2.11.1. Проблемы беспроводных сетей и пути их решения
С точки зрения требований к промышленным сетям беспроводные сети уступают проводным по следующим характеристикам:
время доставки сообщений: используемый механизм случайного доступа к каналу CSMA/CA не гарантирует доставку в заранее известное время [Willig] и эту проблему нельзя решить с помощью коммутаторов, как в проводных сетях;
помехозащищенность: беспроводные сети подвержены влиянию электромагнитных помех значительно сильнее, чем проводные;
надежность связи: связь может исчезнуть при несвоевременной смене батарей питания, изменении расположения узлов сети или появлении объектов, которые вызывают затухание, отражение, преломление илирассеяние радиоволн;
ограниченная дальность связи без использования ретрансляторов (обычно не более 100 м внутри помещений);
резкое падение пропускной способности сети при увеличении количества одновременно работающих станций и коэффициент использования канала;
безопасность: возможность утечки информации, незащищенность от искусственно созданных помех, возможность незаметного управления технологическим процессом враждебными лицами.
Уникальным достоинством беспроводных сетей является отсутствие кабелей, что и определяет выбор областей их применения в системах промышленной автоматизации.
Рассмотрим физические причины возникновения перечисленных проблем и методы борьбы с ними. Основными причинами являются интерференция, дифракция, преломление, отражение, рассеяние (переизлучение) и снижение плотности мощности излучения при увеличении расстояния от источника, а также невозможность локализации радиоволн в ограниченном пространстве.
Зависимость плотности мощности от расстояния
Известно,
что плотность
мощности радиоволны уменьшается
по мере удаления от антенны вследствие
расхождения пучка, рассеяния и поглощения
волн препятствиями на пути их
распространения. Плотность мощности 
волны
на расстоянии 
от
источника приближенно описывается
зависимостью [Willig]
|
(2.3) |
,
где 
-
некоторая константа, определяемая
экспериментально; параметр 
[Willig]
зависит от конструкции антенны, диапазона
частот, наличия препятствий на пути
распространения электромагнитной
волны. В условиях промышленного
предприятия 
; 
-
плотность мощности на расстоянии
от
источника. Формула (2.3) справедлива
при 
[Willig].
По указанным причинам каждый участник беспроводной сети имеет ограниченную зону уверенного приема, которая представляется приближенно в форме сферы. Это приводит к необходимости планирования расположения беспроводных станций таким образом, чтобы зоны уверенного приема непосредственно связывающихся станций перекрывались. Если станции расположены на расстоянии неуверенного приема, то небольшие изменения окружающей обстановки могут привести к потере сообщений или снижению скорости передачи.
Ограниченность радиуса действия передатчиков привела к возникновению ячеистых сетей [Akyildiz], в которых информация передается не через общий канал связи, как в проводных сетях, а от узла к узлу, используя промежуточные узлы сети в качестве ретрансляторов и маршрутизаторов. При выходе из строя или удалении из сети некоторых узлов сеть автоматически находит новый маршрут, чтобы доставить данные адресату. Добавление к сети нового устройства также может происходить автоматически, т.е. ячеистые сети обладают свойством самоорганизации.