Беспроводные технологии продолжают победоносно шествовать по планете. На смену устаревшим приходят новые, и сегодня беспроводные сети начинают использовать в тех областях, где раньше их применение считалось практически невозможным.
Самое главное преимущество таких сетей заключается в том, что не надо тянуть сотни метров проводов для прокладки сети, т.к. передача информации осуществляется по воздуху, посредством радиоволн. Сигнал проходит сквозь стены и поэтому не нужно пробивать отверстия в бетонных и кирпичных стенах и перекрытиях офисных зданий, чтобы обеспечить прохождение сигнала. Беспроводные технологии позволяют осуществить монтаж сети гораздо быстрее и сделать ее более мобильной.
Беспроводные технологии позволяют организовать мобильный офис для каждого сотрудника компании, что позволяет не тратиться на стационарное рабочее место в здании компании. Используя беспроводной доступ к сети компании, такой сотрудник может работать, находясь у себя дома или сидя на скамейке в городском парке.
Первые беспроводные сети были очень дорогими и ненадежными, кроме того, скорость передачи данных была неприемлемо низкой. Однако с развитием беспроводной отрасли и появлением единых стандартов и оборудования ситуация начала меняться к лучшему. Сейчас организацию беспроводной сети могут себе позволить даже небольшие фирмы и домашние хозяйства.
1.8.1. Стандарты семейства 802.11 (WI-Fi)
На сегодняшний день самым популярным стандартом беспроводной сети (WLAN - Wireless Local Area Network, беспроводная локальная сеть) является стандарт 802.11b/g, также известный как Wi-Fi (Wireless Fidelity - беспроводная точность). Его популярность обусловлена высокой пропускной способностью (до 54 Мбит/с) и приемлемыми ценами на оборудование для организации такой сети.
Наиболее распространены стандарты 802.11b и 802.11g, менее распространен стандарт 802.11a. Стандарт 802.11g является преемником стандарта 802.11b. А стандарт 802.11g в 2007 году сменится более новым стандартом - 802.11n.
802.11b/g-устройства от различных производителей достаточно хорошо работают друг с другом. Оборудование этого стандарта выпускается в широком ассортименте многочисленными фирмами и стоит относительно недорого. Однако если применять оборудование стандарта 802.11b/g дома или в небольшом офисе, то могут возникнуть три проблемы.
Проблема первая - рабочий диапазон 2,4 ГГц, может быть занят излучением другого оборудования. Микроволновые печи, например, тоже используют частоту 2,4 ГГц. Сигналы 2,4 ГГц плохо проходят через препятствия, такие как дерево или тело человека. Многие материалы представляют существенные преграды для такого излучения.
Проблема вторая - сети 802.11b/g трудно обезопасить. Сетевой протокол (как и Ethernet) изначально не подразумевает безопасность. Если не использовать высокоуровневые решения, то сеть оказывается незащищенной.
Безопасность большинства сетей Ethernet и почти всех домашних сетей и сетей малых офисов практически нулевая. Любой подключившийся к сети может получить доступ ко всем ее ресурсам, доступ в интернет через общее подключение и многое другое. Хотя для того, чтобы подключиться необходимо находится в определенной близости от сети.
Беспроводные сети позволяют подключиться злоумышленнику, находящемуся на возвышении даже на расстоянии мили, с тем же успехом, что и в здании при условии использования небольшой направленной антенны. Поместите точку доступа в сеть, защищенную брандмауэром, и для злоумышленника ваша сеть окажется практически открытой.
Проблема третья - невысокая скорость передачи данных в сетях 802.11b. Теоретическая пиковая пропускная способность 802.11b составляет 11 Мбит/с. Ее вы получите только при сильном сигнале, а минимальная скорость - всего 1 Мбит/с. Такая пропускная способность возможна только в том случае, если в каждый момент времени только одно устройство в сегменте передает данные. Чем больше пользователей одновременно работают в сети, тем ниже скорость передачи данных. Стандартом 802.11 не предусмотрен отдельный канал для определения коллизий, поэтому используется метод множественного доступа к среде передачи. Если на среду передач претендует более чем один пользователь, то полоса пропускания делится на всех. Каждый пользователь получает меньшую пропускную способность, чем вы можете ожидать.
Самым популярным стандартом на сегодня является 802.11g. Он также как и 802.11b использует диапазон частот 2,4 ГГц. Кроме того, оборудование такого стандарта совместимо с устройствами 802.11b. Технология 802.11g выглядит идеальным решением для многих целей: обратная совместимость, работа с антеннами на 2,4 ГГц, высокая скорость. Пропускная способность в такой сети 802.11g доходит до 54 Мбит/с., однако и здесь на практике реальная пропускная способность сети не достигнет этой цифры.
Существует более новый, но менее популярный стандарт 802.11a.
Стандарт 802.11a работает с точки зрения конечного пользователя, так же, как 802.11b, за исключением того, что используется диапазон чуть больше 5 ГГц вместо 2,4, и пиковая пропускная способность составляет 54 Мбит/с, вместо 11. Минимальная скорость - 6 Мбит/с. Если вы хотите создать беспроводную сеть там, где большое количество помех в диапазоне 2,4 ГГц, то вас спасет стандарт 802.11a.
