные сети и системы

 

 

Таблица 1.7

 

 Скорость передачи данных в стандарте 802.11g

 

Стандарт передачи	Скорость передачи данных	Вид модуляции
IEEE 802.11g (обязательный)	5,5/11 Мбит/с	ССK
IEEE 802.11g (обязательный)	до 54 Мбит/с	OFDM
IEEE 802.11g (опциональный)	до 33 Мбит/с	РВCC
IEEE 802.11g (опциональный)	до 54 Мбит/с	CCK-OFDM

 

Анализ чувствительности для систем стандарта 802.11b и 802.11g позволяет сделать два вывода (рис. 1.14):

• радиус действия при максимальной скорости передачи данных (54 Мбит/с) приблизительно равен одной трети радиуса действия для стандарта 802.11b и составляет порядка 14 м;
• системы стандарта 802.11g очень хорошо масштабируются вниз до этой границы, так что в «переходном диапазоне» от 54 до 11/12 Мбит/с скорость передачи изменяется относительно плавно.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.14. Радиус действия в частотном диапазоне 2,4 ГГц (802.11g) при модуляции OFDM 

 

На рис. 1.14 такой переход представлен схематически. Скорость передачи в 54 Мбит/с достигается в открытой офисной среде лишь на расстоянии до 14 м. При наличии какого-либо препятствия (к примеру, перегородки), которое должно быть преодолено, скорость снижается. Чувствительность при 11 Мбит/с (в случае модуляции CCK/802.11b) и чувствительность при 12 Мбит/с (в случае модуляции OFDM/802.11g), как правило, совпадают, поэтому такая скорость передачи может поддерживаться на расстоянии до 40 м от точки доступа.

Спецификация IEEE 802.11h. Рабочая группа IEEE 802.11h рассматривает возможность дополнения существующих спецификаций 802.11 для MAC уровня и 802.11a для уровня PHY алгоритмами эффективного выбора частот для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, контроля за излучаемой мощностью и генерации соответствующих отчетов.

Предполагается, что решение этих задач будет базироваться на использовании  протоколов Dynamic Frequency Selection (DFS) и Transmit Power Control (TPC),  предложенных Европейским институтом стандартов по телекоммуникациям (ETSI). Указанные протоколы предусматривают динамическое реагирование клиентов беспроводной сети на интерференцию радиосигналов путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами.

Спецификация IEEE 802.11i. До мая 2001г. стандартизация средств информационной безопасности для беспроводных сетей 802.11 относилась к ведению рабочей группы IEEE 802.11e, но затем эта проблематика была выделена в самостоятельное подразделение. Разрабатываемый стандарт 802.1X призван расширить возможности протокола 802.11 уровня MAC, предусмотрев средства шифрования передаваемых данных, а также централизованной аутентификации пользователей и рабочих станций. В результате масштабы беспроводных локальных сетей можно будет наращивать до сотен и тысяч рабочих станций.

В основе 802.1X лежит протокол аутентификации Extensible Authentication Protocol (EAP), базирующийся на PPP. Сама процедура аутентификации предполагает участие в ней трех сторон – вызывающей (клиента), вызываемой (точки доступа) и сервера аутентификации (как правило, сервера RADIUS). В то же время новый стандарт, судя по всему, оставит на усмотрение производителей реализацию алгоритмов управления ключами.

Разрабатываемые средства защиты данных должны найти применение не только в беспроводных, но и в других локальных сетях - Ethernet и Token Ring. Вот почему будущий стандарт получил номер IEEE 802.1X, а его разработку группа 802.11i ведет совместно с комитетом IEEE 802.1.

Спецификация IEEE 802.11j. Спецификация 802.11j – настолько новая, что IEEE еще официально не сформировал рабочую группу для ее обсуждения. Предполагается, что стандарт будет оговаривать существование в одном диапазоне сетей стандартов 802.11a и HiperLAN2.

Спецификация IEEE 802.11n. Спецификация 802.11n обеспечивает работу WLAN вдвое быстрее, чем 54-мегабитные "g" и "a" – на скорости от 100 Мбит/c. и выше. Новый стандарт уравняет проводные и беспроводные системы, что позволит корпоративным клиентам использовать беспроводные сети там, где это было невозможно из-за ограниченной скорости.

Определение скоростных характеристик для стандарта "n" будет более строгим, чем у "g" или "b". Оно основывается на фактической скорости передачи файлов и потоков, а не на размере низкоуровневого трафика, снабженного множеством служебных заголовков. Ускорение достигается за счет более эффективного использования частотного диапазона, аналоговых радиочипов, выполненных по улучшенной CMOS-технологии и интеграции WLAN-адаптера в один чип.

