Диаграммы Кивиата для сетей передачи данных

Рисунок 4.4 - Диаграммы Кивиата для сетей передачи данных

ИНФРАКРАСНЫЕ СЕТИ

Оптическая беспроводная связь в инфракрасной части спектра нашла свое применение в помещениях, где имеются многочисленные удаленные устройства. В последнее время все большее внимание уделяется использованию инфракрасных технологий для создания беспроводных локальных сетей. В данном разделе сравниваются характеристики инфракрасных сетей и радиосетей, после чего приводятся некоторые подробности относительно инфракрасных локальных сетей.

Конфигурации беспроводных локальных сетей

Рисунок 4.3 - Конфигурации беспроводных локальных сетей

Конфигурация Беспроводные локальные

Желательной, но не необходимой, характеристикой беспроводной локальной сети является возможность ее использования без процедуры лицензирования. Условия лицензирования отличаются в разных станах, что только усложняет ситуацию. В США Федеральная комиссия по средствам связи (FCC) разрешила использование приложений двух типов в нелицензируемой полосе ISM: системы с расширенным спектром с мощностью до 1 Вт и маломощные системы (< 0,5 Вт). Таким образом, для использования беспроводных локальных сетей с расширенным спектром не требуется получения лицензии, и их популярность неуклонно растет.

В США для нелицензируемого использования в системах с расширенным спектром выделены три частотных диапазона: 902-928 МГц ("полоса 915 МГц"), 2,4-2,4835 ГГц ("полоса 2,4 ГГц") и 5,725-5,825 ГГц ("полоса 5,8 ГГц"). Второй из этих диапазонов также используется в Европе и Японии. Чем выше частота, тем больше потенциальная ширина полосы, так что данные три диапазона перечислены в порядке возрастания привлекательности с точки зрения способности. Кроме того, следует рассматривать возможность интерференции. Существует множество устройств, работающих на частоте порядка 900 МГц, в том числе радиотелефоны, радиомикрофоны и любительские радиостанции. На частоте порядка 2,4 ГГц работает меньшее число устройств; к ним относится микроволновая печь, внешнее излучение которой увеличивается с возрастом печи. В настоящее время полоса 5,8 ГГц используется относительно мало; впрочем, чем выше частота, тем дороже оборудование для ее эксплуатации.

До недавнего времени типичные беспроводные локальные сети с расширенным спектром ограничивались скоростями передачи 1-3 Мбит/с. Как показано в главе 14, новые стандарты дают возможность использовать скорости 5,5 и 11 Мбит/с, а некоторые частные решения — более высокие скорости.

Назад Вперед

Конфигурация ненаправленной инфракрасной локальной сети

Рисунок 4.6 - Конфигурация ненаправленной инфракрасной локальной сети

Пример типичной беспроводной локальной сети с инфракрасной передачей приведен на Рисунок 4.7. Имеется несколько (по одной на комнату) размещенных на потолке базовых станций. Каждая станция обеспечивает связь между несколькими стационарными и мобильными рабочими станциями, находящимися в обслуживаемой комнате. Между собой базовые станции соединяются проводом, они также связаны с сервером, который может выступать как точка доступа к проводной ЛВС или глобальной сети. Кроме того, могут существовать конференц-залы, в которых отсутствуют базовые станции, а связь организуется эпизодическим образом.

Лицензируемые узкополосные системы

СВЧ, которые используются для передачи речи, данных и видео, требуют получения лицензии, и их использование координируется, что позволяет избежать потенциальной интерференции между системами. В США лицензирование контролирует Федеральная комиссия по средствам связи. Каждая географическая область имеет радиус 28 км, и в ней могут выдаваться до пяти лицензий, причем каждая лицензия выдается на две частоты. Motorola имеет 600 лицензий (1200 частот) в полосе 18 ГГц, которые позволяют охватить все области с населением свыше 30 000 человек.

В узкополосной схеме обычно используется конфигурация, представленная на Рисунок 4.2. Соседние ячейки используют неперекрывающиеся диапазоны частот в пределах общей полосы 18 ГГц. Поскольку Motorola контролирует распределение своих частот, эта компания может гарантировать, что близко расположенные независимые локальные сети не будут мешать друг другу. Отметим также, что для защиты от подслушивания все передачи шифруются.

