Беспроводные сети

Низкая стоимость, быстрота развертывания, широкие функциональные возможности, IP-телефония – все это делает беспроводную технологию одним из самых быстрорастущих телекоммуникационных направлений. Современные беспроводные сети позволяют решить множество задач: организация сети внутри помещения, распределенные сети масштаба города, региона, страны.

Беспроводные технологии выгодно отличаются от кабельных технологий следующими показателями:

1. Экономическая целесообразность. Беспроводная технология стоит дешевле прокладки кабеля.

2. Территориальный аспект. Часто нецелесообразно или невозможно проложить кабель.

3. Мобильность. Радиооборудование легко устанавливается и демонтируется при переезде абонента на новое место.

4. Оперативность. Установка радиооборудования и подключение к сети занимает 2-3 дня, прокладка кабеля и подключение от 30 до 60 дней.

5. Ликвидность оборудования. При ликвидации радиооборудование можно продать, а проложенный кабель – это средства, «закопанные в землю».

6. Высокая скорость передачи данных. Радиосети позволяют передавать данные со скоростью до 2 Мбит/сек. и выше.

7. Надежность. Радиооборудование, работающее на сверхвысоких частотах, обеспечивает высокое качество связи. Вопросы безопасности решаются аналогично проводным сетям.

8. Доступность. Эксплуатация имеющихся беспроводных сетей показала их доступность для всех: мелких и средних предприятий, банков и т.д.

9. Совместимость с существующими кабельными сетями позволяет выполнить интеграцию с Интернетом, IP-телефонией, корпоративными сетями.

10. Зона покрытия. Размещение базовых станций позволяет расширить доступ и подключить новых абонентов.

Технологически беспроводные сети обеспечивают два режима: реальное время и коммутацию пакетов, то есть могут обеспечить прямое соединение и передачу данных. Топология сетей зависит от типа оборудования.

Многие производители телефонного оборудования и компьютерных сетей выпустили на рынок ряд беспроводных технологий. Заметим, что беспроводные сети для Интернет – это сети мобильной сотовой связи.

Сети 1G – аналоговая сотовая связь - уже практически повсеместно закрыта.

2G (GG - Global Graph) – второе поколение мобильной связи, которые реализуют стандарты цифровой связи (например, GSM, DAMPS), основная задача которых — передача голоса. Сеть 2G позволила взаимодействовать с компьютерами, не думая о соединительных кабелях. В сетях 2G возможна передача данных, но с небольшой скоростью. Скорость передачи данных в сетях стандарта GSM составляет 9,6 Кбит/сек. В настоящее время разработаны технологии более быстрой передачи данных. Максимальная скорость передачи данных – 240 кбит/сек.

Сети 3G (GGG -Giant Global Graph) направленны на передачу данных. Тимоти Бернс Ли предложил концепцию Гигантского Глобального Графа, суть которой сводится к разработке единой модели, описывающей взаимные связи всех пользователей Сети. Не надо сосредоточивать внимание на связях сайтов друг с другом, а на непосредственном взаимодействии пользователей Интернета. Сеть 3G обеспечивает безопасный удаленный доступ к корпоративным сетям, почте, Интернету, базам данных и другие услуги. Максимальная скорость передачи данных – 10мбит/сек.

В России сети 3G только начинают строиться, а за рубежом уже внедряют сети 4G.

Сети четвертого поколения сотовой связи (4G – гигабайтный GGG) ориентированны на VoIP связь, мобильные платежные системы, web-приложения, интерактивное телевидение и т.д. Тем самым 4G реализует второе поколение Интернета. Максимальная скорость передачи данных – 1 гбит/сек.

Во время Олимпиады в 2008 году в Пекине, минуя этап внедрения 3G, активно использовали сети четвёртого поколения. Исследовательский проект по переходу от 3G к 4G был инициирован Китаем в 2001 г., в рамках национальной программы. Запуск системы обошелся в $19,2 млн. Построенная сеть 4G обеспечивает скорость беспроводной передачи данных в 100 Мбит/c, что сопоставимо со скоростью, которую позволяют достичь оптико-волоконные технологии. С технической точки зрения, основное отличие сетей четвёртого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу голосового трафика и «пакетов». Технология 4G, в частности, позволит абонентам смотреть многоканальные телетрансляции высокой чёткости, управлять домашней бытовой техникой с помощью мобильного устройства и т.д.

Еще в 2005 году японская компания NTT DoCoMo сообщила об успехах в работе над новым стандартом беспроводной связи. Были проведены удачные эксперименты по передаче данных на скорости 100 Мбит/сек по беспроводным каналам сети 4G. В настоящее время практически все ведущие компании во всех странах проводят эксперименты по переходу к сетям 4G.

Рассмотрим наиболее распространенные технологии беспроводных сетей.