Для доступа в сеть используются беспроводные точки доступа, внешне выглядящие как обычные сетевые концентраторы, за исключением того, что имеют одну либо две внешние антенны.
Стандарт 802.11a предусматривает возможность создания списка доступа ACL (Access Control List - список контроля доступа). В нем указываются MAC-адреса, с которыми разрешено подключение к точке доступа. Это простой способ разрешить доступ к WLAN только для тех, кому вы доверяете.
Установка точки доступа не представляет ничего сложного. Как и большинство других пластмассовых коробок современного сетевого оборудования, она имеет HTML-интерфейс. С ним можно работать, если указать в любом браузере IP-адрес точки доступа.
Компания Actiontec выпускает адаптеры PCMCIA для сетей 802.11a. С помощью адаптера (как и в случае с 802.11b) вы можете подключить компьютер к WLAN без точки доступа - в режиме ad-hoc (ad-hocity - прицеп). Традиционное подключение к WLAN, с использованием точек доступа происходит в режиме infrastructure (инфраструктура). Компания Actiontec выпускает адаптеры 802.11a так же как и 802.11b - со встроенными антеннами и без разъемов для подключения внешних антенн. У точки доступа традиционно есть две антенны, но их нельзя снять или заменить.
23 января 2006 года стандарт беспроводной связи 802.11n, предложенный консорциумом EWC (Enhanced Wireless Consortium), одобрен окончательно. Теперь Институту инженеров электроники и электротехники (IEEE) предстоит ратифицировать стандарт, на что может уйти около одного года, сообщает издание EETimes.
Стандарт 802.11n, разработанный EWC, предусматривает возможность передачи данных в беспроводных сетях со скоростью до 600 Мбит/с. Для сравнения, внедряемый сейчас стандарт WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) обеспечивает пропускную способность до 70 Мбит/с. То есть, скорость обмена информацией в сетях 802.11n будет практически на порядок выше скорости в сетях WiMAX. Сети 802.11n будут использовать нелицензируемые в большинстве стран частотные диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц. Кроме того, можно упомянуть совместимость с сетями 802.11a/b/g.
Между тем, компания Broadcom уже представила первый чипсет, соответствующий спецификации 802.11n. В компании утверждают, что микросхема Intensi-fi учитывает все основные особенности нового стандарта беспроводной связи и при необходимости может быть перепрошита (например, при внесении изменений в спецификацию 802.11n Институтом инженеров электроники и электротехники). В настоящее время доступны образцы чипсета, о стоимости пока ничего не известно.
В этом разделе мы рассмотрели стандарты семейства 802.11, которые используются в настоящее время при организации беспроводных сетей. В приложении вы можете ознакомиться со всеми спецификациями стандартов семейства 802.11, которые разработаны на начало 2006 года.
1.8.2. Стандарты семейства 802.15
Стандарты серии 802.15 изначально рассматривались для организации PLAN (Personal LAN) - персональных беспроводных сетей (ПЛВС - маломощная беспроводная сеть, узлы которой представляют собой интегрированные в другие устройства радиоэлектронные средства, и которая обеспечивает сетевыми возможностями отдельного конечного пользователя). Сфера использования таких сетей - от производственно-технического оборудования до компонентов офисной и бытовой техники.
На сегодняшний день наиболее известным стандартом из семейства 802.15 является 802.15.1, больше известный как Bluetooth.
Bluetooth - технология беспроводной ближней коротковолновой радиосвязи (до 30 м), позволяющая объединять устройства разных типов для передачи речи и данных. Её разработкой и развитием занимается ассоциация Bluetooth SIG. Стандарт IEEE 802.15.1 определяет работу на частоте 2,4 ГГц, со скоростями передачи 722-784 Кбит/с и расстояниями до 10 м.
Свое название технология получила в честь датского короля Харальда Синий Зуб, правившего Данией и Норвегией в X веке. Наверняка многие спросят: причем тут скандинавский король и технология беспроводной связи? Просто помимо прозвища Синий Зуб, Харальд имел еще одно прозвище - Объединитель, так как смог за время своего правления объединить разрозненные датские и норвежские королевства. Вот такая вот метафорическая связь.
И хотя стандарт Bluetooth изначально не рассматривался для организации WLAN, все же такая возможность существует.
Стандарт Bluetooth использует тот же радиодиапазон 2,4 ГГц, что и в беспроводных сетях, построенных по стандарту IEEE 802.11b/g. В такой сети пропускная способность гораздо меньше, и не предусмотрена возможность работы на большом расстоянии.
Соединение будет работать через стену или две, несмотря на слабые передатчики, которые обычно используются в оборудовании такого стандарта. Технология Bluetooth предназначена для объединения устройств, расположенных достаточно близко друг от друга, чтобы можно было соединить их кабелем. Она предоставляет дополнительную возможность их беспроводного подключения.
Некоторые материнские платы, многие ноутбуки и компьютеры известных производителей уже имеют встроенные Bluetooth-адаптеры. Существует большое количество устройств и программного обеспечения с поддержкой этого стандарта.
