Еще несколько лет назад устройства, использующие технологию передачи данных в радиодиапазоне, были несовершенны и медлительны. А в ближайшем будущем будет все равно, в какой географической точке находится пользователь.

Беспроводные сети стремительно вторгаются в нашу жизнь. IT-индустрии понадобилось менее десяти лет, чтобы воплотить в реальность самые смелые предсказания писателей-фантастов. История беспроводных коммуникаций исчисляется многими веками. В качестве примеров можно привести маяк в Александрии и Великую Китайскую стену. Сигнальные огни этих сооружений несли людям жизненно важную информацию. В российских городах средством оповещения об опасности служила звуковая колокольная сигнализация. Однако эти коммуникации были односторонними - население или войско получало уведомление от сторожевой службы и реагировало на него в соответствии с действующим уставом. Полноценное, то есть двустороннее, взаимодействие появилось позже, во времена Петра Великого, который ввел специальные корабельные сигналы. В конце восемнадцатого века наш соотечественник И. П. Кулибин изобрел «фонарь-прожектор» со свечой и разработал соответствующий код для передачи сигналов. В двадцатом веке наступила эра беспроводных радиокоммуникаций. Следует отметить, что вплоть до последнего времени все эти перечисленные технологии не были массовыми - они носили закрытый характер и использовались только той частью населения, для которой и предназначались.

Появление персональных компьютеров, развитие Интернета и фактическое наступление эры глобальных коммуникаций, которое мы наблюдаем в настоящее время, послужили толчком для разработки скоростных беспроводных стандартов связи. Широкое внедрение новых технологий обусловлено преимуществами, которые они представляют. Конечно же, не следует думать, что беспроводные решения надо рассматривать как альтернативу традиционным кабельным сетям Ethernet. Вовсе нет - беспроводные сети имеют собственную нишу в сетевой инфраструктуре и не конкурируют, а дополняют кабельные системы. Более того, именно совместное существование сетей различных типов дает возможность обеспечить и качество сервиса для пользователей, и гибкость изменения инфраструктуры.

Bluetooth

Один из первых массовых беспроводных стандартов - Bluetooth - был принят в 1998 г. Его технология изначально разрабатывалась для эксплуатации как в режиме «точка-точка», так и в многоточечной одноранговой сети. Основной задачей при этом было достижение простоты беспроводного соединения различных устройств и организации сети. Технология Bluetooth позволяет принимать и передавать данные на частотах 2400- 2483,5 МГц, работая в свободном от лицензирования диапазоне, который также используется и другими открытыми стандартами. Скорость передачи данных составляет около мегабита в секунду, а максимальная дальность действия - 10 метров (существует спецификация «longrange» с радиусом до 100 м, но она практически не применяется). Впрочем, на максимальных расстояниях быстро возрастает энергопотребление, а потому реальный показатель «дальнобойности» устройств значительно меньше. Способ модуляции, используемый в технологии Bluetooth, называется FHSS (frequencyhopping spread spectrum, скачкообразная перестройка частоты с расширением спектра). Данные передаются по одному из 79 доступных частотных диапазонов, переключение между которыми случайным образом происходит 1600 раз в секунду. Благодаря расширению спектра сигнала на широкий диапазон частот заметно уменьшается влияние электромагнитных помех на целостность сигнала. Помехи, появляющиеся в полосе частот Spread Spectrum сигнала, охватывают лишь очень маленькую часть всей полосы, а так как передаваемый сигнал распределен на весь спектр, он надежно восстанавливается принимающей стороной. Таким образом, хотя из-за распределения мощности по широкому спектру происходит уменьшение соотношения сигнал-шум, ослабление влияния помех гарантирует качественный прием информации. Кроме того, такая технология защищает от перехвата информации и позволяет избежать интерференции с устройствами, работающими в том же частотном диапазоне.

Как было отмечено выше, базовая скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с. Однако реальная скорость всегда меньше, поскольку, как и в протоколе IP, данные пересылаются отдельными пакетами, в которых содержится контрольная информация, в том числе и частота следующего пакета. С учетом служебных данных полезная пропускная способность не превышает 0,8 Мбит/с.

Сеть Bluetooth, именуемая «пиконет», может поддерживать до восьми устройств. Каждому из них присваивается статус ведущего (master) или ведомого (slave). Первые отвечают за организацию и управление всеми соединениями, в том числе и между двумя ведомыми. Поскольку ведущие устройства могут находиться одновременно в двух различных сетях, становится возможным связывать до десяти сетей (несколько пико-сетей формируют так называемую рассредоточенную сеть). Но на практике это обычно используется по минимуму, так как пропускная способность Bluetooth достаточно невелика, да и надобности в использовании сложных топологий обычно не возникает.