Одним из преимуществ лицензируемых узкополосных локальных сетей является гарантированная связь без интерференции. В отличие от использования нелицензируемого спектра, такого, как диапазон ISM, владелец лицензии имеет легальное право на создание канала передачи данных без интерференции. Передачи пользователей локальных сетей, функционирующих в диапазоне ISM, могут повреждаться вследствие интерференции с передачами других пользователей и воспрепятствовать этому законным способом нельзя.

Локальная сеть Token Ring с использованием двухточечных инфракрасных каналов

Рисунок 4.5 - Локальная сеть Token Ring с использованием двухточечных инфракрасных каналов

Нелицензируемые узкополосные системы

В 1995 году компания RadioLAN стала первым поставщиком продуктов для локальных беспроводных сетей с использованием нелицензируемой полосы частот ISM, которая может применяться для маломощной (< 0,5 Вт) узкополосной передачи. Продукты RadioLAN обеспечивают скорость передачи 10 Мбит/с и работают в полосе 5,8 ГГц. Область действия продуктов ограничена расстоянием 50 м в полуоткрытом офисе и 100 м в открытом офисе.

Продукты RadioLAN предназначены для одноранговой конфигурации, но с одной любопытной особенностью. Взамен стационарного концентратора в сети автоматически выбирается одна динамическая ведущая станция (Dynamic Master), причем выбор основывается на параметрах станции, таких, как расположение, наличие интерференции и интенсивность сигнала. При изменении условий ведущая станция также может меняться. Еще одной особенностью данных сетей является наличие функции динамической ретрансляции, которая позволяет каждой станции выступать как ретранслятор при передаче данных станциям, находящимся вне пределов досягаемости.

Назад Вперед

Ненаправленная передача

Ненаправленная конфигурация включает одну базовую станцию, находящуюся в пределах прямой видимости остальных станций локальной сети. Как правило, такая выделенная станция располагается на потолке (Рисунок 4.6, а) и действует как многопортовый ретранслятор. Связь осуществляется следующим образом. Передатчик базовой станции ретранслирует ненаправленный сигнал, который могут принимать все другие ИК-приемники, находящиеся в охваченном диапазоне, а данные трансиверы передают направленный луч, нацеленный на базовый модуль станции.

ОБЗОР

Беспроводная локальная сеть связана с беспроводной средой передачи. До недавнего времени беспроводные сети использовались не очень интенсивно. Среди причин — высокие цены, низкие скорости передачи данных, проблемы профессиональной безопасности и необходимость лицензирования. По мере того как решались эти проблемы, популярность беспроводных локальных сетей быстро росла. В данном разделе мы вначале рассмотрим требования к беспроводным локальным сетям и преимущества этих сетей, после чего перейдем к обзору ключевых подходов к реализации локальных сетей.

Отражение

В такой конфигурации все ИК-передатчики сфокусированы и нацелены на точку в диффузно отражающем потолке (Рисунок 13.6, б). Инфракрасное излучение поступает на потолок и отражается от него, после чего принимается всеми приемниками области.

Плюсы и минусы В беспроводных

Методы передачи

В настоящее время для передачи данных в ИК-диапазоне используются три альтернативных метода: сигнал может быть сфокусированным и направленным (пульт дистанционного управления телевизором); может излучаться равномерно во всех направлениях; может отражаться от светлоокрашенных потолков.

Направленный луч

Инфракрасная передача с направленным лучом используется для создания двухточечных каналов связи. В этом режиме радиус связи зависит от излучаемой мощности и степени фокусировки. Сфокусированный инфракрасный канал передачи Данных может измеряться километрами. Такие диапазоны передачи не нужны для создания комнатных беспроводных локальных сетей. В то же время инфракрасный канал связи используется для связи зданий, точнее, мостов или маршрутизаторов, расположенных в зданиях, находящихся в пределах прямой видимости.

