Беспроводные ЛВС. Типовые решения и конфигурации. Метод доступа и типы радиоканалов

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.

Построение сетей с использованием радиоканалов

При отсутствии направленной антенны и отсутствии препятствий на пути радиоволны, распространение происходит равномерно во все стороны, и мощность сигнала падает пропорционально квадрату расстояния между приемником и источником. Типовые варианты построения показаны на рис. 2.45 – 2.46.

Традиционно используются следующие диапазоны:

ü 902-928 МГц – 10 км., 64 Кбит/с

ü 2,4/12 ГГц – 50 км., 8 Мбит/с

 

Рис. 2.45.

 

Рис. 2.46.

Различают FMD – частотное мультиплексирование и TMD – временной мультиплексирование при построении беспроводной сети.

 

Классы (типы) беспроводных сетей (рис. 2.47)

Рис. 2.47.

 

Ключевое отличие между WLAN и WPAN заключается в диапазоне частот и характеристиках системы (диапазоны – 2,4; 5 ГГц). При развертывании не требуется частотное планирование. Обычно беспроводные сетевые технологии группируются в три типа, различающиеся по масштабу действия их радиосистем, но все они с успехом применяются в бизнесе.

ü PAN (персональные сети) — короткодействующие, радиусом до 10 м сети, которые связывают ПК и другие устройства — КПК, мобильные телефоны.(пример Bluetooth)

ü WLAN (беспроводные локальные сети) — радиус действия до 100 м. С их помощью реализуется беспроводной доступ к групповым ресурсам в здании, университетском кампусе и т. п. Основной стандарт для WLAN — 802.11.

ü WWAN (беспроводные сети широкого действия) — беспроводная связь, которая обеспечивает мобильным пользователям доступ к их корпоративным сетям и Интернету. (GPRS)

 

Беспроводная сеть при относительно малых расстояниях может использовать метод доступа, подобный CSMA (случайный метод доступа с контролем несущей). Но когда расстояние между приемником и источником сравнимо с радиусом надежной связи, метод CSMA приводит к проблеме засвеченной станции.

Существует несколько разновидностей методов доступа, которые базируются на MACA. Эта схема предусматривает то, что отправитель запрашивает у получателя посылку короткого кадра, который будучи принятым соседями предотвращает их передачу на время последующей работы (CSMA/CA).

Стандарт обеспечивает также использование одного из 2х типов радиоканалов, которые используют технологию расширения спектра и приводят к уменьшению среднего значения спектральной плотности мощности сигнала за счет распределения энергии в более широкой полосе частот.

Первый вариант радиоканала – FHSS: предусматривает двухуровневую частотную модуляцию, если частота сигнала изменяется при длительности сообщения в 1 мкс. По закону Гаусса от номинальной частоты до частоты + 170 кГц и возвращается обратно к номиналу.

Второй радиоканал – DSSS: используют фазовую манипуляцию каждым единичным битом, если единичный бит представляется 11-элементным кодом Баркера: 11100010010. Элементарные биты кода Баркера не переносят фактически информацию, а позволяет придать сигналу свойство шума, тем самым обеспечивая его помехоустойчивость. Радиус соты зависит от высоты точки доступа, может достигать 500 м.; одна точка доступа может обслуживать от 15 до 250 рабочих станций.

 

 

15.Характеристика стандартов беспроводных ЛВС. IEEE 802.11a/b.

Спектр, используемый для связи длин волн делится на несколько диапазонов:

высокочастотный от 3 до 30МГц

VHF от 30 до 100 МГц

UHF от 100 до 1ГГц

микроволновый от 1ГГц до 1011Гц

микрометровый

Инфракрасный

Если не используется направленная антенна и на пути нет препятствий, то радиоволна распространяется по всем направлениям равномерно и сигнал, на даёт пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приёмником.

На распространение сигнала влияет поглощение земной атмосферы и состояние климата, т.е. дождь, снег, туман, град могут привести к прерыванию связи.

Поглощение атмосферы создаёт естественное ограничение максимальной исполняющей частоты 30ГГц. Атмосферные шумы, связанные с грозами, влияют на частоте до 2-х МГц. Галактический шум влияет на частотах до 200ГГц.

Кроме стандарта 802.11 существуют 2 альтернативных стандарта, которые используются для построения вычислительных сетей:

ü Home RF – обеспечивает скорость до 10 Мбит/с и расстояние до 50 м.;

ü Bluetooth – скорость передачи – 720 Кбит/с и радиус действия до 10 м.

