Классификация беспроводных сетей

Содержание

Введение

1. Обзор беспроводных линий связи

1.1 Классификация беспроводных сетей

1.2. Беспроводная линия связи

1.3. Диапазоны электромагнитного спектра

1.4. Распространение электромагнитных волн

2. Характеристика беспроводных систем

2.1. Двухточечная связь

2.2. Связь одного источника и нескольких приемников

2.3. Связь нескольких источников и нескольких приемников

Заключение

Глоссарий

Список используемых источников

Приложения

Введение

Беспроводные сети играют важную роль в жизни людей, где бы они ни находились — на работе, дома или в общественном месте.

Беспроводные сети позволяют людям связываться и получать доступ к приложениям и информации без использования проводных соединений. Это обеспечивает свободу передвижения и возможность использования приложений, находящихся в других частях дома, города или в отдаленном уголке мира.

Беспроводные сети соседствуют с нами уже многие годы. Так, к примитивным формам беспроводной связи можно отнести дымовые сигналы американских индейцев, когда они бросали в огонь шкуры бизонов, чтобы передать на большое расстояние какое-то сообщение. Или использование прерывистых световых сигналов для передачи посредством азбуки Морзе информации между кораблями, этот метод был и остается важной формой связи в мореплавании. И, конечно, столь популярные ныне сотовые телефоны, позволяющие людям общаться через огромные расстояния, также можно отнести к беспроводной связи [4].

Существует множество разновидностей беспроводной связи, но важнейшей особенностью беспроводных сетей является то, что связь осуществляется между компьютерными устройствами. К ним относятся персональные цифровые помощники (personal digital assistance, PDA),ноутбуки, персональные компьютеры (ПК), серверы и принтеры. Компьютерными устройствами считаются такие, которые имеют процессоры, память и средства взаимодействия с какой-то сетью. Обычно сотовые телефоны не относят к числу компьютерных устройств, однако новейшие телефоны и даже головные гарнитуры (наушники) уже обладают определенными вычислительными возможностями и сетевыми адаптерами. Все идет к тому, что скоро большинство электронных устройств будут обеспечивать возможность подключения к беспроводным сетям.

Как и сети, основанные на использовании проводов или оптических волокон (optical fiber),беспроводные сети передают информацию между компьютерными устройствами. Эта информация может быть представлена в виде сообщений электронной почты, Web-страниц, записей базы данных, потокового видео или голосовых сообщений. В большинстве случаев беспроводные сети передают данные (data),такие как сообщения электронной почты и файлы, но по мере улучшения характеристик беспроводных сетей они способны передавать и видеосигналы, а также обеспечивать телефонную связь.

Беспроводные сети в качестве средства передачи для обеспечения взаимодействия между пользователями, серверами и базами данных используют радиоволны или инфракрасный (ИК) диапазон. Эта среда передачи невидима для человека. Кроме того, действительная среда передачи (воздух) прозрачна для пользователя. Сейчас многие производители интегрируют платы интерфейса сети (network interface card, NIC), так называемые сетевые адаптеры, и антенны в компьютерные устройства таким образом, что они не видны пользователю. Это делает беспроводные устройства мобильными и удобными в применении.

Целью данной курсовой работы является изучение характеристик беспроводных компьютерных сетей.

В данной курсовой работе рассмотрены основная классификация беспроводных сетей, беспроводные линии связи, преимущества беспроводных коммуникаций, диапазоны электромагнитного спектра, распространение электромагнитных волн. Такие характеристики как двухточечная связь, связь одного источника и нескольких приемников, связь нескольких источников и нескольких приемников.

Основная часть

Обзор беспроводных линий связи

Классификация беспроводных сетей

В зависимости от размеров физической зоны, связь в которой они способны обеспечить, беспроводные сети подразделяются на несколько категорий:

• беспроводная персональная сеть (wireless personal-area network, PAN);

• беспроводная локальная сеть (wireless lokal-area network, LAN);

• беспроводная городская сеть (wireless metropolitan-area network, MAN);

• беспроводная глобальная сеть (wireless wide-area network, WAN).

Эти термины являются лишь расширением обобщенных форм проводных сетей (таких как LAN и WAN), использовавшихся задолго до появления беспроводных сетей.

Беспроводные персональные сети отличаются небольшими расстояниями передачи (до 17м, или 50 футов), что делает их идеальными для развертывания в небольшом помещении или в "персональной зоне". Беспроводные персональные сети показаны на рисунке А.1 в приложении А. Характеристики беспроводных персональных сетей средние, скорость их передачи не превышает обычно 2 Мбит/с. Во многих ситуациях они с успехом заменяют кабельные сети.