При комнатном использовании двухточечных инфракрасных каналов может настраиваться локальная сеть типа Token Ring (Рисунок 4.5). Набор инфракрасных трансиверов настраивается так, чтобы данные циркулировали между ними как в кольцевой конфигурации. Каждый трансивер поддерживает рабочую станцию или концентратор станций, причем концентратор выполняет функции маршрутизатора.

Применение беспроводных локальных сетей

Существуют четыре области применения беспроводных локальных сетей: расширение локальных сетей, связь зданий, кочевой доступ и создание эпизодических сетей.

Расширение локальных сетей

Ранние продукты рынка беспроводных локальных сетей, появившегося в конце 1980-х, представлялись как замена традиционных проводных локальных сетей. Беспроводные локальные сети экономят средства на прокладку кабеля локальных сетей, облегчают задачу передислокации и другие модификации структуры сети. Впрочем, события опередили этот мотив использования беспроводных локальных сетей. Во-первых, по мере того, как становилась понятнее необходимость использования локальных сетей, архитекторы разрабатывали новые здания, изначально включающие кабелепроводку, которую можно было использовать для нужд сферы информационных технологий. Во-вторых, с прогрессом в технологии передачи данных бурно развилось использование в локальных сетях витой пары. Большинство старых зданий уже в изобилии снабжено кабелями категории 3; многие новые здания имеют кабели категории 5. Следовательно, замены проводных локальных сетей беспроводными в широких масштабах не произошло.

Впрочем, существуют среды, в беспроводные локальные сети нашли себя как альтернатива проводным. Примеры: здания с большими открытыми территориями, такие, как предприятия обрабатывающей промышленности, операционные этажи фондовых бирж и склады, исторические строения с недостаточным объемом проложенных витых пар, в которых запрещено сверление каналов под проводку, а также небольшие офисы, в которых установка и эксплуатация проводных локальных сетей неэкономична. Во всех названных случаях беспроводные локальные сети предоставляют эффективную и более привлекательную альтернативу. В большинстве из названных случаев в организации также будет существовать проводная локальная сеть для поддержки серверов и нескольких стационарных рабочих станций. Например, на предприятиях офисная территория обычно отделена от заводских этажей, но должна быть с ними связана с целью организации сети. Таким образом, беспроводные и проводные сети одного здания обычно связываются. Такая область применения беспроводных сетей называется расширением локальной сети.

На Рисунок 4.1 показан пример конфигурации беспроводной локальной сети, типичной для большинства сред. Имеется магистральная проводная локальная сеть, такая, как Ethernet, поддерживающая серверы, рабочие станции и один или несколько мостов или маршрутизаторов для связи с другими сетями. Имеется также модуль управления (control module — СМ), действующий как устройство сопряжения с беспроводной сетью. Модуль управления обладает функциональными возможностями моста или маршрутизатора для связи беспроводной локальной сети и магистрали. Кроме того, он включает некоторую логику управления доступом, такую, как механизм опроса или схему передачи маркера для регулирования доступа от конечных систем. Отметим, что некоторые из конечных систем являются самостоятельными устройствами, такими, как рабочая станция или сервер. Частью конфигурации могут быть также концентраторы или другие пользовательские модули (user module — UM), управляющие несколькими станциями вне проводной локальной сети.

Пример многоячеечной конфигурации беспроводной локальной сети

Рисунок 4.2 - Пример многоячеечной конфигурации беспроводной локальной сети

Кочевой доступ

Кочевой доступ предлагает беспроводный канал связи между концентратором локальной сети и мобильным информационным терминалом, снабженным антенной, таким, как лэптоп или ноутбук. Одним из примеров применения такого соединения является передача сотрудником, вернувшимся из командировки, данных из персонального портативного компьютера на сервер в офисе. Кочевой доступ также полезен в обширной среде, такой, как кампус или предприятие, функционирующее за пределами блока зданий. В обоих случаях пользователи со своими портативными компьютерами могут перемещаться и могут связываться с серверами проводной локальной сети из различных мест.

Организация эпизодических сетей

Эпизодическая сеть — это одноранговая сеть (без централизованного сервера), настроенная временно для срочного удовлетворения некоторых потребностей. Например, группа сотрудников, каждый из которых обладает лэптопом или карманным компьютером, может собраться в конференц-зале для деловой или классной встречи. Сотрудники соединяют свои компьютеры во временную сеть только на период встречи.

