Технологіїбездротових мереж

Після прочитання цього розділу та після виконання практичних завдань ви зможете:

· розповісти про сучасних технологіяхбездротових мереж;

· Викласти історію розвитку бездротових мереж та їх переваги;

· Описати технології радіомереж;

· Розповісти про радіомережі стандарту 802.11;

· описати альтернативні технології радіомереж (такі як Bluetooth, HiperLAN та HomeRF Shared Wireless Access Protocol);

· Обговорити бездротові технології, що використовують інфрачервоне випромінювання;

· Розповісти про мікрохвильові мережі;

· описати бездротові мережі, що використовують низькоорбітальні (LEO) супутники Землі.

Бездротові мережі являють собою технологію, що розвивається, що викликає великий інтерес з багатьох причин. Найбільш очевидною причиною є те, що такі мережі забезпечують мобільність портативних та ручних комп'ютерних пристроїв, дозволяючи користувачеві забути про кабелі. Інша причина полягає в тому, що в даний час бездротові технології стали більш надійними і в деяких ситуаціях їхнє розгортання обходиться дешевше, ніж створення кабельних мереж. Є кілька альтернативних кабелю бездротових середовищ для передачі мережевих пакетів: радіохвилі, інфрачервоне (ІЧ) випромінювання та мікрохвилі (хвилі НВЧ-діапазону). При використанні всіх перерахованих технологій сигнали передаються повітрям або в атмосфері, що робить їх гарною альтернативою в тих випадках, коли важко або неможливо застосувати кабель.

У цьому розділі ви познайомитеся з багатьма типами бездротових мережних комунікацій. Спочатку ви дізнаєтеся, які бездротові мережі використовуються в даний час, а потім ознайомтесь з короткою історією таких мереж т ix перевагами. Після загального опису мереж, що використовують радіо хвилі, буде докладніше розказано про поширений стандарт бездротових мереж IEEE 802.11. Також ви дізнаєтеся про альтернативні технології радіомереж: Bluetooth, HiperLAN і HomeRF Shared Wireless Access Protocol потім будуть описані технології на базі розсіяного ІЧ-випромінювання, що забезпечують відносно захищені бездротові комунікації, нарешті, буде розказано про те, як у мережах застосовуються мікрохвильові технології на базі наземних та супутникових каналів (включаючи мережі широко орбітальних супутників Землі).

Сучасні технологіїбездротових мереж

В даний час для створення бездротових мереж застосовуються такі технології:

· Технології, що використовують радіохвилі;

· Технології на базі ІЧ-випромінювання;

· Мікрохвильові (НВЧ) технології;

· Мережі на базі низькоорбітальних супутників Землі (спеціальний космічний проект з використанням НВЧ-хвиль).

Технології, що використовують радіохвилі, дуже поширені і являють собою сектор бездротових мережних комунікації, що швидко зростає. Сюди входить стандарт бездротових мереж 802.11, а також альтернатив промислові стандарти, такі як Bluetooth, HiperLAN і НотеShared Wireless Access Protocol (SWAP).

Технології на базі ІЧ-випромінювання не так поширені, як радіомережам, проте вони мають деякі переваги, оскільки дозволяють створювавши відносно більш захищені бездротові мережі (т.к. сигнал складніше перехопити непомітно). Обидві технології (радіохвилі та ІЧ-випромінювання) використовуються для організації комунікацій на малих відстанях у межах офісу, будівлі або між будинками.

Мікрохвильові (НВЧ) технології використовуються для зв'язку на великих відстанях і можуть забезпечити мережеві комунікації між континентами через супутники).

Мережі на базі низькоорбітальних супутників є ще одним різновидом бездротових мереж, на основі яких у певний момент може бути створена "всесвітня мережа", доступна у всіх точках планети.

Про всі перераховані технології буде розказано в цьому розділі. Однак спочатку ми звернемося до історії розвитку бездротових мереж та дізнаємося про їхні переваги.

Коротка історія бездротових мережта їх переваги

Історію бездротових мереж можна розглядати формально та неформально. Неформальним прабатьком бездротових мереж є аматорський радіозв'язок, оператори якого отримують від Федеральної комісії зв'язку (FCC) ліцензії на передачу мови, азбуки "Морзе, даних, супутникових і відеосигналів з використанням хвиль радіо- та НВЧ-діа-пазонів. Хоча радіоаматорство зазвичай вважається хобі, Федеральна комісія зв'язку розглядає його як важливе джерело ідей та досвіду для розвитку комунікацій.

Примітка

Радіохвилі та НВЧ-хвилі являють собою один з діапазонів спектра електромагнітних хвиль, який включає видиме світло, радіохвилі, ІЧ-випромінювання, рентгенівські промені, НВЧ-хвилі (мікрохвилі) і гамма-промені. Все це – різновиди електромагнітного випромінювання, яке поширюється в атмосфері Землі та у космосі. Воно має властивості хвилі, і властивості частинки. Додаткову інформацію про спектр електромагнітних хвиль можна знайти за адресами

http:// imagine. gsfc. nasa. gov/ docs/ science/ knowJ1/ emspectrum. html іhttp:// imagine. gsfc. nasa. gov/ docs/ science/ knowJ2/ emspectrum. html.

У 1980-х роках ліцензовані радіоаматори отримали від Федеральної комісії зв'язку дозвіл на передачу даних на декількох радіочастотах у діапазонах від 50,1-54,0 МГц (нижній діапазон) до 1240-1300 МГц (верхній діапазон). Більшості людей ці частоти знайомі, тому що вони використовуються для передачі музики радіостанціями AM- та FM-діапазонів. Ці частоти є лише малою частиною можливих радіочастот, у яких можна передавати сигнали. Основною одиницею вимірювання радіочастоти є герц (Гц)(Hertz (Hz)). У техніці одному герцю відповідає один період змінної напруги або випромінюваного сигналу за секунду.

Примітка

Радіочастоти представляють діапазон хвиль із частотою понад 20 кГц, з допомогою яких електромагнітний сигнал може випромінюватись у простір.

З того часу, коли на початку 1980-х років компанія IBM створила персональний комп'ютер, пройшло чимало часу, поки радіоаматори не зв'язали персональні комп'ютери в мережу, використовуючи радіохвилі (зазвичай у високих діапазонах 902-928 МГц і 1240-1300 МГц). Для цього вони створили пристрій, названий контролером термінального вузла (terminal node controller, TNC). Цей пристрій поміщалося між комп'ютером і приймачем і служило для перетворення комп'ютерного цифрового сала в аналоговий сигнал, що посилюється приймачем і випромінюється через антену. Отриману в результаті технологію було названо пакетним радіозв'язком. Виявлений радіоаматорами факт, що пакетний радіозв'язок добре працює на частотах 902 МГц і вище, незабаром був проаналізований компаніями, що надають комерційні послуги бездротових мереж. У 1985 році Федеральна комісія зв'язку дозволила для комерційного використання в бездротових комп'ютерних мережахчастотою для промислових, наукових і медичних додатків (Industrial, ScietfJtitle and Medical, ISM), які можна застосовувати для малопотужних загальнодоступних комунікацій, що не ліцензуються, на фіксованих частотах» діапазоні від 902 МГц до 5,825 ГГц. У телекомунікаційному а 1996 року Конгрес підготував наступний етап у розвитку бездротового! комунікацій, закріпивши поняття "вузол (місце розташування) бездротового зв'язку" та встановивши для неї стандарти, а також створивши стимули для подальшого розвитку теле комунікаційних технологій, у т. ч. та бездротовий комунікацій (додаткову інформацію можна знайти за адресою www. fcc. gov/telecom. html). Незабаром після цього інститут IEEE створив груп за стандартами бездротових мереж 802.11, які відповідали за перший стандарт 802.11, встановлений у 1997 році. В даний час бездротові мережі розробляються та впроваджуються для забезпечення багатьох потреб серед яких можна назвати наступні:

· Реалізація комунікацій у тих областях, де складно розгорнути кабельну мережу;

· Зниження витрат на розгортання;

· Забезпечення "довільного" доступу тим користувачам, які не можуть бути прив'язані до певного кабельного підключення;

· Спрощення процедури створення мереж у невеликих та домашніх офісах;

· Забезпечення доступу до даних, необхідним у конкретній конфігурації

Чому можна використовувати кабельні мережі не завжди?

У деяких ситуаціях кабельну мережу розгорнути складно і навіть неможливо. Розглянемо такий сценарій. Дві будівлі потрібно зв'язати однією мережею, проте між ними проходить федеральне шосе. У разі є кілька способів організації мережі. По-перше, можна прорити траншею під шосе, для чого будуть потрібні великі витрати і перерви в русі, викликані копанням траншеї, прокладанням кабелю, закопуванням траншеї і повним відновленням дороги. По-друге, можна створити регіональну мережу, яка б зв'язувала дві будівлі. Будівлі можна підключити до ліній Т-1 або регіональної мережі Optical Ethernet, скориставшись послугами власника мережі загального користування або місцевої мережі телефонної компанії. Витрати при цьому будуть меншими, ніж при прокладанні нового кабелю, проте оренда телекомунікаційних ліній вимагатиме постійних відрахувань. По-третє, можна розгорнути бездротову мережу, навіщо знадобляться одноразові витрати на устаткування, і навіть з'являться поточні видатки управління мережею. Проте всі ці витрати, швидше за все, найбільш виправдані, якщо розглядати великі відрізки часу.

Розглянемо ще один сценарій. Орендареві великого офісу необхідно розгорнути мережу для 77 співробітників. Власник приміщення забороняє прокладати постійну кабельну систему. Дане приміщення у всіх сенсах влаштовує орендаря, крім того, плата за нього є нижчою, ніж в інших альтернативних варіантах. Вирішенням проблеми буде створення бездротової мережі.

І нарешті третій сценарій. Загальнодоступна бібліотека розташована в історичному місці. Незважаючи на те, що ця бібліотека належить місту, суворі суспільні та приватні договори не дозволяють керівництву бібліотеки отримати необхідний дозвіл на прокладання мережевого кабелю. Бібліотека на багато років відстала у створенні електронного каталогу книг, оскільки не може зв'язати комп'ютери своїх співробітників і довідкову службу для своїх клієнтів. Тому керівництво бібліотеки може вирішити свої проблеми, розгорнувши бездротову мережу, що дозволяє зберегти цілісність будівлі та не порушувати жодних договорів.

Економія коштів та часупід час використання бездротових мереж

Витрати та час створення бездротової мережі можуть бути меншими, ніж розгортання кабельної мережі. Наприклад, у старих будинках часто є небезпечні матеріали, скажімо, у старих експлуатаційних шахтах, що містять мізерну кількість хлору, що виділяється з повітроводів та азбесту. Оскільки шахти не використовуються, їх можна просто замурувати. Або ж можна почати дорогу програму видалення небезпечних матеріалів, щоб ці шахти можна було використовувати для прокладання мережевого кабелю. У такій ситуації набагато дешевше замурувати шахти та замість кабелю розгорнути бездротову мережу.

Можна розглянути випадок, коли одному університету була потрібна робоча мережа, оскільки в його розвиток були вкладені великі кошти. Університет запросив дорогу консалтингову компанію, яка виділила

на проект п'ять осіб та організувала 18 нових робочих місць. За кілька днів до початку робіт керівництво університету зрозуміло, що для нових співробітників та консультантів немає мережевих підключень. Прокладати нові кабелі дорого, та ще й неможливо в найближчі кілька місяців, оскільки IT-відділ університету вже перевантажений роботою. Вихід знайдено у вигляді бездротової мережі, яка може бути розгорнута у рекордно короткий час.

Необмежений доступ до мережі

Деяким користувачам комп'ютерів доступу до мережі потрібен практично з будь-якої точки. Розглянемо, наприклад, великий склад автомобільних елементів, у якому необхідно регулярно проводити ревізії, використовуючи СЩ заходи штрих-кодів, які підключаються до мережі. Бездротова мережа дає користувачам таких сканерів можливість необмеженого доступу, оскільки користувачі не прив'язані до кабельних з'єднань. Ще один приклад Лікар у лікарні може носити з собою невеликий портативний комп'ютер з адаптером бездротового зв'язку, за допомогою якого можна оновлювати історії хвороби, виписувати напрямки на аналізи або організовуючи догляд за хворими.

Спрощення мережевих технологій для новачків

У сфері комп'ютеризації невеликих або домашніх офісів бездротовою мережею, на голову вище за кабельне розведення. Мережі таких офісів можуть бути дуже незадовільним, оскільки вони зазвичай створюються непрофесіоналами. В результаті може бути вибраний кабель не типу. Кабель може проходити повз джерела радіоперешкод і електромагнітних випромінювання або він може виявитися пошкодженим (наприклад, передавши під стільцем, столом або у дверному отворі). Тому користувача в такому офісі може непродуктивно витрачати свій час на пошуки непрацездатності мережі. У такій ситуації бездротова мережа може виявитися простішою в установці та експлуатації. Як правило, у багатьох онлайнових комп'ютерних магазинах користувачів невеликих та домашніх офісах запитують про те, чи не хочуть вони придбати бездротові пристрої для організації мережі між купленими комп'ютерами.

Перевагою бездротових мереж для такого класу користувачів є те, що в даний час вартість бездротових пристроїв є цілком помірною. Бездротова мережа в поєднанні з можливістю автоматичного призначення IP-адрес у системах Windows 2000 і Windows ХР дозволяла створити повноцінну домашню мережу за наявності мінімального досвіду або навіть за його відсутності.

Удосконалення доступу до даних

Бездротові мережі дозволяють значно вдосконалити доступ до деяких типів даних та прикладних програм. Розглянемо для прикладу великий університет, в якому на постійній основі працюють десять аудиторів, які відвідують щодня по кілька підрозділів (і майданчиків) і потребують доступу до фінансових даних, звітів та іншої інформації, що є у цих підрозділах. За наявності портативного комп'ютера, з адаптером бездротової мережі, аудитор може легко переміщатися між майданчиками і мати постійний доступ до будь-яких фінансових документів. Як інший приклад можна розглянути інженера-хіміка, який працює у різних точках хімічного заводу. В одній точці він може спостерігати дані в ході деякої реакції виробничого циклу. В іншій точці може знадобитися номенклатура хімікатів, щоб переконатися в наявності компонентів, необхідних для запуску іншого виробничого процесу. У третій точці цей інженер може звернутися до онлайнової науковій бібліотецікомпанії. Бездротовий доступ дозволить йому легко впоратися з усіма цими завданнями.

Організації, які підтримують технологіїбездротових мереж

Існує кілька організацій, які займаються просуванням бездротових мереж. Однією з таких організацій, що є цінним джерелом інформації бездротових мереж, є Wireless LAN Association (WLANA). Ця асоціація утворена виробниками бездротових мереж, а також зацікавленими компаніями та організаціями, серед яких Alvarion, Cisco Systems, ELAN, Intermec, Intersil, Raylink і Wireless Central. Виконайте практичне завдання 9-1 та ознайомтеся з ситуаціями, в яких можна використовувати бездротові локальні мережі, а також з інформаційними ресурсами, які пропонуються асоціацією WLANA.

WINLAB (Wireless Information Network Laboratory) – це розташований в Університеті Рутжерса (Rutgers University) центр досліджень бездротових мереж, підтримуваний кількома університетами. WINLAB спонсорується із фондів National Science Foundation і працює, починаючи з 1989 року. Виконавши практичне завдання 9-2, ви дізнаєтеся про останні дослідження, виконані лабораторією WINLAB.

Технології радіомереж

Мережеві дані передаються за допомогою радіохвиль подібно до того, як мовить місцева радіостанція, проте для мережних додатків використовуються хвилі

набагато вищих частот. Наприклад, місцева радіостанція АМ-діапазону (середні та довгі хвилі) може вести мовлення на частоті 1290 кГц, оскільки інтервал частот для широкомовлення з амплітудною модуляцією становить 535–1605 кГц. Інтервал частот для FM-мовлення (УКХ) має межі 88–108 МГц. У США мережні сигнали передаються більш високих частотахв інтервалах 902-928 МГц, 24-24835 ГГц або 5-5825 ГГц.

Примітка

Кожен із згаданих інтервалів частот також називається діапазоном: діапазон 902 МГц, діапазон 2,4 ГГц та діапазон 5 ГГц. Діапазон 902 МГц насамперед використовується у старих нестандартизованих бездротових пристроях і далі у книзі не розглядається.

У радіомережах сигнал передається в одному або кількох напрямках в залежності від типу використовуваної антени. У прикладі, зображеному на рис. 9.1 сигнал є спрямованим, оскільки він передається від антени, розташованої на одному будинку, до антени, розташованої на іншій будівлі. Хвиля має дуже малу довжину і невелику потужність (якщо оператор зв'язку не має спеціальної ліцензії від Федеральної комісії зв'язку на багатоватні комунікації), тобто вона найкраще підходить для передач у межах прямої видимості(Line-of-sight transmission) з малим радіусом дії.

При передачі в межах прямої видимості сигнал передається від однієї точки до іншої, слідуючи викривленню Землі, а не відбивається від атмосфери, перетинаючи країни та континенти. Недоліком такого типу передачі є перешкод у вигляді великих височин на поверхні Землі (наприклад, горби і гори). Маломощний (1 – 10 Вт) радіосигнал може передавати дані зі швидкістю від 1 до 54 Мбіт/с і навіть вище.

Для передачі пакетів в обладнанні бездротових радіомереж найчастіше використовується технологія роботи з розширеним спектром (spread spectrum technology), коли передачі сигналу з більшою смугою пропускання задіюються одна або кілька суміжних частот. Інтервал частот з розширеним спектром дуже високий: 902-928 МГц і набагато вищий. Комунікації з розширеним спектром зазвичай забезпечують передачу даних зі швидкістю 1-54 Мбіт/с.

Комунікації з використанням радіохвиль дозволяють заощадити кошти у випадках, коли складно чи дуже дорого прокладати кабель. Радіомережі особливо корисні, коли використовуються портативні комп'ютери, які часто переміщуються. У порівнянні з іншими бездротовими технологіями, радіомережі відносно недорогі та прості в установці.

Використання радіохвиль у комунікаціях має кілька недоліків. Багато мереж передають дані зі швидкістю 100 Мбіт/с і від організації високошвидкісних комунікацій під час пересилання великого трафіку (зокрема і великих файлів). Радіомережі поки що не можуть забезпечити комунікації з такою швидкістю. Іншим недоліком є ​​те, що деякі частоти бездротового зв'язку використовуються спільно радіоаматорами, військовими та операторами. стільникових мереж, внаслідок чого цих частотах виникають перешкоди від різних джерел. Природні перешкоди (наприклад, пагорби) також можуть зменшити або спотворити сигнал, що передається.

Одна з основних технологій радіомереж описана стандартом IEEE 802.11. Також використовуються й інші технології, до яких входять Bluetooth, HiperLAN і HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP). Всі ці технології будуть розглянуті у наступних розділах цього розділу.

Радіомережі стандарту IEEE 802.11

Для реалізації бездротових комунікацій використовуються різні типи радіомереж, однак у плані сумісності та надійності значні переваги має стандарт IEEE 802.11. Багато користувачів бездротових мереж застосовують пристрої, що відповідають цьому стандарту, оскільки такі пристрої не пов'язані з нестандартизованими комунікаціями (особливо в нижньому та повільному діапазоні 902–928 МГц, типовому для старих бездротових пристроїв) та пристрої стандарту 802.11, випущені різними виробникамиє взаємозамінними. Такі пристрої відповідають відкритому стандарту, тому різні моделі можуть взаємодіяти один з одним і в них легше реалізувати нові функції бездротового зв'язку. Тому розробнику бездротових мереж важливо розуміти стандарт IEEE 802.11 та принципи роботи пристроїв, що відповідають цьому стандарту.