GPRS – General Packet Radio Service – пакетная радиосвязь общего пользования является надстройкой над технологией мобильной связи GSM. GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) — глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMA и высокой степенью безопасности благодаря шифрованию с открытым ключом. Осуществляет пакетную передачу данных. Позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, включая Интернет. Тарифы устанавливаются по объему переданных данных. Пакеты данных передаются по голосовому каналу, поэтому скорость передачи зависит от загрузки сети. На время передачи данных абоненту выделяется виртуальный канал (VPN), по окончании передачи он отдается другим. Мобильный телефон выступает как клиент сети и ему присваивается IP адрес (постоянный или динамический). Пользователи сети GPRS получают возможность доступа к корпоративным сетям, удаленным базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.

Сеть GPRS относится к 2G сетям.

CDMA – Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением, стандарт сотовой сети. В данной технологии разделяется не время, а трафик. Пользователю выделяется числовой код трафика. Так как у каждого пользователя свой код, они используют весь трафик, не влияя друг на друга. Эта технология была разработана в СССР в 1935 г. Д.В. Агеевым. Использовалась в военных системах связи. При появлении мобильной связи стала использоваться в сотовых сетях. Обеспечивает услуги голосовой связи, передачу данных, работу с электронной почтой, Интернетом, удаленными базами данных, передачу видео данных. Эта технология может привести к эволюции сотовых систем связи, так как обеспечивает высокое качество речи и видео, высокую помехозащищенность, устойчивость канала связи от прослушивания и перехвата.

EDGE – Enhanced Data rates for GSM Evolution – цифровая технология для мобильной связи, которая функционирует как надстройка над GPRS сетями. Технология обеспечивает передачу данных со скоростью 474 Мбит/сек в режиме пакетной коммутации, что обеспечивает стандарт сети 3G. Наиболее активно технология EDGE использовалась операторами Северной Америки. Для ее использования нужны мобильные телефоны, работающие в стандарте EDGE. Ряд отечественных операторов использовали EDGE технологии (Мегафон, Билайн, МТС и др.).

UMTS –Universal Mobile Telecommunications Systems – стандарт сотовой сети, реализующий третье поколение мобильной телефонной связи -3G, ориентированной на передачу данных. Обеспечивает радиосвязь и несущую сеть. Радиосвязь состоит из мобильного оборудования и базовых станций. Последние обеспечивают передачу коммутируемых пакетов данных. Несущая сеть соединяет базовые станции и создает соединение с сетью ISDN и Интернетом. Предполагается, что UMTS заменит стандарт сотовой сети GSM, так как поддерживает различные протоколы передачи (например, TCP/IP) в комбинации с мобильностью.

Bluetooth – голубой зуб. Адаптер и технология названы по имени датского короля викингов Harald Blutend (по английски – Bluetooth). Обеспечивает обмен информацией между карманными и обычными компьютерами, мобильными телефонами, ноутбуками с принтерами, цифровыми фотоаппаратами, наушниками. Позволяет общаться с устройствами, когда они находятся в радиусе до 10 – 100 м друг от друга в разных помещениях. Дальность связи зависит от преград и помех. Обеспечивает передачу данных через твердые неметаллические объекты. Обеспечивает универсальный мост к существующим сетям передачи данных. Обеспечивает дешевую, устойчивую связь для работы с голосом и передачи пакетов данных. Позволяет создать домашнюю локальную сеть, называемую PAN – Private area networks, подсоединив бытовые приборы к компьютеру и управляя их работой с мобильного телефона. Дает возможность работать с почтой, полученной на карманном компьютере или мобильном телефоне, на компьютере. Позволяет реализовать концепцию «цифрового дома», в котором посредством голосовых команд можно управлять любой бытовой техникой. Эта технология создана Sony Ericson, IBM, Intel, Toshiba, Nokia, к которым затем присоединились другие компании.

Технология WIBree (Wi – от английского wireless – беспроводной, bree – по староанглийски – перекресток) представлена компанией Nokia в 2006 г. Она основывается на стандарте Bluetooth. Предполагается, что данный стандарт станет открытым для беспроводных сетей.

Wi-Fi – Wireless Fidelity – беспроводная надежность – стандарт на оборудование беспроводных сетей по стандарту 802.11. Создан в 1991 г. компаниями NCR и AT&T. С 2005 г. cтал обеспечивать IP-телефонию (стандарт VoIP) в корпоративных сетях. Используются как горячие точки высокоскоростного доступа (хотспот) к сотовой сети и Интернету по всему миру в так называемых Wi-Fi кафе. Но их покрытие можно считать точечным по сравнению с сотовыми сетями. Точки доступа делятся на три группы: linus – выделяющие бесплатный доступ к Интернету, bills –продающие свой частотный диапазон доступа к Интернет, и aliens – использующие доступ к Интернет через bills (аналогично пиринговым сервисам). В настоящее время строятся свободные Wi-Fi сети (хотзоны), объединяющие точки доступа предприятия (например, университеты), муниципалитета, города, страны. Преимущество этой технологии в том, что она широко распространена на рынке. MS Windows поддерживает Wi-Fi посредством драйверов. Интерфейс для настройки и управления зависит от версий Windows и Windows NT. Пользователю достаточно купить Wi-Fi карту клиента.