Такая сеть могла бы обеспечивать, например, беспроводную синхронизацию данных на PDA пользователя и на его ПК или ноутбуке. Аналогичным образом может обеспечиваться беспроводное соединение с принтером. Исчезновение путаницы проводов, связывающих компьютер с периферийными устройствами — достаточно серьезное преимущество, благодаря которому значительно облегчается начальная установка и последующее, при необходимости, перемещение периферийных устройств.

Малая потребляемая мощность и компактные размеры большинства приемопередатчиков (transceiver)беспроводных персональных сетей делают возможной эффективную поддержку небольших пользовательских устройств, снабженных микропроцессорами, а также позволяет компьютерному устройству длительное время работать от одной батареи (или аккумулятора). Это, в свою очередь, избавляет пользователя от необходимости часто подзаряжать аккумулятор. Кроме того, малая потребляемая мощность обусловила успешное внедрение беспроводных персональных сетей в сотовые телефоны, PDA и головные гарнитуры. Телефон может непрерывно взаимодействовать с адресной книгой PDA, так что все номера телефонов в менеджере контактов пользователя оказываются доступны, когда он собирается кому-нибудь позвонить. Можно также использовать наушники во время телефонного разговора или для прослушивания музыки, записанной в цифровом виде на PDA. Благодаря этому во время работы или развлечений можно не опасаться зацепиться за что-нибудь проводами.

Персональные беспроводные сети могут обеспечить взаимодействие ноутбуков и настольных ПК с целью совместного использования подключений к Internet и приложений. Это подходит для сетей, сфера действия которых ограничена одной комнатой. А беспроводные локальные сети эффективнее для организации беспроводных соединений в пределах здания.

В большинстве беспроводных персональных сетей для передачи информации используются радиоволны. Так, спецификация на технологию Bluetoothрегламентирует работу беспроводных персональных сетей в диапазоне 2,4 ГГц на расстояние до 50 футов со скоростью передачи до 2 Мбит/с. Более того, Институт инженеров по электротехнике и электронике США (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) включил в свой стандарт 802.15 дляперсональных беспроводных сеть спецификацию Bluetooth. Эта технология обеспечивает надежное и долговременное решение для соединения компьютерных устройств в небольшой зоне.

В некоторых беспроводных персональных сетях для передачи информации из одной точки в другую используется ИК-излучение. Спецификация Ассоциации передачи данных в ИК-диапазоне (Infrared Data Association, IrDA) регламентирует использование направленных ИК-лучей для передачи информации на расстояние до 1 м (3 футов) со скоростью до 4 Мбит/с. Преимущество такой передачи информации состоит в защищенности ее от радиопомех, но требование нахождения компьютерных устройств на расстоянии прямой видимости по отношению друг к другу накладывает существенные ограничения на размещение компонентов беспроводной сети.

Офисная перегородка, например, блокирует распространение ИК-сигнала, из-за чего беспроводные устройства можно использовать лишь в непосредственной близости одно от другого.

Беспроводные локальные сети обеспечивают высокие характеристики при передаче данных внутри и вне офисов, производственных помещений и зданий. Беспроводные локальные сети показаны на рисунке А.2 в приложении А. В них каждый компьютер оборудован радиомодемом и антенной, с их помощью он может обмениваться данными между другими компьютерами. Пользователи таких сетей обычно используют ноутбуки, ПК и PDA с большими экранами и процессорами, способными выполнять ресурсоемкие приложения. Эти сети вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к параметрам соединений компьютерными устройствами такого типа.

В какой-нибудь фирме, например, беспроводная локальная сеть может быть развернута с целью обеспечения доступа к корпоративным приложениям с ноутбуков.

В системах такого типа служащий может использовать сетевые службы, находясь в конференц-зале или в других помещениях здания, что позволяет ему эффективно выполнять свои обязанности.

Беспроводные локальные сети легко обеспечивают характеристики, необходимые для бесперебойного выполнения высокоуровневых приложений. Так, пользователи этих сетей могут получать объемные вложения в сообщения электронной почты или потоковое видео с сервера. При скоростях передачи до 54 Мбит/с беспроводные локальные сети способны удовлетворять требования почти всех офисных или бытовых приложений.

По своим характеристикам, компонентам, стоимости и выполняемым операциям эти сети похожи на традиционные проводные локальные сети типа Ethernet.