Стандарт IEEE 802.11 також називається IEEE Standard for Wireless LANledium Access (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. Цей стандарт поширюється на стаціонарні та мобільні станції бездротових комунікацій. Стаціонарною називається станція, яка не переміщається мобільною називається станція, яка може переміщатися швидко, або повільно, як людина, що крокує.

Стандарт 802.11 передбачає два типи комунікацій. Перший тип синхронні комунікації, коли передача даних відбувається окремими блоками, початок яких відзначено стартовим розрядом, а кінець – стоповим розрядом. До другого типу відносяться комунікації, що здійснює у певних часових рамках, коли сигналу дається певною для досягнення точки призначення, а якщо сигнал не вкладається Я >той час, то він вважається втраченим або спотвореним. Тимчасові обмеження роблять стандарт 802.11 схожим стандарт 803.11, згідно з яким сигнал також повинен досягти заданого цільового вузла за зазначений час. Стандарт 802.11 передбачає підтримку служб управління мережею приклад, протоколу SNMP). Також забезпечується автентифікація мережі, стандарт 802.11 орієнтований використання Канального і Фізичного рівнів моделі OSI. На MAC- та LLC-підрівнях Канального рівня визначено стандарти на метод доступу (про який буде розказано далі в цьому розділі), адресацію та способи перевірки даних з використанням контрольних сум (CRC). На Фізичному рівні стандарт 802.11 визначав швидкість передачі на заданих частотах. Також передбачені методи (наприклад, технології з розширеним спектром) передачі цифрових сигналів з допомогою радіохвиль і ІЧ-випромінювання.

З точки зору робочого середовища стандарт 802.11 розрізняє бездротовий комунікації в приміщенні (кімнатні) та на відкритому повітрі (нарубі). Кімнатні комунікації можуть, наприклад, здійснюватися в будинках офісу, промисловій зоні, магазині або приватному будинку (тобто скрізь, де не поширюються далі окремої будівлі). Зовнішні комунікацій можуть виконуватися у межах університетського кампусу, спортивного майданчика чи автостоянки (тобто там, де передача інформації ведеться між будинками). Далі ви познайомитеся з такими аспектами, що стосуються функціонування бездротових мереж стандарту 802.11:

· Бездротові компоненти, що використовуються в мережах IEEE 802.11;

· Методи доступу в бездротових мережах;

· Методи виявлення помилок при передачі даних;

· Комунікаційні швидкості, що використовуються в мережах IEEE 802.11;

· Методи забезпечення безпеки;

· Використання аутентифікації при розриві з'єднання;

· Топології мереж IEEE 802.11;

· Використання багатоосередкових бездротових локальних мереж.

Компоненти бездротової мережі

У реалізації бездротових комунікацій зазвичай беруть участь три основні компоненти: плата, яка виконує функції приймача та передавача (трансівера), точка доступу та антени.

Плата трансівера називається адаптером бездротової мережі(Wireless NIC, WNIC), який функціонує на Фізичному та Канальному рівнях моделі OSI. Більшість таких адаптерів сумісні зі специфікаціями Network Interface Specification, NDIS (компанія Microsoft) та Open Datalink Interface, ODI (компанія Novell). Як ви вже знаєте з глави 5,обидві ці специфікації дозволяють передавати по мережі кілька протоколів і служать зв'язку комп'ютера та його операційної системи з WNIC-адаптером.

Тонка доступу(access point) є деяким пристроєм, підключеним до кабельної мережі та забезпечує бездротову передачу даних між WNIC-адаптерами і цією мережею. Як говорилося в главі 4,точка доступу зазвичай є мостом. Вона може мати один або кілька мережних інтерфейсів наведених нижче типів, що дозволяють підключити її до кабельної мережі:

· 100BaseTX, 100BaseT, 100BaseT2 та 100BaseT4;

Порада

В даний час деякі бездротові постачальники пропонують точки доступу з можливостями маршрутизаторів.

Антена- це пристрій, що посилає (випромінює) і приймає радіохвилі. І WNIC-адаптери, і точки доступу обладнані антенами. Більшість антен бездротових мереж є або спрямованими, або всеспрямованими.

Порада

При покупці пристроїв стандарту 802.11 подивіться, чи вони сертифіковані союзом Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), до якого входять понад 150 компаній, що випускають бездротові пристрої. Докладнішу інформацію про цей союз можна отримати на веб-сайті www. wi- fi. com.

Спрямована антена

Спрямована антена посилає радіопромені в одному головному напрямку зазвичай може посилювати випромінюваний сигнал більшою мірою, ніж всеспрямована антена. Величина посилення випромінюваного сигналу називається коефіцієнтом посилення(Gain). У бездротових мережах спрямовані антена зазвичай застосовуються передачі радіохвиль між антенами, які розташовуються на двох будинках і підключеними до точок доступу (рис. 9.2) такий конфігурації спрямована антена забезпечує передачу великих відстані проти всеспрямованої антеною, оскільки вона, найімовірніше, випромінює більш сильний сигнал(З великим коефіцієнтом посилення) в одному напрямку. Розглядаючи рис. 9.2, зверніть увагу на те, що насправді антена випромінює сигнал не тільки в одному правлінні, тому що частина сигналу розсіюється на всі боки.

Примітка

Для знайомства з бездротовими мережами виконайте практичне завдання 9-3. Крім того, у практичних завданнях 9-4 та 9-5 розповідається про те, як встановити WNIC-адаптер у системах Windows 2000 та Windows XP Professional. У практичному завданні 9-6 ви дізнаєтеся про те, як встановити там якийсь адаптер у системі Red Hat Linux 7. x.

Всеспрямована антена

Всеспрямована антена випромінює радіохвилі в усіх напрямках. Оскільки сигнал розсіюється більше, ніж при використанні спрямованої антени, він, мабуть, матиме і менший коефіцієнт посилення. У бездротових мережах всеспрямовані антени часто застосовуються в кімнатних мережах, де користувачі постійно перемішуються і сигнали потрібно передавати і приймати в усіх напрямках. Крім того, в таких мережах, як правило, не потрібно, щоб коефіцієнт посилення сигналу був таким же високим, як у зовнішньої мережі, оскільки відстані між бездротовими пристроями в приміщенні набагато менші. На рис. 9.3 показано бездротову мережу, яка використовує всеспрямовані антени

Мал. 9.3.Всеспрямовані антени

WNIC-адаптер для портативних пристроїв(наприклад, портативних, кишенькових та планшетних комп'ютерів) може забезпечуватися невеликою схемною всеспрямованою антеною. Точка доступу для локальної кімнатної мережі може мати знімну всеспрямовану антену або антену, що підключається до точки доступу за допомогою кабелю. Точка доступу для зовнішньої мережі, що з'єднує дві будівлі, має антену з високим коефіцієнтом посилення, яка підключається до точки доступу по кабелю.

Методи доступу до бездротових мереж

Стандарт 802.11 передбачає два методи доступу: доступ у порядку пріоритетів і множинний доступ з контролем несучої та запобіганням конфліктам. Обидва ці методи працюють на канальному рівні.

При використанні доступу у порядку пріоритетів(priority-based access точка доступу також виконує функції точкового координатора, який задає період без конфліктів, протягом якого станцій) (крім самого координатора) не можуть працювати на передачу, не звернувшись спочатку до координатора. Протягом цього періоду координатор по черзі опитує станції. Якщо деяка станція посилає короткий пакет, що вказує на те, що її потрібно опитати, оскільки має повідомлення на передачу, точковий координатор поміщає цю станцію свій опитувальний лист . Якщо деяка станція не опитується, координатор посилає їй сигнальний кадр, що вказує на те, скільки потрібно чекати на початок наступного періоду без виникнення конфліктів. цього станції, що входять до опитувального листа, по черзі набувають права здійснення комунікацій. Коли всі ці станції отримали можливість передати дані, відразу ж задається наступний період без виникнення конфліктів, протягом якого координатор знову опитує вкаже станцію, визначаючи необхідність включення в опитувальний лист станції, що чекають можливості передачі.

Доступ у порядку пріоритетів призначається для комунікацій, що вимагають малих затримок пересилання інформації. До таких типів комунікацій зазвичай відноситься передача мови та відеозображень, а також організація відеоконференцій – тобто такі програми, які найкраще працюють у безперервному режимі. Відповідно до стандарту 802.11 доступ у рядку пріоритетів також називається функцією точкової координації

Найчастіше у бездротових мережах застосовується множинний доступ з контролем несучою та запобіганням конфліктам(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA), який також називається функції розподіленої координації(Distributed coordination function). У цьому випадку станція, яка очікує можливості передачі, прослуховує частоту комунікацій та визначає її зайнятість, перевіряючи рівень індикатора потужності сигналу у приймачі (Receiver Signal Strength Indicator, RSSI). У 14 момент, коли передавальна частота вільна, найімовірніше конфліктів між двома станціями, які одночасно захочуть розпочати передачу. Як тільки частота, що передає, звільняєте! кожна станція чекає кілька секунд (число яких визначається параметром DIPS), щоб переконатися, що частота залишається незайнятою. DIFS – це абревіатура від терміна Distributed coordination functions in-tra-Frame Space (інтервал між кадрами функції розподіленої координації), який визначає заздалегідь встановлений час обов'язкового очікування (затримки).

Якщо станції очікують протягом часу, визначеного інтервалом DIFS, ймовірність виникнення конфлікту між станціями зменшується, оскільки для кожної станції, яка потребує передачі, обчислюється різне значення часу затримки (відстрочення), після якого станція знову перевірятиме зайнятість частоти, що передає. Якщо частота залишається незайнятою, передачу починає станція, що має мінімальний час відстрочки. Якщо частота виявляється зайнятою, то станція, яка вимагає передачі, чекає доки частота не звільниться, після чого простоює ще протягом уже обчисленого часу відстрочки.

При визначенні часу відстрочення тривалість заздалегідь заданого інтервалучасу множиться на довільне число. Тимчасовий інтервал - це деяке значення, що зберігається в базі інформації, що управляє (MIB), наявної на кожній станції. Значення випадкового числалежить у діапазоні від нуля до величини максимального розміру вікна конфліктів, який зберігається в основі керуючої інформації станції. Таким чином, для кожної станції, що очікує на передачу, визначається унікальний час відстрочення, що дозволяє станціям уникати конфліктів.

Обробка помилок передачі даних

Комунікації в бездротових мережах залежать від погодних умов, сонячних відблисків, інших бездротових комунікацій, природних перешкод та інших джерел перешкод. Усі ці перешкоди можуть порушити успішний прийом даних. Стандартом 802.11 передбачено автоматичний запит наповторення(Automatic repeat-request, ARQ), який дозволяє враховувати можливість появи помилок передачі.

Якщо при використанні ARQ-запитів станція, яка надіслала пакет, не отримує підтвердження (АСК) від цільової станції, вона автоматично повторює передачу пакета. Кількість повторів, зроблених передавальної станцією доти, як вона визначить неможливість доставки пакета, залежить від розміру пакета. Кожна станція зберігає дві величини: максимальний розмір короткого пакета та розмір довгого пакета. Крім цього, є два додаткові параметри: кількість повторів для надсилання Короткого пакета та кількість повторів для довгого пакета. Аналіз усіх цих значень дозволяє станції ухвалити рішення про припинення повторних передач деякого пакета.

Як приклад обробки помилок з використанням ARQ-запитів розглянемо станцію, для якої короткий пакет має максимальну довжину 776 байт, а кількість повторів для короткого пакета дорівнює 10. Припустимо, що станція передає пакет довжиною 608 байт, але не отримує підтвердження приймаючої станції. У цьому випадку передавальна станція 10 разів передаватиме цей пакет повторно за відсутності підтвердження. Після 10 невдалих спроб (тобто не отримавши підтвердження) станція перестане передавати цей пакет.

Швидкість передачі

Швидкості передачі та відповідні частоти мереж 802.11 визначаються двома стандартами: 802.11а та 802.1111b. Комунікаційні швидкості, зазначені у цих стандартах, належать до Фізичного рівня моделі OSI.

Для бездротових мереж, що працюють у діапазоні 5 ГГц, стандарт 802.11 передбачає такі швидкості передачі:

· 6 Мбіт/с;

· 24 Мбіт/с;

· 9 Мбіт/с;

· 36 Мбіт/с; "

· 12 Мбіт/с;

· 48 Мбіт/с;

· 18Мбіт/с;

· 54 Мбіт/с.

Примітка

Усі пристрої, що відповідають стандарту 802.11а, повинні підтримувати швидкості 6, 12 та 24 Мбіт/с. Стандарт 802. Па реалізується на Фізичному рівні моделі OSI та для передачі інформаційних сигналів з використанням радіохвиль передбачає застосування ортогонального мультиплексування каналів, розділенихчастоті(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). При роботі даного методу мультиплексування 5-гігагерцовий діапазон частот ділиться на 52 субнесучі (52 підканали). Дані розбиваються між цими субнесучими і передаються одночасно по всіх субнесучих. Такі передачі називаються паралельними. Чотири субнесучі використовуються для управління комунікаціями, а 48 передають дані. Стандарт 802.11b використовується в діапазоні частот 2,4 ГГц, їм передбачено такі комунікаційні швидкості: "

· 1 Мбіт/с;

· 10Мбіт/с;

· 2 Мбіт/с;

· 11Мбіт/с.

Примітка

На момент написання книги очікувалося затвердження розширення стандарту 802.11Ь, назва 802.11 д. Стандарт 802.11д дозволяє передавати дані в діапазоні 2,4 ГГц зі швидкостями до 54 Мбіт/с.

У стандарті 802.11b використовується модуляція із прямою послідовністюта розширеним спектром(Direct sequence spread spectrum modulation, DSSS), яка є способом передачі інформаційних сигналів із застосуванням радіохвиль і відноситься до Фізичного рівня. При DSSS-модуляції дані розподіляються між кількома каналами (загальним числом до 14), кожен із яких займає смугу 22 МГц. Точне число каналів та його частоти залежить від країни, де здійснюються комунікації. У Канаді та США використовуються 11 каналів у діапазоні 2,4 ГГц. У Європі число каналів дорівнює 13, за винятком Франції, де задіяні лише 4 канали. Інформаційний сигнал передається по черзі в канали та посилюється до значень, достатніх для перевищення рівня перешкод.

На момент написання книги стандарт 802.11а пропонував великі швидкостініж стандарт 802.11b. Однак збільшення швидкості досягається за рахунок зменшення робочих відстаней. В даний час пристрої стандарту 802.11а можуть передавати дані на відстань до 18 м, у той час як пристрої стандарту 802.11b працездатні на відстанях до 90 м. Це означає, що якщо ви використовуєте пристрої 802.На, то для збільшення загальної робочої зони взаємодіють пристроїв вам потрібно буде придбати більше точок доступу.

Крім швидкості перевагою стандарту 802. Па є те, що повний інтервал наявних для нього частот діапазону 0,825 ГГц майже вдвічі перевищує інтервал частот діапазону 0,4835 ГГц для стандарту 802.11b. Це означає, що в процесі мовлення можна передати набагато більше даних, оскільки чим ширший інтервал частот, тим більше інформаційних каналів, якими передаються двійкові дані.

Для програм, які потребують більшої смуги пропускання (наприклад, передачі мови та відео) плануйте використання пристроїв стандарту 802. Па. Крім того, розглядайте можливість використання таких пристроїв у тих ситуаціях, коли в межах невеликої зони (наприклад, у комп'ютерній лабораторії) є велика кількість користувачів. Вища смуга пропускання дозволить усім клієнтам мережі працювати краще та швидше.

Область застосування пристроїв стандарту 802.11b охоплює ті конфігурації, коли наявність високої смуги пропускання не така важлива (наприклад, для комунікацій, призначених переважно для передач даних). Крім того, стандарт 802.11b добре підходить для малобюджетних проектів, оскільки йому потрібно менше точок доступу, ніж при використанні стандарту 802.11а. Це тим, що стандарт 802.11а забезпечує ширшу робочу зону (до 90 м проти 18 м, допускаються стандартом 802.11а). В даний час стандарт 802.11b використовується частіше, ніж 802.11а, оскільки мережі на його основі дешевші в реалізації, а на ринку ширше представлена ​​номенклатура призначених для неї пристроїв (випуск яких, до того ж, було розпочато раніше). Характеристики стандартів 802.11а та 802.11b представлені в табл. 9.1.

Таблиця 9.1. Характеристики стандартів 802.11а та 802.11b

	802.11 а	802.11Ь
Робоча частота
Робочі швидкості (Смуга пропусканія)	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Мбіт/с	1, 2, 10, 11 Мбіт/с
Метод комунікацій	Ортогональне мультиплексування поділу частоти (Orthogonal Frequency Division spread spectrum Multiplexing, OFDM)	Модуляція з прямою послідовністю та розширеним спектром (Direct sequence modulation DSSS)
Максимальна робоча відстань в даний час
Вартість реаліції	Відносно висока через необхідність у додаткових точках доступу	Відносно низька через використання невеликої кількості точок доступу

Методи забезпечення безпеки

Безпека так само важлива в бездротових мережах, як і кабельних. Стандарт 802.11 передбачає два механізми забезпечення безпеки: аутентифікацію відкритих систем та аутентифікацію із загальним ключем. При використанні аутентифікації відкритих систем (open system authentication) будь-які дві станції можуть аутентифікувати одна одну. Передавальна станція просто посилає цільову станцію або точку доступу запит: на аутентифікацію. Якщо цільова станція підтверджує запит, це означає завершення автентифікації. Такий метод автентифікації не забезпечує достатньої безпеки, і ви повинні знати, що у пристроях, що випускаються багатьма виробниками, він використовується за умовчанням.

Набагато кращий захист забезпечує автентифікація із загальним ключем(shared key authentication), оскільки у ній реалізується Wired Equivalent Privacy (WEP). При використанні цього механізму захисту дві станції (наприклад, WNIC-адаптер і точка доступу) працюють з тим самим ключем шифрування, що генерується WEP-службами. Ключ шифрування WEP являє собою якийсь 40 або 104-бітний ключ з додаванням контрольної суми та ініціюючої інформації, що в результаті визначає загальну довжину ключа, рівну 64 або 104 розрядів.

При використанні автентифікації із загальним ключем та WEP одна станція звертається до іншої із запитом на автентифікацію. Друга станція надсилає назад деякий спеціальний текстовий запит. Перша станція шифрує його за допомогою ключа шифрування WEP і посилає зашифрований текст другої станції, яка розшифровує його, використовуючи той же WEP-ключ, і порівнює отриманий текст із надісланим спочатку текстовим запитом. Якщо обидва тексти збігаються, друга станція аутентифікує першу та комунікації продовжуються.

Використання аутентифікації під час розриву з'єднання

Ще однією функцією аутентифікації є розрив з'єднання після закінчення сеансу комунікацій. Процес аутентифікації при розриві з'єднання важливий тому, що дві станції, що взаємодіють, не можуть бути випадково роз'єднані іншою, не аутентифікованою, станцією. З'єднання між двома станціями розривається, якщо одна з них надсилає повідомлення про відмову в аутентифікації. І тут комунікації миттєво припиняються.

Топології мережIEEE 802.11

Стандартом 802.11 передбачено дві основні топології. Найпростіший є топологія з набором незалежних базових служб(Independent Basic Service Set (IBSS) topology), утворена двома чи кількома станціями бездротового зв'язку, які можуть взаємодіяти друг з одним. Мережа такого типу певною мірою непередбачувана, оскільки нові станції часто з'являються несподівано. IBSS-топологія утворюється довільними одноранговими (рівноправними) комунікаціями між WNIC-адаптерами окремих комп'ютерів(Рис. 9.4).