Список стандартов

При описании стандарта, в скобках указан год его принятия.

·802.11— Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997)

·802.11a— 54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001)

·802.11b— Улучшения к 802.11 для поддержки 5,5 и 11 Мбит/с (1999)

·802.11c— Процедуры операций с мостами; включен в стандартIEEE 802.1D(2001)

·802.11d— Интернациональные роуминговые расширения (2001)

·802.11e— Улучшения:QoS, включение packet bursting (2005)

·802.11F—Inter-Access Point Protocol(2003)

·802.11g— 54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003)

·802.11h— Распределенный по спектру 802.11a (5 GHz) для совместимости в Европе (2004)

·802.11i— Улучшенная безопасность (2004)

·802.11j— Расширения для Японии (2004)

·802.11k— Улучшения измерения радио ресурсов

·802.11l— Зарезервирован

·802.11m— Поддержание эталона; обрезки

·802.11n— Увеличение скорости передачи данных (600 Мбит/c). 2,4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g. Особенно распространён на рынке в США в устройствахD-Link,CiscoиApple. (сентябрь 2009)

EEE 802.11a — стандарт сетей Wi-Fi. Использует частотный диапазон 5 ГГц

Несмотря на то, что эта версия используется не так часто из-за стандартизации IEEE 802.11b и внедрения 802.11g, она также претерпела изменения в плане частоты и модуляции.OFDM позволяет передавать данные параллельно на множественных подчастотах. то позволяет повысить устойчивость к помехам и поскольку отправляется более одного потока данных, реализуется высокая пропускная способность.

IEEE 802.11а может развивать скорость вплоть до 54 Мб/с в идеальных условиях. В менее идеальных условиях (или при чистом сигнале) устройства могут вести связь со скоростью 48 Мб/с, 36 Мб/с, 24 Мб/с, 18 Мб/с, 12 Мб/с и 6 Мб/с.

Стандарт IEEE 802.11a несовместим с 802.11b и 802.11g.

Выбор стандарта: 802.11a, 802.11b, 802.11g или их комбинации.

Решения на базе самого широко распространенного стандарта, 802.11g, работают в том же 2,4-ГГц диапазоне, что и выпускавшиеся ранее продукты 802.11b, но их скорость передачи данных существенно выше — до 54 Мбит/с (11 Мбит/с у продуктов «b»). Устройства 802.11b и 802.11g взаимосовместимы, хотя на практике пропускная способность смешанной сети ниже, чем у «чистой» сети «g».

Третья технология, 802.11a, обеспечивает передачу данных со скоростью 54 Мбит/с, как и 802.11g. Дальность действия устройств 802.11g в целом больше, чем у 802.11a, но они располагают только тремя неперекрывающимися каналами в 2,4-ГГц диапазоне. Оборудование 802.11a работает в 5-ГГц диапазоне и обеспечивает выбор из 12 неперекрывающихся каналов, поэтому в малом пространстве с высокой концентрацией клиентов можно расположить больше узлов доступа 802.11a, не беспокоясь о наложении и конфликтах сигналов.

 

16.Характеристика стандартов беспроводных ЛВС. IEEE 802.11g. Функции DCF и PCF. Алгоритм RTS/CTS.

Спектр, используемый для связи длин волн делится на несколько диапазонов:

высокочастотный от 3 до 30МГц

VHF от 30 до 100 МГц

UHF от 100 до 1ГГц

микроволновый от 1ГГц до 1011Гц

микрометровый

Инфракрасный

Если не используется направленная антенна и на пути нет препятствий, то радиоволна распространяется по всем направлениям равномерно и сигнал, на даёт пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приёмником.

На распространение сигнала влияет поглощение земной атмосферы и состояние климата, т.е. дождь, снег, туман, град могут привести к прерыванию связи.

Поглощение атмосферы создаёт естественное ограничение максимальной исполняющей частоты 30ГГц. Атмосферные шумы, связанные с грозами, влияют на частоте до 2-х МГц. Галактический шум влияет на частотах до 200ГГц.

Кроме стандарта 802.11 существуют 2 альтернативных стандарта, которые используются для построения вычислительных сетей:

ü Home RF – обеспечивает скорость до 10 Мбит/с и расстояние до 50 м.;

ü Bluetooth – скорость передачи – 720 Кбит/с и радиус действия до 10 м.