Вследствие того, что адаптеры беспроводных локальных сетей уже встроены в большинство ноутбуков, многие провайдеры общедоступных беспроводных сетей начали предлагать беспроводные локальные сети для обеспечения мобильного широкополосного доступа к Internet. Пользователи ряда общедоступных беспроводных сетей в "горячих" зонах доступа, таких как аэропорты или гостиницы, могут отправлять и получать сообщения электронной почты или выходить в Internet за определенную плату (если данное учреждение не обеспечивает бесплатный доступ). Быстрый рост числа общедоступных беспроводных сетей делает Internet доступным для пользователей, находящихся в зонах скопления людей.

Преобладающим для беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE S02.ll,различные версии которого регламентируют передачу данных в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Основная проблема, связанная с этим стандартом, состоит в том, что в должной мере не обеспечивается взаимодействие устройств, соответствующих его различным версиям. Так, адаптеры компьютерных устройств беспроводных локальных сетей стандарта 802.11а не обеспечивают соединения с компьютерными устройствами, соответствующими стандарту 802.lib. Существуют и другие нерешенные вопросы, связанные со стандартом 802.11, например недостаточная степень безопасности.

Для того чтобы как-то разрешить проблемы, связанные с применением устройств стандарта 802.11, организация "Альянс Wi-Fi" свела все его совместимые функции в единый стандарт, названный Wireless Fidelity (Wi-Fi).Если какое-то устройство беспроводных локальных сетей соответствует стандарту Wi-Fi, это практически гарантирует способность его совместной работы с другими устройствами, соответствующими стандарту Wi-Fi. Открытость стандарта Wi-Fi позволяет различным пользователям, применяющим разные платформы, работать в одной и той же беспроводной локальной сети, что чрезвычайно важно для общедоступных беспроводных локальных сетей.

Беспроводные региональные (городские) сети обслуживают зоны, по площади соответствующие городу. В большинстве случаев для выполнения приложений требуется фиксированное соединение, но иногда необходима мобильность. Например, в больнице такая сеть обеспечит передачу данных между основным корпусом и удаленными клиниками. Или энергетическая компания, используя ее в масштабах города, обеспечит доступ к нарядам на работу из различных его районов. Как результат, беспроводные региональные сети соединят существующие сетевые инфраструктуры воедино или позволят мобильным пользователям устанавливать соединения с уже существующей сетевой инфраструктурой.

Поставщики услуг беспроводного Internet (Wireless Internet Service Provider, WISP) предоставляют в распоряжение клиентов беспроводные региональные сети в городах и сельской местности для обеспечения постоянных беспроводных соединений для домашних пользователей и компаний. Беспроводные региональные сети показаны на рисунке Б.1 в приложении Б. Подобные сети имеют существенные преимущества перед обычными проводными соединениями (такими как цифровые абонентские линии (Digital Subscriber Line, DSL) и кабельные модемы), когда последние трудно установить. Они эффективны, когда ограничения, связанные с прокладкой проводных соединений, делают невозможным или слишком дорогим их применение.

Характеристики беспроводных региональных сетей различны. Соединения между строениями с использованием ИК-технологии могут обеспечивать скорость передачи данных 100 Гбит/с и более, у радиоканалов скорость передачи до 100 кбит/с, но на расстояния свыше 30 км (20 миль). Реальные же характеристики зависят от того, какой именно выбор был сделан среди многих технологий и компонентов.

Рынок предлагает множество патентованных решений для беспроводных региональных сетей, однако промышленность все же ориентируется на стандарты. Некоторые поставщики используют стандарт 802.11 в качестве основы создания беспроводных региональных сетей. Хотя системы этого стандарта оптимальны для удовлетворения требований, предъявляемым к сетям внутри зданий, они могут обеспечивать соединения и в масштабах города с использованием направленных антенн.

Сейчас все большее число компаний предпочитают системы стандарта IEEE 802.16. Это относительно новый стандарт, а соответствующие ему изделия не так давно появились на рынке. Предлагая стандартизированные решения для беспроводных региональных сетей со скоростью передачи порядка нескольких Мбит/с и на приемлемые расстояния, стандарт 802.16 со временем может стать общепринятым для беспроводных региональных сетей.