Порівняно з IBSS-топологією, топологія з розширеним набором(Extended service set (ESS) topology) має велику область обслуговування, оскільки в ній є одна або кілька точок доступу. На базі ESS-топології можна створити невелику, середню або велику мережу та значна! розширити зону бездротових комунікацій. ESS-топологія показана на рис. 9.5.

Якщо ви використовуєте пристрої, сумісні зі стандартом 802.11, мережу та IBSS-топологію нескладно перетворити на мережу на основі ESS-топології. Однак не слід мережі з різними топологіями розташовувати поблизу, тому що однорангові IBSS-комунікації поводяться нестабільно в присутності точок доступу, що використовуються в мережі ESS. Також можуть порушитись комунікації і в ESS-мережі. "

Порада

Додаткову інформацію про IEEE 802.11 можна отримати на веб-сайті IEEE за адресою www. ieee. org. На цьому сайті можна замовити повну копію цього стандарту.

Бездротові локальні мережі.

Коли в мережі на основі ESS-топології використовуються дві або кілька точок доступу, така мережа перетворюється на багатокористувальну бездротову локальну мережу(Multiple-cell wireless LAN). Широкомовна область навколо деякої точки у такій топології називається осередком(Cell). Якщо, наприклад, кімнатна мережа всередині будівлі має п'ять точок доступу, то у мережі п'ять осередків. Крім того, якщо всі п'ять осередків налаштовані однаково (мають одну робочу частоту, однакову швидкість передачі та загальні параметри безпеки), то персональний комп'ютер або ручний пристрій, обладнане WNIC-адаптером, можна переміщати від одного осередку до іншого. Цей процес називається роумінгом(Roaming).

Як приклад роумінгу в бездротовій ESS-топології розглянемо університетський факультет, в якому розгорнуто бездротову мережу, що має п'ять точок доступу, пов'язаних з осередками з номерами від I до V.1 Осередок I може належати бібліотеці. Осередки II та III можуть охоплювати зону викладацьких офісів. Осередок IV може бути в офісі адміністрації, а осередок V може розташовуватися в навчальній лабораторії. Якщо всі осередки налаштовані однаково, будь-який студент, викладачі або службовець офісу може переміщати портативний комп'ютер, обладнаний WNIC-адаптером, від одного осередку до іншого, зберігаючи при цьому доступ до мережі факультету. Хоча стандартом 802.11 і не передбачено специфікації для протоколу роумінгу, виробники бездротових пристроїв розробили один подібний протокол, названий Inter- Access Point Protocol (IAPP), який у основних моментах відповідає цьому стандарту. Протокол IAPP дозволяє мобільній станції переміщатися між осередками, не втрачаючи з'єднання мережею. Для забезпечення комунікацій з роумінгом IAPP інкапсулюємо протоколи UDP та IP.

Примітка

Як ви вже знаєте з глави 6, User Datagram Protocol (UDP) являє собою протокол без встановлення з'єднань, який може використовуватися поєднанні з протоколом IP замість TCP, що є протоколом із встановленням з'єднань.

Протокол IAPP дозволяє оповістити наявні точки доступу про підключення до мережі нового пристрою, а також дозволяє суміжним точкам доступу обмінюватися конфігураційною інформацією. Крім того протокол надає деякій точці доступу, що обмінюється даними з мобільною станцією, можливість автоматичної передачі відомості про вихідне підключення (включаючи будь-які дані, що очікують відправки іншій точці доступу в тих випадках, коли мобільна станція переміщається від комірки, що обслуговується першою точкою доступу, до комірки, пов'язаної з другою точкою доступу.

Альтернативні технології радіомереж

До найпоширеніших комунікаційних технологій з використанням радіохвиль належать такі технології, альтернативні стандарту IEEE 802.11:

· HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP).

Кожна перерахована технологія є специфікацією бездротових мереж і підтримується певними виробниками. Всі ці технології розглядаються у наступних розділах.

Bluetooth

Bluetooth – це технологія бездротового зв'язку, описана спеціальною групою Bluetooth Special Interest Group. Ця технологія привернула увагу таких виробників, як 3Com, Agere, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia та Toshiba. У ній використовується перебудова частоти в діапазоні 2,4 ГГц (2,4-2,4835 ГГц), виділеному Федеральною комісією зв'язку для ISM-комунікацій, що не ліцензуються2. Метод перебудови частоти передбачає зміну несучої частоти (вибирається одна з 79 частот) для кожного пакета, що передається. Перевагою цього є зменшення ймовірності виникнення взаємних перешкод у випадках одночасної роботи кількох пристроїв.

При використанні багатоватних комунікацій технологія Bluetooth забезпечує передачу даних на відстані до 100 м, проте практично більшість пристроїв Bluetooth працюють на відстані до 9 м. Зазвичай використовуються асинхронні комунікації зі швидкістю 57,6 або 721 Кбіт/с. Пристрої Bluetooth, що забезпечують синхронні комунікації, працюють зі швидкістю 432,6 Кбіт/с, проте такі пристрої є менш поширеними.

У технології Bluetooth застосовується дуплексна передача з тимчасовим розділомленням каналів(time division duplexing, TDD), коли пакети передаються в протилежних напрямах з використанням тимчасових інтервалів. Один цикл передачі може задіяти до п'яти різних часових інтервалів, завдяки чому пакети можуть передаватися та прийматися одночасно. Цей процес нагадує дуплексні комунікації. Одночасно можуть взаємодіяти до семи пристроїв Bluetooth (деякі виробники стверджують, що їх технології забезпечують підключення восьми пристроїв, але це не відповідає специфікаціям). Коли пристрої обмінюються інформацією, один із них автоматично вибирається ведучим (master). Цей пристрій визначає функції керування (наприклад, синхронізацію тимчасових інтервалів та керування пересиланнями). У всіх інших аспектах зв'язку Bluetooth нагадують однорангову мережу.

Порада

Дізнатися більше про технологію Bluetooth можна на офіційному веб-сайті за адресою www. bluetooth. com. Виконайте практичне завдання 9-7, в якому ви ознайомитеся з веб-сайтом Bluetooth, де описані сфери застосування Blue-tooth для бездротових комунікацій з універсальним доступом.

HiperLAN

Технологія HiperLANбула розроблена в Європі, і в даний час існує друга версія, названа HiperLAN2. Ця технологія використовує діапазон 5 ГГц та забезпечує швидкості передачі даних до 54 Мбіт/с. Крім швидкості, перевагою HiperLAN2 є сумісність з комунікаціями Ethernetта ATM.

Технологія HiperLAN2 підтримує Data Encryption Standard (DES) – стандарт шифрування даних, розроблений інститутами National Institute on Standards and Technology (NIST) (Національний інститут стандартів та технологій) та ANSI. У ньому використовується відкритий (public) ключ шифрування, доступний перегляд всіх мережевими станціями, і навіть приватний. (private) ключ, що виділяється тільки передавальним та приймаючим станціям. Для дешифрації даних необхідні обидва ключі.

Технологія HiperLAN2 забезпечує якість обслуговування (QoS), надаючи гарантований рівень комунікацій для різних класів обслуговування (наприклад, передачі мовлення або відео). Це можливо завдяки тому, що точки доступу централізовано керують бездротовими! комунікаціями, та планують усі сеанси передачі інформації.

Мережа HiperLAN2 працює у двох режимах. Безпосередній режим (directlmode) є топологією одноранговой мережі (подібну до 1В58 топології в мережах 802.11), яка утворюється тільки взаємодіючими станціями. Інший режим називається централізованим (centralized mode) оскільки він реалізується у великих мережах, де є точки доступу, що концентрують мережевий трафік і керують ним. Методом комунікацій для обох режимів служить дуплексна передача з тимчасовим поділом каналів (TDD) – та сама технологія, яка застосовується в Bluetooth.

Порада

Для найближчого знайомства з HiperLAN2 відвідайте веб-сайт www. hiperian2. com.

HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP)(Протокол спільного бездротового доступу HomeRF) – це технологія, яку підтримують такі компанії, як Motorola, National Semiconductor, Proxim і Siemens. Ця

технологія працює в діапазоні 2,4 ГГц і забезпечує швидкість мережі до 10 Мбіт/с. Як метод доступу вона використовує CSMA/CA (як і стандарт 802.11) і призначена для домашніх мереж, де передаються дані, мовлення, відео, мультимедійні потоки та інша інформація.

Прикладом типового використання технології HomeRF SWAP є бездротова мережа, що об'єднує декілька персональних комп'ютерів та забезпечує доступ до Інтернету. Інший сферою застосування є реалізація бездротових з'єднань для центрів розваг (наприклад, для зв'язку один з одним кількох телевізорів та стереосистем). Мережа HomeRF SWAP може зв'язати між собою кілька телефонів. Також з її допомогою можна забезпечити зв'язок між пристроями керування будинком (освітленням, кондиціонерами, кухонними агрегатами тощо). Для безпеки в мережах HomeRF SWAP використовується 128-бітове шифрування даних і 24-розрядні мережні ідентифікатори.

На момент написання книги в процесі розробки була технологія HomeRF SWAPS, що забезпечує комунікації зі швидкістю 25 Мбіт/с. Творці цієї технології прагнуть до того, щоб вбудувати її у телевізори та мультимедійні сервери з метою розширення можливостей складних відеосистем.

(Порада)

Більш детально познайомитись з HomeRF SWAP можна на сайті www. homerf. org.

Мережеві технології з використаннямінфрачервоного випромінювання

Інфрачервоне (І К) випромінювання (infrared) можна використовувати як середовище для мережевих комунікацій. Ви добре знайомі з цією технологією завдяки пультам дистанційного керування для телевізорів та стереосистем. ІЧ-випромінювання являє собою електромагнітний сигнал, подібно до радіохвиль, проте його частота ближче до діапазону видимих ​​електромагнітних хвиль, званих видимим світлом.

ІЧ-випромінювання може поширюватися або в один бік, або у всіх напрямках, при цьому світлодіод (LED) використовується для передачі, а фотодіод – для прийому. ІЧ-випромінювання відноситься до Фізичного рівня, його частота становить 100 ГГц - 1000 ТГц (терагерц), а довжина електромагнітної хвилілежить у діапазоні від 700 до 1000 нанометрів (нм, 10-9).

Подібно до радіохвиль, ІЧ-випромінювання може виявитися недорогим рішенням у разі неможливості прокладання кабелю або за наявності мобільних користувачів. Його перевага полягає в тому, що ПК-сигнал важко перехопити непомітно. Іншою перевагою є стійкість ІКЦ сигналу до радіо- та електромагнітних перешкод. Однак це комунікаційне середовище має і низку істотних недоліків. По-перше, при спрямованих комунікаціях швидкість передачі не перевищує 16 Мбіт/с, а за всеспрямованих комунікаціях ця значення менше, ніж 1 Мбіт/с. По-друге, ІЧ-випромінювання не проходивши крізь стіни, у чому нескладно переконатися, спробувавши керувати телевізором з пульта дистанційного керування з іншої кімнати. З іншого боку, цей недолік обертається гідністю, тому що через обмеженість області поширення комунікації з використанням ІЧ-сигналів робляться безпечнішими. По-третє, інфрачервоний зв'язок може зазнавати перешкод з боку сильних.

Порада

В інфрачервоних технологіях можуть використовуватися точки доступу, що дозволяють розширювати робочу область та створювати великі мережі.

При передачі інформації з допомогою розсіяного інфрачервоного випромінювання (diffused infrared) надісланий ІЧ-сигнал відбивається від стелі, як показано на рис. 9.6. Для таких комунікацій існує стандарт IEEE 802. що передбачає роботу на відстані від 9 до 18 м в залежності від висоти стелі (чим вище стеля, тим менше область охоплення мережі). Для розсіяного ІЧ-випромінювання цим стандартом визначено швидкості передачі даних, рівні 1 і 2 Мбіт/с. Довжини хвиль розсіяного ІЧ-сигналу, ІСЩ, що користується в стандарті 802.11R, лежать в діапазоні 850-950 нм (з усіх діапазону ІЧ-променів, що становить 700-1000 нм). Для порівняння, видиме світло має діапазон довжин хвиль, що дорівнює 400–700 Мегагерц. Максимальна оптична випромінювана потужність сигналу згідно зі стандартом 802.11R становить 2 Вт.

Порада

Хоча розсіяні ІЧ-сигнали не схильні до радіо- та електромагнітних перешкод, вікна в будівлях можуть створювати перешкоди, оскільки ці сигнали чутливі до сильних джерел світла. Врахуйте наявність вікон під час проектування бездротової мережі за допомогою розсіяного ІЧ-випромінювання.

Метод передачі сигналів, використаний стандартом IEEE 802.11R, називається фазоімпульсною модуляцією(Pulse position modulation, PPM). Згідно з цим методом, двійкове значення сигналу пов'язується з розташуванням імпульсу в наборі можливих положень у спектрі електромагнітного випромінювання. Для комунікацій зі швидкістю 1 Мбіт/с стандарт 802.11R передбачає шістнадцять можливих положень імпульсу (16-РРМ), при цьому кожне положення становить чотири двійкові розряди. При комунікаціях зі швидкістю 2 Мбіт/с кожен імпульс становить два розряди, і можливих положень імпульсу всього чотири (4-РРМ). Імпульс у певній позиції вказує на те, що деяке значення є, а відсутність імпульсу означає, що значення немає. РРМ - це метод символьного кодування, що нагадує двійкове кодування в тому сенсі, що в ньому використовуються лише нулі та одиниці.

Мікрохвильові мережеві технології

Мікрохвильові системи працюють у двох режимах. Наземні надвисокочастотні (НВЧ) канали (terrestrial microwave) передають сигнали між двома спрямованими параболічними антенами, які мають форму тарілки (рис. 9.7). Такі комунікації здійснюються в діапазонах частот 4–6 ГГц та 21–23 ГГц та вимагають, щоб оператор зв'язку отримував ліцензію від Федеральної комісії зв'язку (FCC).

Супутникові мікрохвильові системи передають сигнал між трьома антенами, одна з яких знаходиться на супутнику Землі (рис. 9.8). Супутники у таких системах знаходяться на геосинхронних орбітах на висоті 35 000 км над Землею. Щоб деяка організація могла використовувати таку технологію зв'язку, вона має або запустити супутник, або орендувати канал у компанії, яка надає такі послуги. Через великі відстані затримки: при передачі становлять від 0,5 до 5 секунд. Комунікації ведуться в діапазоні частот 11-14 ГГц, які потребують ліцензування.

Як і інші середовища бездротового зв'язку, мікрохвильові технології використовуються тоді, коли кабельні системи коштують занадто дорого або якщо прокладка кабелю неможлива. Наземні НВЧ-канали можуть виявитися гарним рішеннямпід час прокладання комунікацій між двома великими будинками у місті. Супутникові системи зв'язку є єдиним можливим способом об'єднання мереж, що у різних країнах чи різних континентах, проте це рішення дуже дороге.

Мікрохвильові комунікації мають теоретичну смугу пропускання до 720 Мбіт/с та вище, проте на практиці нині швидкості зазвичай лежать у діапазоні 1–10 Мбіт/с. Мікрохвильові системи зв'язку мають певні обмеження. Вони дорогі і складні у розгортанні та експлуатації. Якість мікрохвильових комунікацій може погіршуватися через умови атмосфери, дощу, снігу, туману та радіоперешкод. Більш того, мікрохвильовий сигнал може бути перехоплений, тому при використанні даного середовища середовища особливо важливе значеннямають засоби аутентифікації та шифрування.

Бездротові мережі на базінизькоорбітальних супутників Землі

Орбіти супутників зв'язку знаходяться на відстані приблизно 30 000 км над Землею. Через великого видаленняцих супутників і збурень у верхніх шарах атмосфери можуть виникати затримки передачі сигналу, які неприпустимі для комунікацій з високими вимогами до цього параметра зв'язку (в т. ч. для передачі двійкових даних і мультимедіа).

Нині кілька компаній розробляють низькоорбітальнісупутники(Low Earth Orbiting (LEO) satellite), орбіти яких повинні бути на відстані від 700 до 1600 км від поверхні Землі, що має прискорити двосторонню передачу сигналів. Через свою нижчу орбіту LEO-супутники охоплюють менші території, і, отже, щоб повністю покрити поверхню планети, необхідно близько тридцяти LEO-супутників. В даний час компанії Teledesic, Motorola та Boeing розробляють мережу таких супутників, за допомогою яких Інтернет та інші послуги глобальних мереж стануть доступними у будь-якій точці Землі. Користувачі взаємодіють із LEO-супутниками за допомогою спеціальних антен та апаратури декодування сигналів. Починаючи з 2005 року, LEO-супутники можна буде використовувати у таких областях:

· широкомовні інтернет-комунікації; проведення всепланетних відеоконференцій;

· дистанційне навчання;

· Інші комунікації (передача мови, відео та даних).

Очікується, що швидкості комунікацій на базі LEO-супутників становитимуть від 128 Кбіт/с до 100 Мбіт/с для висхідних потоків (до супутника) і до

720 Мбіт/с для низхідних потоків (від супутника). LEO-супутники використовують ультрависокі частоти, затверджені Федеральною комісією зв'язку у США та аналогічними організаціями у різних частинах світу. Електромагнітний спектр комунікацій з використанням LEO-супутників також схвалено спілкою ITU. Робочі частоти лежать у діапазоні 28,6–29,1 ГГц для висхідних каналів і 18,8–19,3 ГГц для. низхідних каналів. Коли ця мережа увійдев експлуатацію (архітектура мережі представлена ​​на рис. 9.9), керівник проекту, наприклад, з Бостона зможе проводити відеоконференції або обмінюватися важливими двійковими файламиз дослідником, який живе у гірській хатині у Вайомінгу, а господар тваринницької ферми з Аргентини зможе звертатися за сільськогосподарськими даними мережі Університету Північної Кароліни (Колорадо). (Виконайте практичне завдання 9-8 для того, щоб отримати додаткову інформацію про використання LEO-супутників для побудови мереж.)

Резюме

1 У сучасних технологіях бездротових мереж застосовуються радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, НВЧ-хвилі та низькоорбітальні супутники.

2 Основою для бездротових мереж стали експерименти з пакетним радіозв'язком, які давно проводили оператори-радіоаматори.

3 В даний час бездротові мережі використовуються в багатьох областях (наприклад, коли складно розгорнути кабельні мережі). Крім того, такі мережі дозволяють зменшити витрати на встановлення мережі та забезпечують зв'язок із мобільними комп'ютерами.

4 У технологіях радіозв'язку зазвичай використовуються комунікації в межах прямої видимості, які здійснюються від однієї точки до іншої вздовж поверхні Землі (замість радіосигналу відбивався від атмосфери Землі). У таких технологіях також застосовуються комунікації з розширеним спектром, коли радіохвилі передаються кількома суміжними частотами.

5 Стандарт IEEE 802.11 в даний час використовується в радіомережах різного типу. Цей стандарт передбачає три основні компоненти: адаптер бездротової мережі (WNIC), точка доступу та антена. Прийнято два стандарти (802.11а та 802.11b), які визначають швидкості комунікацій, що відповідають стандарту 802.11. Впроваджується новий стандарт – 802.11g, який є розширенням стандарту 802.11b.

6 До поширених альтернатив стандарту 802.11 належать технології Bluetooth, HiperLAN та HomeFR Shared Wireless Access Protocol.

7 Стандарт 802.11R передбачає використання розсіяного інфрачервоного (ІЧ) випромінювання для побудови невеликих відносно захищених мереж, що розміщуються в досить замкнутих офісах або робочих зонах.

8 Мікрохвильові мережі існують у двох видах: мережі на базі наземних НВЧ-каналів та супутникові мережі. Супутникові мережі, звичайно, можуть коштувати дуже дорого через високі витрати на запуск супутника в космос.