На Рисунок 4.3 показаны отличия беспроводной локальной сети, удовлетворяющей требованиям расширения сети и кочевого доступа, от эпизодической беспроводной локальной сети. В первом случае беспроводная сеть формирует стационарную инфраструктуру, состоящую из одной или нескольких ячеек с модулем управления в каждой. Каждая ячейка может иметь несколько стационарных конечных систем. Кочующие станции могут перемещаться из одной ячейки в другую. В эпизодической сети такая инфраструктура отсутствует. В этом случае имеем набор равноправных станций в пределах досягаемости друг друга, которые могут динамически организоваться во временную сеть.

Пример одноячеечной конфигурации беспроводной локальной сети

Рисунок 4.1 - Пример одноячеечной конфигурации беспроводной локальной сети

Конфигурацию, представленную на Рисунок 4.1, можно назвать одноячеечной беспроводной локальной сетью; все беспроводные конечные системы находятся в сфере влияния одного модуля управления. Другая распространенная конфигурация представляет собой многоячеечную беспроводную локальную сеть (Рисунок 4.2). В этом случае имеем несколько модулей управления, связанных проводной локальной сетью. Каждый модуль управления поддерживает несколько беспроводных конечных систем в пределах своей области связи. Например, в локальной сети, использующей передачу в инфракрасном диапазоне, передача ограничена одной комнатой; следовательно, для каждой комнаты офисного здания, нуждающегося в беспроводной поддержке, нужна отдельная ячейка.

Связь зданий

Еще одним применением технологии беспроводных сетей является соединение локальных сетей близлежащих зданий, имеющих проводные или беспроводные локальные сети. В этом случае между двумя зданиями используется двухточечный беспроводный канал связи. Как правило, таким образом соединяются мосты или маршрутизаторы. Этот единственный канал передачи данных сам по себе не является локальной сетью, но его принято рассматривать как один из способов применения беспроводных локальных сетей.

Сети портативных и стационарных беспроводных станций использующих передачу в инфракрасном диапазоне

Рисунок 4.7 - Сети портативных и стационарных беспроводных станций, использующих передачу в инфракрасном диапазоне

Назад Вперед

СЕТИ С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ

В настоящее время наиболее популярные беспроводные локальные сети используют технологию расширенного спектра.

СЕТИ С УЗКОПОЛОСНОЙ СВЧПЕРЕДАЧЕЙ

Термином узкополосная СВЧ-передача (narrowband microwave) обозначают использование для передачи сигнала полосы сверхвысоких частот при относительно узкой полосе — широкой ровно настолько, насколько требуется для вмещения сигнала. До недавнего времени все локальные продукты сетей с узкополосной СВЧ-передачей использовали СВЧ-диапазон, требующий получения лицензии. Затем по крайней мере один поставщик произвел продукт, предназначенный для полосы ISM.

Сравнительные характеристики беспроводных локальных сетей

Таблица 4.1 Сравнительные характеристики беспроводных локальных сетей

	Инфракрасное излучение	Расширенный спектр	Радио
Рассеянное инфракрасное излучение	Инфракрасное излучение с направленным лучом	Перестройка частоты	Прямая после-дователь-ность	Узкополосная СВЧ-передача
Скорость передачи данных (Мбит/с)	1-4	1-10	1-3	2-20	10-20
Мобильность	Стационарные / мобильные	Стационарные в пределах линии прямой видимости	Мобильные		Стационарные / мобильные
Диапазон (м)	15-60	25	30-100	30-250	10-40
Возможность обнаружения	Незначительная	Малая	Некоторая
Длина волны / частота	?: 800-900 нм	902-928 МГц 2,4-2,4835 ГГц 5,725-5,85 ГГц	902-928 МГц 5,2-5,775 ГГц 18,825-19,205 ГГц
Схема модуляции	ASK	FSK	QPSK	FS/QPSK
Излучаемая мощность	?	< 1 Вт	25 мВт
Схема доступа	CSMA	Token Ring, CSMA	CSMA	ALOHA с резерви-рованием, CSMA
Необходимость лицензии	Не требуется	Не требуется	Только вне частот ISM

Назад Вперед

Технология беспроводных локальных сетей

Беспроводные локальные сети обычно классифицируются согласно использованной в них технологии передачи. Все современные продукты рынка локальных сетей относятся к одной из следующих категорий.

