Вопросы самоконтроля

1. Поясните порядок взаимодействия сетей 3G и БЩД.

2. Назовите стандарты сетей БШД и область их применения.

3. Перечислите основные характеристики сетей БЩД.

4. Охарактеризуйте тенденции развития мобильных терминалов.

5. Поясните содержание технологий, лежащих в основе серии стандартов IEEE 802.11.

6. Назовите стандарты безопасности, используемые в сетях WiFi и степени создаваемой ими защиты.

7. Как правильно администрировать сеть для обеспечения её безопасности?

Тема 4.5. Элементная база беспроводных технологий широкополосного абонентского радиодоступа Требование к знаниям

Студент должен

знать:

• состав оборудования беспроводных ЛВС (точки доступа, мосты, сетевые адаптеры);

• радиомодемы каналов «точка – точка»;

• мощность передатчиков и дальность действия беспроводных устройств без применения внешних антенн и с внешними антеннами;

• устройства СВЧ – тракта при передаче на большие расстояния;

• усилители мощности;

• пассивные элементы СВЧ – тракта.

Содержание учебного материала

Оборудование беспроводных ЛВС предназначено для создания беспроводных локальных сетей и подключения их, или от дельных абонентов, к кабельным сетям.

Обеспечивает создание прозрачной среды MAC уровня, что позволяет поддерживать любые приложения. В России и странах СНГ используется в основном для доступа к Internetи объединения в единую сеть удаленных сегментов корпоративных сетей. Беспроводные сети стоятся по принципам, похожим на принципы классического проводного Ethernet, по этому получили название RadioEthernet. Наибольшее распространение получило оборудование, выполненное в соответствии со стандартом IEEE 802.11.

Возможны две базовые топологии беспроводной сети: инфраструктурная - физическая топология «звезда» с точкой доступа к кабельной сети в центре и беспроводными сетевыми адаптерами у клиентов, при которой полностью реализуются все возможности сети и«ad-hoc» - каждый с каждым, без точки доступа. Для реализации беспроводных сетей в состав серий беспроводного оборудования включают два типа устройств - точки доступа и беспроводные сетевые адаптеры.

Точки доступа подключаются к проводной или, реже, беспроводной, опорной сети, и обеспечивают стыковку беспроводных элементов с опорной сетью, а также необходимое управление беспроводными сетевыми адаптерами.

Беспроводные сетевые адаптеры предназначены для подключения к сети отдель ных компьютеров и сегментов локальных сетей. Конструктивно они выполняются в виде

PC карт для мобильных компьютеров, плат расширения с интерфейсами ISA или PCI для настольных компьютеров, а также в виде внешних автономных устройств, подключаемых

к сетевым адаптерам отдельных компьютеров, концентраторам или маршрутизаторам.

В соответствии со стандартом, устройства беспроводных локальных сетей оснащаются двумя антеннами, с возможностью автовыбора антенны по максимальному значению отношения сигнал/шум.

Для связи удаленных сегментов локальных сетей используются беспроводные мо­сты, не предусмотренные в стандарте IEEE802.11, но построенные по принципам стандарта. Одно из их главных достоинств поддержка произвольной топологии - беспроводной сети. Для создания синхронных радиоканалов«точка-точка» используются радиомодемы, оснащаемые различными интерфейсами и обеспечивающие передачу данных со скоростями от 64 до 2048кбит/с.

Дальность действия беспроводных устройств, при использовании штатных антенн, не превышает нескольких десятков метров, чего достаточно для офисных приложений, Для увеличения дальности до десятков километров используются дополнительные устройства СВЧ тракта: внешние антенны, коаксиальные кабели, СВЧ разъемы, приемопередающие усилители и т.п. Серия Aironet 4800 и беспроводные мосты BR-500 (беспроводного оборудования DSSS)

Компания Aironet Wireless Communications является одним из пионеров в области беспровод­ного сетевого оборудования. Широкое распространение в России получили уст­ройства серии Arlan, предшествовавшие стандарту IEEE 802.11. В настоящее время компания выпускает серии беспроводных сетевых устройств Aironet 4800b и беспроводных мостов BR500.

Серия Aironet 4800b содержит следующие устройства.