Большинство Bluetooth-адаптеров с USB-интерфейсом относятся к третьему классу. Их максимальное расстояние работы всего десять метров (без препятствий). Этого достаточно для выполнения большинства задач, на которые рассчитан Bluetooth, но если вам необходимо покрыть большее расстояние, то потребуется адаптер класса 1. В этом случае радиус работы увеличится до 100 метров.
Если ваше Bluetooth-устройство не будет использовать специальной программы, то вам придется работать по FTP-протоколу. Одна папка на каждом из устройств, участвующих в Bluetooth-соединении предоставляется для другого пользователя. Вы получаете к ней доступ так же, как и к любому другому FTP-серверу - для этого необходимо знать имя пользователя и пароль для другого устройства.
Буквально несколько лет назад технология Bluetooth, кажущаяся сегодня вездесущей и незаменимой, чувствовала себя на IT-рынке достаточно неуверенно. Когда ей, наконец, удалось отвоевать себе место под солнцем, стали появляться прогнозы о ее вытеснении другими технологиями. Пришло время поговорить о том, насколько объективны претензии и какие позитивные сдвиги наблюдаются в совершенствовании технологии с выходом новой спецификации - Bluetooth v. 2.0 + EDR.
Прежде всего, попытаемся оградить технологию Bluetooth от сравнения с WLAN - при определенной схожести данный беспроводный стандарт разрабатывался с целью минимизировать потребляемую чипом приемопередатчика мощность от батарей портативных устройств и в расчете на то, что дешевизна позволит имплантировать его практически в любое цифровое устройство. Поэтому зачастую та или иная претензия порождает вопрос к разработчику: "А уместен ли Bluetooth для организации данного сервиса в принципе?".
Подводя итог многолетнему опыту, разработчики называют шесть факторов проверки того, насколько применима технология Bluetooth для решения прикладных задач. Первый и основной гласит, что при всех достоинствах "синезубых" повышение удобства использования по сравнению с традиционным решением, "на проводах", - неосуществимая мечта.
Но бум Bluetooth-модулей уже не остановить. В числе причин этого - потребность в беспроводной связи между мобильными телефонами, все чаше оснащаемых аудиоустройствами с гарнитурой, желание прослушивать музыкальные коллекции, хранящиеся на ПК, через домашнюю Hi-Fi-систему либо смотреть DVD-фильм, надев беспроводные наушники. Так, на CeBIT 2005, кроме традиционных гарнитур, КПК и ноутбуков, были представлены новые категории продуктов, многие из которых предполагают поддержку трансляции аудиопотоков с высоким качеством в стереорежиме.
Таким образом, теперь конечному пользователю, выбирающему устройство с Bluetooth (в особенности по версиям до 1.2) как альтернативу традиционному способу решения той или иной задачи, приходится быть готовым, что время соединения может составить десяток секунд на поиск и обнаружение и еще десяток - на окончательное установление связи. При этом не следует ожидать эффективного QoS и полной защищенности от интерференции с беспроводными устройствами других стандартов, работающих в этом же частотном диапазоне.
При чрезмерном увеличении плотности техники с этим интерфейсом, например в рамках проекта цифрового дома, не исключена ситуация, когда в ячейку (пикосеть) потребуется одновременно объединить более семи ведомых устройств, подключенных к одному ведущему. Теоретически возможно создать объединенные сети-скаттернеты (от англ. scatternet) с суммарным количеством до 8?10=80 устройств, или до 72 периферийных ведомых устройств, однако проводить эксперимент на продуктах версий ниже 1.2 настоятельно не рекомендуем.
Имеются все основания "пошуметь" по поводу низкой скорости интерфейса в рамках спецификаций 1.х. Ведь в таких типовых приложениях, как, например, соединение в беспроводную псевдо-LAN нескольких компьютеров и ноутбуков, передача задания на принтер либо в процессе обмена файлами (цифровыми изображениями, фото, МР3 и другими) между мобильными телефонами, PDA и компьютерами желательны более высокие скорости, чем теоретические максимальные в асинхронном режиме 723,2/57,6 Kbps. Заметим, что и это значение приходится делить на число одновременно активных соединений, среди которых могут оказаться как критичные ко времени задержки, так и потоковые клиенты, требующие широкополосных каналов в режиме реального времени. Для полноты этой нерадостной картины добавим, что, несмотря на все усилия квалификационной группы Bluetooth SIG (Special Interest Group), в вопросах полной совместимости устройств различных стандартов и производителей случаются осечки. Тут уместно будет вспомнить шутку об обладателях продуктов версий 1.0-1.0B: "Зоолог - это пользователь Bluetooth, постоянно и безуспешно решающий проблему межвидового спаривания".
Пути выхода из ситуации предложены в появившейся в конце 2004 года базовой спецификации "Bluetooth Core Specification Version 2.0 + Enhanced Data Rate", пришедшей на смену версии 1.2. Не пытаясь пересказать этот документ, занимающий более тысячи страниц, остановимся на некоторых его ключевых моментах.
