Беспроводные технологии: Wi-Fi и WiMAX

К концу 2000-х годов многим российским пользователям стали доступны две популярные беспроводные технологии: Wi-Fi и WiMAX. Первая появилась чуть раньше и сейчас распространена более широко, вторая - чуть позже и развивается преимущественно в крупных городах России. Рассмотрим их по порядку, обратив внимание на особенности применения, плюсы и минусы, сходства и различия. Мы не будем рассматривать стандарты существующих мобильных беспроводных сетей - это тема для отдельной статьи. Зато вкратце расскажем о перспективах развития Wi-Fi и WiMAX.

Начнем с преимуществ и недостатков беспроводных сетей по сравнению с традиционными. Главный плюс, что явствует из названия, - отсутствие проводов. Значит, не нужно прокладывать кабели, сверлить стены, монтировать каналы и короба и т. п. Сеть легко расширяется в отличие от проводных, где ограничением служит количество свободных портов в маршрутизаторах и концентраторах (хабах). Немаловажна и быстрота подключения нового абонента. Но больше всего в беспроводных сетях людей привлекает мобильность. К примеру, в настоящее время можно в течение получаса развернуть в квартире или офисе локальную сеть на базе Wi-Fi и обеспечить всем устройствам выход в Интернет.

Минусы тоже присутствуют. Во-первых, это проблемы со стабильностью связи. Стандартные домашние Wi-Fi-маршрутизаторы имеют радиус действия порядка нескольких десятков метров в помещении и до 100-200 метров снаружи. Однако некоторые электронные устройства (СВЧ-печь), различные препятствия (железобетонные стены), а также погодные явления (дождь) ослабляют уровень сигнала Wi-Fi- и WiMAX-сетей. Таким образом, будет сложно или даже невозможно обеспечить связь между абонентами, находящимися в соседних зданиях или на разных этажах. Для Wi-Fi-сетей можно купить мощный передатчик, но устройства мощностью свыше 100 мВт по российским законам нельзя использовать без регистрации в соответствующих надзорных органах. Так мы приходим ко второму минусу - юридическим аспектам использования частотного диапазона и параметров передатчиков/приемников беспроводных сетей, которые различны в разных странах.

Существует и проблема безопасности, в частности Wi-Fi-сетей. Дело в том, что популярный стандарт шифрования WEP относительно легко взламывается, а более совершенные протоколы WPA и WPA2 не поддерживают многие старые точки доступа. Четвертый минус - это достаточно высокое энергопотребление устройств при использовании Wi-Fi и WiMAX-сетей. Тем не менее плюсы в целом перевешивают минусы.

Wi-Fi (Wireless Fidelity/"беспроводная точность") - это торговая марка для беспроводных сетей, созданных на базе семейства стандартов IEEE 802.11. Начало протоколу было положено в Нидерландах в 1991 году, когда одна фирма представила беспроводные системы кассового обслуживания WaveLAN со скоростью передачи данных от 1 до 2 Мбит/с.

С тех пор IEEE 802.11 сильно эволюционировал. К примеру, популярный ныне стандарт протокола IEEE 802.11n, утвержденный 11 сентября 2009 года, позволяет передавать данные на теоретической скорости до 600 Мбит/с при одновременном использовании четырех антенн или 150 Мбит/с - при одной антенне. Реальная скорость, разумеется, оказывается в два-три раза меньше. При этом можно задействовать один из двух рабочих диапазонов частот - 2,4 или 5 ГГц. Кроме того, для 802.11n разработчики сохранили обратную совместимость с устаревшими стандартами 802.11a и 802.11b/g.

Работает сеть Wi-Fi следующим образом. Первым делом устанавливается Wi-Fi-передатчик или, по-другому, точка доступа (хотспот), к которому любым доступным способом подводится Интернет (кабель, спутник, WiMAX, мобильный Интернет). Далее точка доступа сама становится источником раздачи Интернета устройствам-клиентам: компьютерам, ноутбукам, нетбукам, смартфонам и другим мобильным устройствам. Единственное, они все должны иметь встроенный либо внешний W-Fi-адаптер (приемник).

Wi-Fi-приемники уже давно встраиваются в ноутбуки и многие мобильные устройства. Для стационарных ПК либо устаревших моделей ноутбуков придется купить специальный модуль. Это может быть плата под слоты PCI, MiniPCI, PCMCIA или USB-адаптер. Встречаются и миниатюрные приемники размером с карту памяти формата SD. Стоят такие Wi-Fi-адаптеры всего несколько сотен рублей. Модули могут быть встроены в другие устройства, например медиаплееры. Стоимость Wi-Fi-передатчиков (маршрутизаторов) начинается от одной тысячи рублей, некоторые интернет-провайдеры предоставляют подобное оборудование бесплатно.

Интернет в Wi-Fi-сетях делится между всеми абонентами, поэтому при большом количестве подключенных устройств скорость передачи данных будет снижена. Сами сети подразделяются на публичные и частные. Первые создаются в местах общественного пользования (вокзалы, гостиницы, кафе, парки и т. п.) и обычно не требуют идентификации для подключения. В ряде зарубежных городов публичные беспроводные Wi-Fi-сети объединяют в общие и они покрывают почти всю городскую территорию.