Беспроводная точка доступа АР 4800b - выполнена в виде автономного устройства комнатного исполнения, подключаемого к проводной сети Ethernet по интерфейсу 10BaseT, 10Base2 или 10Base5, а по радиоканалу - связанное с беспроводными сетевыми адаптерами. Для локального конфигурирования используется порт RS-232. Дополнительно к возможностям, предусмотренным стандартом, устройство может работать в режиме ретранслятора, для подключения беспроводных сетевых адаптеров, размещенных вне пределов радиовидимости основной точки доступа.

Беспроводные сетевые адаптеры ISA & PCI 4800b - представляют собой беспроводные сетевые карты, предназначенные для установки в стационарных компьютерах и отличающиеся типом интерфейса- ISA или PCI. В отличие от точки доступа, эти карты имеют только одну антенну, подключаемую к разъему на задней панели карты. Конструктивно устройства представляют собой переходник типа ISA - PC card или PCI - PC card, в который устанавливается PCMCIA беспроводный адаптер PC4800b. Инсталляция устройств предусматривает установку драйверов для используемой операционно'й системы. Для конфигурирования и мониторинга беспроводных адаптеров в среде Windows используется специальная утилита WinDGS.

Беспроводный сетевой адаптер PC 4800b - выполнен в виде стандартной PC карты и предназначен для использования в мо­бильных компьютерах, оснащенных слотом типа PC card type II. В выступающей, отстыковываемой части карты размещены две все-направленные антенны. Помимо использования по прямому назначению, устройства PC 4800b без антенного модуля использу­ются во всех остальных устройствах серии в качестве приемо-передающего радиомодуля.

Многоклиентский беспро­водный сетевой адаптер МС 4800b - представляет собой автономное устройство, предназначенное для подключения к беспроводной сети до четырех персональных компьютеров через четырехвходовый концентратор Ethernet.

Универсальный клиент UC 4800b - по внешнему виду не отличается от многоклиентского адаптера МС 4800b. UC 4800b представляет собой автономный беспроводный сетей адаптер, предназначенный для подключения к беспроводной сети одного компьютера с интерфейсом Ethernet.

Беспроводный мост BR500 - является базовым устройством серии в составе BR500/510/ 520/530. Устройства серии отличаются значением максимальной выходной мощности и типом антенны, входящей в комплект поставки. Базовое устройство поставляется с комнатной дипольной антенной, остальные имеют антенны с большим усилением для обеспечения связи на большие расстояния. Наибольшей популярностью в России пользуется базовая модель, антенна к которой подбирается в соответствии с решаемой задачей из широкой номенклатуры антенн, имеющейся на российском рынке. Устройство выполнено в традиционном корпусе Aironet, аналогичном корпусу точки доступа АР 4800b. Беспроводный мост BR500 может работать в качестве корневого узла радиосети, ретранслятора и удаленного узла. Существует также возможность использования его в качестве точки доступа вместо устройства АР4800Ь, однако такое применение BR 500 экономически не оправдано.После объединения Aironet с Cisco Systems, приведенное оборудование Aironet получило новое наименование, например: AIR 4800b – новое AIR- 4800E, PC14820B – новое AIR-PC1342 (11 Мбит/с беспроводный адаптер с поддержкой 128-бит WEP).

Кроме Cisco Systems оборудование DSSS выпускают компании Breeze COM (Breeze NET DS.11), Lucent Technologies (Orinoco), Avaya.

Серия Breeze NET PRO.11 Среди многочисленных устройств, поддерживающих технологию FHSS, наибольшее рас­пространение в России получили устройства серии Breeze NET PRO. 11 производства Breeze COM. Устройства обеспечивают пропускную способность канала в 1, 2 и 3 Мбит/с.

Ширина спектра сигнала – 1МГц.

Количество частотных позиций – 79.

Выходная мощность – 17 дБм.