Новый стандарт, являясь обратно совместимым с ранними спецификациями, фактически закрепил нововведения и исправил огрехи предыдущей версии. Он предусматривает увеличение скорости обмена информацией, снижение уровня энергопотребления и предлагает усовершенствованные сценарии использования. "Bluetooth v.2.0+EDR" описывает требования как к конечному устройству в целом, так и детализирует его на различных уровнях ядра беспроводного интерфейса: канальном (Radio и Baseband), менеджера установления и конфигурации соединения (Link Manager, LM), стека протоколов Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP), протокола обмена информацией о поддерживаемых сервисах Service Discovery Protocol (SDP) и профиля базовых операций Generic Access Profile (GAP).
Реализация расширения EDR предполагает стандартный набор дополнительных типов пакетов для обеспечения новых режимов 2 Mbps и 3 Mbps. Они создают предпосылку как минимум для утроения скорости работы интерфейса. Снижение энергопотребления достигнуто за счет уточнения алгоритмов энергосбережения и исключения передачи целого ряда холостых и необязательных пакетов. Обращено внимание на параметр оценки качества беспроводной связи, привычный для других стандартов, - коэффициент BER, характеризующий вероятность возникновения ошибки при передаче бита информации. Наконец, существенно возросло число устройств, способных работать одновременно, - до 256, причем часть из них может использовать скоростные преимущества новой спецификации, а остальные - привычные для сегодняшнего дня скоростные параметры обмена по предыдущим версиям.
В заключение коснемся вопроса безопасности Bluetooth. Конечно, интерфейс проектировался с оглядкой на современную действительность, когда информация может стоить очень дорого и ее передача по воздуху должна быть максимально безопасной. Bluetooth использует довольно изощренное шифрование передаваемых данных, и, на первый взгляд, изложенная в стандарте непростая многоуровневая схема, каждая ступенька в которой усилена алгоритмами предыдущей, должна обеспечить высокий уровень безопасности интерфейса. Однако у протокола есть свои недостатки. Не анализируя их, предлагаем несколько рекомендаций, уменьшающих риск оказаться объектом для начинающего хакера.
Во-первых, следует использовать длинные PIN-коды для аутентификации (максимальная длина, описанная в стандарте, - 16 символов), и если обеспечивается поддержка букв латинского алфавита, то нужно ею воспользоваться. Это снизит вероятность подбора кода за разумное время. Во-вторых, зная, что наиболее уязвимым является момент установления связи, когда происходит взаимное обнаружение устройств и их спаривание, не проводите эту процедуру в потенциально опасных местах, где могут быть злоумышленники. При этом требуемый "радиус безопасности" должен быть не менее указанного в спецификациях в соответствии с классом устройства по мощности. В противном случае и ключ инициализации, и комбинированные ключи будут легкодоступны злоумышленнику. В-третьих, не стоит пренебрегать возможностью дополнительного шифрования трафика, опционально предусмотренного спецификациями.
Альтернатива Bluetooth - UWB, или Ultra Wide Band - связь, отличающаяся высокой степенью утилизации ширины спектра радиочастот для передачи сигналов на небольшие расстояния (несколько метров). Предполагается, что максимальная скорость передачи может достигать 500 Мбит/с. Прогнозировать дальнейшее развитие событий вокруг технологии UWB сложно из-за конфликта, разгоревшегося между противоборствующими лагерями Intel и Motorola, каждый из которых обещает сделать именно свой вариант спецификаций "стандартом де-факто". В любом случае, плоды работы инженеров этих двух компаний мы увидим не скоро.
Еще один вероятный участник сетей PLAN -- ZigBee. Эта технология ориентирована на сеть, обслуживающую именно некомпьютерные устройства. Адаптеры ZigBee будут недорогими и маленькими, с невысоким энергопотреблением. Остается только вопрос относительно физического уровня: ZigBee Alliance до сих пор не в состоянии окончательно определиться с протоколом. Уже два различных варианта утверждены как официальные. Но существует мнение, что, в отличие от адаптеров Wi Fi, миниатюрные чипы не смогут поддерживать сразу несколько стандартов.
1.8.3. Стандарты семейства 802.16 (WiMAX)
Семейство стандартов 802.16 представляет собой технологию широкополосного (broadband) беспроводного доступа к сети. В отличие от Wi-Fi, эта "дальнобойная" технология позволяет входить в сеть на расстоянии нескольких километров от передатчика, вне пределов прямой видимости. Провайдеры ожидают, что особенно активно на беспроводные сети будут переходить крупные корпоративные клиенты, такие, как сети супермаркетов, кассы и банковские терминалы.
Семейство стандартов 802.16 предполагает две модели применения: пользователь с фиксированным рабочим местом (fixed) и с нефиксированным (portable), которого в рамках данного рассмотрения для удобства будем называть мобильным.
Спецификация 802.16-2004 регламентирует фиксированный доступ. Она предусматривает использование антенн, монтируемых на мачтах или крышах зданий наподобие тарелок спутникового телевидения. Антенны можно устанавливать и внутри зданий, однако в этих случаях связь не будет столь надежной.
