Беспроводные сети

Беспроводные компьютерные сети — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер.

Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). В стандарте WiMAX точки доступа связываются между собой на другой частоте (10 – 66 ГГц, тогда как связь с клиентскими устройствами 1,5 – 11 ГГц).

Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт	Скорость	Дальность	Частоты
Wi-Fi	802.11a	54 Мбит/с	до 100 метров	5,0 ГГц
Wi-Fi	802.11b	11 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	108 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11n	300 Мбит/с	до 100 метров	2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	75 Мбит/с	6-10 км	1,5-11 ГГц
WiMax	802.16e	30 Мбит/с	1-5 км	2-6 ГГц
WiMax	802.16m	100 Мбит/с, до 1 Гбит/с
Bluetooth v. 1.1.	802.15.1	1 Мбит/с	до 10 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 1.3.	802.15.3	от 11 до 55 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
UWB	802.15.3a	110-480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
ZigBee	802.15.4	20 до 250 Кбит/с	1-100 м	2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (один канал)
Инфракрасный порт	IrDa	16 Мбит/с	0.5 м, односторонняя связь — до 10 метров

Wi-Fi (Wireless Fidelity — «беспроводная точность»)

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems), Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с.

Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно, но технология оказалась настолько удобной, что стала широко применяться и существенно вытеснять проводные соединения. Скорость и надёжность работы повышалась, на данный момент последний из семейства стандартов Wi-Fi IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Теоретически сети стандарта 802.11n способны обеспечить скорость передачи данных до 480 Мбит/с.

Особенно широко Wi-Fi применяется в мобильных устройствах, (КПК, смартфоны, ноутбуки), т.к. применение этой технологии позволяет свободно подключаться к сети в любом месте зоны покрытия.

Принцип работы

Сеть строится по принципу точка доступа – клиенты. Стандарт предусматривает возможность и прямого соединения, но не все устройства поддерживают такой режим.

Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов каждые 100 мс. Зная SSID сети, клиент может послать запрос на соединение.

В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию при которой связь для более удалённых станций будет постоянно обрываться в пользу более близких станций. Подобное положение вещей делает затруднительным использование таких сервисов как VoIP, которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Возможно шифрование передаваемых пакетов WEP, WPA и WPA2. Не все устройства поддерживают новые алгоритмы, что снижает безопасность. Для конфиденциальной информации желательно дополнительное шифрование на сетевом уровне (VPN).

Преимущества Wi-Fi

Быстро и без существенных затрат позволяет развернуть сеть и так же быстро убрать, без проведения строительно-монтажных и прочих работ, в том числе вне помещений.

Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке.

В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.

Недостатки Wi-Fi

Высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.

Опасность перехвата пакетов и несанкционированного доступа. Шифрование WEP относительно легко взламывается, а более стойкие WPA и WPA2 поддерживаются не всеми устройствами.

Небольшая дальность. Типичный маршрутизатор Wi-Fi стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 450 м снаружи.

Зависимость от помех, атмосферных явлений, работы высокочастотного оборудования.

Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения большого количества служебной информации.

Лицензионные и частотные ограничения в некоторых странах.

Коммерческий доступ к сервисам на основе Wi-Fi предоставляется в таких местах, как интернет-кафе, аэропорты и кафе по всему миру (обычно эти места называют Wi-Fi-кафе), однако их покрытие можно считать точечным по сравнению с сотовыми сетями. Проекты по покрытию городов сплошной зоной действия Wi-Fi скорее всего так и не будут завершены, вытесняемые более подходящей для этого технологией WiMax.

В настоящий момент непосредственное сравнение Wi-Fi и сотовых сетей нецелесообразно. Телефоны, использующие только Wi-Fi, имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных сетях, промзонах, складской логистике и т.п. применений.

Пока коммерческие сервисы пытаются использовать существующие бизнес-модели для Wi-Fi, многие группы, сообщества, города, и частные лица строят свободные сети Wi-Fi, часто используя общее пиринговое соглашение для того, чтобы сети могли свободно взаимодействовать друг с другом.

Точки доступа Wi-Fi не требуют высокой квалификации в настройке и обслуживании, что делает их очень удобными прежде всего для SOHO-сегмента. Из широко представленных на рынке это самая простая и удобная в использовании технология локальных беспроводных сетей. При помощи направленных антенн можно использовать дешёвое Wi-Fi оборудование для соединения локальных сетей в сельской местности. Также возможно объединение в сеть общего доступа точек, принадлежащих различным людям и организациям, создание кампусных и домовых сетей.

Некоторые группы строят свои Wi-Fi-сети, полностью основанные на добровольной помощи и пожертвованиях.

Некоторые небольшие страны и муниципалитеты уже обеспечивают свободный доступ к хот-спотам Wi-Fi и доступ к Интернету через Wi-Fi по месту жительства для всех. Например, Королевство Тонга или Эстония, которые имеют большое количество свободных хот-спотов Wi-Fi по всей территории страны. В Париже OzoneParis предоставляет свободный доступ в Интернет неограниченно всем, кто способствует развитию Pervasive Network, предоставляя крышу своего дома для монтажа оборудования Wi-Fi. Unwire Jerusalem — это проект установки свободных точек доступа Wi-Fi в крупных торговых центрах Иерусалима. Многие университеты обеспечивают свободный доступ к Интернет через Wi-Fi для своих студентов.

Некоторые коммерческие организации предоставляют свободный доступ к Wi-Fi в целях привлечения клиентов. В СНГ бесплатный Wi-Fi доступ в Интернет предоставляет Макдональдс и система кинотеатров Каро-фильм. Некоторые организации предоставляют доступ только своим клиентам (например, печатая текущий ключ шифрования на кассовом чеке).

WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN.

Область использования

WiMAX подходит для решения следующих задач:

Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов.

Проблема последней мили всегда была одной из самых острых для связистов. К настоящему времени появилось множество технологий последней мили, и перед любым оператором связи стоит задача выбора технологии, оптимально решающей задачу доставки любого вида трафика своим абонентам. Универсального решения этой задачи не существует, у каждой технологии есть своя область применения, свои преимущества и недостатки. Однако технология WiMax, совместившая в себе преимущества ADSL и Wi-Fi, сейчас активно завоёвывает рынок пользовательского Интернета.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX

Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.

802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц.

802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это — новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, idle mode и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости.

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи).

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин.

Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории.

Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании и по мере необходимости легко масштабируемы. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура региона была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.

С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожи на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Принцип работы

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГЦ, скорость обмена данными может достигать 120 Мбит/c. При этом по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений.

Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки — допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями).

Каждому подключающемуся к точке доступа клиенту выделяется отдельный слот, что позволяет обеспечить полосу пропускания независимо от нагрузки сети (в отличие от Wi-Fi)

Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость, возможно, потому, что эти термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но несмотря на это, эти технологии направлены на решение различных задач.

WiMAX это система дальнего действия (несколько километров), которая обычно использует лицензированные частоты для предоставления соединения с интернетом конечного пользователя. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).

Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Развёртывание сети WiMax сходно с созданием сети сотового оператора – требует квалифицированного персонала, регистрации в органах радиочастотного надзора, установки дорогостоящего оборудования базовых станций. Коммерческое применение этих технологий также пошло различными путями – если к сетям Wi-Fi может подключиться любой имеющий аппаратуру данного стандарта, операторы WiMax предпочитают продавать устройства, "привязанные" к их сети (как делали и некоторые сотовые операторы на начальном этапе развития). Появится ли роуминг в коммерческих WiMax сетях – пока неизвестно, хотя технических проблем для этого нет.