Беспроводные глобальные сети обеспечивают работу мобильных приложений с обеспечением доступа к ним в масштабе страны или даже континента. Руководствуясь экономическими соображениями, телекоммуникационные компании будут развертывать, по-видимому, относительно дорогую инфраструктуру беспроводной глобальной сети, способной обеспечить соединения на больших расстояниях для множества пользователей. Затраты на подобное развертывание могут быть распределены среди всех пользователей, вследствие чего абонентская плата окажется невысокой.

Беспроводные глобальные сети имеют почти неограниченную сферу действия, что обеспечивается за счет кооперации многих телекоммуникационных компаний. Беспроводные глобальные сети представлены на рисунке Б.2 в приложении Б. Доступные соглашения по роумингу между телекоммуникационными операторами делают возможным установление протяженных соединений, обеспечивающих быструю передачу данных мобильным пользователем. Заплатив одному поставщику телекоммуникационных услуг, он может получить ограниченный доступ к ряду служб Internet через беспроводную глобальную сеть практически из любой точки мира.

Характеристики беспроводной глобальной сети относительно невысокие, типичная скорость передачи данных составляет 56 кбит/с, иногда до 170 кбит/с. Это аналогично уровню, обеспечиваемому при связи по коммутируемым телефонным линиям посредством модемов. Однако уже созданы специальные Web-порталы, эффективно работающие с потоковой информацией при посредстве компактных устройств и сетей с низкими характеристиками.

Скорость передачи данных в пересчете на одного пользователя беспроводных глобальных сетей относительно невысока, но в общем приемлема для небольших устройств (сотовых телефонов, PDA), которые имеют пользователи, нуждающиеся в связи через такую сеть. Меньшие размеры экрана и ограниченные вычислительные возможности сотовых телефонов не требуют высоких характеристик от сети.

Передача видеоизображения на небольшой экран сотового телефона или PDA может состояться и при меньшей скорости передачи данных.

Приложения, характерные для беспроводных глобальных сетей — это обеспечивающие доступ пользователей к Internet, передачу и прием сообщений электронной почты и доступ к корпоративным приложениям при нахождении пользователя вне дома или офиса. Абоненты могут, например, устанавливать соединения во время поездок в такси или прогулок по городу. Беспроводная глобальная сеть может осуществляться из мест, откуда нет доступа к сетям других типов, благодаря чему пользователь не регламентирован территориально.

Существует несколько конкурирующих, постепенно развивающихся стандартов по беспроводным глобальным сетям. Один из наиболее старых — это стандарт на сотовую систему передачи пакетов цифровых данных (Cellular Digital Packet Data, CDPD).Эта технология обеспечивает передачу данных через аналоговую систему сотовой телефонной связи со скоростью 19,2 кбит/с. Некоторые компании США все еще предлагают услуги CDPD, но эта система уже выходит из употребления, поскольку телекоммуникационные операторы переходят на системы телекоммуникаций третьего поколения (third generation, 3G), способные передавать данные со скоростями, измеряемыми уже в Мбит/с.

Одна из проблем, связанных с внедрением технологии беспроводных глобальных сетей, состоит в том, что сама по себе она не способна обеспечить связь для пользователей, находящихся в каких-либо помещениях. Поскольку элементы инфраструктуры этих сетей находятся вне помещений, радиосигналы в зданиях значительно ослабляются. В результате пользователи беспроводных глобальных сетей, находящиеся внутри зданий, могут вообще потерять возможность установления соединения или, в лучшем случае, характеристики связи значительно ухудшатся. Некоторые телекоммуникационные компании устанавливают системы беспроводных глобальных сетей внутри зданий, но обходится это дорого и технически не всегда оправданно.

Беспроводная линия связи

Беспроводные линии связи используют для передачи данных радиоволны либо инфракрасное излучение. Каналы связи строятся с помощью передатчика и приемника соответствующих радиоволн, а отличаются используемым частотным диапазоном и дальностью, на которую возможна передача.

Беспроводная линия связи строится в соответствии с достаточно простой схемой.

Рисунок 1. Беспроводная линия связи.

Каждый узел оснащается антенной, которая одновременно является передатчиком и приемником электромагнитных волн. Электромагнитные волны распространяются в атмосфере или вакууме со скоростью 3 х108 м/с во всех направлениях или же в пределах определенного сектора.

Направленность или ненаправленность распространения зависит от типа антенны. На рисунке 1 показана параболическая антенна,которая является направленной.Другой тип антенн — изотропные антенны,представляющие собой вертикальный проводник длиной в четверть волны излучения, являются ненаправленными.Они широко используются в автомобилях и портативных устройствах. Распространение излучения во всех направлениях можно также обеспечить несколькими направленными антеннами.

