Ieee802.11 (Wi-Fi)

IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц.Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющийся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. «Wi-Fi» —торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно«беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi .

Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей, IEEE 802.11a, определяет скорость передачи уже до 54 Мбит/с.Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц. + использование OFDM.

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing)является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ ( Быстрое преобразование Фурье ).

Вопреки своему названию, принятый в 1999 году стандарт IEEE802.11b не является продолжением стандарта IEEE 802.11a,поскольку в них используются различные технологии: DSSS (точнее, его улучшенная версия HR-DSSS) в IEEE 802.11b против OFDM в IEEE 802.11a. Стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с.Продукты стандарта IEEE 802.11b, поставляемые разными изготовителями,тестируются на совместимость и сертифицируются организацией Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), которая в настоящее время больше известна под названием Wi-Fi Alliance.

Проект стандарта IEEE 802.11g был утверждён в2003г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц,обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, стандарт IEEE 802.11b (который обеспечивает скорость передачи 11 Мбит/с). Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом IEEE 802.11b.Обратная совместимость стандарта IEEE 802.11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда скорость передачи будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость составляет 54 Мбит/с.

Производители всегда стремятся представить быстрые беспроводные продукты. Например, стандарт IEEE 802.11g неофициально преодолел лимит54 Мбит/с с помощью технологий объединения каналов Super G, AirPlus XtremeG, MIMO, Turbo и получил поддержку пропускной способности 108 и даже 150 Мбит/с.

Рисунок 104 Беспроводной маршрутизатор DIR-300/NRU Wireless 150

IEEE 802.11 y -2008 дополненный стандарт IEEE 802.11-2007 предусматривает использование оборудования Wi-Fi с рабочими частотами 3650 - 3700 МГц на территории США Обеспечивает скорость до 54 Мбит/с на расстоянии до 5000 м на открытом пространстве.

IEEE 802.11n — новейшая версия стандарта IEEE 802.11 для сетей Wi-Fi. Стандарт IEEE 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандарта IEEE 802.11g, при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически IEEE 802.11nспособен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Устройства 802.11nработают в диапазонах 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:

· наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a

· смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n

· «чистом» режиме — 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом IEEE 802.11n).

Основные направления деятельности IEEE по темам беспроводной передачи данных

802.11, беспроводные локальные сети с наиболее важными на данный момент группами:

Группа High-Throughput Study Group (HTSG);

802.11ac , Very High Throughput, работает над гигабитной технологией;

802.15, беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, Wireless PAN), технологию Bluetooth планируется дополнить следующими функциями: TG3c, mm Wave PHY - 1-2 Гбит/с для применения внутри помещений; ячеистые сети TG5 (Mesh Networking); «телесные сети» TG6 BAN (BodyArea Networks), а также TG7 (Visual Light Communication) - связь при помощи видимого света;

802.16, широкополосный беспроводной доступ (Broadband Wireless Access). Этой темой занимаются три группы: 802.16h, 802.16j, мобильная многоузловая трансляция (Mobile Multihop Relay); 802.16m, усовершенствованный воздушный интерфейс (Advanced Air Interface), разрабатывающая гигабитную технологию.

Исследователи уже смотрят в сторону гигабитных беспроводных сетей. Группа High-Throughput Study Group (HTSG), которая ранее ставила задачу добиться утверждения 802.11n, разделилась на два новых образования,которые работают над будущими стандартами с частотами до 6 ГГц ( IEEE 802.11ac)и 60 ГГц ( IEEE 802.11ad). Эти беспроводные технологии потенциально могут удвоить пропускную способность 802.11n.

Организация IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) объявила о планах по разработке стандарта IEEE 802.11acдля Wi-Fi, который обещает стать одним из ключевых нововведений в сфере беспроводной передачи данных в ближайшие два года. Ожидается, что в новый стандарт, построенный на базе IEEE 802.11a, будет использовать каналы шириной 80 МГц или даже160 МГц. В перспективе разработка сможет обеспечить пропускную способность эквивалентную Gigabit Ethernet: 1 Гбит/c, что более чем в три раза превышает характеристики недавно утвержденного стандарта IEEE 802.11n (600 Мбит/c). На данный момент проект находится на стадии обсуждения. Предположительно испытания начнутся в конце 2011 года, а окончательное утверждение стандарта произойдет в декабре2012.

Вместе с тем пока Wi-Fi только планирует подобраться к отметке 1 Гбит/с, организация Wireless Gigabit Alliance, ответственная за продвижение беспроводной 60-ГГц технологии, уже заявила о завершении работ над первой версией спецификации WiGig (IEEE 802.11ad).. Новый стандарт предусматривает более чем в десять раз большую пропускную способность по сравнению с самыми быстрыми современными сетями Wi-Fi. При этом, что немаловажно, сохранена обратная совместимость с существующими на рынке Wi-Fi устройствами.