 

Стандарт DECT

 

DECT — стандарт уникальный. Задуманный для телефонии, он практически сразу стал использоваться для построения систем передачи данных. DECT конкурирует со стандартами сотовой связи, радиорелейными технологиями, проникает в домашние мультимедийные системы, становится средством первичного доступа в публичные телефонные сети, входит в перечень стандартов сотовой телефонии третьего поколения IMT-2000. Рынок систем DECT до сих пор остается одним из наиболее динамичных в мире.

Исторически DECT был призван избавить пользователей телефонных аппаратов от соединительных шнуров. С развитием интегральных полупроводниковых технологий телефоны стали оснащать приемопередающими блоками: появились первые радиоудлинители — обычные аналоговые телефоны, в которых шнур заменен радиотрактом. Это поколение телефонов называют СТ-0 (Cordless Telephone). Их основное назначение – позволить владельцу свободно перемещаться в радиусе десятков (сотен) метров от точки подключения к телефонной сети. Главные недостатки данных устройств – относительно высокая мощность излучения (до 1 Вт), взаимные помехи, абсолютная открытость для подслушивания и несанкционированного подключения к радиотракту. В 80-х годах в Европе появились системы стандарта СТ-1 – те же аналоговые радиоудлинители, но с зачатками функций современных беспроводных средств связи, такими как роуминг и перемещение между сотами без разрыва соединения.

Однако подлинным прорывом стало появление цифровой спецификации СТ-2 (табл. 1.8). Разработана эта спецификация в Великобритании в 1989 году (общий беспроводной стык Commmon Air Interface, CAI/CT-2, стандарт MPT 1375).

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.8

 

 Основные характеристики  систем связи стандартов СТ-2 (Tangara RD),

СТЗ и DECT

 

Параметр	СТ-2 Tangara RD	CT-3	DECT
Диапазон рабочих частот, МГц	864-868,2	862-866	1880-1900
Способ разделения каналов	FDMA	TDMA с многочастотным разделением (4 канала), 8 дуплексных каналов  на несущую	TDMA с многочастотным разделением (10 каналов), 12 дуплексных каналов  на несущую
Ширина полосы канала, МГц	0,1	1	1,728
Организация дуплексной связи	TDD	TDD	TDD
Кодирование речи	ADPCM, 32 Кбит/с	—	ADPCM, 32 Кбит/с
Число каналов, поддерживаемых базовой станцией	2-6	32	до 120
Мощность передатчиков, мВт	10	—	10-250

 

В 1992 году ETSI принял CAI/CT-2 в качестве европейского стандарта. На основе СТ-2 была создана система Telepoint, получившая достаточно широкое распространение во всем мире. В ней фактически впервые была реализована микросотовая архитектура. Системам СТ-2 предрекали большое будущее, однако после резкого снижения цен на услуги сотовой связи во второй половине 90-х годов прошлого века интерес к ним упал. В начале 90-х появились системы на основе стандарта СТ-3 фирмы Ericsson. Они были установлены в ряде стран, однако вскоре внимание европейского телекоммуникационного сообщества переключилось на новую спецификацию, названную Digital European Cordless Telecommunications – DECT.

Фактически DECT – это набор спецификаций, определяющих радиоинтерфейсы для различных видов сетей связи и оборудования. DECT CI содержит описание требований, протоколов и форматов сообщений, обеспечивающих взаимодействие сетей связи и оконечного оборудования. Организация самих сетей и устройство оборудования в стандарт не входят.

Важнейшая задача DECT – обеспечить совместимость оборудования различных изготовителей. Для этого был разработан ряд профилей взаимодействия  различных систем. В 1994 году появился первый из них, унифицированный профиль доступа GAP (Generic Access Profile) – ETS 300 444. Он определяет работу оконечных устройств DECT (телефоны, базовые станции, беспроводные офисные АТС) для всех приложений голосовой связи с полосой пропускания речевого тракта 3,1 кГц. Позднее появились профили взаимодействия DECT и GSM, DECT и ISDN, взаимодействия абонентов с ограниченной мобильностью с сетями общего пользования (Cordless Terminal Mobility, CTM), со средствами абонентского радиодоступа (Radio Local Loop, RLL) и т. д.