Устройства СВЧ тракта

Оборудование беспроводных сетей диапазона 2,4 ГГц выпускается

производителями в основном для офисных приложений. Мощности передатчиков и усиления штатных антенн вполне хватает для передачи на расстояния порядка нескольких десятков метров. В России офисные приложения беспроводного оборудования не получили сколько-нибудь заметного распространения, практически всегда оно используется для передачи информации на значительные расстояния. В этом случае для обеспечения требуемой энергетики необходимо использовать внешние антенны с соответствующими задаче диаграммами направленности и коэффициентами усиления. Применение внешних антенн в сочетании с оборудованием комнатного исполнения порождает ряд проблем, связанных с необходимостью передачи сигнала от антенны к устройству по коаксиальному кабелю с малым затуханием. Для согласования разъемов различных типов необходимы СВЧ разъемы и переходники. Поскольку наружные антенны подвержены действию грозовых разрядов и других мощных электромагнитных импульсов, для защиты оборудования от их действия необходимо использовать устройства грозозащиты. В ряде случаев требуемые расстояния или затухание сигнала в коаксиальном кабеле настолько велики, что возникает необходимость использовать дополнительные усилители.

Антенны диапазона 2,4 ГГц, в зависимости от решаемых задач и вида диаграммы направленности, принято подразделять на три типа: всенаправленные, секторные и направленные. Все антенны предназначены для наружной установки, имеют всепогодное исполнение, согласованы с 50-омной нагрузкой и имеют запас по рассеиваемой мощности, в 50-100 раз превышающий максимальную для рассматриваемых систем мощность, подводимую к антенне.

Всенаправленные антенны (omni) имеют круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, вертикальную поляризацию и коэффициент усиления от 6 до 12 дБ. Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости связана с коэффициентом усиления антенны и изменяется от 60° при коэффициенте усиления 6 дБ до 7° при усилении 12 дБ. Все­направленные антенны используются, главным образом, для создания беспроводных точек до­ступа при произвольном расположении абонентов.

Секторные антенны имеют ширину диаграммы направленности в горизонтальной плоско­сти от 35° до 180° и используются для создания секторированных точек доступа, обеспечиваю­щих пространственное разделение абонентов. Такое построение антенной системы базовой станции позволяет повысить ее пропускную способность за счет подключения отдельных точек доступа к разным антеннам, а также более рационально использовать имеющийся частотно-энергетический ресурс системы.

Направленные антенны применяются для обеспечения максимальной дальности радиолинии, а также для связи беспроводных абонентов с точкой доступа. Коэффициент усиления и, соответственно, тип направленной антенны выбирается исходя из необходимости обеспечения требуемых энергетических параметров радиолинии (см. Тему 4.6).

Усилители используются в беспроводных сетях для решения двух задач: компенсации потерь сигнала в коаксиальных кабелях и увеличения энергетического потенциала радиолиний с целью повышения дальности. Для оборудования беспроводных сетей и радиомодемов с единым приемо-передающим трактом используются приемо-передающие усилители с автоматической коммутацией усилителя на прием или передачу по уровню сигнала от входа передатчика. При превышении сигналом с выхода передатчика порогового значения усилитель включается на усиление передаваемого сигнала. Когда уровень сигнала от выхода передатчика становится меньше порогового значения, усилитель переключается на усиление принимаемого сигнала. Для радиомодемов BreezeLink-121, имеющих отдельные каналы приема и передачи, использу­ются отдельные приемные и передающие усилители.

Усилители имеют всепогодное исполнение и, как правило, устанавливаются в непосредственной близости от антенны. Питание усилителей производится по коаксиальному кабелю с помощью специального инжектора, к которому подключается устанавливаемый в помещениях блок питания.

Опыт эксплуатации различных усилителей в российских условиях показал, что наилучшими эксплуатационными характеристиками при электрических характеристиках, не худших, чем у типовых импортных изделий, обладают отечественные усилители серии Manus.

Наряду с усилителями, предназначенными для работы с актив­ным радиооборудованием, выпускается устройство Manus-10, предназначенное для работы в качестве активного ретранслятора. Ретранслятор представляет собой двунаправленный приемо-передающий усилитель с двумя антенными входами, к которым подключаются антенны, направленные на конечные узлы радиолинии. Ретранслятор переключается на усиление сигнала с одного или другого входа по результатам сравнения с порогом сигналов на входах. Для исключения срабатывания от помех пороговый уровень выставляется достаточно высоким, что приводит к тому, что ретранслятор можно использовать толь­ко на сравнительно коротких линиях протяженностью в несколько километров для обхода препятствий, закрывающих прямую видимость между конечными точками линии.