Несмотря на высокую производительность технологии WiGig, она уступает современному Wi-Fi по дальности действия. Если Wi-Fi в помещениях позволяет связывать устройства на расстоянии в несколько десятков метров, то WiGig гарантирует качественное соединение на расстоянии всего 10 метров. Впрочем, во многих случаях этого может оказаться вполне достаточно для организации домашней беспроводной сети. Напомним, недавно представленный стандарт WHDI1.0 имеет дальность связи в тридцать метров, но его максимальная скорость передачи данных не превышает 3 Гбит/с.

Новый стандарт Wireless Home Digital Interface (WHDI) предусматривает передачу высококачественного несжатого видео 1080p/60 Гц на расстояние до тридцати метров, при этом стены – не помеха. WHDI позволяет пользователям строить беспроводные HD-сети у себя дома и наслаждаться новейшими интерактивными сервисами. Источниками видео высокого разрешения, которое передается на телевизоры (а их в квартире может быть несколько), могут выступать самые разнообразные устройства, включая настольные персональные компьютеры, ноутбуки и нетбуки, смартфоны, карманные плееры. Подключение устройств с логотипом WHDIудобное и простое, и не требует прокладки кабелей.

Спецификацией предусмотрена пропускная способность сети до трёх гигабит в секунду в 40-МГц полосе 5-ГГц диапазона. Задержка сигнала составляет менее одной миллисекунды. Также в WHDI предусмотрена поддержка защиты контента HDCP 2.0.

Технология WiMax

WiMax (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access )— телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE802.16, который также называют Wireless MAN. Название «WiMax» было создано WiMax Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года сцелью продвижения и развития технологии WiMax. Форум описывает WiMax как«основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL»

WiMax подходит для решения следующих задач:

Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMax позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях,с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

IEEE 802.16-2004 (известен также как IEEE 802.16d и фиксированный WiMax).Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMax Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.

IEEE 802.16-2005 (известен также как IEEE 802.16e и мобильный WiMax). Спецификация утверждена в 2005 году. Это — новый виток развития технологии фиксированного доступа ( IEEE 802.16d).Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер (англ.), idle mode и роуминг.Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMax таковы: 2,3–2,5; 2,5–2,7; 3,4–3,8 ГГц. Конкурентами IEEE 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMax позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч.Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае, мобильный WiMax может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Таблица 5 .Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт IEEE	Использование	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
UWB	802.15.3a	WPAN	110–480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
Wi-Fi	802.11a	WLAN	до 54 Мбит/с	до 100 метров	5,0 ГГц
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 108 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11n	WLAN	до 300 Мбит/с (в перспективе до 450, а затем до 600 Мбит/с)	до 100 метров	2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	6–10 км	1,5–11 ГГц
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 30 Мбит/с	1–5 км	2–6 ГГц
WiMax	802.16m	WMAN, Mobile WMAN	до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN)	н/д (стандарт в разработке)	н/д (стандарт в разработке)

WiMax это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование не лицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю.Разные стандарты семейства IEEE 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).

Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая сотни метров, которая использует не лицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMax можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

WiMax и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMax использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется вEthernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в некоторых кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

Ведущие разработчики, поставщики элементной базы и производители оборудования WiMax выдвинули инициативу, направленную на ускорение внедрения нового поколения технологии WiMax, известного под обозначением WiMax 2.

Технология WiMax 2 будет построена на стандарте IEEE802.16m, представляющем собой стандарт IEEE 802.16e, дополненный новыми возможностями, но сохранивший обратную совместимость. Стандарт соответствует требованиям International Telecommunications Union для 4G (или IMT-Advanced) по части производительности — пиковое значение скорости передачи превышает 300Мбит/с, задержки уменьшены, а «вместимость» с точки зрения приложений VoIP увеличена. Эти изменения помогут операторам WiMax соответствовать взрывному росту потребностей широкополосного доступа, вызванному распространением мультимедийных мобильных приложений.

Технология3G

3 G (от англ. third generation — «третье поколение»), технологии мобильной связи3 поколения— набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных.