В соответствии со спецификацией DECT в диапазоне шириной 20 МГц (1880-1900 МГц) выделено 10 несущих частот с интервалом 1,728 МГц. В DECT применяется технология доступа с временным разделением каналов – ТОМА (Time Division Multiple Access). Временной спектр разделен на отдельные кадры по 10 мс. Каждый кадр разбит на 24 временных слота: 12 слотов для приема (с точки зрения носимого терминала) и 12 – для передачи. Таким образом, на каждой из 10 несущих частот формируется 12 дуплексных каналов – всего 120. Дуплекс обеспечивается временным разделением (с интервалом 5 мс) приема/передачи (TDD, Time Division Duplex). В DECT предусмотрено сжатие речи в соответствии с технологией адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции АДИКМ (ADPCM) со скоростью 32 кбит/с (рекомендация ITU-T G.726). Поэтому информационная часть каждого слота — 320 бит. При передаче данных возможно объединение временных слотов и обеспечение скорости передачи данных до 70 Кбит/с. В радиотракте использована частотная модуляция с фильтром Гаусса (GFSK).

Базовые станции (БС) и абонентские терминалы (AT) DECT постоянно сканируют все доступные каналы (до 120). При этом измеряется мощность сигнала на каждом из каналов, которая заносится в список RSSI (Recieved Signal Strength Indication). Если канал занят или сильно зашумлен (например, помехами от другого DECT-устройства), показатель RSSI для него высокий. БС выбирает канал с самым низким значением RSSI для постоянной передачи служебной информации о вызовах абонентов, идентификаторе станции, возможностях системы и т.д. Эта информация играет роль опорных сигналов для AT – по ним абонентское устройство определяет, есть ли у него право доступа к той или иной БС, предоставляет ли она требуемые абоненту услуги, есть ли в системе свободная емкость, и выбирает базовую станцию с наиболее качественным сигналом.

В DECT канал связи всегда выбирает AT. При запросе соединения от базовой станции (входящее соединение) AT получает уведомление и выбирает радиоканал. Служебная информация передается БС и анализируется AT постоянно, следовательно, AT всегда синхронизируется с самой близкой из доступных БС. При установлении нового соединения AT выбирает канал с самым низким значением RSSI – это гарантирует, что новое соединение происходит на самом «чистом» канале из доступных. Данная процедура динамического распределения каналов DCS (Dinamic Channel Selection) позволяет избавиться от частотного планирования – важнейшее свойство DECT.

Поскольку AT постоянно (даже при установленном соединении) анализирует доступные каналы, может происходить их динамическое переключение во время сеанса связи. Такое переключение возможно как на другой канал той же БС, так и на другую БС. Эта процедура называется «хэндовер» (handover). При хэндовере AT устанавливает новое соединение, и какое-то время связь поддерживается по обоим каналам. Затем выбирается лучший. Автоматическое переключение между каналами разных БС происходит практически незаметно для пользователя и полностью инициируется AT. Это особенно важно для построения микросотовых систем, позволяющих абоненту переходить из соты в соту без прерывания соединения. Отметим, что, хотя выбор каналов остается всегда за AT, в DECT предусмотрена возможность оповещения абонентского терминала со стороны БС о низком качестве связи, что может инициировать хэндовер.

Существенно, что в радиотракте аппаратуры DECT мощность сигнала весьма мала – от 10 до 250 мВт. Причем 10 мВт – практически номинальная мощность для микросотовых систем с радиусом соты 30-50 м внутри здания и до 300-400 м на открытом пространстве. Передатчики мощностью до 250 мВт используют для радиопокрытия больших территорий (до 5 км при направленной антенне). Столь низкая мощность делает устройства DECT наиболее безопасными для здоровья. Недаром в европейских медицинских учреждениях разрешено применение систем радиотелефонии только этого стандарта.

Кроме того, при мощности 10 мВт возможно располагать базовые станции на расстоянии 25 м. В результате достигается рекордная плотность одновременных соединений — до 100 тыс. абонентов, при условии расположения БС по схеме шестиугольника в одной плоскости (на одном этаже).

 

1.6.4. Беспроводные городские сети (технология WiMAX)

 

Широкополосная  беспроводная связь уже давно рассматривается в качестве реальной альтернативы традиционным способам высокоскоростного  абонентского доступа, в том числе и новым «проводным» технологиям, таким как DSL и кабельные модемы. Местные и многоканальные многоточечные распределительные системы (Multipoint Distribution System – MDS) LMDS и MMDS (которые называют также «сотовым телевидением» и «беспроводным КТВ»), первоначально предназначавшиеся для трансляции телепрограмм в районах, не имеющих кабельной инфраструктуры, в последнее время все чаще используются для организации широкополосной беспроводной передачи данных на «последней миле». Радиус действия передатчиков MMDS, работающих в диапазоне  2,1-2,7 ГГц, может достигать 40-50  км, в то время как максимальная дальность передачи сигнала в системах LMDS, использующих значительно более высокие частоты в области 27-31 ГГц, составляет 2,5-3 км.