Инфракрасные (infrared — IR) локальные сети. Отдельная ячейка сети, использующей передачу в инфракрасном диапазоне, ограничена размерами одной комнаты, поскольку инфракрасное излучение не проходит сквозь непрозрачные стены. Локальные сети с расширенным спектром. Данный тип локальных сетей использует при передаче технологию расширенного спектра. В большинстве случаев эти локальные сети работают на диапазонах ISM (Industrial, Scientific and Medical Radio Frequency Band — радиочастотные диапазоны для промышленного, научного и медицинского применения), поэтому для их использования в США не требуется лицензия FCC (Federal Communications Commission — Федеральная комиссия по средствам связи). Узкополосная СВЧ-передача. Эти локальные сети работают на СВЧ, но не используют расширенный спектр. Некоторые из этих продуктов работают на частотах, требующих лицензии FCC, другие используют нелицензируемые частоты ISM.

Некоторые ключевые характеристики названных технологий приведены в табл. 4.1.

Требования к беспроводным локальным сетям

Беспроводные сети должны удовлетворять некоторым требованиям, типичным для всех локальных сетей, в том числе: высокая пропускная способность, возможность охвата небольших расстояний, связность подключенных станций и возможность широковещания. Кроме того, существует набор требований, характерных только для беспроводных локальных сетей. Перечислим важнейшие из них.

Производительность. Протокол управления доступом к среде должен максимально эффективно использовать беспроводную среду для максимизации пропускной способности. Число узлов. От беспроводных локальных сетей может требоваться поддержка сотен узлов из множества ячеек. Соединение с магистральной локальной сетью. В большинстве случаев требуется взаимосвязь со станциями магистральной локальной сети. Для беспроводных локальных сетей, имеющих внутреннюю инфраструктуру, это требование легко удовлетворяется посредством использования модулей управления, присоединяемых к локальным сетям обоих типов. Может также понадобиться специальное помещение для мобильных пользователей и организация эпизодических беспроводных сетей. Обслуживаемая область. Типичная сфера охвата беспроводной локальной сети имеет диаметр 100-300 м. Потребление питания от батарей. Мобильные сотрудники используют рабочие станции с питанием от батарей, потребление которого не должно быть большим при использовании беспроводных адаптеров. Это делает неприменимым протокол MAC, требующий, чтобы мобильные узлы постоянно следили за точками доступа или часто связывались с основной станцией. Устойчивость передачи и безопасность. Беспроводные сети, если они разработаны неправильно, могут быть подвержены интерференции и легко прослушиваться. Структура беспроводной локальной сети должна обеспечивать надежную передачу даже в обстановке шума, а также некоторый уровень зашиты от прослушивания. Совместная работа в сети. С ростом популярности беспроводных сетей повысилась вероятность того, что две или более сетей будут работать в одной области или в нескольких областях, допускающих интерференцию разных локальных сетей. Такая интерференция может мешать нормальной работе алгоритма MAC и способствовать несанкционированному доступу к отдельной локальной сети. Работа без лицензии. Пользователи желали бы приобретать продукты рынка беспроводных локальных сетей и работать с ними на нелицензируемой полосе частот. Переключение/роуминг. Протокол MAC, используемый в беспроводных локальных сетях, должен позволять мобильным станциям перемещаться из одной ячейки в другую. Динамическая конфигурация. МАС-адресация и сетевое управление локальной сети должны позволять динамическое и автоматическое добавление, удаление и передислокацию конечных систем, не причиняя неудобств другим пользователям.

На Рисунок 4.4 представлены диаграммы Кивиата (Диаграмма Кивиата является графическим средством сравнения систем по нескольким параметрам. Переменные располагаются через равные угловые интервалы. На каждой оси ставится одна точка, соответствующая данной системе; соединение точек образует контур, являющийся характеристикой системы) для сравнения беспроводных локальных сетей, проводных локальных сетей и мобильных сетей передачи данных.