Все усилители выполняются в типовом корпусе и, помимо собственно усилителей, содержат полосовой фильтр на весь диапазон с полосой пропускания около 100 МГц и устройство грозозащиты, необходимые для защиты от внеполосных и мощных электромагнитных помех.

Пассивные элементы СВЧ тракта

Устройства грозозащиты предназначены для защиты входных каскадов приемников и выходных каскадов передатчиков активного оборудования от мощных электромагнитных помех, способных привести к необратимым изменениям указанных каскадов. Источником мощных электромагнитных помех являются близко проходящие грозы, а также промышленные установки. Устройства грозозащиты, равно как и антенные мачты, должны быть на­дежно заземлены.

Устройства грозозащиты, в силу, в первую очередь, некоторой инерционности, не защищают от прямого попадания молнии, что требует отдельного решения вопроса молниезащиты антенных мачт. Наибольшее распространение получили сравнительно недорогие и надежные устройства грозозащиты отечественного производства QuarterWave.

Кабельные переходы. Беспроводные устройства представляют собой достаточно компактные изделия, которые могут быть оснащены только малогабаритными разъемами для подключения внешних антенн. С другой стороны, для уменьшения потерь приходится использовать толстые и жесткие коаксиальные кабели, на которые, как правило, устанавливаются разъемы N-типа. Для подключения такого кабеля к антенному гнезду устройства используются специальные переходники, представляющие собой короткий отрезок тонкого коаксиального кабеля с фирменным разъемом на одном конце и разъемом N-типа на другом.

Коаксиальные кабели. Для подключения внешних антенн используются жесткие и полужесткие коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом и затуханием от 0,09 до 0,24 дБ/м. Величина затухания коаксиального кабеля зависит от целого ряда факторов, однако имеет место явно выраженная обратная зависимость величины погонного ослабления от диаметра кабеля: с увеличением диаметра потери уменьшаются. С другой стороны с увеличением диаметра и жесткости кабеля существенно увеличивается сложность и стоимость монтажных работ. Поэтому, для подавляющего большинства приложений, на практике используется кабель типа Belden 9913 с погонным затуханием 0,24 дБ/м.

СВЧ разъемы и переходники. С наиболее распространенными коаксиальными кабелями используются высокочастотные разъемы N-типа в вариантах male и female. Такими же разъемами оснащаются типовые устройства СВЧ тракта: антенны, усилители, фильтры и устройства грозозащиты. В ряде случаев, при необходимости непосредственного соединения двух устройств с разъемами одного варианта, например - антенны и усилителя с разъемами N-типа в варианте female, необходимо использование специальных переходников типа male-male или female-female.

Аттенюаторы. В условиях большой загрузки диапазона 2,4 ГГц излишне большая излучаемая мощность может быть не благом, а недостатком, с которым приходится бороться, и актуальным становится частотно-территориальное планирование радиосетей. Одним из способов уменьшения величины излучаемой мощности является установка в СВЧ тракт аттенюаторов. Аттенюаторы также широко используются при стендовых испытаниях радиооборудования, в частности, при определении величины системного усиления тракта. Для решения указанных задач отечественными предприятиями выпускаются аттенюаторы с затуханием 3, 6, 10, 20, 30 и 40 дБ.

Термобоксы. Использование беспроводного оборудования для создания протяженных каналов связи, характерное для России, в сочетании со стремлением минимизировать потери сигнала в коаксиальном кабеле, приводят к необходимости установки активного оборудования в непосредственной близости от антенны - на антенной мачте, на крыше или, в лучшем случае - на чердаке здания. Температурно-влажностные условия такого размещения, как правило, не соответствуют температурно-влажностным характеристикам оборудования. Для защиты оборудования от внешних воздействий и низких температур используются термобоксы, представляющие собой настенные всепогодные шкафы, оснащенные системой терморегулирования и надежным замком. Термобоксы покрыты порошковым антикоррозионным покрытием, противостоящим снегу, соли, изморози и смогу. Типовые габариты термобокса - 500 х 500 х 210 мм, однако возможна поставка с габаритами по требованию заказчика.