Так как при ненаправленном распространении электромагнитные волны заполняют все пространство (в пределах определенного радиуса, определяемого затуханием мощности сигнала), то это пространство может служить разделяемой средой.Разделение среды передачи порождает те же проблемы, что и в локальных сетях, однако здесь они усугубляются тем, что пространство в отличие от кабеля является общедоступным, а не принадлежит одной организации.

Кроме того, проводная среда строго определяет направление распространения сигнала в пространстве, а беспроводная среда является ненаправленной.

Для передачи дискретной информации с помощью беспроводной линии связи необходимо модулировать электромагнитные колебания передатчика в соответствии с потоком передаваемых битов. Эту функцию осуществляет DCE-устройство, располагаемое между антенной и DTE-устройством, которым может быть компьютер, коммутатор или маршрутизатор компьютерной сети.

Преимущества беспроводных коммуникаций

Возможность передавать информацию без проводов, привязывающих (в буквальном смысле этого слова) абонентов к определенной точке пространства, всегда была очень привлекательной. И как только технические возможности становились достаточными для того, чтобы новый вид беспроводных услуг приобрел две необходимые составляющие успеха — удобство использования и низкую стоимость, — успех ему был гарантирован.

Последнее тому доказательство — мобильная телефония.Первый мобильный телефон был изобретен еще в 1910 году Ларсом Магнусом Эрикссоном (Lars Magnus Ericsson). Этот телефон предназначался для автомобиля и был беспроводным только во время движения. Однако в движении им нельзя было пользоваться, для разговора нужно было остановиться, выйти из автомобиля и с помощью длинных жердей присоединить телефон к придорожным телефонным проводам. Пример первого мобильного телефона показан на рисунке В.1 в Приложении В. Понятно, что определенные неудобства и ограниченная мобильность воспрепятствовали коммерческому успеху этого вида телефонии.

Прошло много лет, прежде чем технологии радиодоступа достигли определенной степени зрелости и в конце 70-х обеспечили производство сравнительно компактных и недорогих радиотелефонов. С этого времени начался бум мобильной телефонии, который продолжается в настоящее время.

Беспроводная связь не обязательно означает мобильность. Существует так называемая фиксированная беспроводная связь,когда взаимодействующие узлы постоянно располагаются в пределах небольшой территории, например определенного здания. Фиксированная беспроводная связь применяется вместо проводной, когда по какой-то причине невозможно или невыгодно использовать кабельные линии связи. Причины могут быть разными. Например, малонаселенная или труднодоступная местность — болотистые районы и джунгли Бразилии, пустыни, крайний Север или Антарктида еще не скоро дождутся своих кабельных систем. Другой пример — здания, имеющие историческую ценность, стены которых непозволительно подвергать испытанию прокладкой кабеля. Еще один часто встречающийся случай использования фиксированной беспроводной связи — получение доступа к абонентам, дома которых уже подключены к точкам присутствия существующих уполномоченных операторов связи. Наконец, организация временной связи, например, при проведении конференции в здании, в котором отсутствует проводной канал, имеющий скорость, достаточную для качественного обслуживания многочисленных участников конференции.

Беспроводная связь уже достаточно давно используется для передачи данных. До недавнего времени большая часть применений беспроводной связи в компьютерных сетях была связана с ее фиксированным вариантом. Не всегда архитекторы и пользователи компьютерной сети знают о том, что на каком-то участке пути данные передаются не по проводам, а распространяются в виде электромагнитных колебаний через атмосферу или космическое пространство. Это может происходить в том случае, когда компьютерная сеть арендует линию связи у оператора первичной сети, и отдельный канал такой линии является спутниковым или наземным СВЧ-каналом.

Начиная с середины 90-х годов достигла необходимой зрелости и технология мобильных компьютерных сетей.С появлением стандарта IEEE 802.11 в 1997 году появилась возможность строить мобильные сети Ethernet, обеспечивающие взаимодействие пользователей независимо от того, в какой стране они находятся и оборудованием какого производителя они пользуются. Пока такие сети еще играют достаточно скромную роль по сравнению с мобильными телефонными сетями, но аналитики предсказывают их быстрый рост в ближайшие годы.

Беспроводные сети часто связывают с радиосигналами,однако это не всегда верно. Беспроводная связь использует широкий диапазон электромагнитного спектра, от радиоволн низкой частоты в несколько килогерц до видимого света, частота которого составляет примерно 8 х 1014 Гц.