9 Мережі на базі низькоорбітальних (LEO) супутників передбачають використання групи супутників, що розташовуються на дуже низьких орбітах над рівнем Землі, завдяки чому затримки передачі сигналів виходять значно менше, ніж у звичайних супутникових комунікаціях. Коли мережі на базі LEO-супутників будуть розгорнуті, можливість роботи в мережах стане доступною у будь-якій точці планети.

10 У табл. 9.2 перераховані переваги та недоліки мережних комунікацій з використанням радіохвиль, ІЧ-випромінювання та НВЧ-хвиль.

Таблиця 9.2. Переваги та недоліки бездротових технологій зв'язку

	Радіохвилі	ІЧ-випромінювання	НВЧ-хвилі	Низькоорбітальні супутники
Переваги	Недорога альтернатива для тих випадків, коли важко реалізувати комунікації по кабелю. Один із засобів реалізації мобільних телекомунікацій Зазвичай не потребує ліцензування.	Сигнал важко перехопити непомітно.	Недорога альтернатива для тих випадків, коли складно реалізувати комунікації кабелем, особливо на великі відстані. Наземний НВЧ канал на великих відстанях може виявитися дешевшим, ніж орендовані телекомунікаційні лінії	Може розташовуватися над Землею під час створення глобальної мережі. Не створюють таких затримок під час передачі сигналів, як геосинхронні супутники.
Недоліки	Можуть не відповідати вимогам високошвидкісних мереж. Схильні до перешкод з боку стільникових мереж, військових, звичайних та інших джерел радіосигналів. Схильні до перешкод природного походження.	Можуть не підійти для високошвидкісних комунікацій. Схильні до перешкод з боку сторонніх джерел світла. Чи не передаються через стіни. Номенклатура пропонованих пристроїв менша, ніж для інших типів бездротових мереж	Можуть не підійти для високошвидкісних комунікацій Дороги в установці та експлуатації. Схильні до перешкод природного характеру (дощ, сніг, туман) і радіоперешкод, а також залежать від стану атмосфери.	Будуть доступні лише у 2005 році

Бездротові технології служать передачі інформації на відстань між двома і більше точками, не вимагаючи зв'язку їх проводами. Для передачі може використовуватися інфрачервоне випромінювання, радіохвилі, оптичне чи лазерне випромінювання.

В даний час існує безліч бездротових технологій, найбільш часто відомих користувачам за їх маркетинговими назвами, такими як Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Кожна технологія має певні характеристики, які визначають її сферу застосування.

Існують різні підходи до класифікації бездротових технологій.

Класифікація за дальністю дії:

• Бездротові персональні мережі WPAN (Wireless Personal Area Networks). До цих мереж належать Bluetooth.
• Бездротові локальні мережі WLAN (Wireless Local Area Networks). До цих мереж належать мережі стандарту Wi-Fi.
• Бездротові мережі масштабу WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks). Приклади технологій – WiMAX.

Класифікація по застосуваннюю:

• Корпоративні (відомчі) бездротові мережі — створювані компаніями для потреб.
• Операторські бездротові мережі - створювані операторами зв'язку для надання послуг.

Коротким, але ємним способом класифікації може бути одночасне відображення двох найбільш суттєвих характеристик бездротових технологій на двох осях: максимальна швидкість передачі інформації та максимальна відстань.

Короткий огляд найпопулярніших технологій бездротової передачі даних

Wi-Fi

Розроблений консорціумом Wi-Fi Alliance на базі стандартів IEEE 802.11, "Wi-Fi" - торгова марка "Wi-Fi Alliance". Назва технології – Wireless-Fidelity («бездротова точність») за аналогією з Hi-Fi.

На початку використання установка Wireless LAN рекомендувалася там, де розгортання кабельної системи було неможливим або економічно недоцільним. Зараз у багатьох організаціях використовується Wi-Fi, оскільки за певних умов швидкість роботи мережі перевищує 100 Мбіт/сек. Користувачі можуть переміщатися між точками доступу на території покриття мережі Wi-Fi.

Мобільні пристрої (КПК, смартфони, PSP та ноутбуки), оснащені клієнтськими Wi-Fi приймальними пристроями, можуть підключатися до локальної мережі та отримувати доступ в Інтернет через точки доступу або хот-споти.

Історія

Wi-Fi був створений у 1991 році NCR Corporation/AT&T (згодом - Lucent Technologies та Agere Systems) у Нівегейні, Нідерланди. Продукти, що призначалися спочатку для систем касового обслуговування, були виведені на ринок під маркою WaveLAN та забезпечували швидкість передачі даних від 1 до 2 Мбіт/с. Автор Wi-Fi - Вік Хейз ( Vic Hayes) працював у команді, що брала участь у розробці стандартів IEEE 802.11b, IEEE_802.11a та IEEE_802.11g. Стандарт IEEE 802.11n було затверджено 11 вересня 2009 року. Його застосування дозволяє підвищити швидкість передачі даних практично вчетверо порівняно з пристроями стандартів 802.11g (максимальна швидкість яких дорівнює 54 Мбіт/с) за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. Теоретично 802.11n здатний забезпечити швидкість передачі до 480 Мбіт/с.

Bluetooth

Bluetooth – виробнича специфікація бездротових персональних мереж(англ. Wireless personal area network, WPAN).

Специфікація Bluetooth була розроблена групою Bluetooth Special Interest Group, яка була заснована у 1998 році. До неї увійшли компанії Ericsson, IBM, Intel, Toshiba та Nokia. Згодом Bluetooth SIGта IEEE досягли угоди, на основі якої специфікація Bluetooth стала частиною стандарту IEEE 802.15.1 (дата опублікування – 14 червня 2002 року). Роботи зі створення Bluetooth компанія Ericsson Mobile Communication розпочала у 1994 році. Спочатку ця технологія була пристосована під потреби системи FLYWAY у функціональному інтерфейсі між мандрівниками та системою.

Радіус дії Bluetooth може досягати 100 метрів.

WiMAX (англ. Worldwide I nteroperability for Microwave Access) - телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального бездротового зв'язку на великих відстанях для широкого спектру пристроїв (від робочих станцій та портативних комп'ютерів до мобільних телефонів). Технологія розроблена на основі стандарту IEEE 802.16, який також називають Wireless MAN.

Область використання

WiMAX розроблено для вирішення наступних завдань:

· З'єднання точок доступу Wi-Fi один з одним та іншими сегментами Інтернету.

· Забезпечення бездротового широкосмугового доступу як альтернативи виділеним лініям та DSL.

· Надання високошвидкісних сервісів передачі та телекомунікаційних послуг.

• Створення точок доступу, які не прив'язані до географічного положення.

WiMAX дозволяє здійснювати доступ до Інтернету на високих швидкостях, з набагато більшим покриттям, ніж у Wi-Fi мереж. Це дозволяє використовувати технологію як «магістральні канали», продовженням яких виступають традиційні DSL-і виділені лінії, а також локальні мережі. В результаті подібний підхід дозволяє створювати масштабовані високошвидкісні мережі у межах цілих міст.

Специфікації стандартів WiMAX

IEEE 802.16-2004 (відомий також як 802.16d або фіксований WiMAX). Специфікацію затверджено у 2004 році. Підтримує фіксований доступ у зонах з наявністю чи відсутністю прямої видимості. Пристрої користувача: стаціонарні модеми для установки поза і всередині приміщень, а також PCMCIA-карти для ноутбуків. У більшості країн під цю технологію відведено діапазони 3,5 та 5 ГГц. За даними WiMAX Forum, налічується вже близько 175 впроваджень фіксованої версії. Багато аналітиків бачать у ній конкуруючу чи взаємодоповнювальну технологію дротового широкосмугового доступу DSL.

IEEE 802.16-2005 (відомий також як 802.16e та мобільний WiMAX). Специфікація затверджена у 2005 році та оптимізована для підтримки мобільних користувачів та підтримує низку специфічних функцій, таких як хендовер(англ.), idle mode та роумінг. Заплановані частотні діапазони для мереж Mobile WiMAX такі: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. У світі реалізовано кілька пілотних проектів, у тому числі першим у Росії свою мережу розгорнув Скартел. Конкурентами 802.16e є всі мобільні технології третього покоління (наприклад, EV-DO, HSDPA).

Основна відмінність двох технологій полягає в тому, що фіксований WiMAX дозволяє обслуговувати тільки "статичних" абонентів, а мобільний орієнтований на роботу з користувачами, що пересуваються зі швидкістю до 120 км/год. Мобільність означає наявність функцій роумінгу та «безшовного» перемикання між базовими станціями при пересуванні абонента (як відбувається у мережах стільникового зв'язку). В окремому випадку мобільний WiMAX може застосовуватися і для обслуговування фіксованих користувачів.

У статті розглядаються три технології бездротової передачі даних, назви яких, що називається, у всіх на слуху: ZigBee, BlueTooth та Wi-Fi, а також наводяться можливі області їх використання та рекомендації щодо вибору технології для конкретного завдання.

Технологія бездротової передачі даних BlueTooth

Технологія BlueTooth (стандарт IEEE 802.15) стала першою технологією, що дозволяє організувати бездротову персональну мережу даних (WPAN - Wireless Personal Network). Вона дозволяє здійснювати передачу даних та голоси по радіоканалу на невеликі відстані(10–100 м) у неліцензійному діапазоні частот 2,4 ГГц та з'єднувати ПК, мобільні телефони та інші пристрої за відсутності прямої видимості.

Своєму народженню BlueTooth завдячує фірмі Ericsson, яка у 1994 році розпочала розробку нової технології зв'язку. Спочатку основною метою була розробка радіоінтерфейсу з низьким рівнем енергоспоживання та невисокою вартістю, який дозволяв би встановлювати зв'язок між стільниковими телефонами та бездротовими гарнітурами. Однак згодом роботи з розробки радіоінтерфейсу плавно переросли у створення нової технології.

На телекомунікаційному ринку, а також на ринку комп'ютерних засобів успіх нової технології забезпечують провідні фірми-виробники, які приймають рішення про доцільність та економічну вигоду від інтеграції нової технології у свої нові розробки. Тому, щоб забезпечити своєму дітищу гідне майбутнє та подальший розвиток, у 1998 році фірма Ericsson організувала консорціум BlueTooth SIG (Spesial Interest Group), перед яким ставилися такі завдання:

• подальша розробка технології BlueTooth;
• просування нової технології над ринком телекомунікаційних коштів.

До консорціуму BlueTooth SIG входять такі фірми, як Ericsson, Nokia, 3COM, Intel, National Semiconductor.

Логічно було б припустити, що перші кроки, які робляться консорціумом BlueTooth SIG, полягатимуть у стандартизації нової технології з метою сумісності BlueTooth-пристроїв, розроблених різними фірмами. Це було реалізовано. Для цього були розроблені специфікації, які детально описують методи використання нового стандарту та характеристики протоколів передачі даних.

В результаті було розроблено стек протоколу бездротової передачі даних BlueTooth (рис. 1).

Мал. 1. Стек протоколу Bluetooth

Технологія BlueTooth підтримує як з'єднання типу "точка-точка", так і "точка-багатоточок". Два або більше використовують один і той же канал пристрою утворюють пікомережу (piconet). Один із пристроїв працює як основне (master), а інші - як підлеглі (slave). В одній пікосеті може бути до семи активних підлеглих пристроїв, при цьому інші підлеглі пристрої перебувають у стані паркування, залишаючись синхронізованими з основним пристроєм. Взаємодіючі пікомережі утворюють «розподілену мережу» (scatternet).

У кожній пікосеті діє лише один основний пристрій, проте підлеглі пристрої можуть входити до різних пікомереж. Крім того, основний пристрій однієї пікомережі може бути підлеглим в іншій (рис. 2).

Мал. 2. Пікосеть з підлеглими пристроями. а) з одним підлеглим пристроєм. б) кількома. в) розподілена мережа

З моменту появи на ринку перших модулів BlueTooth їхньому широкому застосуванню в нових додатках перешкоджала складна програмна реалізація стека протоколу BlueTooth. Розробнику необхідно було самостійно реалізувати управління BlueTooth-модулем і розробити профілі, що визначають взаємодію модуля з іншими BlueTooth-пристроями за допомогою команд інтерфейсу хост-контролера (HCI - Host Controller Interface). Інтерес до технології BlueTooth зростав з кожним днем, з'являлися нові і нові фірми, що розробляють для неї компоненти, але не було рішення, яке б значною мірою спростило б управління BlueTooth-модулями. І таке рішення було знайдено. Фінська фірма, вивчивши ситуацію на ринку, однією з перших запропонувала розробникам наступне рішення.

У більшості випадків технологія BlueTooth використовується розробниками для заміни провідного послідовного з'єднання між двома пристроями бездротовим. Для організації з'єднання та виконання передачі даних розробнику необхідно програмно, за допомогою команд інтерфейсу хост-контролера реалізувати верхні рівні стека протоколу BlueTooth, до яких відносять: L2CAP, RFCOMM, SDP, а також профіль взаємодії по послідовному порту - SPP (Serial Port Profi le) та профіль виявлення послуг SDP (Service Discovery Profi le). На цьому і вирішила зіграти фінська фірма, розробивши варіант прошивки BlueTooth-модулів, що представляє закінчену програмну реалізацію всього стека протоколу BlueTooth (рис. 1), а також профілів SPP та SDP. Це рішення дає можливість розробнику здійснювати управління модулем, встановлювати бездротове послідовне з'єднання та виконувати передачу даних за допомогою спеціальних символьних команд, так само, як це робиться під час роботи зі звичайними модемами через стандартні AT-команди.

На перший погляд, розглянуте вище рішення дозволяє істотно скоротити час інтеграції технології BlueTooth у вироби, що знову розробляються. Однак це накладає певні обмеження використання можливостей технології BlueTooth. В основному це позначається на зменшенні максимальної пропускної спроможності та кількості одночасних асинхронних з'єднань, що підтримуються BlueTooth-модулем.

У середині 2004 року на зміну специфікації BlueTooth версії 1.1, яка була опублікована у 2001 році, прийнято специфікацію BlueTooth версії 1.2. До основних відмінностей специфікації 1.2 від 1.1 відносять:

1. Реалізація технології адаптивної перебудови частоти каналу (Adaptive Friquency Hopping, AFH).
2. Удосконалення голосового з'єднання.
3. Скорочення часу, затрачуваного встановлення з'єднання між двома модулями BlueTooth.

Відомо, що BlueTooth і Wi-Fi використовують той самий неліцензійний діапазон 2,4 ГГц. Отже, у тих випадках, коли BlueTooth-пристрої знаходяться в зоні дії пристроїв Wi-Fi та здійснюють обмін даними між собою, це може призвести до колізій та вплинути на працездатність пристроїв. Технологія AFH дозволяє уникнути появи колізій: під час обміну інформацією для боротьби з інтерференцією, технологія BlueTooth використовує стрибкоподібну перебудову частоти каналу, при виборі якого не враховуються частотні канали, на яких здійснюють обмін даними пристрою Wi-Fi. На рис. 3 проілюстровано принцип дії технології AFH.

Мал. 3. Принцип дії технології AFH. а) колізії б) уникнення колізій за допомогою адаптивної перебудови частоти каналу

Розвиток технології BlueTooth не стоїть на місці. Консорціумом SIG розроблено концепцію розвитку технології до 2008 року (рис. 4).

Мал. 4. Етапи розвитку технології Bluetooth

В даний час на ринку працює велика кількість фірм, що пропонують модулі BlueTooth, а також компоненти для самостійної реалізації апаратної частини BlueTooth-пристрою. Практично всі виробники пропонують модулі, що підтримують специфікації BlueTooth версії 1.1 та 1.2 та відповідні класу 2 (діапазон дії 10 м) та класу 1 (діапазон дії 100 м). Однак, незважаючи на те, що версія 1.1 повністю сумісна з 1.2, усі розглянуті вище удосконалення, реалізовані у версії 1.2, можуть бути отримані тільки якщо обидва пристрої відповідають версії 1.2.

У листопаді 2004 року було прийнято специфікацію BlueTooth версії 2.0, що підтримує технологію розширеної передачі даних (Enhanced Data Rate, EDR). Специфікація 2.0 за допомогою EDR дозволяє здійснювати обмін даними на швидкості до 3 Мбіт/с. Перші серійно виготовлені зразки модулів, що відповідають версії 2.0 та підтримують технологію розширеної передачі даних EDR, були запропоновані виробниками наприкінці 2005 року. Радіус дії таких модулів становить 10 м за відсутності прямої видимості, що відповідає класу 2, а за наявності прямої видимості може досягати 30 м.

Як зазначалося раніше, основне призначення технології BlueTooth - заміна проводового послідовного з'єднання. При цьому профіль SPP, який використовується для організації з'єднання, звичайно ж, не єдиний профіль, який розробники можуть використовувати у виробах. Технологією BlueTooth визначено такі профілі: профіль загального доступу (Generic Access Profile), профіль виявлення послуг (Service Discovery Profile), профіль взаємодії з бездротовими телефонами (Cordless Telephony Profile), профіль інтеркому (Intercom Profile), профіль бездротових гарнітур для мобільних телефонів (Headset) Profile), профіль віддаленого доступу(Dial-up Networking Profile), профіль факсимільного зв'язку (Fax Profile), профіль локальної мережі (Lan Access Profile), профіль обміну даними (Generic Object Exchange), профіль передачі даних (Profile Object Push Profile), профіль обміну файлами (File Transfer Profile), профіль синхронізації (Synchronization Profile).

Технологія бездротової передачі даних Wi-Fi

З Wi-Fi склалася трохи заплутана ситуація, тому для початку визначимося з термінологією, що використовується.

Стандарт IEEE 802.11 є базовим стандартом для побудови бездротових локальних мереж (Wireless Local Network – WLAN). Стандарт IEEE 802.11 постійно вдосконалювався, і в даний час існує ціле сімейство, до якого відносять специфікації IEEE 802.11 з літерними індексами a, b, c, d, e, g, h, i, j, k, l, m, n, o , p, q, r, s, u, v, w. Однак тільки чотири з них (а, b, g та i) є основними і користуються найбільшою популярністю у виробників обладнання, інші ж (с-f, h-n) є доповненням, удосконаленням або виправленням прийнятих специфікацій.

У свою чергу, Інститут інженерів з електроніки та електротехніки (IEEE) тільки розробляє та приймає специфікації, на перераховані вище стандарти. До його обов'язків не входять роботи з тестування обладнання різних виробників на сумісність.

Для просування на ринку обладнання для бездротових локальних мереж (WLAN) було створено групу, яка отримала назву Альянс Wi-Fi. Цей альянс здійснює керівництво роботами з сертифікації обладнання різних виробників та надання дозволу на використання членами Альянсу Wi-Fi логотипу торгової марки Wi-Fi. Наявність на обладнанні логотипу Wi-Fi гарантує надійну роботу та сумісність обладнання при побудові бездротової локальної мережі (WLAN) на обладнанні різних виробників. В даний час Wi-Fi-сумісним є обладнання, побудоване за стандартом IEEE 802.11a, b і g (може використовувати стандарт IEEE 802.11i для забезпечення захищеного з'єднання). Крім того, наявність на обладнанні логотипу Wi-Fi означає, що робота обладнання здійснюється в діапазоні 2,4 ГГц або 5 ГГц. Отже, під Wi-Fi слід розуміти сумісність обладнання різних виробників, призначеного для побудови бездротових локальних мереж, з урахуванням наведених вище обмежень.

