9. Беспроводные технологии
9.1. Особенности беспроводных технологий
Беспроводные технологии включают в себя ряд технологий передачи информации через воздушную или космическую среду с использованием электромагнитных волн на предопределенных частотах.
Компьютеры, предназначенные для работы в беспроводной сети, должны быть оснащены беспроводным сетевым адаптером, аналогично компьютерам в составе кабельной компьютерной сети, которые для работы используют сетевые адаптеры с кабельными интерфейсами NIC. Беспроводной сетевой адаптер отличается тем, что вместо кабельного интерфейса (разъема), в нем применяется антенна для эффективного приема и передачи радиосигнала.
Длина волны, на которой передается сигнал, обуславливает размер антенны, необходимый для эффективной работы беспроводной системы. Обычно оптимальный размер антенны в высокочастотных радиодиапазонах составляет одну четверть или половину рабочей длины волны λ, которая определяется из соотношения:
где с – скорость света, с=3*108 м/с, T – период полного колебания, в секундах, и f – частота, Гц. Современные беспроводные локальные сети (а также сотовые телефонные системы) работают в диапазонах частот от примерно 600 МГц до 6 ГГц и более (6*108 - 6*109 Гц). Таким образом, соответствующие длины волн составляют приблизительно от λ = 50 см до λ ~ 5 см, а размеры антенн для беспроводных устройств не превышают нескольких сантиметров. Многоканальные (многоточечные) системы связи работают в основном в диапазонах частот около 2,5 ГГц и ~5 ГГц.
При увеличении частоты несущего сигнала , с одной стороны – увеличивается пропускная способность канала связи, но с другой стороны - уменьшается дальность работы устройств (из-за поглощения и рассеивания сигнала в среде), поэтому приходится увеличивать мощность излучения источников.
Аппаратно беспроводный клиент может быть или встроен в оборудование (как в современных переносных компьютерах – ноутбуках, или в мобильных телефонах), или выполнен в виде отдельной карты (устройства USB или PC Card). Беспроводные сетевые адаптеры могут выпускаться в следующих вариантах:
беспроводная PCI карта, работающая в составе обычного настольного персонального компьютера или ноутбука;
беспроводной USB адаптер – подключаемый к соответствующему порту любого компьютера;
беспроводная PC карта, подключаемая к универсальному разъему для чтения разнообразных карт памяти, обычно включаемому в состав современных переносных компьютеров (ноутбуков).
9.2. Стандарты беспроводных локальных сетей
Беспроводные локальные сети (WLAN) разрабатываются в соответствии со специальными стандартами. Все эти стандарты разработаны и утверждены международным институтом IEEE.
Самый распространенный тип беспроводной компьютерной сети называется Wi-Fi сетью. Это беспроводная технология, которая отвечает стандарту IEEE 802.11. Технология Wi-Fi в настоящее время уже широко применяется в общедоступных коммерческих, в домашних, а также в виртуальных частных сетях VPN.
Исходный, базовый стандарт – IEEE 802.11 определяет работу беспроводных Wi-Fi систем в диапазоне частот 2,4 ГГЦ со скоростью передачи сигнала достигающей 2 Мбит/с. В соответствии с этим стандартом, производятся операции со следующими методами транспортировки информации:
Инфракрасное (ИК) излучение;
Расширенный спектр радиоизлучения со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS);
Расширенный спектр с прямой последовательностью DSSS.
На физическом уровне передача должна происходить со скоростью один или два Мбит/с.
Дальность действия таких сетей в настоящее время достигает сотен метров на открытом пространстве, а по последним данным фирмы IBM – удалось достичь даже нескольких километров.
Наиболее широкое распространение получили беспроводные сети работающие в радиодиапазонах 2,4 – 2,9 ГГц и около 5 ГГц, на нескольких (до 12) дискретных частотах (каналах) вблизи несущих частот указанных диапазонов. Частоты (или номера) используемых каналов каждой конкретной беспроводной системы могут переключаться самой системой синхронно для всех узлов внутри сети.
Кроме базового стандарта, к настоящему времени разработаны и применяются многие его модификации:
IEEE 802.11a – передача информации на скоростях 6, 9, 13, 18, и от 24 до 54 Мбит/с на несущей частоте 5,5 ГГц. Он использует более эффективный алгоритм кодирования чем остальные модификации, что снижает взаимные помехи;
IEEE 802.11b – это самый недорогой и самый медленный стандарт, позволяет передавать информацию на скоростях 1, 2, 5,5, и 11 Мбит/с на несущей частоте около 2,4 ГГц;
IEEE 802.11g – работает в диапазоне 2,4 ГГц, как и предыдущий, но он теоретически обеспечивает скорость передачи данных до 54 Мбит/с, поскольку использует алгоритм кодирования, аналогичный стандарту IEEE 802.11a;
IEEE 802.11n – новейший широко распространенный стандарт, который работает в обоих диапазонах частот и 2,4 ГГц и 5 ГГц, и при этом реально обеспечивает скорость передачи данных до 140 Мбит/с.
Все приведенные стандарты предусматривают технологии работы беспроводных сетей, практически совпадающие с технологиями работы кабельных Ethernet систем, в частности CSMA/CD.
Некоторое распространение получили также беспроводные сети с использованием технологии Bluetooth, которая весьма схожа с технологией Wi-Fi, но управляется стандартами IEEE 802.15, и отличается, в основном, лишь гораздо меньшими уровнями сигналов, вследствие чего работает на сравнительно коротких дистанциях (десятки метров в открытом пространстве). Технология Bluetooth обеспечивает беспроводную связь на предельно малых дистанциях и используется, в основном, в режиме точка-точка для обеспечения связи двух близкорасположенных узлов. В качестве примера можно привести работу беспроводных гарнитур для мобильных телефонов Hands-Free или беспроводные клавиатуры или мыши для настольных компьютеров.
Другой тип беспроводных сетей, который в ближайшем времени, должен получить широкое распространение, WiMax (иногда называют WirelessMAN), соответствует стандарту IEEE 802.16. Сети WiMax должны обеспечить, как предполагается, высокоскоростной беспроводной связью крупномасштабные сети размером в большой район или целый город.