• Несколько пико-сетей образуют рассредоточенную сеть Bluetooth

IEEE 802.11

Сети, построенные на основе радиотехнологий, имеют ряд преимуществ перед обычным Ethernet’ом: мобильность, удобство и быстрота создания и обслуживания, значительная экономия в эксплуатации. Самым серьезным толчком для развития беспроводных сетей стала ратификация стандарта IEEE 802.11 (RadioEthernet) в июне 1997 года. Как и Bluetooth, этот стандарт предусматривает использование полосы частот 2400- 2483,5 МГц, свободной от лицензирования в большинстве стран мира, в том числе и в России. Спецификации 802.11 позволяет создавать беспроводные сети со скоростью передачи данных 1-2 Мбит/с.

Как и остальные стандарты серии 802, 802.11 регламентирует работу на физическом и канальном уровнях семиуровневой модели OSI (Open System Interconnect). Для пользователей это означает, что любой протокол, операционная система или приложение будут работать в RadioEthernet так же, как и в обычной сети Ethernet. Первоначальная редакция 802.11 нашла свое продолжение в стандартах 802.11 с индексами a, b и g. Приняты они были совсем не в алфавитном порядке, да и разработка их происходила параллельно.

IEEE 802.11b

IEEE 802.11b - на сегодняшний день наиболее массовый - в окончательной редакции был принят в 1999 г. Своему успеху эта технология обязана ориентацией на свободный диапазон 2,4 ГГц. В качестве способа модуляции в ней применяется метод DSSS (Direct-Sequence Spread Spectrum, или расширение спектра методом прямой последовательности). При этом вся используемая полоса частот делится на некоторое число подканалов. Каждый передаваемый бит информации кодируется по определенному алгоритму в последовательность из нескольких битов, передаваемых одновременно по всем подканалам. Поскольку с увеличением дальности взаимодействия качество передачи сигнала неизбежно ухудшается, стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ослаблении качества сигнала. Максимальный показатель передачи данных достигает 11 Мбит/с.

Одно из достоинств беспроводных сетей на базе стандарта 802.11b - наличие механизма автоматического роуминга, позволяющего беспрепятственно перемещаться между точками доступа. Впрочем, это же относится и к стандартам a и g.

IEEE 802.11a

IEEE 802.11a - стандарт беспроводных локальных сетей, функционирующих в частотном диапазоне 5 ГГц. Разработка его началась даже раньше 802.11b, однако массовому внедрению этой технологии объективно помешали две вещи. Во-первых, диапазон 5 ГГц является нелицензируемым далеко не во всех странах (в том числе и в России), что на практике осложняет получение разрешений на использование соответствующего оборудования. Во-вторых, еще до принятия окончательных спецификаций началась работа над стандартом 802.11g, который не только обеспечивает схожую производительность, но и обладает совместимостью с 802.11b. Беспроводные соединения 802.11а обеспечивают скорость передачи данных до 54 Мбит/с, уступая, однако, сетям 802.11b в радиусе действия.

В качестве способа модуляции сигнала применяется OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ортогональное частотное мультиплексирование). Основная особенность OFDM заключается в параллельной передаче сигнала одновременно по нескольким частотам, что дает повышенную полосу пропускания. Это повышает и потребляемую мощность передатчиков, ограничивая применение технологии в мобильных устройствах.

IEEE 802.11g

IEEE 802.11g - последний из семейства стандартов RadioEthernet. Как и 802.11b, он ориентирован на диапазон нелицензируемых частот (2,4 ГГц). В беспроводных сетях этого стандарта применяется видоизмененная OFDM-модуляция. Совместимость с оборудованием стандарта 802.11b и максимальная скорость в 54 Мбит/c сулят этой технологии успешное развитие, тем более что соответствующее оборудование обладает низким энергопотреблением и большим радиусом действия. Несмотря на то что максимальные скорости достигаются далеко не всегда, да и совместимость с 802.11b означает работу с меньшей, чем теоретически возможная, производительностью, количество выпускаемого оборудования для сетей 802.11g постепенно увеличивается.

Семейство 802.16

Семейство стандартов 802.11 предназначено для создания локальных сетей. Вместе с тем в последние годы шло развитие технологий развертывания городских беспроводных сетей («городских» не означает ориентированность на применение в условиях города, это характеристика зоны охвата). Уже приняты спецификации 802.16 и 802.16a. Новые стандарты беспроводного широкополосного доступа, имеющие условное обозначение «WiMAX», могут стать реальной альтернативой кабельным сетям с производительностью уровня DSL.