Початкова специфікація стандарту IEEE 802.11, прийнята в 1997 році, встановлювала передачу даних на швидкості 1 і 2 Мбіт/с в неліцензійному діапазоні частот 2,4 ГГц, а також спосіб управління доступом до фізичного середовища (радіоканалу), який використовує метод множинного несучою та усуненням колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA-CA). Метод CSMA-CA ось у чому. Для визначення стану каналу (зайнятий або вільний) використовується алгоритм оцінки рівня сигналу в каналі, відповідно до якого виконується вимірювання потужності сигналів на вході приймача та якість сигналу. Якщо потужність прийнятих сигналів на вході приймача нижче порогового значення, то канал вважається вільним, якщо їх потужність вище порогового значення, то канал вважається зайнятим.

Після ухвалення специфікації стандарту IEEE 802.11 кілька виробників представили на ринку своє обладнання. Однак обладнання стандарту IEEE 802.11 не набуло широкого поширення внаслідок того, що в специфікації стандарту не було однозначно визначено правила взаємодії рівнів стеку протоколу. Тому кожен виробник представив свою версію реалізації стандарту IEEE 802.11, не сумісну з іншими.

Для виправлення ситуації, що склалася в 1999 році, IEEE приймає перше доповнення до специфікації стандарту IEEE 802.11 під назвою IEEE 802.11b. Стандарт IEEE 802.11b став першим стандартом побудови бездротових локальних мереж, які набули широкого поширення. Максимальна швидкість передачі у ньому становить 11 Мбіт/с. Таку швидкість розробникам стандарту вдалося отримати з допомогою використання методу кодування послідовністю додаткових кодів (Complementary Code Keying). Для керування доступом до радіоканалу використовується той самий метод, що й у початковій специфікації стандарту IEEE 802.11 – CSMA-CA. Наведене вище значення максимальної швидкості передачі, звичайно ж, є теоретичним значенням, так як для доступу до радіоканалу використовується метод CSMACA, що не гарантує наявності вільного каналу в будь-який момент часу. Тому на практиці при передачі даних протоколу TCP/IP максимальна пропускна здатність складе близько 5,9 Мбіт/с, а при використанні протоколу UDP - близько 7,1 Мбіт/с.

У разі погіршення електромагнітної обстановки обладнання автоматично знижує швидкість передачі на початку до 5,5 Мбіт/с, потім до 2 Мбіт/с, використовуючи при цьому метод адаптивного вибору швидкості (Adaptive Rate Selection, ARS). Зниження швидкості дозволяє використовувати більш прості і менш надлишкові методи кодування, чому сигнали, що передаються, стають менш схильними до згасання і спотворень внаслідок інтерференції. Завдяки методу адаптивного вибору швидкості обладнання стандарту IEEE 802.11b може здійснювати обмін даними в різних електромагнітних умовах.

Наступним стандартом, що поповнив сімейство стандарту IEEE 802.11, є стандарт IEEE 802.11a, специфікація якого була прийнята IEEE 1999 року. Основна відмінність специфікації стандарту IEEE 802.11a від початкової специфікації стандарту IEEE 802.11 полягає у наступному:

• передача даних здійснюється в діапазоні, що не ліцензується, частот 5 ГГц;
• використовується ортогональна частотна модуляція (OFDM);
• максимальна швидкість передачі становить 54 Мбіт/с (реальна швидкість - близько 20 Мбіт/с).

Так само, як у стандарті 802.11b, 802.11a реалізований метод вибору адаптивної швидкості (ARS), що знижує швидкість передачі даних в наступній послідовності: 48, 36, 24, 18, 12, 9 і 6 Мбіт/с. Передача інформації здійснюється одним з 12 каналів, виділених у діапазоні 5 ГГц.

Використання діапазону 5 ГГц при розробці специфікації 802.11a обумовлено насамперед тим, що даний діапазон менш завантажений, ніж діапазон 2,4 ГГц, а отже, сигнали, що передаються в ньому, менш схильні до впливу інтерференції. Безперечно, цей факт є перевагою, але в той же час використання діапазону 5 ГГц призводить до того, що надійна роботаобладнання стандарту IEEE 802.11a забезпечується лише на прямій видимості. Тому при побудові бездротової мережі потрібно встановити більшу кількість точок доступу, що, у свою чергу, впливає на вартість розгортання бездротової мережі. Крім того, сигнали, що передаються в діапазоні 5 ГГц, більш схильні до поглинання (потужність випромінювання обладнання IEEE 802.11b і 802.11a одна і та ж).

Перші зразки обладнання стандарту IEEE 802.11a були представлені на ринку у 2001 році. Слід зазначити, що обладнання, яке підтримує лише стандарт IEEE 802.11a, не мало великого попиту на ринку з кількох причин. По-перше, на той момент обладнання стандарту IEEE 802.11b вже зарекомендувало себе на ринку, по-друге, всі наголошували на недоліках використання діапазону 5 ГГц і, по-третє, обладнання стандарту IEEE 802.11a не сумісне з IEEE 802.11b. Однак згодом виробники для просування IEEE 802.11a запропонували пристрої, що підтримують обидва стандарти, а також обладнання, що дозволяє адаптуватися в мережах, побудованих на обладнанні стандарту IEEE 802.11b, 802.11а, 802.11g.

У 2003 році було прийнято специфікацію стандарту IEEE 802.11g, що встановлює передачу даних у діапазоні 2,4 ГГц зі швидкістю 54 Мбіт/с (реальна швидкість становить близько 24,7 Мбіт/с). Для керування доступом до радіоканалу використовується той же метод, що і в початковій специфікації стандарту IEEE 802.11 – CSMACA, а також ортогональна модуляція частотна (OFDM).

Устаткування стандарту IEEE 802.11g повністю сумісне з 802.11b, однак, через вплив інтерференції, в більшості випадків реальна швидкість передачі даних 802.11g можна порівняти зі швидкістю, що забезпечується обладнанням стандарту 802.11b. Тому єдиним правильним рішенням для потенційних користувачів бездротових локальних мереж є купівля обладнання, що підтримує одразу три стандарти: 802.11a, b та g.

Wi-Fi-сумісне обладнання у більшості розробників асоціюється насамперед із організацією точок доступу для виходу в Інтернет та з абонентським обладнанням. Слід зазначити, як і індустрія вбудованих систем не оминула своєю увагою стандарти IEEE 802.11a, b і g. Вже зараз на цьому сегменті ринку є пропозиції, що дозволяють зробити будь-який пристрій Wi-Fi-сумісним. Йдеться про ОЕМ-модулі стандарту IEEE 802.11b, до складу яких входять: приймач, процесор обробки додатків та виконання ПЗ. Таким чином, ці модулі є повністю закінченим рішенням, що дозволяє істотно скоротити час і вартість реалізації Wi-Fi-сумісності виробу, що розробляється. В основному ОЕМ-модулі стандарту IEEE 802.11b інтегруються у вироби для віддаленого моніторингу та керування через Інтернет. Для підключення ОЕМ-модуля стандарту IEEE 802.11b до виробу використовується послідовний інтерфейс RS-232, а керування модулем виконується AT-командами. Максимальна відстань між модулем OEM стандарту IEEE 802.11b і точкою доступу при використанні спеціальної виносної антени може становити до 500 м. У приміщення максимальна відстань не перевищує 100 м, а за наявності прямої видимості збільшується до 300 м. Істотним недоліком таких ОЕМ-модулів висока вартість.

У таблиці 1 наведено основні технічні характеристики стандартів IEEE 802.11a, b та g.

Таблиця 1. Основні технічні характеристики стандартів IEEE 802.11a, b та g

Технологія бездротової передачі даних ZigBee

Технологія бездротової передачі даних ZigBee була представлена ​​на ринку після появи технологій бездротової передачі даних BlueTooth і Wi-Fi. Поява технології ZigBee обумовлена, перш за все, тим, що для деяких програм (наприклад, для віддаленого керування освітленням або гаражними воротами, або зчитування інформації з датчиків) основними критеріями при виборі технології бездротової передачі є мале енергоспоживання апаратної частини та її низька вартість. З цього випливає мала пропускна спроможність, тому що в більшості випадків електроживлення датчиків здійснюється від вбудованої батареї, час роботи від якої має перевищувати кілька місяців і навіть років. Інакше щомісячна заміна батареї для датчика відкриття-зачинення гаражних воріт кардинально змінить ставлення користувача до бездротових технологій. Технології бездротової передачі даних BlueTooth і Wi-Fi, що існували на той момент часу, не відповідали цим критеріям, забезпечуючи передачу даних на високих швидкостях, з високим рівнем енергоспоживання та вартості апаратної частини. В 2001 році робочою групою№ 4 IEEE 802.15 було розпочато роботи зі створення нового стандарту, який би відповідав наступним вимогам:

• дуже мале енергоспоживання апаратної частини, що реалізує технологію бездротової передачі даних (час роботи від батареї має становити від кількох місяців до кількох років);
• передача інформації повинна здійснюватися на невисокій швидкості;
• найнижча вартість апаратної частини.

Результатом стала розробка стандарту IEEE 802.15.4. Багато публікаціях під стандартом IEEE 802.15.4 розуміють технологію ZigBee і навпаки під ZigBee - стандарт IEEE 802.15.4. Однак, це не так. На рис. 5 наведено модель взаємодії стандарту IEEE 802.15.4, технології бездротової передачі даних ZigBee та кінцевого користувача.

Мал. 5. Модель взаємодії стандарту IEEE 802.15.4, технології бездротової передачі даних ZigBee та кінцевого користувача

Стандарт IEEE 802.15.4 визначає взаємодію лише двох нижчих рівнів моделі взаємодії: фізичного рівня (PHY) та рівня управління доступом до радіоканалу для трьох діапазонів частот, що не ліцензуються: 2,4 ГГц, 868 МГц і 915 МГц. У таблиці 2 наведено основні характеристики обладнання, що функціонує в діапазонах частот.

Таблиця 2. Основні характеристики устаткування

Рівень MAC відповідає за керування доступом до радіоканалу з використанням методу множинного доступу з розпізнаванням несучої та усунення колізій (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA-CA), а також за керування підключенням та відключенням від мережі передачі даних та забезпечення захисту інформації, що передається, симетричним. ключем (AES-128).

У свою чергу, технологія бездротової передачі даних ZigBee, запропонована альянсом ZigBee, визначає решту моделей взаємодії, до яких відносять мережний рівень, рівень безпеки, рівень структури програми і рівень профілю програми. Мережевий рівень технології бездротової передачі даних ZigBee відповідає за виявлення пристроїв і конфігурацію мережі і підтримує три варіанти топології мережі, наведені на рис. 6.

Мал. 6. Три варіанти топології мережі

Для забезпечення низької вартості інтеграції технології бездротової передачі ZigBee в різні програми фізична реалізація апаратної частини стандарту IEEE 802.15.4 виконується у двох виконаннях: пристрої з обмеженим набором функції (RFD) та повністю функціональні пристрої (FFD). За реалізації однієї з топологій мережі, наведеної на рис. 6, потрібна наявність принаймні одного FFD-пристрою, що виконує роль мережевого координатора. У таблиці 3 наведено перелік функцій, що виконуються пристроями FFD та RFD.

Таблиця 3. Перелік функцій, що виконуються пристроями FFD та RFD

Низька вартість апаратної частини RFD пристроїв забезпечується за рахунок обмеження набору функцій при організації взаємодії з мережевим координатором або FFD-пристроєм. Це, у свою чергу, відбивається на неповній реалізації моделі взаємодії, наведеної на рис. 5, а також висуває мінімальні вимоги до ресурсів пам'яті.

Крім поділу пристроїв на RFD і FFD, альянсом ZigBee визначено три типи логічних пристроїв: ZigBee-координатор (що погоджує пристрій), ZigBee-маршрутизатор і кінцевий пристрій ZigBee. Координатор здійснює ініціалізацію мережі, керування вузлами, а також зберігає інформацію про налаштування кожного вузла, підключеного до мережі. ZigBee-маршрутизатор відповідає за маршрутизацію повідомлень, що передаються по мережі від одного вузла до іншого. Під кінцевим пристроєм розуміють будь-який кінцевий пристрій, підключений до мережі. Розглянуті вище пристрої RFD і FFD і є кінцевими пристроями. Тип логічного пристрою під час побудови мережі визначає кінцевий користувач у вигляді вибору певного профілю (рис. 5), запропонованого альянсом ZigBee. При побудові мережі з топологією «кожен з кожним» передача повідомлень від одного вузла мережі до іншого може здійснюватися різними маршрутами, що дозволяє будувати розподілені мережі (що об'єднують декілька невеликих мережв одну велику - кластерне дерево) з установкою одного вузла від іншого на досить великій відстані та забезпечити надійну доставкуповідомлень.

Трафік, що передається по мережі ZigBee, зазвичай поділяють на періодичний, переривчастий і повторюваний (що характеризується невеликим часовим інтервалом між посилками інформаційних повідомлень).

Періодичний трафік характерний для додатків, де необхідно дистанційно отримувати інформацію, наприклад від бездротових сенсорних датчиків або лічильників. У таких додатках отримання інформації від датчиків чи лічильників здійснюється в такий спосіб. Як уже згадувалося раніше, будь-який кінцевий пристрій, в якості якого в даному прикладі виступає бездротовий датчик, переважну частину роботи має перебувати в режимі «засинання», забезпечуючи тим самим дуже низьке енергоспоживання. Для передачі інформації кінцевий пристрій у певні моменти часу виходить з режиму «засипання» і виконує пошук у радіоефірі спеціального сигналу (маяка), що передається пристроєм керування мережею (ZigBee-координатором або ZigBee-маршрутизатором), до якої приєднано бездротовий лічильник. За наявності в радіоефірі спеціального сигналу (маяка) кінцевий пристрій здійснює передачу інформації пристрою управління мережею і відразу переходить у режим «засипання» до наступного сеансу зв'язку.

Переривчастий трафік властивий, наприклад, для пристроїв дистанційного керування освітленням. Уявімо ситуацію, коли необхідно при спрацюванні датчика руху, встановленого біля вхідних дверей, передати команду на включення освітлення у передпокої. Передача команди у разі здійснюється так. При отриманні пристроєм керування мережею сигналу про спрацювання датчика руху він видає команду кінцевого пристрою (бездротовий вимикач) підключитися до бездротової мережі ZigBee. Потім встановлюється з'єднання з кінцевим пристроєм (бездротовим вимикачем) і виконується передача інформаційного повідомлення, що містить команду включення освітлення. Після прийому команди з'єднання розривається та виконується відключення бездротового вимикача від мережі ZigBee.

Підключення та відключення кінцевого пристрою до мережі ZigBee тільки у необхідні для цього моменти дозволяє суттєво збільшити час перебування кінцевого пристрою в режимі «засинання», забезпечуючи мінімальне енергоспоживання. Метод використання спеціального сигналу (маяка) є набагато енергоємнішим.

У деяких додатках, наприклад, охоронних системах, передача інформації про спрацювання датчиків повинна здійснюватися практично миттєво і без затримок. Але треба враховувати той факт, що в певний момент часу можуть «спрацювати» відразу кілька датчиків, генеруючи в мережі так званий трафік, що повторюється. Імовірність цієї події невелика, але не враховувати її в охоронних системах неприпустимо. У бездротовій мережі ZigBee для повідомлень, що передаються в бездротову мережу при спрацьовуванні відразу кількох охоронних датчиків (кінцевих пристроїв), передбачено передачу даних від кожного датчика у спеціально виділеному тимчасовому слоті. У технології ZigBee тимчасовий слот, що спеціально виділяється, називають гарантованим тимчасовим слотом (Guaranteed Time Slot, GTS). Наявність у технології ZigBee можливості надавати гарантований тимчасовий слот для передачі невідкладних повідомлень дозволяє говорити про реалізацію ZigBee методу QoS (якість обслуговування). Виділення гарантованого тимчасового слота передачі невідкладних повідомлень здійснюється мережевим координатором (рис. 6, PAN Coordinator).

При розробці апаратної частини технології бездротової передачі даних ZigBee, що реалізує модель взаємодії, практично всі виробники дотримуються концепції, відповідно до якої апаратна частина розміщується на одному чіпі. На рис. 7 наведено концепцію виконання апаратної частини технології бездротової передачі даних ZigBee.

Мал. 7. Концепція виконання апаратної частини технології бездротової передачі ZigBee

Для побудови бездротової мережі (наприклад, мережа з топологією «зірка») на основі технології ZigBee розробнику необхідно придбати принаймні один мережевий координатор та необхідну кількість кінцевих пристроїв. При плануванні мережі слід враховувати, що максимальна кількість активних кінцевих пристроїв, приєднаних до мережного координатора, не повинна перевищувати 240. Крім того, необхідно придбати у виробника ZigBee-чіпів програмні засоби для розробки, конфігурування мережі та створення користувацьких додатківта профілів. Практично всі виробники ZigBee-чіпів пропонують на ринку цілу лінійку продукції, яка, як правило, відрізняється лише обсягом пам'яті ROM і RAM. Наприклад, чіп з 128 Кбайт ROM і 8 Кбайт RAM може бути запрограмований на роботу як координатор, маршрутизатор і кінцевий пристрій.

Висока вартість налагоджувального комплекту, до складу якого входить набір програмних та апаратних засобів для побудови бездротових мереж ZigBee будь-якої складності, є одним із факторів масового поширення технології ZigBee на ринку Росії. Необхідно відзначити, що поява технології бездротової передачі ZigBee стала певною відповіддю на потреби ринку створення інтелектуальних системуправління приватними будинками та будівлями, попит на які з кожним роком збільшується. Вже в найближчому майбутньому приватні будинки та будівлі будуть оснащені величезною кількістю бездротових мережних вузлів, які здійснюють моніторинг та управління системами життєзабезпечення будинку. Інсталяція даних систем може бути здійснена в будь-який час і за короткий термін, тому що не вимагає розведення в будівлі кабелів.

Перелічимо додатки, в які може бути інтегрована технологія ZigBee:

• Системи автоматизації життєзабезпечення будинків та будівель (віддалене керування мережевими розетками, вимикачами, реостатами тощо).
• Системи керування побутовою електронікою.
• Системи автоматичного зняття показань із різних лічильників (газу, води, електрики тощо).
• Системи безпеки (датчики задимлення, датчики доступу та охорони, датчики витоку газу, води, датчики руху тощо).
• Системи моніторингу довкілля (датчики температури, тиску, вологості, вібрації тощо).
• Системи промислової автоматизації.

Висновок

Наведений у статті короткий огляд технологій бездротової передачі даних BlueTooth, Wi-Fi і ZigBee показує, що навіть для розробників, що мають досвід, буває важко однозначно віддати перевагу тій чи іншій технології тільки на підставі технічної документації.

Тому підхід до вибору має ґрунтуватися на комплексному аналізі кількох параметрів. Порівняльні характеристики технологій BlueTooth, Wi-Fi та ZigBee наведено в таблиці 4. Ця інформація допоможе прийняти правильне рішення при виборі технології бездротової передачі даних.

Таблиця 4. Порівняльні характеристики технологій BlueTooth, Wi-Fi та ZigBee

Література

1. В.А. Григор'єв, О.І. Лагутенка, Ю.А. Розпаїв. «Системи та мережі радіодоступу», М.: ЕкоТрендз, 2005 р.
2. www.ieee.com
3. www.chipcon.com
4. www.ember.com
5. www.BlueTooth.org

Огляд бездротових технологій зв'язку

Нині технологія бездротового зв'язку переживає справжній бум свого розвитку. В основному це пов'язано з міцним входом у наше життя смартфонів, планшетних комп'ютерів та нетбуків, які для повноцінного використання вимагають постійний доступ до мережі інтернет, у тому числі і під час руху.