На рынке имеется оборудование для диапазонов частот 2,5, 3,5 и 5,8 GHz. Технология обеспечивает широкополосный доступ и может служить беспроводной альтернативой таким решениям, как кабельные модемы, xDSL, каналы Tx/Ex (Transmit/Exchange) и оптические каналы OC-x.
Стандарт для мобильных пользователей 802.16e является дополнением к основному стандарту 802.16-2004. Он предусматривает адаптер для прямого подключения к сети WiMAX. Управление доступом к среде осуществляется на основе технологии множественного доступа с разделением по ортогональным частотам (Orthogonal Frequency Division Multiple Access -- OFDMA), которая похожа на мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам (OFDM) в том, что также делит несущую на множество поднесущих. Однако OFDMA делает шаг вперед в том смысле, что дополнительно группирует поднесущие в подканалы. Один клиент может для передачи данных занять все подканалы внутри диапазона, или каждый из множества клиентов вправе при передаче использовать часть от всего количества подканалов.
Применение 802.16-2004 в качестве решений для "последней мили" имеет преимущества в ряде таких ключевых аспектов, как многолучевое распространение, разброс времени запаздывания и надежность. Первые две особенности улучшают производительность в случаях отсутствия прямой видимости между базовой станцией и абонентом. В противоположность доступу к среде на конкурентной основе, используемому 802.11, WiMAX опирается на протокол типа запрос-предоставление, что исключает коллизии и, как следствие, приводит к более эффективной утилизации частотного диапазона. Сети WiMAX могут поддерживать большее количество соединений и предоставлять необходимый уровень QoS. Сегодня ячеистые сети Wi-Fi обеспечивают большую мобильность, тогда как WiMAX являются предпочтительнее в качестве дальнодействующего обратного канала и беспроводной "последней мили". Однако, как всегда, лучшее решение - комбинация этих двух технологий.
1.8.4. Организация беспроводной сети для малого и среднего бизнеса
В достаточно упрощенном, прикладном, виде управленческая проблематика в WLAN класса SMB (small-to-medium business - малого и среднего бизнеса) или корпоративной сводится к следующему:
- необходимость анализа в реальном времени загруженности радиочастотной среды;
- сквозной мониторинг общего состояния сети и ситуационный контроль за ее отдельными элементами;
- принятие решения об изменении соотношения излучаемых ТД мощностей, адаптация частотной (канальной) сетки и правил радиообмена в зависимости от сложившихся условий и в максимальном соответствии с затребованным качеством услуг.
Результатом первого этапа работ с ПО является получение работоспособного проекта, максимально соответствующего исходным требованиям по зоне покрытия и гарантированной для клиентов сети удельной полосы пропускания
Собственно, разговор о вариантах реализации систем можно было начинать уже несколько лет назад, когда ряд основных игроков рынка корпоративных решений, например корпорация Cisco, имели свое достаточно четкое видение путей решения проблем, связанных со сквозным управлением параметрами беспроводной сети, поддержкой CoS-QoS и т. п. Реализовывались они в фирменной среде аппаратно-программных средств. Однако повторимся, что до недавних пор подобные концепции были осуществлены в большей или меньшей степени лишь в ряде оригинальных нестандартных решений и их функциональность зачастую зависела от того, насколько оно "истинно от Cisco". К числу современных игроков рынка централизованных сетей относятся Airspace, Airmagnet, Airwave, Aruba, LegraSystems, Rowing Planet, Trapeze Networks и Wavelink. С недавних пор свое решение предлагают Symbol и ряд других производителей. По мере рафинирования этого сектора рынка некоторые эксперты пророчат лидерство в первую очередь компаниям (и, соответственно, их OEM-партнерам) Aruba и Trapeze Networks, а также, с небольшими оговорками, AirSpace, недавно приобретенной Cisco Systems.
Итак, централизованная архитектура WLAN подразумевает наличие в сети двух элементов: границу сети формируют точки доступа, являющиеся мостом между беспроводными и проводными сегментами Ethernet, а вся остальная функциональность переносится на беспроводной коммутатор. В качестве объекта управления могут выступать либо специализированные, выпускаемые именно для этих целей облегченные по функциональности ТД ("сенсоры"), либо отдельные строго определенные "почти обычные" точки доступа от некоторых производителей. Закономерно, что стоимость используемой "тонкой точки доступа" (по терминологии 3Com) в сравнении с многофункциональной ТД ниже. Попутно обратим внимание на вопрос питания ТД. Очевидно, что обеспечить его централизованно из одного места гораздо проще. Достигается это за счет применения технологии PoE (Power over Ethernet - питание через Ethernet, питание беспроводных адаптеров (узлов доступа) через стандартный кабель категории 5).
Работу подобной системы рассмотрим на примере анонсированного 3Com в октябре 2004 г. решения Wireless Mobility System, которое позволяет планировать и централизованно управлять WLAN, проводить автоматическую диагностику ТД, осуществлять контроль доступа и разделение пользователей на группы. Система также характеризуется быстродействующим роумингом и готовностью к организации обмена критичным к задержкам трафиком (VoIP, видео) с использованием механизмов обеспечения CoS (Class of Service - класс обслуживания в сетях связи) и QoS (Quality of Service - качество и класс услуг по передаче данных, предоставляемых пользователю сетью).