IEEE 802.11g

Стандарт IEEE 802.11g унаследовал самые лучшие свойства стандартов IEEE 802.11a и IEEE 802.11b и обладает многими собственными полезными качествами. Целью создания данного стандарта было достижение скорости передачи данных 54 Мбит/с. Как и IEEE 802.11b, стандарт IEEE 802.11g разработан для работы в частотном диапазоне 2,4 ГГц. IEEE 802.11g предписывает обязательные и возможные скорости передачи данных:

обязательные — 1, 2, 5.5, 6, 11, 12, 24 Мбит/с;

возможные — 33, 36, 48 и 54 Мбит/с.

Для достижения таких показателей используется кодирование с помощью последовательности дополнительных кодов (CCK), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), метод гибридного кодирования (CCK-OFDM) и метод двоичного пакетного сверточного кодирования (PBCC). Стоит отметить, что одной и той же скорости можно достичь разными методами, однако обязательные скорости передачи данных достигаются только с помощью методов CCK и OFDM, а возможные скорости — с помощью методов CCK-OFDM и PBCC.

Преимуществом оборудования стандарта IEEE 802.11g является обратная совместимость с оборудованием IEEE 802.11b.

Организовать совместный доступ к среде передачи просто. Для этого необходима обеспечить, чтобы все узлы передавали данные только тогда, когда среда свободна. Но возможна ситуация, когда несколько рабочих станций решат, что среда свободна и начнут одновременно передачу, что приведёт к неизбежной коллизии. Для повышения эффективности необходимо снизить вероятность коллизий и гарантировать равноправный доступ всех станций к общей среде передачи данных. Одним из вариантов является функция DCF – функция распределённой координации.

Для выбора промежутка обратного отсчета каждый узел формирует окно контурного доступа CW, который используется для определения количества тайм-слотов, которых выживает станция. Т.е. окно CW – диапазон выбора количества тайм-слотов, минимальное значение равно 31, максимальное 1023 тайм-слотам.

Но вероятность коллизий всё же остаётся, поэтому после каждого успешного приёма кадра принимается сторона через короткий промежуток времени SISF подтверждает успешный приём посылая ответную квитанцию ACK

Из-за наличия естественных препятствий возможна ситуация, когда узлы не будут слышать друг друга непосредственно или напрямую. Такие узлы называются скрытыми и для разрешения этой проблемы используется RTS/CTS.

В соответствии с этим алгоритмом каждый узел сети перед тем, как послать данные, сначала отправляет короткое сообщение RTS, которое означает готовность узла к отправке данных.

RTS-сообщение содержит информацию о продолжительности предстоящей передаче, об адресате и доступно всем станциям сети.

Приёмная станция на сигнал RTS посылает квитанцию CTS, которая свидетельствует о готовности станции к приёму.

 

 

1. Характеристика стандартов беспроводных ЛВС. IEEE 802.11n

Спектр, используемый для связи длин волн делится на несколько диапазонов:

высокочастотный от 3 до 30МГц

VHF от 30 до 100 МГц

UHF от 100 до 1ГГц

микроволновый от 1ГГц до 1011Гц

микрометровый

Инфракрасный

Если не используется направленная антенна и на пути нет препятствий, то радиоволна распространяется по всем направлениям равномерно и сигнал, на даёт пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приёмником.

На распространение сигнала влияет поглощение земной атмосферы и состояние климата, т.е. дождь, снег, туман, град могут привести к прерыванию связи.

Поглощение атмосферы создаёт естественное ограничение максимальной исполняющей частоты 30ГГц. Атмосферные шумы, связанные с грозами, влияют на частоте до 2-х МГц. Галактический шум влияет на частотах до 200ГГц.

Кроме стандарта 802.11 существуют 2 альтернативных стандарта, которые используются для построения вычислительных сетей:

ü Home RF – обеспечивает скорость до 10 Мбит/с и расстояние до 50 м.;

ü Bluetooth – скорость передачи – 720 Кбит/с и радиус действия до 10 м.

Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g(максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с применяя передачу данных сразу по четырем антеннам. По одной антенне, до 150 Мбит/с.

У стройства 802.11n работают в диапазонах 2,4—2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:

·наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

·смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

·«чистом» режиме — 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).

Черновую версию стандарта 802.11n (DRAFT 2.0) поддерживают многие современные сетевые устройства. Итоговая версия стандарта (DRAFT 11.0), которая была принята 11 сентября 2009 года, обеспечивает скорость до 600 Мбит/с, Многоканальный вход/выход, известный, как MIMO и большее покрытие. На 2011 год, имеется небольшое количество устройств соответствующих финальному стандарту.