Крім цього, у промисловості, сільському господарстві та й природно у військовій сфері назріває необхідність в організації надійних систем управління розподіленими об'єктами та об'єднання їх у глобальну мережу. Подібні тенденції спостерігаються у всьому світі та ведуть до неминучого розвитку бездротових технологій зв'язку.

Підтвердження цього служить величезна кількість статей та аналітичних оглядів, які видаються в пошукових системах на запит сетецентричні технології та системи.

Термін сетецентризм має на увазі під собою наявність єдиного інформаційного простору, максимізації ситуаційної обізнаності всіх абонентів, що входять до нього, і безперервності взаємодії. Що природним образів має на увазі під собою кардинальний перегляд ставлення до систем зв'язку, у тому числі і до бездротових зв'язків, що неминуче веде до їхнього активного розвитку та вдосконалення.

У цій статті я проведу короткий огляд існуючих комерційних технологій та стандартів бездротового зв'язку. Щоб було простіше орієнтуватися у великій номенклатурі технологій, запровадимо класифікацію за дальністю зв'язку та кількістю абонентів, що входять у бездротову мережу. Усього введемо шість градацій:

1. До персональних бездротових мереж відносяться:

IrDA (Infrared Data Association), інфрачервоний порт– група стандартів, що описують протоколи фізичного та логічного рівня передачі даних за оптичної лініїзв'язки із використанням інфрачервоного діапазону світлових хвиль. Зараз ІЧ-порти переважно використовуються в пультах управління. У телефонах, смартфонах, ноутбуках та іншій обчислювальній техніці їх витіснили такі бездротові лінії зв'язку, як Bluetooth, Wi-Fi і т.д. через невелику дальність, можливості передачі даних тільки при прямій видимості приймача і передавача та інших особливостей пристрою ІЧ-портів.

Bluetooth– специфікація радіозв'язку малого радіусу дії (зазвичай до 200 метрів) у діапазоні частот вільному від ліцензування (ISM-діапазон: 2,4-2,4835 ГГц). В основу радіозв'язку Bluetooth покладено алгоритм FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum) забезпечує псевдовипадкову перебудову частот 1600 разів на секунду (раз на 625 Мкс). Для перебудови є 79 робочих частот в діапазоні 1 МГц. У деяких країнах кількість частот, що виділяються вже, так в Японії, Франції та Іспанії – 23 частотних канали. Послідовність перемикання частот знають тільки передавач і приймач, що входять в ту саму мережу, які синхронно перемикають робочі частоти. Для іншої пари приймач-передавач послідовність перемикання відрізнятиметься. Завдяки цьому можлива одночасна робота декількох пар приймач-передавач в областях передачі даних, що перекриваються.

UWB (Ultra-Wide Band)– технологія бездротового зв'язку на малих дальностях (близько 10 метрів), яка на сьогоднішній день (01.09.2012) використовує найширший діапазон частот для комерційних пристроїв зв'язку. Так, у США виділено діапазон від 3.1 до 10.6 ГГц, у Євросоюзі від 6 до 8 ГГц, у Росії від 2,85 до 10 ГГц. Великі проблеми на шляху становлення цієї технології пов'язані з перетином діапазону частот із частотами багатьох військових та цивільних радарів та інших виробів. Однак, завдяки надмалій дальності зв'язку та використання малої потужності, сигнали пристроїв створених на базі технології UWB не позначаються на роботі військової та цивільної техніки, що використовує ті ж діапазони частот. Використання широкого діапазону частот дозволяє досягти величезних швидкостей, проте швидкість дуже швидко падає зі збільшенням дальності. Так, на дальності 3 м забезпечується швидкість до 480 Мбіт/с. На відстані 10 метрів швидкість буде вже 110 Мбіт/с. Таке велике зниження швидкості пов'язане з великим спотворенням широкосмугового сигналу за рахунок електромагнітного дисперсії вивчення.

Wireless USB, бездротовий USB – призначений для заміни проводового USB. Основне завдання WUSB – забезпечення високошвидкісного обміну на надмалих відстанях та забезпечення взаємодії персонального комп'ютера з периферійним обладнанням: сканерами, принтерами, відео та фото камерами, зовнішніми жорсткими дисками тощо. Висока швидкість (до 180 Мбіт/с) забезпечується на відстанях до 10 метрів і критично сильно падає зі збільшенням відстані між приймачем і передавачем. Висока швидкість забезпечується за рахунок застосування широкосмугового сигналу за технологією UWB, їм пояснюється і малі відстані передачі даних.

Wireless HD– бездротова технологія передачі даних, в основному призначена для передачі HD-відео, проте нічого не заважає використовувати її для організації бездротової мережі. Теоретична максимальна пропускна здатність Wireless HD може досягати 28 Гбіт/с на відстані до 10 метрів. Таку велику пропускну здатність забезпечує робота з широкосмуговим сигналом (7 ГГц) при частоті сигналу в районі 60 ГГц. Однак це приносить і суттєві проблеми: для передачі сигналу на частоті в районі 60 ГГц потрібно, щоб приймач і передавач знаходилися в зоні прямої видимості один одного, інакше предмети, що потрапили між ними, будуть переривати сигнал і передача буде нестійкою.
Для забезпечення стабільного зв'язку в приміщеннях, де далеко не завжди є можливість розташовувати пристрої в зоні прямої видимості, розробники доклали чимало зусиль і значно пом'якшили жорсткі обмеження передачі на надвисоких частотах. В основному це було забезпечено за рахунок введення розподіленої системи антен, які утворюють мережу, що дозволяє підтримувати стабільну передачу даних.

WiGig (IEEE 802.11ad.)- технологія широкосмугового бездротового зв'язку, що працює в смузі частот, що не ліцензується, 60 ГГц і забезпечує передачу даних до 7 Гбіт/с на відстані до 10 метрів. WiGig назад сумісний із стандартом Wi-Fi (IEEE 802.11).
Використання для передачі даних діапазону частот у районі 60 ГГц призводить до швидкого згасання сигналу та необхідності забезпечення прямої видимості між приймачем та передавачем. Для зменшення впливу негативних ефектів WiGig використовується вузьконаправлена ​​передача сигналу, що вимагає додаткового часу для встановлення зв'язку (до декількох секунд). Якщо встановити зв'язок у зоні прямої видимості не вдалося, то технологія передбачає можливість передачі на знижених частотах - 2,4 і 5 ГГц.

WHDi, Wireless Home Digital Interface (Amimon)– бездротова технологія передачі даних, що використовується для високошвидкісної передачіданих та оптимізована для передачі відео високої роздільної здатності. Технологія WHDi дозволяє, наприклад, зв'язувати комп'ютер або ноутбук з монітором без дротів.
Для передачі використовується частотний діапазон 5 ГГц, що забезпечує швидкість 3 Гбіт/с. У WHDi використовується спеціальна технологіякодування «video-modem» забезпечує перешкода і захист від помилок передачі даних, і як результат висока якістьвідео, що ретранслюється.

LibertyLink- Технологія організації бездротової персональної мережі, розроблена компанією Aura. Для передачі використовується ефект магнітної індукції. Навколо передавача утворюється магнітне поле, модульоване за рахунок використання Гаусівського усунення. Приймач, що знаходиться в магнітному полі, чутливий до його модуляцій, через які виникає наведений струм. Зміни сили струму, що виникає в приймачі, перетворюються на дані. Технологія LibertyLink дозволяє передавати дані зі швидкістю до 200 Кб/с на дальності до 3 метрів.

DECT/GAP- Цифрова вдосконалена система бездротової телефонії-технологія бездротового зв'язку, що використовується у сучасних радіотелефонах. Для передачі даних використовується частота 1880-1900 МГц у Європі та 1920-1930 МГц у США. Передача даних ґрунтується на методі з використанням кількох несучих та принципу множинного доступу з поділом часу. Канал поділяється на кадри тривалістю 10 мс. Кожен кадр ділиться на 24 слоти, кожен з яких може використовуватися для передачі та прийому даних. Зазвичай перші 12 слотів використовуються передачі даних, а наступні 12 слотів – для прийому. Використання технології DECT/GAP дозволяє отримати якісну передачу голосу бездротовим каналом зв'язку, високу схибленість, безпеку та захист від прослуховування, і все це при низькому рівні випромінювання, безпечному для здоров'я.

2. До бездротових сенсорних мереж відносяться:

DASH7– стандарт організації бездротових сенсорних мереж.
Сенсорна мережа – це мережа мініатюрних обчислювальних пристроїв, забезпечених сенсорними датчиками (наприклад, датчиками температури, тиску, руху, освітленості тощо), приймачами-передавачами сигналу та мініатюрним джерелом живлення. Дальність бездротового зв'язку залежить від потужності сигналу, що передається, і зі збільшенням дальності сильно падає пропускна здатність лінії зв'язку. Оскільки сенсорна мережу розуміє використання мініатюрних автономних датчиків, те й потужність сигналу сильно обмежена, оскільки збільшення потужності веде до скорочення терміну автономної роботи датчиків.
У стандарті DASH7 використовується частота сигналу 433 МГц, що знаходиться в діапазоні частот, що не Лецензується. При передачі на відстань до 2 км забезпечується швидкість 200 Кб/с. Технологія DASH7 є відкритою і становить серйозну конкуренцію патентованим технологіям організації бездротових сенсорних мереж, таких як ZigBee або Z-Wave.

Z-Wave– технологія бездротового радіозв'язку, що використовується для організації сенсорних мереж. Основне призначення мереж Z-Wave - дистанційне керування побутовою технікоюта різними домашніми пристроями, що забезпечують керування освітленням, опаленням та іншими пристроями для автоматизації керування житловими будинками та офісними приміщеннями.
Технологія Z-Wave забезпечує передачу даних на відстань до 30 метрів в умовах прямої видимості зі швидкістю 9,6 кбіт/с або 40 кбіт/с, за частот 869.0 МГц в Росії, 908.42 МГц в США, 868.42 МГц в Європі і т.д. .
Так як в домашніх умовах та в умовах офісу неможливо забезпечити знаходження всіх датчиків мережі у прямій видимості один одного, у стандарті Z-Wave кожен вузол або пристрій можуть ретранслювати дані іншим вузлам. Таким чином, якщо потрібно передати дані вузлу, що знаходиться поза зоною видимості, це можна зробити через ланцюжок вузлів. Причому мережі Z-Wave мають елементи самоорганізації залежно від зовнішніх факторів. Наприклад, при виникненні перешкоди між двома найближчими вузлами мережі, сигнал буде автоматично переданий через навшпиньки інших вузлів мережі.

Insteon– комбінована (частково провідна та частково бездротова) сенсорна мережа. Для передачі використовується радіосигнал на частоті 902-924 МГц, що забезпечує передачу даних на дальності до 45 метрів в умовах прямої видимості із середньою швидкістю 180 біт/с. Для передачі інформації з проводу використовується електропроводка вдома чи офісу. Використання комбінованої мережі підвищує її надійність і дозволяє уникнути проблем, пов'язаних із перешкодами або перекриттями зон видимості під час передачі даних по радіоканалу. Сенсорна мережа Insteon зазвичай використовується для автоматизації будинку чи офісу. Свій початок бере зі США, де була створена для заміни сенсорної мережі Х10 та звідки перебралася до Європи.

EnOcean- технологія організації бездротових сенсорних мереж, що використовує надмініатюрні датчики з генераторами електроенергії, мікроконтролерами та приймачами. Використання генераторів електроенергії та елементів з понад низьким енергоспоживаннямдозволяє елементам мережі EnOcean працювати автономно, практично без елементів живлення, дуже тривалий період часу. Мережі EnOcean в основному використовуються для автоматизації будинків та офісів. Технологія EnOcean дозволяє передавати дані на частоті 868 МГц (для Європи, в інших країнах частота може відрізнятися, оскільки це діапазон частот, що ліцензується) зі швидкістю 120 Кбіт/с на відстані до 300 метрів в межах прямої видимості. Звісно, ​​у приміщеннях цей показник значно менший і залежить від матеріалів стін та планування будівлі. Кожен елемент мережі має свій 32-розрядний ідентифікаційний номер та протокол обміну, що захищає від взаємних перешкод сусідні датчики, що дозволяє встановлювати до 4 мільярдів пристроїв у безпосередній близькості один від одного (за даними з сайту розробників технології) без взаємної інтерференції.

ISA100.11a– стандарт організації промислових сенсорних мереж, мереж датчиків та приводів. Для передачі використовується низькошвидкісний бездротовий зв'язок із використанням елементів із низьким енергоспоживанням. Відмінна риса ISA100.11a від інших сенсорних мереж:
– орієнтованість на промислове використання та відповідно специфічні вимоги до міцності, перешкодозахищеності, надійності та безпеки,
– можливість емуляції засобами технології ISA100.11a протоколів вже існуючих та перевірених провідних та бездротових сенсорних мереж.
Обмін даними здійснюється на частоті в районі 2,4 ГГц та швидкості близько 250 кбіт/с.

WirelessHART– протокол передачі даних бездротової лінії зв'язку, розроблений HART Communication Foundation для передачі даних у вигляді HART повідомлень у бездротовому середовищі. HART – протокол обміну даними для взаємодії з польовими датчиками на основі розширюваного набору простих команд «запит-відповідь», що передаються у цифровому вигляді по 2-провідній лінії. WirelessHART забезпечує передачу даних зі швидкістю до 250 кбіт/с на відстань до 200 м (не більше прямої видимості) при частоті передачі у діапазоні 2.4 ГГц.

MiWi– протокол для організації сенсорних та персональних мереж з низькою швидкістю передачі на невеликі відстані, заснований на специфікації IEEE802.15.4 для бездротових персональних мереж. Мережа з урахуванням MiWi може містити до 1024 вузлів, керованих до 8 координаторами. Кожен координатор може забезпечувати взаємодію до 127 вузлів. Передача даних ведеться в діапазоні частот 2.4 ГГц (передбачено роботу в діапазоні частот 868 МГц і 915 МГц з нижчими швидкостями) при швидкості до 250 Кб/с.

6LoWPAN– стандарт, який забезпечує взаємодію малих бездротових мереж (приватних мереж чи мереж датчиків) з мережами IP за протоколом IPv6. Використовується в основному для організації мереж датчиків та автоматизації житлового та офісного приміщення з можливістю керування через інтернет, проте можуть використовуватись і автономно як прості бездротові мережі датчиків. Передача даних у стандарті 6LoWPAN передбачає використання субгігагерцового діапазону та забезпечує швидкість передачі від 50 до 200 кбіт/с на відстань до 800 метрів.

One-Net– відкритий протокол для організації бездротових сенсорних мереж та мереж автоматизації будівель та розподілених об'єктів. Дозволяє організовувати мережі, що включають до 4096 вузлів з кількома координаторами і ретрансляторами, що збільшують дальність передачі даних. Передача даних забезпечується на відстані до 100 метрів у приміщенні та до 500 метрів на відкритих просторах за швидкості передачі даних 28.4 – 230 Кбіт/с.

Wavenis- бездротова технологія передачі даних, що використовує частоти 433/868/915 МГц і забезпечує передачу на відстань до 1000 м на відкритому просторі та до 200 м у приміщенні при швидкості до 100 Кбіт/с. Технологію Wavenis використовують для організації персональних мереж та мереж датчиків, так як наднизьке споживання приймально-передаючих пристроїв дозволяє їм працювати автономно до 15 років від однієї батареї.

RuBee– локальна бездротова мережа, яка переважно використовується як мережа датчиків. Для передачі в RuBee використовуються магнітні хвилі, і передача здійснюється на частоті 131 КГц, що забезпечує швидкість всього лише 1200 бот в секунду на відстанях від 1 до 30 метрів. Однак дозволяє значно знизити енергоспоживання та дозволяє вузлам мережі працювати автономно протягом кількох років від однієї батареї.
Використовується мережа, в основному, для специфічних цілей, що не потребують великої швидкодії, але потребують тривалої автономної роботи та надійного захищеного зв'язку. Використання низької частоти дозволяє уникнути проблем пов'язаних із передачею даних у приміщеннях, оскільки сигнал не відображається і не блокується стінами та іншими предметами. Мережа RuBee у США сертифікована Міністерством Оборони та Міністерством Енергетики та рекомендована для використання в об'єктах підвищеної небезпеки.

3. До малих локальних бездротових мереж відносяться:

HiperLAN (High Performance Radio LAN)– стандарт бездротового зв'язку. Існує дві ревізії стандарту: HiperLAN 1 і HiperLAN 2. Стандарт HiperLAN 1 випущено 1981 року і описує повільнішу лінію зв'язку, що забезпечує швидкість передачі до 10Мбіт/с з відривом до 50 метрів. У цій ревізії використовувався асинхронний режим передачі і механізм множинного доступу, аналогічний використовуваному сімействі локальних мереж шинного типу з випадковим доступом із запобіганням конфліктів.
Випущена в 2000 році ревізія стандарту вже описує високошвидкісну бездротову лінію передачі даних. HiperLAN 2 використовує для передачі широкосмуговий сигнал на частоті в районі 5 ГГц, що забезпечує швидкість передачі даних до 54 Мбіт/с на відстані до 150 метрів. При цьому обидві ревізії дозволяють працювати з мобільними об'єктами, що пересуваються зі швидкістю до 1.4 м/с (ревізія HiperLAN 1) та до 10 м/с (ревізія HiperLAN 2).

Wi-Fi– торгова марка об'єднання Wi-Fi Alliance, що є сімейством стандартів специфікації IEEE 802.11 для широкосмугового радіозв'язку. В залежності від стандарту, Wi-Fi використовує для передачі даних діапазон частот у районі 2,4 ГГц або 5 ГГц і забезпечує швидкість передачі даних від 2 Мбіт/с на відстані до 200 метрів. Wi-Fi використовується для організації безпроводових локальних мереж та бездротового підключення до Інтернету. Wi-Fi одна з самих популярних групстандартів та повсюдно використовується для організації домашніх та офісних мереж, публічного доступу до Інтернету в готелях, кафе, магазинах та інших громадських місцях.

Zigbee– технологія організації бездротових сенсорних та персональних мереж. Технологія Zigbee забезпечує невисоке споживання енергії та передачу даних на частоті 2.4 ГГц (для різних країн частота може відрізнятися), що нелецензується, зі швидкістю до 250 Кб/с, на відстань до 75 метрів в умовах прямої видимості. Підтримуються як прості мережі типу точка-точка та зірка, так і складні мережі з ретрансляцією та автоматичною маршрутизацією, що дозволяють передавати дані між двома вузлами, що знаходяться не в зоні прямої видимості, через ланцюжок вузлів мережі.
Мережі Zigbee використовуються як для комутації окремих пристроїв, наприклад, бездротових навушниківабо колонок з комп'ютером або смартфоном, так і для організації складних мереж з автоматизації управління будинком та офісом.

RONJA (Reasonable Optical Near Joint Access)– технологія бездротової передачі даних із використанням оптичного сигналу. Використовується в організацію повнодуплексних з'єднань тип точка - точка за стандартом Ethernet, забезпечуючи швидкість передачі до 10 Мбіт/с з відривом до 1.4 км при примой видимості абонентів. За складних погодних умов (сніг, дощ, туман) дальність та швидкість зв'язку значно падає, і можуть виникати збої під час передачі даних.

4. До великих локальних бездротових мереж відносяться:

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)– бездротова технологія передачі даних, заснована на стандарті IEEE 802.16. Основне призначення технології – це високошвидкісний зв'язок на великих відстанях та надання доступу до Інтернету. Існує дві ревізії WiMAX, одна з яких (власне WiMAX) заснована на стандарті IEEE 802.16d, а друга (WiMAX Mobile) заснована на стандарті IEEE 802.16e. У розробці знаходиться третя ревізія - WiMax 2, яка значно випереджатиме за швидкістю і дальністю зв'язку перші дві ревізії.
WiMAX здійснює передачу даних на частоті 1,5-11 ГГц зі швидкістю до 75 Мбіт/с на відстань до 80 км. WiMAX Mobile здійснює передачу даних на частоті 2,3-13,6 ГГц зі швидкістю до 40 Мбіт/с на відстань до 5 км. Докладніше про пристрій та принципи роботи WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) можна почитати на сайті "Системи та мережі" (systemseti.com).