Итак, ключевыми компонентами управляемой, масштабируемой беспроводной сети с функциями непрерывного обеспечения безопасности, равноценной по этим характеристикам проводной сети, являются "упрощенные" ТД (например, 3Com Wireless LAN Managed Access Point AP2750), беспроводные контроллеры/коммутаторы (WX4400/WX1200), а также PoE-Switch. Дополняет набор аппаратных средств программный пакет 3Com Wireless Switch Manager, благодаря которому осуществляется планирование сети на объекте, централизованная поддержка инструментальных средств конфигурирования. Администратору предоставляются расширенные возможности оптимизации радиочастотных параметров, функции обеспечения безопасности пользователей и групп пользователей WLAN и сквозное управление доступом в масштабах всей сети. Программа имеет простой и интуитивно понятный графический интерфейс. В целом, данное ПО может поддерживать до 10 контроллеров WX4400 и/или коммутаторов WX1200 в любой комбинации, что позволяет выстраивать сети в сотню ТД.
На начальном этапе проекта с помощью ПО создается план помещения, предпочтительным источником информации для которого является его чертеж в CAD-форматах. Для того чтобы получить в дальнейшем предварительную информацию о зонах покрытия помещений, потребуется выделить на нем и определить электрические параметры стен, колонн и прочих существенно влияющих на распространение радиоволн массивных элементов. После этого программа затребует исходные данные для планирования радиопокрытия, параметров сети по емкости и указания по поводу расстановки точек доступа. Присвоение номеров канала, назначение мощности излучения и выбор оптимального местоположения ТД на плане может производиться в автоматическом режиме. Выяснилось, что в отличие от большинства дорогостоящих программ в 3Com Wireless Switch Manager возможна работа с "многоэтажными" проектами - учет остаточного уровня прохождения сигналов через межэтажные перекрытия в ряде случаев позволит повысить точность моделирования и избежать дополнительной коррекции местоположения ТД после их инсталляции.
Основными функциями, осуществляемыми данным аппаратно-программным комплексом по завершении этапов планирования, проектирования, моделирования, конфигурирования и инсталляции, являются:
- контроль за конфигурацией сети и радиопокрытием (при обнаружении разрывов в покрытии для их устранения может производиться автоматическая подстройка мощности соседствующих по зоне обслуживания точек);
- поиск и сбор информации о пользователе (его местоположение, мощность сигнала, перемещения и трафик);
- предотвращение несанкционированного доступа "чужих" ТД и клиентов в сеть (обнаружение нарушителя, определение его местоположения, изоляция и, при необходимости, переназначение вокруг него рабочих частотных каналов ТД).
Сегодня операторы услуг Интернета внимательно присматриваются к беспроводным технологиям как к средству, способному обеспечить доступ из тех районов, где разворачивание традиционной проводной инфраструктуры либо слишком дорого, либо слишком сложно. Доступ в сетях масштаба города (metropolitan area network - городская вычислительная сеть, ГВС; мегаполисная цифровая сеть, МЦС) можно реализовать на базе Wi-Fi или с помощью недавно принятого стандарта 802.16-2004 (WiMAX), который заменил 802.16а.
Имеется три основные модели беспроводного доступа в городских сетях - это канал от точки доступа (ТД) к оператору услуг, обычно называемый обратным каналом (backhaul), "последняя миля" (соединение между ПК или системой конечного пользователя и ISP)и покрытие достаточно большой зоны точками доступа (hot zone), которую в дальнейшем мы будем называть активной зоной.
Организация "последней мили", как правило, осуществляется на базе семейства стандартов IEEE 802.11 (Wi-Fi) с использованием направленных антенн с высоким коэффициентом усиления, тогда как в активных зонах устанавливается модифицированное оборудование из этого семейства для построения ячеистой (полносвязной) сети. Что касается WiMAX, то по своей сути это технология беспроводных MAN, которая обеспечивает широкополосную связь для пользователей с одним постоянным или несколькими местами работы, а также для мобильных пользователей. Радиус канала может достигать 50 км, причем прямой видимости базовой станции не требуется. Пропускной способности соединения 75 Mbps достаточно, чтобы одновременно поддерживать сотни домашних и корпоративных пользователей.
Поскольку семейство стандартов IEEE 802.11 было разработано для беспроводных локальных сетей, то при использовании их в городских сетях доступа возникает ряд проблем. Wi-Fi обеспечивает сертификацию продуктов IEEE 802.11 только для каналов связи между клиентом и ТД. Однако для реализации каналов ТД-ТД, необходимых для построения ячеистых сетей, ТД-оператор (обратный канал), требуемых для создания активных зон, и "последней мили" компании предлагают продукты собственной разработки, которые плохо взаимодействуют либо не взаимодействуют вообще. Ожидается, что стандарт IEEE 802.11s для ячеистых сетей будет утвержден только в 2007 г. Понятие "качество сервиса" (Quality of Service - QoS) в самом общем виде относится к способности сети обеспечить лучшее продвижение трафика определенного типа. Цель технологий QoS заключается в том, чтобы предоставить приоритет (включая выделение требуемой полосы пропускания для управления кратковременными изменениями сигнала (jitter) и запаздыванием), необходимый для некоторых приложений, работающих в режиме реального времени. При этом остальной трафик не должен существенно пострадать. А поскольку нелицензированная полоса частот открыта для использования, то, естественно, возникают трудности с обеспечением необходимого уровня QoS. Улучшения в ряде беспроводных стандартов и ассоциированных технологиях помогают ослабить проблемы, связанные со свободным применением нелицензированного диапазона, в частности проявления многолучевой интерференции. Ратификация же стандарта IEEE 802.11e, поддерживающего аудио- и видеоприложения, ожидается в 2006 г.