Стандарт 3G был разработан Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) и носит название IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Основная цель —гармонизация систем третьего поколения для обеспечения глобального роуминга — в настоящее время трудно достижима, так как многие из них работают в разных стандартах: под аббревиатурой IMT-2000, объединены 5 стандартов, а именно:

· W-CDMA

· CDMA2000

· TD-CDMA/TD-SCDMA

· DECT

· UWC-136

Из этих пяти только три первых — W-CDMA, CDMA2000 иTD-CDMA/TD-SCDMA обеспечивают полное покрытие в макро-, микро- и пико сотах, и поэтому фактически только они могут рассматриваться в качестве полноценных 3G-решений. В числе остальных стандартов, DECT используется, в частности, в беспроводных телефонах домашнего и офисного назначения. Кроме того, он может применяться для организации 3G хот-спотов с небольшой зоной обслуживания (с этой точки зрения его можно рассматривать в качестве подмножества "большой" 3G-сети). И, наконец, UWC-136 — это просто другое название технологии EDGE, которую обычно относят к 2,5G.В 2007 году к этому стандарту причислили и WiMax .

Наибольшее распространение в мире получили два стандарта: UMTS (или W - CDMA ) и CDMA 2000( IMT - MC ), в основе которых лежит одна и та же технология— CDMA ( Code Division Multiple Access — множественный доступс кодовым разделением каналов). Также возможно использование стандарта CDMA 450.

Технология CDMA 2000обеспечивает эволюционный переход от узкополосных систем с кодовым разделением каналов IS -95(американский стандарт цифровой сотовой связи второго поколения) к системам CDMA «третьего поколения» иполучила наибольшее распространение на североамериканском континенте, а также встранах Азиатско-Тихоокеанского региона.

Технология UMTS ( Universal Mobile Telecommunications Service —универсальная система мобильной электросвязи) разработана для модернизациисетей GSM (европейскогостандарта сотовой связи второго поколения), и получила широкое распространениене только в Европе, но и во многих других регионах мира.

Работа по стандартизации UMTS координируется международной группой 3 GPP ( Third Generation Partnership Project ), а по стандартизации CDMA 2000— международной группой 3 GPP 2( Third Generation PartnershipProject 2),созданными и сосуществующими в рамках ITU .

В сетях 3 G обеспечивается предоставление двух базовых услуг: передача данных и передачаголоса. Согласно регламентам ITU ( International Telecommunications Union )—Международный Союз Электросвязи) сети 3 G должны поддерживать следующие скорости передачи данных:

· для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч)— не менее 144кбит/с;

· для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч)— 384 кбит/с;

· для неподвижных объектов— 2,048 кбит/с.

Технология HSDPA

HSDPA (англ. High-SpeedDownlink Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных отбазовой станции к мобильному телефону) — стандарт мобильной связи,рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции ктехнологиям мобильной связи четвёртого поколения (4 G ). Максимальная теоретическая скоростьпередачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек, практически жедостижимая скорость в существующих сетях обычно не превышает 4 Мбит/сек.

Технология4G

4G— перспективное (четвёртое) поколение мобильной связи,характеризующееся высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с.

В отличие от 3G, стандартизованного Международным союзом электросвязи как IMT-2000, общепринятого определения для 4G по состоянию на 2009 г. не существует. Сторонники технологии WiMax иногда утверждают, что WiMax относится к четвёртому поколению мобильной связи, однако такой взгляд не является общепринятым, так как стандарт не обладает функционалом телефонной связи, а является одной из многочисленных технологий беспроводного широкополосной передачи данных.

В конце января 2008 г. спецификация сети LTE-TRAN (LTETerrestrial Radio Access Network) была одобрена организацией 3GPP (3rdGeneration Partnership Project) и стала частью спецификаций 3GPP Release 8. Фактически, эта технология базируется на радиоинтерфейсе OFDMA (OrthogonalFrequency Division Multiple Access) и технологии MIMO (Multiple Input MultipleOutput). Кроме того, протокол LTE уже поддерживают решения таких компаний, как Alcatel-Lucent, Broadcom, Ericsson, Hewlett-Packard, LSI Logic, Motorola, Nokia-SiemensNetworks, Panasonic, Qualcomm, Telcordia и т.д.

Long Term Evolution (LTE) – стандарт сотовой связи, позволяющий передавать и принимать информацию на скорости 100-326 Мбит/с. Для сетей LTE используются диапазоны 760-870 МГц и 2000 МГц. Технология LTEдолжна прийти насмену сетям сотовой связи третьего поколения (3G). Технология Long Term Evolution, как ожидается, приведет к появлению качественно новых мобильных сервисов: пользователи смогут здесь и сейчас получать высококачественное видео, работать с интерактивными службами.

На сегодняшний день, провайдер мобильной связи TeliaSonera сообщает, что его усилиями введены в эксплуатацию первые в мире коммерческие сети 4G, работающие по протоколу LTE. Протестировать их работу смогут жители центральных частей Стокгольма, Швеция и Осло, Норвегия.