HiperMAN- бездротова технологія передачі на базі стандарті IEEE 802.16. Європейська альтернатива технології WiMAX. HiperMAN спеціалізований для пакетної передачі даних та організації бездротових IP-мереж. Має характеристики (діапазон частот, швидкість та дальність передачі даних) схожі з технологією WiMAX.

WiBro (Wireless Broadband)– бездротова технологія високошвидкісної передачі даних на великі відстані, що базується на стандарті IEEE 802.16e. Північнокорейський аналог технології WiMAX Mobile. Для передачі даних використовується діапазон частот 2,3-13,6 ГГц, причому у Північній Кореї виділено діапазон 2,3-2,4 ГГц. Максимальна пропускна спроможність базових станцій становить 30-50 Мбіт/с на відстані до 5 км при русі об'єкта зі швидкістю менше 120 км/год.

Classic WaveLAN– технологія бездротового зв'язку, що використовується для організації локальних мереж (бездротова альтернатива дротових мереж Ethernet та Token Ring). Передача даних здійснюєте в діапазоні частот 900 МГц або 2.4 ГГц, при цьому забезпечується швидкість передачі до 2 Мбіт/с.

5. До глобальних бездротових мереж відносяться:

5.1. Мобільний зв'язок покоління 1G

NMT (Nordic Mobile Telephone)- Стандарт бездротового аналогового стільникового зв'язку, розроблений в 1978 році, проте він і до сьогодні використовується в Росії, маючи покриття порівнянне з сумарним покриттям решти всіх стандартів стільникового зв'язку. NMT забезпечує множинний доступ абонентів із частотним поділом на відстанях понад 70 км від базової станції.
Передача сигналу здійснюється у діапазоні частот 450 МГц. При цьому передачі даних від абонента використовується діапазон частот 453-457,5 МГц, а прийому даних від базової станції використовується діапазон 463-467,5 МГц. У цих діапазонах використовується нарізка на канали з кроком 12.5 КГц.
Використання частоти в діапазоні 450 МГц призводить до великої кількості перешкод у великих містах, але велика дальність зв'язку дозволяє отримати хороший зв'язок у передмісті та далеко від міст.

AMPS (Advanced Mobile Phone System)- стандарт бездротового аналогового стільникового зв'язку, що використовується з 1983 року. Вперше був застосований у США, зараз використовується у багатьох європейських країнах, у тому числі й у Росії (компанія Білайн). AMPS забезпечує множинний доступ абонентів із частотним поділом. Так само як і в стандарті NMT для передачі та прийому даних використовуються окремі діапазони частот, які нарізаються на канали (один канал – 30КГц). Усього підтримується 832 канали. Схема побудови мережі дуже схожа на схему мережі GSM, в якій використовується мережа базових станцій, розміщених у кутах сот, та центрів комутації.

TACS (Total Access Control System)- Аналогова система бездротового зв'язку, розроблена на базі стандарту AMPS і використовується з 1985 року. Перша мережа була розгорнута в Англії, потім TACS стали використовувати в таких країнах як Іспанія, Ірландія, Австралія, Кенії, Кувейті, Малайзії та деяких інших. З травня 2001 року не використовується. У системі TACS використовувалася частотна модуляція (FSK). Для передачі від базової станції використовувалася смуга частот 935-950 МГц, передачі від абонента – 890 - 905 МГц. Загальна кількість каналів 600, з рознесення 25 кГц. Радіус дії однієї базової станції до 20 км. Система зв'язку TACS кілька разів покращувалась. Були введені модифікації ETACS, NTACS, що збільшують діапазон частот і число каналів, що дозволяло збільшити кількість абонентів, що одночасно обслуговуються, і якість зв'язку.

Mobitex- Відкритий стандарт бездротового зв'язку на основі комутації пакетів. Мережа складається з базових станцій і комутаторів і являє собою стільникову мережу для передачі даних та голосу, однак у стандарті Mobitex можлива і комутація точка-точка між двома абонентами, минаючи базові станції, якщо вони знаходяться в радіусі дії абонентської апаратури. Це дещо розвантажує мережу. Для передачі використовуються діапазони частот у районі 80, 400, 800 або 900 МГц. Теоретична максимальна пропускна спроможність мережі – 8 Кбайт/с. Ефективна пропускна здатність значно нижча і залежить від довжини повідомлень, завантаженості каналів зв'язку тощо. й у середньому становить близько 2 Кбіт/с. Розроблено у середині 80-х років. Використовується в 23 країнах, проте вона менш популярна, ніж стільникові мережі GSM і використовується переважно групами швидкого реагування, пожежними, військовими, поліцією і т.д.

DataTAC– відкритий стандарт бездротового низькошвидкісного зв'язку на основі комутації пакетів, схожий на побудову зі стандартом Mobitex. Для передачі зазвичай використовують діапазон частот у районі 800 МГц, у своїй забезпечується швидкість до 19,2 Кбіт/с. В основному використовується для передачі даних, наприклад, на основі DataTAC організовані пейджингові мережі в Канаді.

5.2. Мобільний зв'язок покоління 2G

GSM (Global System for Mobile Communications)– найбільш поширений на сьогоднішній день (жовтень 2012) стандарт бездротового цифрового мобільного зв'язку. Стандарт відноситься до покоління 2G і забезпечує поділ каналів за часом та частотою. Передача даних у стандарті можлива у чотирьох діапазонах частот 450 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц. Використовуваний діапазон частот залежить від типу телефону та регіону, в якому він застосовується. Багато телефонів одночасно підтримують кілька діапазонів, є й такі, що підтримують всі чотири можливі діапазони.
Мережа GSM складається з базових станцій, центрів комунікацій та власне абонентів – рухомих мобільних станцій або просто кажучи стільникових телефонів. Базові станції розташовуються у вершинах рівносторонніх шестикутників, покриваючи шестикутниками весь простір, у якому має забезпечуватися стільниковий зв'язок. Якщо подивитися на схему розташування базових станцій, вона буде нагадувати бджолині стільники. Діаметр кожного шестикутного осередку (коло в який вписано рівносторонній шестикутник) може сягати 50 км. Теоретично діаметр може досягати 120 км, але для цього потрібні спеціальні підсилювачі та якість зв'язку може бути неприйнятною.
Абонент передає дані через одну з базових станцій, яка у свою чергу ретранслюють дані через мережу базових станцій до іншого абонента, при цьому при переході абонента з одного осередку в іншу роботу з новою базовою станцією забезпечується без розриву зв'язку.
Центри комунікацій забезпечують взаємодію між абонентами, встановлюючи з'єднання, та забезпечують взаємодію між іншими системами радіозв'язку.

TDMA (Time Division Multiple Access)– стандарт бездротового стільникового зв'язку заснований на множинному доступі з поділом за часом. Тобто всі абоненти мережі, що базується на стандарті TDMA, працюють в одному діапазоні частот, але при цьому кожному абоненту виділяють певний часовий слот, в якому дозволено мовлення. По черзі такий шар виділяють усім активним абонентам, циклічно повторюючи цей процес. Зі збільшенням кількості активних абонентів знижується пропускна спроможність каналу. Мережі на базі TDMA дуже популярні і використовуються більш ніж у 70 країнах світу та продовжують розвиватися, посідаючи друге місце за популярністю після мереж GSM.

PDC (Personal Digital Cellular)– стандарт, що базується на базі стандарту TDMA і використовується лише в Японії. В експлуатації з 1993 року. Передача сигналу від базової станції до абонента здійснюється на частоті 810-888 МГц, а від абонента до базової станції на частоті 893-958 МГц або на частоті 1477-1501 МГц та 1429-1453 МГц відповідно. Ширина одного каналу – 25 КГц. Швидкість передачі даних становить 11.2 Кбіт/с у трислотовому варіанті стандарту та 5.6 Кбіт/с у шестислотовому варіанті. Стандарт швидко витісняється мобільним зв'язком третього покоління, і 31 березня 2012 року було зупинено останній сервіс, який використовує цей стандарт.

DAMPS– стандарт цифрового бездротового мобільного зв'язку з множинним доступом із поділом часу (TDMA) та частотним поділом (FDMA). Для передачі використовувалися частоти від 825 МГц до 890 МГц. Ширина одного каналу передачі даних - 30 КГц. Останні модифікації стандарту за своїми можливостями наближалися до стандарту GSM, проте на даний момент у всьому світі спостерігається перехід до більш швидких та ємних мереж, які забезпечують високошвидкісний доступ до Інтернету, можливість ведення відеоконференцій тощо. Тож цей стандарт активно витісняється. Наприклад, у Росії діапазон частот, займаний цим стандартом, виділено для цифрового телебаченнята з 2010 року мережі стандарту DAMPS відключаються. Остання така мережа була відключена у жовтні 2012 року.

iDEN (integrated Digital Enhanced Network)– технологія бездротового зв'язку розроблена компанією Motorolla у середині 90-х років. Технологія заснована на мережі GSM і не потребує встановлення додаткового обладнаннякрім центральних блоків управління. Достатньо встановити додаткове програмне забезпечення на базові станції мережі GSM. В основі iDEN лежить стандарт TDMA (Time Division Multiple Access) - множинний доступ з поділом за часом. Передача здійснюється в діапазоні частот 806-825/851-870 МГц, що нарізаний на канали шириною 25 КГц. Дані каналі передаються інтервалами по 90 мс. Отже, кілька абонентів одночасно можуть спілкуватися у різних частотних каналах, а й у одному каналі, почергово використовуючи його. Пропускна здатність каналу досягає 64 Кбіт/с. Для передачі голосу використовується система кодування з урахуванням алгоритму VSELP, що дозволяє отримати якісний звуковий сигнал при невеликих навантаженнях на канал зв'язку.

5.3. Стільниковий зв'язок покоління 2.5G

GPRS (General Packet Radio Service)– технологія пакетного радіозв'язку, яка є надбудовою над стандартом бездротової цифрової мобільної мобільної. зв'язку GSM. При використанні технології GPRS дані збираються в пакети, і тільки потім передається, при цьому максимальна теоретична швидкість може досягати 171,2 кбіт/с при середній 50-60 кбіт/с, на відміну від GSM мережі, що забезпечує максимум 14,4 Кбіт/ с. В основному GPRS використовується для передачі даних між пристроями мережі GSM і доступу до мережі Internet.

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)– технологія бездротової передачі даних для стільникового зв'язку, яка використовується як надбудова в мережах GSM. За рахунок покращеного адаптивного алгоритму зміни підстроювання модуляції та додаткових алгоритмів контролю та виправлення помилок збільшується швидкість та надійність передачі даних та зменшується сприйнятливість до перешкод. Так, при використанні технології EDGE забезпечується середня швидкість порядку 75 - 130 Кбіт/с. При цьому пікова теоретична швидкість може досягати 474 кбіт/с при пакетній передачі даних.

HC-SDMA (High Capacity Spatial Division Multiple Access) або iBurst– технологія бездротової широкосмугової передачі. На даний момент технологія забезпечує швидкість передачі даних до 1 Мбіт/с для стаціонарних та мобільних об'єктів (які рухаються зі швидкістю до 110 км/год). Принцип побудови схожий на мережі GSM, так само підтримується роумінг між базовими станціями та забезпечується безшовне (безрозривне) покриття мережі для мобільних абонентів. Однак за рахунок «розумної» адаптивної антени значно ефективніше використовується поділ ресурсу мережі між абонентами і підвищується швидкість передачі даних. На даний момент (жовтень 2012) iBurst використовується у 13 країнах: США, Канада, ПАР, Азербайджан, Норвегія, Ірландія, Малайзія, Ліван, Кенія, Танзанія, Гана, Мозамбік, Демократична Республіка Конго. У Росії технологія поки що не застосовується.

CDMA (Code Division Multiplie Access)– група стандартів стільникового зв'язку, що перебувають у проміжному положенні між другим (2G) та третім поколінням (3G), так зване покоління 2.5G. Стандарти CDMA використовують метод множинного доступу з кодовим поділом, коли вузькосмуговий сигнал модулюється псевдовипадковою цифровою послідовністю, в результаті чого виходить широкосмуговий шумоподібний сигнал. При прийомі сигнал демодулюється та виходить вихідний вузькосмуговий сигнал. Модулюючи сигнал різними послідовностями можна одночасно здійснювати радіозв'язок із кількома абонентами.

5.4. Мобільний зв'язок покоління 3G

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)– технологія стільникового зв'язку третього покоління (3G), що використовує для зв'язку технологію широкосмугового множинного доступу з кодовим розподілом (WCDMA). UMTS забезпечує теоретичну пікову швидкість до 21 Мбіт/с, проте на практиці, на даний момент (кінець 2012 року), швидкість значно нижча. Так, від базової станції до абонента забезпечується швидкість до 7,2 Мбіт/с, а від абонента до базової станції – лише 384 Кбіт/с. Але в той же час це значно більше, ніж забезпечується в мережі другого покоління (2G) – GSM, в якій швидкість ледве досягає 14,4 Кбіт/с. Для передачі даних використовується два канали шириною 5 МГц в діапазоні 1885 МГц - 2025 МГц і 2110 МГц - 2200 МГц. Причому перший діапазон використовується передачі даних від абонента до базової станції, а другий – від базової станції до абоненту. Так як виділені за стандартом діапазони можуть перетинатися з вже використовуваними, то в деяких країнах вони можуть відрізнятися, наприклад, США використовуються діапазони 1710 МГц - 1755 МГц і 2110 МГц - 2155 МГц.

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)– широкосмуговий варіант стандарту CDMA із гібридною фазовою маніпуляцією. Новий стандарт забезпечує швидкість до 2 Мбіт/с для стаціонарних абонентів на невеликих віддаленнях від базової станції, і до 384 Кбіт/с для мобільних об'єктів, що рухаються з великою швидкістю. Для трансляції даних у стандарті використовують дві смуги частот шириною 5 МГц, одна для прийому даних від базових станції, друга для передачі. Використання широкої смуги, нових алгоритмів кодування, нового голосового кодека (AMR) робить стандарт WCDMA більш швидким, якісним та надійним порівняно зі своїм попередником – CDMA.

CDMA 2000– подальший розвиток стандарту бездротового зв'язку CDMA. CDMA 2000 складається з кількох ревізій: CDMA2000 1X, CDMA2000 1X EV-DO, CDMA2000 1X EV-DO Rev.A, CDMA2000 1X EV-DO Rev.B та інших. CDMA2000 1X перший варіант стандарту. Він забезпечував швидкість до 153 кбіт/с і належав до мобільного зв'язку другого покоління. CDMA2000 1X EV-DO вже забезпечував швидкість до 2,4 Мбіт/с при передачі даних від базової станції до абонента і до 153 кбіт/с у зворотному напрямку і ставився до покоління 3G. У ревізії CDMA2000 1X EV-DO Rev.A швидкість передачі була ще збільшена і становила до 3,1 Мбіт/с від базової станції до абонента та 1,8 Мбіт/с назад. У ревізії B швидкості вже склали 4,9 Мбіт/с та 2,4 Мбіт/с, при цьому була введена можливість об'єднання кількох частотних каналівщо теоретично може забезпечити швидкість 73,5 Мбіт/с до абонента та 27 Мбіт/с від абонента. Група стандартів набула дуже широкого поширення і має безліч модифікацій, що відрізняються способами поділу каналу, швидкістю передачі, типом кодування і т.д.

5.5. Стільниковий зв'язок покоління 3.5G

HSPA (High-Speed ​​Packet Access)– технологія бездротової широкосмугової (5 МГц) пакетної передачі даних, що є надбудовою до мобільних мереж третього покоління (WCDMA/UMTS) і дозволяє значно збільшити їх базову швидкість. Технологія WCDMA дозволяє отримати теоретичну пікову швидкість від абонента до базової станції до 5.7 Мбіт/с, а від базової станції до абонента – 14.4 Мбіт/с. На практиці швидкості набагато нижчі і не тільки через завантаженість мереж, а й через обмеження обладнання. Так багато абонентські пристроїпідтримують максимальну швидкість прийому даних лише 7.2 Мбіт/с. При подальшому вдосконаленні стандарту розробниками заявлені швидкості до 42 Мбіт/с від базової станції та до 12 Мбіт/від абонента.

5.6. Мобільний зв'язок покоління 4G

LTE (Long-Term Evolution)– технологія побудови бездротової мережі нового покоління, що принципово відрізняється від стільникових мереж покоління 2G та 3G. У мережах LTE використовується технологія комутації пакетів і технологія множинного доступу з ортогональним частотним поділом каналів (OFDMA), що дають кардинальні переваги перед мережами попереднього покоління з технологіями комутації каналів і множинного доступу з кодовим поділом. Так теоретична пропускна швидкістьвід базової станції до абонента становитиме до 300 Мбіт/с, а від абонента до базової станції – до 75 Мбіт/с. Це дозволить отримати принципово нову якість зв'язку і дозволить надавати раніше недоступні послуги: перегляд відео онлайн, розраховані на багато користувачів онлайн ігри, організації масових відеоконференцій, системи моніторингу і т.д.

5.7. Інші глобальні бездротові мережі

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System)– бездротова технологія передачі даних, що використовується для організації телемовлення. Сигнал передається в діапазоні частот 2686-2500 МГц, що забезпечує ширину каналу 186 МГц і дозволяє одночасно передавати до 24 аналогових каналів (у Росії використовується 8 МГц на один аналоговий канал). За сучасними мірками кількість каналів невелика, та й у Росії перестали видавати ліцензії на мовлення в діапазоні частот 2,5-2,7 ГГц, але досі існує кілька центрів мовлення MMDS. Спочатку MMDS забезпечує односторонній зв'язок (тільки передачу телевізійного сигналу), однак можна налаштувати і двосторонній обмін, але це вимагає додаткових витрат, порівнянних із витратами на основну організацію передачі даних, і значно зменшує пропускну здатність мережі.

6. До супутникового зв'язку належить:

Inmarsat– система супутникового зв'язку, розроблена 1979 року і використовувана до сьогодні, організації зв'язку у віддалених малонаселених областях, на морському транспорті, визначення положення абонентів, передачі і т.д. Це перша система загальнодоступного мобільного супутникового зв'язку. Супутникове угруповання системи Inmarsat складається з дев'яти супутників, розташованих на геостаціонарній орбіті (з яких 4 основні, а 5 резервні) і забезпечують покриття практично всієї земної кулі, за винятком полюсів. Мовлення супутників здійснюється в діапазоні частот 1.5 ГГЦ на передачу від супутника та 1.6 ГГц на передачу до супутника. Більш детально діапазон частот, швидкість передачі, кодування і так далі описані в стандартах, яких зараз налічується більше шести: Inmarsat-A, Inmarsat-C, Inmarsat-D/D+, Inmarsat-M, Inmarsat-phone mini-M, Inmarsat -M4 та ін.

Global Star- Супутникова система зв'язку, призначена для організації супутникового зв'язку спільно зі стандартними стільниковими мережами, доповнюючи їх і забезпечуючи зв'язок з важкодоступними регіонами земної кулі. Система Global Star складається з 48 основних та 4 резервних низькоорбітальних супутників, що знаходяться на кругових орбітах на висоті приблизно 1414 км. Система Global Star забезпечує покриття землі від 70 ° південної широти до 70 ° північної широти. Також до складу Global Star входять наземні сегменти, що забезпечують взаємодію терміналів абонентів із стільниковими мережами. При передачі даних або голосу сигнал від абонента, що знаходиться не в зоні дії мережі, передається на супутник, звідки ретранслюється в найближчу наземну станцію, де по стандартних мережах стільниковий сигнал передається адресату.