IrDA – Infrared Data Assosiation – инфракрасный порт (ИК порт). Представляет собой передатчик в виде светодиода и приемник в виде фотодиода. Он служит для связи компьютера с мобильным телефоном и другими устройствами. С помощью ИК порта можно управлять телевизором, видеомагнитофоном, мобильным телефоном, ноутбуком, цифровым фотоаппаратом и т. д. Программное обеспечение для запуска ИК порта продается вместе с мобильным телефоном, или отдельно. Его можно скачать из Интернета. Если ИК порт не встроен в компьютер или телефон, надо приобрести ИК адаптер, который подключается через USD, или COM порт, или в специальный разъем материнской платы. Является самой распространенной технологией беспроводного соединения компьютеров и периферийных устройств, позволяет подключиться к локальным сетям. При помощи сотового телефона, оборудованного ИК приемником/передатчиком и модемом (например, SIEMENS 25/35, Nokia 6250) можно входить в Интернет в режиме dial-up. ИК порты компьютера и мобильного телефона должны размещаться на расстоянии до 1 м. Недостатки – дороговизна и низкая скорость передачи. Инициатором создания IrDA технологии стала компания Hewlett Packard в 1993 г.

WiMAX – Worldwide Interoperability for Microwave Access – фиксированный беспроводной доступ для решения задачи последней мили (беспроводного подключения абонентов к сетям передачи данных и телефонным сетям). Относится к 4G сетям. Внедряется компанией Yota. Оборудование состоит из базовой станции и приемника. Приемник – антенна и карта WiMAX для компьютера. Базовая станция использует стандарт 802.16, который обеспечивает подключение к Интернету через публичные точки доступа стандарта 802.11. Дальность действия стандарта WiMAX до 50 км, что увеличивает зону покрытия и одновременное обслуживание одной базовой станцией многих пользователей. Технология поддерживает передачу голоса (протокол VoIP), видео, связь с Интернетом. Наибольший успех применения технологии ожидается в удаленных поселках и городах, куда проводить провод не рентабельно. Распространение в России и за рубежом затрудняется невозможностью освободить используемые широкополосные частоты для Интернет - вещания, отсутствием индустриальных стандартов и, как следствие, несовместимостью оборудования разных производителей. Более 350 промышленных групп занимаются продвижением этой технологии. Предполагается, что концепция гигабитного Интернета в сетях четвертого поколения сотовой связи 4G подтолкнет развитие связки WiMAX и Wi-Fi.

4G стандарта LTE находится на стадии апробации и поддерживается отечественными операторами мобильной связи.

Сотовые сети 4G обеспечивают работу практически всех беспроводных электронных устройств : фотоаппаратов, электронных книг, смартфонов, связь с автомобилем и т. д. Цифровой мир коммуникаций (connected world) должен обеспечить абоненту независимость как от типа устройства, так и от технологии передачи данных.

Существуют следующие типы беспроводных сетей:

PAN- персональные сети с радиусом действия до 10 м, связывающие мобильные телефоны, карманные и обычные компьютеры, принтеры и другие периферийные устройства. Наиболее перспективный стандарт – Bluetooth.

WLAN – Wireless LAN – беспроводные локальные сети с радиусом действия до 100 м. Обеспечивают доступ к групповым ресурсам в здании, университетском кампусе. Перспективный стандарт – 802.11.

WWAN – беспроводные сети широкого действия. Обеспечивает с мобильного телефона доступ к корпоративным сетям и Интернету. Доминирующего стандарта нет.

Одна из основных проблем, касающихся перспектив развития беспроводных сетей — наличие необходимого парка устройств, доступных пользователю. Все большее количество абонентов использует для работы с подобными сетями смартфоны и коммуникаторы — ибо многие возможности доступны только с «умных» устройств, оснащенных мощными процессорами. Примерно то же происходит и с телефонами, поддерживающими сети 3G. Из устройств «только для передачи голоса» они постепенно превращаются в инструменты приема и просмотра мультимедийного контента (содержимого). Идет конкурентная борьба между Микрософт, Китайскими и Японскими производителями информационных технологий, производителями сотовых телефонов за продвижение своих технологий на рынок.

В скором времени пользователям будут предложены устройства, объединяющие в себе развитые коммуникационные возможности, оперативную память от 256 Мб, карты памяти и дисплеи разрешения VGA (640х480 пикселей), клавиатуру, GPS-приемник и порт USB. Помимо этого, в смартфонах непременно будут установлены модули беспроводной связи. Обязательной станет и поддержка беспроводных протоколов передачи данных в сотовых сетях.