Стандарт 802.16, принятый в 2001 году, ориентирован на диапазон частот 10-66 ГГц при радиусе действия до 8 км. Сотовой базовой станцией с вышкой обеспечивается пропускная способность до 134 Мбит/c (в зоне прямой видимости). Весьма перспективной представляется технология беспроводного соединения 802.16a. Несмотря на то что предельная скорость передачи данных в этом случае меньше и составляет 75 Мбит/с, сети 802.16a гораздо менее требовательны к условиям связи. А по показателю спектральной эффективности (вычисляется как отношение скорости передачи к ширине полосы частот) стандарт 802.16a превосходит все ныне существующие. Максимальное расстояние может составлять 40 км - вне зоны прямой видимости. Если говорить о применении в нашей стране, его преимущества кажутся очевидными: большая зона покрытия позволяет с минимальными затратами обеспечить сельских жителей сетевыми коммуникациями. В условиях города развертывание WiMAX-сетей будет оправданно не только в качестве реальной альтернативы кабельным каналам, но и может существенно упростить подключение в труднодоступных и отдаленных районах со слабой «традиционной» проводной инфраструктурой.

Конечно же, следует сказать, что WiMax-технология не призвана заменить или потеснить Wi-Fi (802.11). Боле того, они прекрасно дополняют друг друга, позволяя максимально эффективно использовать и зону охвата, и полосу пропускания сети. В настоящее время в Японии уже развернута WiMax-сеть, обеспечивающая сервисом более 40000 устройств (планируется 200 тыс.).

Компоненты WLAN

Беспроводная сеть состоит из двух основных компонентов: точки доступа, которая позволяет соединяться с сетью, и беспроводного адаптера, установленного в компьютер.

• Точка доступа – это небольшое устройство, соединенное с проводной сетью (или широкополосным соединением) при помощи кабелей Ethernet, содержит приемо-передающую часть и антенну.

• Антенны и мосты – антенны увеличивают радиоохват, расширяя радиус действия WLAN. Мосты обеспечивают беспроводное соединение «точка-точка» между раздельными сетями.

• Беспроводной адаптер – функционирует как сетевой адаптер и предоставляет клиентскому устройству доступ в сеть благодаря подключению к точке беспроводного доступа.

Каналы

Канал представляет собой узкую полосу радиочастоты. Важно, чтобы частоты не перекрывались, иначе пропускная способность может быть существенно снижена, поскольку возникающие помехи ухудшат качество передачи сигнала. Вследствие этих требований широкий частотный диапазон стандарта 802.11a (5,15—5,875 ГГц) предоставляет возможность поддерживать до 8 неперекрывающихся каналов, в то время как у 802.11b (2,4—2,497 ГГц) каналов может быть максимум 3.

Максимальное расстояние и производительность

Скорость, с которой работают беспроводные сети, зависит от многих факторов: от эффективности проводной сети, конфигурации здания, типа сети. Основное правило для всех WLAN – пропускная способность снижается пропорционально расстоянию между точкой доступа WLAN и увеличению числа клиентов проводной сети.

Элементы безопасности WLAN

• Уникальный код доступа (SSID) – простой пароль, который однозначно идентифицирует WLAN. Для получения доступа к беспроводной сети необходимо, чтобы идентификаторы SSID точки беспроводного доступа и адаптера беспроводной сети совпадали.

• Управление доступом к носителям (MAC) – фильтрация обращений ограничивает доступ из WLAN к защищаемым компьютерам, внесенным в специальный список.

• Уровень секретности, эквивалентный проводной сети (WEP), – специальная схема шифрования для защиты потоков данных, передаваемых в беспроводных сетях между клиентами и точками доступа.

• IEEE 802.1X – стандарт безопасности, предлагающий использование специального сервера аутентификации.

• WPA – защищенный доступ Wi-Fi. Это стандарт безопасности, устраняющий недостатки безопасности WEP (поскольку протокол WEP позволяет шифровать только данные канального и физического уровней, он не обеспечивает полноценной защиты и, в принципе, может быть взломан). Закрывает дыры в безопасности WEP, а также включает преимущества аутентификации по стандарту 802.1X.

Режимы работы

Беспроводные сети могут функционировать в режимах Ad Hoc (одноранговой сети) и Infrastructure (сети с точкой доступа). В режиме Infrastructure беспроводной сети используется точка доступа, через которую ПК, оборудованные средствами беспроводной связи, соединяются друг с другом и с локальной сетью. В режиме Ad Hoc устройства устанавливают соединение «точка-точка».

• Режим Ad Hoc: каждый с каждым
• Режим Infrastructure — сеть с узлами доступа

• • •

Мы упомянули далеко не все технологии - немалый интерес представляет Wireless 1394, обеспечивающий подключение потребительской электроники, в стадии разработки находятся стандарты для глобальных беспроводных сетей. В любом случае, имеющиеся уже сегодня возможности расширяют применение беспроводных соединений для удовлетворения нужд пользователей. Дополняя обычные кабельные сети, эти технологии приносят не только реальную пользу, но и значительные удобства.