И все же, несмотря на имеющиеся недостатки, интерес к беспроводным решениям для доступа не ослабевает. Он объясняется, в частности, тем, что:
- реализованные сегодня беспроводные технологии доступа, такие как активные зоны, являются более дешевыми и гибкими по сравнению с их проводными эквивалентами;
- эти решения обеспечивают стандартизированные подключения мобильных пользователей к точкам доступа;
- операторы могут предоставить широкополосные сервисы в районах, где прокладка кабелей неэффективна;
- местные власти могут предоставлять свободный доступ неотложным службам;
- корпорации и большие частные сети имеют возможность обмениваться информацией для мониторинга активности каналов поставки в режиме почти реального времени.
1.8.5. Технология MIMO
MIMO - это любая технология, которая основывается на использовании многоканальных антенных систем в устройствах по обеим сторонам радиолинии. Соответственно, сочетание разнообразных способов передачи и приема, в которых задействуются несколько передающих и приемных антенн, может быть определено как MIMO-метод.
Под "Smart Antenna" (с англ. - интеллектуальная антенная система) понимают комбинацию из множества базовых антенных элементов в совокупности со средствами обработки сигналов, способными автоматически менять свои характеристики с целью оптимизации излучения и/или приема полезного сигнала.
С некоторыми оговорками к MIMO можно относить не только те сети, где взаимодействует несколько однотипных (по пространственному или канальному принципу) устройств, но и те, где пространственная обработка возлагается на одну из сторон, причем в интересах нескольких пользователей, что повышает в ней суммарную производительность системы обмена в целом: одновременно в том же частотном диапазоне происходит обмен в N раз бoльшим объемом информации. Однако, рассматривая каждую из взаимодействующих пар по отдельности, в отношении составляющих ее устройств все же корректнее будет говорить о проявлениях топологий SIMO (Single Input Multiple Output) и MISO (Multiple Input Single Output). Последнее замечание имеет скорее методологический, чем прикладной характер и родилось в результате анализа ряда научных работ, посвященных решению проблем повышения скорости в смежных с рассматриваемой отраслях, например в оптике и "медных" сверхширокополосных LAN- и DSL-решениях.
В качестве пограничного примера можно привести принцип работы телевизора с режимом картинка-в-картинке (PIP, Picture-in-Picture). Даже если в таком телевизоре есть несколько приемных трактов, позволяющих одновременно выводить на экран сигнал от нескольких каналов, то зритель (рассматриваемый в данном случае как конечный получатель информации) вряд ли сможет воспринимать одновременно оба канала с одинаковым вниманием. Таким образом, подобная система не может быть отнесена к многоканальной.
Коммуникационные технологии, базирующиеся на архитектуре множественных входов/множественных выходов и определяемые как MIMO, несомненно, на сегодня одно из самых важных направлений в области высокоскоростных беспроводных коммуникаций. Внешним признаком их практической реализации является использование нескольких передающих и приемных антенн, внутренним (заметим, гораздо более дорогостоящим) - наличие нескольких практически автономных приемников и передатчиков, а также существенно более сложной "математики" для цифровой обработки сигнала, т. е. процессора устройства, требования к вычислительной мощности которого увеличиваются практически экспоненциально в зависимости от роста числа каналов.
Возможная область применения простирается от радиолокационных, сотовых и масштабных наружных беспроводных систем до внутриофисных комплектов.
Надо заметить, что практические условия радиообмена во WLAN существенно отличаются от тех, что наблюдаются в двухточечной схеме обмена. Никто не собирается размещать устройства на высоких мачтах (подобных радиорелейной паре) для обеспечения наиболее благоприятных условий, а условия прямой видимости, не осложненные множественными отражениями (особенно внутри помещения), - большая редкость. В конце концов, и само местоположение каждого из клиентов может быть известно только апостериори, т. е. только после того, как он "изъявит желание" стать новым элементом сети. Кроме того, никакой элемент беспроводной сети не способен (да и не должен) предупреждать остальных, что выделенные ему канальные сетевые ресурсы не понадобятся и могут быть перераспределены между другими ее членами. Значит, во WLAN не обойтись лишь интеллектуальными антенными системами с высоким коэффициентом направленного действия - необходимо реализовать ряд дополнительных алгоритмов, позволяющих всем взаимодействующим радиосредствам одновременно с работой в персонализированном канале обмена "слушать" вокруг себя во всех направлениях и периодически достаточно громко "предупреждать чужаков", что частотный, пространственный и временной ресурсы ими заняты.
