Волощук Л.А., Сперанский В.А.

Одесская государственная академия холода

Использование беспроводных коммуникаций в региональных компьютерных сетях

Несмотря на простоту и доступность построения проводных сетей, возникают ситуации, когда необходимо использование беспроводной связи. Существует несколько стандартов беспроводных сетей и проблема оптимального выбора беспроводного стандарта и конфигурации сети.

Целью данной публикации является обзор вариантов построения беспроводной сети от масштаба малого офиса до покрытия целого региона.

Выбор беспроводной технологии зависит от расстояния между сетевыми узлами, препятствий и помех, находящихся на пути сигнала, требований к скорости взаимодействия. Рассмотрим беспроводные технологии и приведем их сравнительные характеристики по следующим пунктам: пропускная способность; максимальное действующее расстояние; помехоустойчивость; проникающая способность сигнала; экологический фактор.

Для обеспечения связи на открытом пространстве на расстояния до 100 метров или в небольшом помещении на скорости до 0,7 Мб/с используют стандарт IEEE 802.15 – Bluetooth, который называется персональная сеть. [1] Практически реализуется в виде адаптеров, подключаемых к ПК, например USB-брелоки. В конце 2004 года появилось продолжение стандарта – Bluetooth 2, с максимальной скоростью передачи данных до 3 Мб/с при максимальном расстоянии 100 м. [2]

Расстояние, на которое может передаваться сигнал, значительно сокращается, между устройствами, разделенными преградами или в условиях помех. Рабочая частота передачи данных 2,4 ГГц вместе с низкой мощностью передающего устройства обеспечивает низкий уровень влияния на окружающую среду.

Стандарты 802.11a и 802.11b обеспечивают работу на расстояния до 100 и 300 м, на частотах 5 и 2,4 ГГц, со скоростями 54 Мб/с и 11 Мб/с соответственно на открытом пространстве и приблизительно втрое меньшие расстояния в помещениях. [3, 5] В условиях высокочастотных помех действующее расстояние для устройств данных стандартов еще больше сокращается. Максимально достигаемая реальная средняя скорость передачи данных обычно составляет 50 % от заявленной в стандарте. [4]

Следующая версия – стандарт 802.11g – рабочее расстояние до 300 м на открытом пространстве, скорость до 54  Мб/с, рабочая частота 2,4 ГГц. Безопасность обеспечивается алгоритмами шифрования TKIP и AES, реализованных в протоколах WEP и WPA. [3] На практике связь удается поддерживать на расстоянии до 700 м при отсутствии сильных электромагнитных помех, а с использованием специализированных антенн – до десятков километров. Этим свойством беспроводных сетей пользуются для хищения информации (warflying, wardriving), поэтому необходимо уделять большое внимание настройке системы безопасности беспроводной сети.

Еще один стандарт беспроводных сетей – 802.11n. Предварительная спецификация определяет рабочие частоты 2,4 и 5 ГГц, использование технологии MIMO для передачи данных одновременно по нескольким каналам на разных частотах, предельную скорость передачи до 600 Мб/с, максимальное расстояние как в стандарте 802.11g, повышенные требования к безопасности. Данный стандарт будет обратно совместимым с 802.11 a/b/g. [6]

Беспроводная сеть масштаба города обеспечивается стандартом IEEE 802.16 – WiMax. По нескольким спецификациям занимает диапазоны частот от 2 до 11 ГГц, 5,1-5,8 ГГц и 10-66 ГГц, максимальное рабочее расстояние до 50 км, скорость передачи, в зависимости от стандарта составляет от 2 до 100 Мб/с. [7] Предусмотрены случаи, когда устройство связи пользователя фиксировано – стандарт IEEE 802.16–2004, или имеет возможность изменять свое местонахождение – стандарт IEEE 802.16e.

IEEE 802.22 – стандарт построения региональных сетей (RAN). В первой редакции максимальное рабочее расстояние достигает 100 км, скорость передачи данных до 18 Мб/с, диапазон рабочих частот от 54 до 862 МГц. Абонентское приемное устройство должно иметь постоянное местоположение и антенну на высоте не менее 10 м. Разработка этого стандарта начата еще не завершена. [9]

Общая сравнительная характеристика основных параметров стандартов беспроводной связи приведена в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика стандартов беспроводной связи

Стандарт (год принятия)	Рабочая частота, ГГц	Скорость передачи данных	Максимальное расстояние (открытое пространство / помещение)	Помехоустойчивость	Проникающая способность
802.15.1 (2001) (Bluetooth 1.1)	2,4	721 / 57,6 кб/с (полудуплекс) 432,6 кб/с (дуплекс)	100 / 10 м	Низкая	Высокая
Bluetooth 2.X (2005)	2,4	До 3 Мб/с	100 / 10 м	Низкая	Высокая
802.11g (2001)	2,4	54 Мб/с	300 / 100 м	Низкая	Высокая
802.11n (2007)	2,4 и 5	600 Мб/с	300 / 100 м	Низкая	Высокая
802.16 (2001-2004)	2,5 / 3,5 / 5,1-5,8 / 11-66	2 - 100 Мб/с	до 50 км	Низкая	Высокая
802.22 (2007)	0,054 – 0,862	18 Мб/с	30 – 100 км	Высокая	Невысокая

Проведенный анализ возможностей построения беспроводных сетей позволяет сделать следующие выводы:

1. Применение сетей WiFi целесообразно внутри помещений и для соединения соседних зданий в силу их низкой стоимости и простоты инсталляции.

2. Для объединения между собой сетей WiFi следует использовать стандарт WiMax или 802.22, поскольку они позволяют достигать большую площадь покрытия.

3. На сегодняшний день нет единого подхода к исследованию возможности проектирования беспроводных сетей в условиях реально существующих помех, несмотря на наличие информации о любых существующих стандартах беспроводных сетей, что требует дальнейшего анализа и разработки.

Литература

1. IEEE 802.15 WPAN Task Group 1 (TG1)

http://www.ieee802.org/15/pub/TG1.html

2) Bluetooth v 2.0/EDR – хорошо доделанное старое

http://www.3dnews.ru/communication/bluetooth_2_0/

3) Железобетон - враг WLAN http://www.oszone.net/3259/

4) WiFi: беспроводные сети

http://www.nix.ru/support/faq/show_articles.php?number=596

5) Рынок WLAN: прогнозы и перспективы

http://www.compress.ru/Archive/CP/2005/5/44/

6) 802.11n Delivers 600Mbps Per Radio for WiFi Internet Services

http://www.bbwexchange.com/pubs/2006/08/25/page1377-197160.asp

7) WiMax: The Race Is On! Approval of the full IEEE 802.16 standard and the formation of the WiMAX Forum pave the way for BWA into the mainstream.

http://www.elecdesign.com/Articles/ArticleID/9096/9096.html

8) Опасны ли для здоровья человека беспроводные cети?

http://www.comptek.ru/wireless/info/health.html