Thuraya– регіональна супутникова система зв'язку, розроблена компанією Boeing Satellite Systems і покриває приблизно 40% земної кулі (в основному Африку, Європу та Азію), до якої входить близько 99 країн із загальним населенням близько 2,5 мільярдів людей. При цьому до складу системи входить всього 2 супутники, що забезпечують одночасну передачу даних 13,750 каналами. Основне призначення системи Thuraya - забезпечення супутникового телефонного зв'язку, причому термінали абонентів за розміром можна порівняти зі звичайними стільниковими телефонами і працюють як у стільникових мережах, так і в супутниковій системі зв'язку Thuraya. Тобто, якщо абонент знаходиться в зоні дії стандартної мережі, то для трансляції розмови і даних буде використовуватися стільникова мережа, як тільки абонент вийде із зони дії мережі, включиться режим передачі даних і голосу через супутники системи Thuraya. Також з допомогою мережі супутників Thuraya можна визначати становище абонента, тобто. використовувати систему для навігації.

Iridium– супутникова система свіязі, що складається з 66 низькоорбітальних супутників, що забезпечують 100% покриття Землі, проте в деяких країнах система не працює, наприклад в Угорщині, Польщі, Північній Кореї та деяких інших країнах. Система забезпечує телефонний зв'язок, передачу даних та коротких повідомлень. Термінали абонентів невеликого розміру, порівнянного зі стандартними стільниковими телефонами та забезпечують автоматичне перемикання між стільниковим та супутниковим зв'язком при виході із зони дії стільникових мереж та повернення назад.

ICO- система супутникового зв'язку, розроблена компанією ICO Global Communications і функціонує з 2002 року. Система супутникового зв'язку забезпечує повнодуплексну передачу даних та голосу на швидкості до 9,6 Кбіт/с. Система ICO складається з десяти супутників, розташованих на орбіті висотою близько 10390 км. Термінали абонентів за розміром та вагою трохи більше стільникового телефону.

Euteltracs– система супутникового зв'язку, основне призначення якої керування та контроль транспортними перевезеннями в Європі. За своєю архітектурою та призначенням Euteltracs сходу з Американською супутниковою системою Omnitracs. Система Euteltracs ґрунтується на передачі коротких (до 1900 символів) повідомлень, що включають необхідні дані для організації транспортних перевезень. Система Euteltracs складається з угруповання супутників, наземної центральної станції, наземної станції маршрутизації та мобільних терміналів зв'язку. Інформаційний обмін централізований та здійснюється через наземну центральну станцію, розташовану у Франції. Одночасно можливе обслуговування 45 000 одиниць транспорту в 15 країнах, у тому числі і в Росії.

Omnitracs- Супутникова система зв'язку для управління та контролем транспортних перевезень, розроблена в США та введена в експлуатацію у 1989 році. Призначення та пристрій аналогічний супутниковій системі зв'язку Euteltracs, що використовується в Європі. Управління системою – централізоване та здійснюється з єдиного наземного центру управління, який обробляє щодня кілька мільйонів повідомлень.

Prodat- Супутникова система зв'язку для наземних об'єктів. У системі використовуються алгоритми і технології що дозволяють зменшити вплив рельєфу місцевості на якість сигналу, що передається. Система перебуває в експлуатації з 1992 року. Термінали абонента дуже громіздкі і складаються з трьох частин: зовнішнього блоку з всеспрямованою антеною діаметром більше метра, блоку зв'язку та терміналу користувача розміром із ноутбук.

Odyssey- Супутникова система зв'язку, що забезпечує покриття від 65 ° південної широти до 75 ° північної широти і забезпечує практично цілодобове мовлення. Основні види послуг Odyssey: мовний зв'язок, передача коротких повідомлень, електронної пошти та визначення розташування абонентів. Однак похибка визначення координат дуже велика (до 15 км) і значно поступається супутниковим навігаційним системам. Система Odyssey складається з угруповання супутників (12 супутників на середньовисотній орбіті, на висоті близько 10354 км), базових наземних станцій і терміналів користувачів. Варто зазначити, що ретрансляція даних між супутниками неможлива, вся передача ведеться через базові станції.

ACeS (Asia Cellular System)– геостаціонарна, регіонарна система супутникового зв'язку, створена на початку 1996 року. У системі використовується лише один низькоорбітальний супутник – Garuda 1, запущений у 2000 році із зоною покриття – Південно-Східна Азія та Індія. Супутник здатний обслуговувати понад 1 мільйон абонентів за 11 000 одночасних телефонних з'єднань. Слід зазначити, що термін експлуатації супутника Garuda 1 близько 14 років.

Orbcom– низькоорбітальна система супутникового зв'язку, призначена передачі коротких повідомлень. Перший супутник системи Orbcom був запущений у 1991 році, зараз супутників – 36 (за даними на 2000 рік). Супутники системи Orbcom забезпечують покриття всієї Землі. Окрім орбітальної системи супутників до складу Orbcom входять: вузлові наземні станції, пов'язані з регіональними центрами управління, та термінали користувачів. Передача даних здійснюється в такий спосіб. З терміналу користувача до найближчого супутника передається повідомлення. Якщо в зоні досяжності супутника знаходиться вузлова станція, то супутник ретранслює дані на неї, звідки вони будуть передані до регіонального центру, де буде складено маршрут доставки повідомлення абоненту, у тому числі з використанням стільникових мереж, та й власне буде організована передача цього повідомлення. Якщо в зоні супутника немає вузлової станції, то повідомлення буде збережено та передано коли в зону дії потрапить вузлова станція, що може статися через кілька годин після передачі повідомлення.

Гонець-Д1М– супутникова система зв'язку та передачі даних, що складається з трьох низькоорбітальних (1400 км) супутників: двох супутників першого покоління «Гонець-Д1» та модернізованого супутника «Гонець-М» з періодом обігу 114 хвилин. Також до складу системи входить наземна інфраструктура, що складається з Центру управління системою, Центру управління зв'язковим комплексом, Центральних та Регіональних станцій, Центру управління польотом та Балістичного центру. Наземних регіональних станцій 4 штуки і розташовуються вони в м. Москві, м. Залізногірську (Красноярський край), м. Южно-Сахалінську та на півострові Тикси. На даний момент супутникова система зв'язку забезпечує покриттям всю територію Росії та потужності системи, за умови виконання програми та доведення орбітального угруповання супутників до 14 шт, буде достатньо для забезпечення зв'язком у важкодоступних районах Росії до 200 000 абонентів. 2012 року мали запустити ще 5 супутників «Гонець-М», проте про результати мені не відомо. До 2015 року заплановано розширити склад супутників зв'язку до 14 штук.

Полярна зірка- Супутникова система зв'язку, що розробляється ВАТ «Газпром космічні системи». Система "Полярна зірка" призначена для забезпечення широкосмугового мобільного зв'язку на території Росії та приполярних областях. Щоправда використовуватиметься вона в основному для забезпечення зв'язку та доступу до інтернету рухомих та віддалених об'єктів ВАТ «Газпром». На даний момент (2012 рік) орбітальне угрупування супутників налічує чотири космічні апарати, що розташовуються на високоеліптичній орбіті.

Глонасс– російська супутникова навігаційна система, Що складається з 31 супутника, що розташовуються на орбітах на висоті 19100 км, з яких 24 супутники використовуються за призначенням, інші супутники в резерві або на етапі технічного обслуговування, а одні супутник на етапі випробування (за даними на кінець 2012 року). Супутникова система Глонасс забезпечує визначення координат із точністю 3-6 метрів при використанні 7-8 супутників. Навігаційні пристрої абонентів можуть одночасно із супутниками навігаційної системи Глонасс використовувати дані супутників навігаційної системи GPS у загальній кількості 14-19 супутників, при цьому точність визначення координат становитиме 2-3 метри.
Супутники, що входять до системи Глонасс, синхронно видають сигнал. Пристрої абонентів, приймаючи сигнали від супутників, засікають час отримання від кожного супутника. Знаючи положення супутників (супутники рухаються по відомим орбітам з відомою швидкістю) і затримки між прийомами сигналу від них (що далі супутник, тим пізніше синхронний сигнал буде отримано) складається система рівнянь (мінімум потрібно отримати сигнал від чотирьох супутників) з якої розраховується положення пристрою абонента . Чим більше супутників бере участь у розрахунку, тим точніше будуть визначені координати абонента.

GPS- Супутникова навігаційна система, створена міністерством оборони США. GPS складається з 30 супутників, що обертаються навколо землі круговими орбітами на висоті близько 20200 км. Насправді кількість супутників більша, але частина з них перебуває на технічному обслуговуванні, але у роботі (на кінець 2012 року) використовується лише 30 супутників. Система GPS забезпечує точність визначення координат 2-4 метри при використанні 6-11 супутників. Принцип роботи системи GPS і Глонасс схожі, але створення супутникової системи GPS було розпочато раніше. Так перший супутник системи GPS був запущений 14 липня 1974 року, а перший супутник системи Глонасс був виведений на орбіту тільки в 12 жовтня 1982 року. Також в систему GPSвходить більше супутників і GPS дозволяє отримати точність визначення координат більшу, ніж система Глонасс.

На цьому огляд існуючих технологій, стандартів та систем бездротового зв'язку я закінчу. Звичайно, це далеко не повний список, але в ньому наведені приклади найбільш популярних видів бездротового зв'язку, що часто використовуються. Сподіваюся, огляд допоможе вам простіше орієнтуватися в такому широкому та різноманітному сегменті науки і техніки, у світі бездротових технологій, який швидко та впевнено і йде на зміну застарілим, незручним та непрезентабельним технологіям провідного зв'язку.

Термін WDS (Wireless Distribution System) розшифровується як "розподілена бездротова система". Якщо говорити спрощено, то дана технологія дозволяє точкам доступу встановлювати бездротове з'єднання не лише з бездротовими клієнтами, а й між собою. Бездротові мережі, звані також Wi-Fi- або WLAN (Wireless LAN)-мережі, мають, в порівнянні з традиційними дротовими мережами, чималі переваги, головною з яких, звичайно ж, є простота розгортання.

Так, бездротова мережа не потребує прокладання кабелів (часто потребує штроблення стін); важко оскаржити такі переваги бездротової мережі, як мобільність користувачів у зоні її дії та простота підключення до неї нових користувачів. У той же час бездротові мережі на етапі їх розвитку не позбавлені серйозних недоліків. Насамперед, це низька, за сьогоднішніми мірками, швидкість з'єднання, яка до того ж серйозно залежить від наявності перешкод і відстані між приймачем і передавачем; погана масштабованість, а також якщо йдеться про використання бездротової мережі в приміщеннях, досить обмежений радіус дії мережі.

Один із способів збільшення радіусу дії бездротової мережі полягає у створенні розподіленої мережі на основі кількох точок бездротового доступу. При створенні таких мереж у домашніх умовах з'являється можливість перетворити всю квартиру на єдину бездротову зону та збільшити швидкість з'єднання незалежно від кількості стін (перешкод) у квартирі.

Апаратне забезпечення

Bluetooth або блютус (перекладається як синій зуб, названий на честь Харальда I Синезубого) – виробнича специфікація бездротових персональних мереж (англ. Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth забезпечує обмін інформацією між такими пристроями як кишенькові та звичайні персональні комп'ютери, мобільні телефони, ноутбуки, принтери, цифрові фотоапарати, мишки, клавіатури, джойстики, навушники, гарнітури на надійній, недорогій, повсюдно доступній радіочастоті для ближнього зв'язку. Bluetooth дозволяє цим пристроям повідомлятися, коли вони знаходяться в радіусі від 1 до 10 метрів один від одного (дальність залежить від перешкод і перешкод), навіть у різних приміщеннях.

Назва та логотип

Слово Bluetooth – переклад на англійська мовадатського слова «Blåtand» («Синезубий»). Це прізвисько носив король Харальд I, який правив у X столітті Данією і частиною Норвегії і об'єднав датські племена, що ворогували, в єдине королівство. Мається на увазі, що Bluetooth робить те саме з протоколами зв'язку, поєднуючи їх в один універсальний стандарт. Хоча «blå» у сучасних скандинавських мовах означає «синій», за вікінгів воно також могло означати «чорного кольору». Таким чином, історично правильно було б перекласти датське Harald Blåtand швидше як Harald Blacktooth, ніж Harald Bluetooth.

Логотип Bluetooth є поєднанням двох нордичних («скандинавських») рун: «хаглаз» (Hagall) – аналог латинської H та «Беркана» (Berkanan) – латинська B. Логотип схожий на старіший логотип для Beauknit Textiles, підрозділи корпорації Beauknit. У ньому використовується злиття відображеної K і В для «Beauknit», він ширший і має кути, що округляють, але загалом він такий же.

Історія створення та розвитку

Специфікація Bluetooth була розроблена групою Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), яка була заснована у 1998 році. До неї увійшли компанії Ericsson, IBM, Intel, Toshiba та Nokia. Згодом Bluetooth SIG та IEEE досягли угоди, на основі якої специфікація Bluetooth стала частиною стандарту IEEE 802.15.1. Роботи зі створення Bluetooth компанія Ericsson Mobile Communication розпочала у 1994 році. Спочатку ця технологія була пристосована під потреби системи FLYWAY у функціональному інтерфейсі між мандрівниками та системою.

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity – «бездротова точність») – торгова марка Wi-Fi Alliance для бездротових мереж на базі стандарту IEEE 802.11.

Будь-яке обладнання, що відповідає стандарту IEEE 802.11, може бути протестоване у Wi-Fi Alliance та отримати відповідний сертифікат та право нанесення логотипу Wi-Fi.

Wi-Fi був створений у 1991 році NCR Corporation/AT&T (згодом - Lucent Technologies та Agere Systems) у Нівегейні, Нідерланди. Продукти, що призначалися спочатку для систем касового обслуговування, були виведені на ринок під маркою WaveLAN та забезпечували швидкість передачі даних від 1 до 2 Мбіт/с. Автор Wi-Fi - Вік Хейз (Vic Hayes) знаходився в команді, що брала участь у розробці таких стандартів, як IEEE 802.11b, IEEE 802.11a і IEEE 802.11g. У 2003 році Вік пішов із Agere Systems. Agere Systems не змогла конкурувати на рівних у важких ринкових умовах, незважаючи на те, що її продукція займала нішу дешевих Wi-Fi рішень. 802.11abg all-in-one чіпсет від Agere (кодове ім'я: WARP) погано продавався, і Agere Systems вирішила піти з ринку Wi-Fi наприкінці 2004 року.

Стандарт IEEE 802.11n було затверджено 11 вересня 2009 року. Його застосування дозволяє підвищити швидкість передачі даних практично вчетверо порівняно з пристроями стандартів 802.11g (максимальна швидкість яких дорівнює 54 Мбіт/с) за умови використання в режимі 802.11n з іншими пристроями 802.11n. Теоретично 802.11n здатний забезпечити швидкість передачі до 600 Мбіт/с.

· ОС сімейства BSD (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD) можуть працювати з більшістю адаптерів, починаючи з 1998 року. Драйвери для чіпів Atheros, Prism, Harris/Intersil і Aironet (від відповідних виробників Wi-Fi пристроїв) зазвичай входять до ОС BSD починаючи з версії 3. В OpenBSD 3.7, було включено більше драйверів для бездротових чіпів, включаючи RealTek RTL8180L, Ralink RT Atmel AT76C50x, та Intel 2100 та 2200BG/2225BG/2915ABG. Завдяки цьому частково вдалося вирішити проблему браку відкритих драйверів бездротових чіпів для OpenBSD. Можливо, деякі драйвери, реалізовані для інших BSD-систем, можуть бути перенесені, якщо вони ще не були створені. NDISwrapper також доступний для FreeBSD.

· Mac OS. Адаптери виробництва Apple підтримувалися із системи Mac OS 9, випущеної 1999 року. З 2006 року всі настільні комп'ютерита ноутбуки Apple Inc. (а також телефони iPhone, плеєри iPod Touch і планшетні комп'ютери IPad, що з'явилися пізніше) штатно оснащуються адаптерами Wi-Fi, мережа Wi-Fi в даний час є основним рішенням Apple для передачі даних, і повністю підтримується Mac OS X. Можливий режим роботи адаптера комп'ютера як точка доступу, що дозволяє при необхідності зв'язувати комп'ютери Macintosh у бездротові мережі без інфраструктури. Darwin та Mac OS X, незважаючи на частковий збіг з BSD, мають свою власну, унікальну реалізацію Wi-Fi.

· Linux: Починаючи з версії 2.6, підтримка деяких Wi-Fi пристроїв з'явилася безпосередньо в ядрі Linux. Підтримка для чіпів Orinoco, Prism, Aironet, Atmel, Ralink включена в основну гілку ядра, чіпи ADMtek та Realtek RTL8180L підтримуються як закритими драйверами виробників, так і відкритими, написаними спільнотою. Intel Calexico підтримуються відкритими драйверами на SourceForge.net. Atheros підтримується через відкриті проекти. Підтримка інших бездротових пристроїв доступна при використанні відкритого драйвера NDISwrapper, який дозволяє Linux-системам, що працюють на комп'ютерах з архітектурою Intel x86, «обертати» драйвера виробника Microsoft Windowsдля прямого використання. Відома принаймні одна комерційна реалізація цієї ідеї. FSF створило список рекомендованих адаптерів, більше детальну інформаціюможна знайти на сайті Linux wireless.

· Існує досить велика кількість Linux-based прошивок для бездротових роутерів, що розповсюджуються під ліцензією GNU GPL. До них відносяться так звана "прошивка від Олега", FreeWRT, OpenWRT, X-WRT, DD-WRT і т. д. Як правило, вони підтримують набагато більше функцій, ніж оригінальні прошивки. Необхідні послуги легко додаються шляхом встановлення відповідних пакетів. Список обладнання, що підтримується, постійно зростає.

· В ОС сімейства Microsoft Windows підтримка Wi-Fi забезпечується, залежно від версії, або за допомогою драйверів, якість яких залежить від постачальника або засобами самої Windows.

Ранні версії Windows, такі як Windows 2000 і молодші, не містять вбудованих засобів для налаштування та керування, і ситуація залежить від постачальника обладнання.

Microsoft Windows XP підтримує налаштування бездротових пристроїв. І хоча початкова версія включала досить слабку підтримку, вона значно покращилася з виходом Service Pack 2, а з виходом Service Pack 3 було додано підтримку WPA2.

Microsoft Windows Vista містить покращену в порівнянні з Windows XP підтримку Wi-Fi.

Microsoft Windows 7 підтримує всі сучасні на момент її виходу бездротові пристрої та протоколи шифрування. Крім іншого, у Windows 7 створена можливість створювати віртуальні адаптери Wi-Fi, що теоретично дозволило б підключатися не до однієї Wi-Fi-мережі, а до кількох відразу. На практиці у Windows 7 підтримується створення лише одного віртуального адаптера за умови написання спеціальних драйверів. Це може бути корисним при використанні комп'ютера в локальній Wi-Fi-мережі і, одночасно, у Wi-Fi-мережі, підключеній до Інтернету.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального бездротового зв'язку на великих відстанях для широкого спектру пристроїв (від робочих станцій та портативних комп'ютерів до мобільних телефонів). Заснована на стандарті IEEE 802.16, який також називають Wireless MAN (WiMAX слід вважати жаргонною назвою, тому що це не технологія, а назви форуму, на якому Wireless MAN і було узгоджено).