К ограничениям следует также отнести экспоненциальный характер роста вычислительной производительности, требуемой для обработки сигналов в антенной решетке в зависимости от числа элементов и количества одновременно обрабатываемых каналов.
Таким образом, в зависимости от того, какой набор параметров беспроводной связи требуется улучшить, может быть несколько сценариев действий:
А пока некоторые производители оборудования (D-Link, Linksys, Netgear, Buffalo и много других) выпускают или анонсировали продукты, в которых реализованы те или иные принципы пространственной обработки. Но ни в одном из них из-за дороговизны полной реализации не поддерживаются и не могут поддерживаться все известные разновидности технологии MIMO одновременно. Поэтому крайне важным практическим аспектом функционирования MIMO-систем является возможность их взаимодействия с многомиллионными устройствами и сетями 802.11b/g, имеющими всего по одному приемнику и передатчику (т. е. фактически в условиях SIMO/MISO). Увы, наиболее заманчивый, третий, вариант приведенного выше сценария в данном случае неприменим. А вот повысить качественные показатели сети в первых двух моделях вполне реально.
Несомненно то, что цифровые коммуникации с использованием технологии MIMO (Multiple Input, Multiple Output) являются одной из наиболее перспективных исследовательских областей. Как ожидается, устройства с несколькими приемо-передающими радиоканалами (антеннами и RF-модулями) в совокупности со специализированными процессорами цифровой обработки сигналов станут неотъемлемой частью будущего стандарта IEEE 802.11n. Визуально такие устройства можно идентифицировать по суммарному количеству (внутри и снаружи) антенн - их должно быть не менее двух (как правило, от четырех).
Места на жестком диске, равно как и полосы пропускания сети, много не бывает. Это утверждение обрело новое звучание благодаря продолжающемуся лавинообразному росту количества решаемых в рамках беспроводных технологий мультимедийных задач. Но разве могли предположить разработчики базового стандарта 802.11, что через каких-то семь лет всерьез возникнет потребность, допустим, "перегнать" через эфир с сетевого мультимедийного плеера DVD-поток? Да и пример для подражания из мира LAN-решений уже имелся - все чаще даже материнской плате вместо привычного Fast Ethernet предлагался порт GbE.
Какие же технологические подходы для ускорения WLAN положены в основу этого стандарта? Прежде всего, они, по мнению созданной для дальнейшего согласования стандарта группы TgnSync, включают в себя пути увеличения количества единовременно работающих в одном устройстве на прием и передачу радиоканалов и способы повышения эффективности использования радиочастотного спектра, определяемых, как технология MIMO (Multiple Input Multiple Output). MIMO предполагает реализацию в устройстве нескольких автономных трактов "антенна-приемопередатчик" и наличие специального многоканального устройства для последующей цифровой обработки сигнала.
Вторым отправным пунктом стало предложение расширить занимаемую одним каналом полосу с 20 до 40 MHz. Причем оно должно происходить не посредством группирования каналов (как рекомендуют уже сейчас некоторые производители чипов в соответствии с их оригинальными, но не стандартизированными IEEE-решениями), а закладываться уже на начальных уровнях каналообразования. Неминуемо увеличивающаяся при этом нагрузка на процессор, как заявлено, не столь велика и не приведет к ощутимому росту требований вычислительной мощности, однако позволит существенно повысить SNR и пропускную способность системы. Предусматриваются также механизмы управления скоростью передачи со стороны радиоприемника.
Не обошлось и без других изменений на MAC/PHY-уровнях. Так, для увеличения эффективности предлагается изменить структуру пакетного обмена, используя принцип агрегатирования ("склеивания") традиционных для радиосвязи коротких пакетов данных и заголовков в длинные последовательности, и уменьшить интенсивность квитирования в среде передачи. В стадии рассмотрения находится еще одно предложение - о замене классического для систем 802.11 сверточного кодирования на LDPC для прямой коррекции ошибок.
Все это позволит увеличить полосу пропускания до 145 Mbps, при реализации опциональных предложений - до 600 Mbps.
Ситуация с выпуском устройств на данный момент внешне похожа на ту, что складывалась перед введением стандарта 802.11g, - определенная часть компаний-пионеров на свой страх и риск, невзирая на предупреждения со стороны Wi-Fi-альянса об имеющихся расхождениях во мнениях, приступила к производству устройств Pre-n, сделав ставку на первую в массовой индустрии попытку реализации технологии интеллектуального радиообмена MIMO.
Итак, будущее несколько затуманено отсутствием окончательного варианта стандарта 802.11n. Называются различные сроки публикации, а пока даже максимальная скорость, на которой, надеемся, уже в недалеком будущем будут работать устройства, до конца не определена. Но при любом раскладе, повторимся, им должны быть по зубам трансляция HDTV, передача слабосжатых мультимедийных потоков в режиме реального времени или одновременная совместная работа вдвое-втрое большего числа оконечных пользователей с комфортными "офисными" скоростями.
наверьх
следующая глава
предыдущий раздел