Частные сети используются в личных или корпоративных целях ограниченной группы лиц и защищаются паролем или ключом. Однако из-за неопытности администраторов сетей, забывающих установить пароль, к ним может подключиться любой. Существуют даже подпольные карты подобных точек, благодаря которым в крупных городах найти халявный Интернет несложно.

В настоящее время разрабатываются стандарты IEEE 802.11ac и IEEE 802.11ad. Первая технология позволяет раздавать Интернет параллельными потоками более чем трем пользователям на скорости в несколько гигабит в секунду каждому в диапазоне 5 ГГц, вторая - одному абоненту до 7 Гбит/с в диапазоне 60 ГГц, что ограничивает область покрытия до масштаба одного помещения.

Кроме того, разрабатывается стандарт IEEE 802.22 WRAN. В так называемом Super Wi-Fi обещается скорость до 22 Мбит/с в радиусе до 100 км от ближайшего передатчика. При этом данные будут передаваться на незанятых частотах телевизионного вещания (VHF/UHF). В перспективе стандарт 802.22 должен обеспечить Интернетом малонаселенные территории и развивающиеся страны.

Кроме Wi-Fi, существует другой стандарт беспроводной связи - WiMAX, который развивается не менее быстрыми темпами, но во многом от него отличается.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) базируется на стандарте IEEE 802.16. Сеть на базе этой технологии строится из базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего между собой базовые станции с поставщиком Интернета и других сервисов. Используемый диапазон частот - от 1,5 до 13,6 ГГц. Радиус действия - 6-10 км для "статичных" абонентов и 1-5 км - для "мобильных", передвигающихся на скорости до 120 км/ч. Скорость передачи данных может достигать 40-75 Мбит/с. WiMAX создавался в качестве универсальной беспроводной связи для широкого спектра устройств (от ПК и ноутбуков до мобильных телефонов и планшетов), действующей на больших расстояниях.

Следует сразу отметить, что под названием WiMAX объединяются два стандарта - 802.16d (фиксированный WiMAX) и 802.16e (мобильный WiMAX), разработчикам их так и не удалось объединить. Каждая спецификация имеет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала и другие характеристики. Потому WiMAX-системы, основанные на различных версиях стандарта IEEE 802.16, практически несовместимы.

В стандарте 802.16d (он же 802.16-2004) используются стационарные модемы и PCMCIA-карты для ноутбуков. Связь возможна только с неподвижными абонентами. При этом могут достигаться следующие характеристики: скорость до 75 Мбит/с, дальность связи - 25-80 км, используемый диапазон частот - 1,5-11 ГГц (чаще применяются 3,5 и 5 ГГц).

Стандарт 802.16e (802.16-2005) оптимизирован для работы с мобильными пользователями. Характеристики таковы: скорость до 40 Мбит/с, дальность связи - 1-5 км, используемый диапазон частот - 2,3-13,6 ГГц (чаще - 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц). Также 802.16e применяется и для обслуживания фиксированных пользователей. Именно его чаще всего предлагают пользователям различные провайдеры.

Таким образом, мобильный WiMAX является конкурентом современным мобильным технологиям, а фиксированный WiMAX - проводному широкополосному доступу DSL. Конечные абоненты, желающие подключиться к сетям WiMAX, должны в первую очередь выбрать провайдера и заключить договор. После этого они получат USB-модем, ExpressCard-модем либо аналогичное устройство. WiMAX-приемник можно купить самостоятельно, кроме того, ряд мобильных устройств и ноутбуков уже имеют встроенную поддержку технологии WiMAX.

В будущем на смену двум спецификациям должен прийти единый стандарт 802.16m (WiMAX 2). Он будет производительнее, быстрее (скорость до 100 Мбит/с у мобильного варианта и до 1 Гбит/с - у фисированного). Также появится поддержка новейших коммуникационных технологий.

Напоследок рассмотрим качественные различия Wi-Fi и WiMAX. Wi-Fi - система короткого действия (десятки метров), с ее помощью удобно создавать локальные сети, необязательно подключенные к Интернету. WiMAX - система дальнего действия (километры), соединяющая провайдера и конечного пользователя. Домашнюю сеть на ее базе построить сложнее, зато сеть, охватывающую большие пространства, - проще. При сравнении часто применяется такая аналогия: WiMAX сравнивается с мобильной связью, а Wi-Fi - со стационарным беспроводным телефоном.

Если вы являетесь ярым сторонником беспроводных сетей, для вас оптимальным вариантом будет следующая схема (см. рисунок выше): в качестве магистрального канала от провайдера использовать WiMAX, а далее распределять Интернет между потребителями на основе локальной Wi-Fi-сети.

WiMAX расшифровывается как Worldwide Interoperability for Microwave Access или по-русски Международное взаимодействие для микроволнового доступа. Технология WiMAX базируется на стандартах беспроводной связи, обеспечивающих высокоскоростную широкополосную связь на большие расстояния для домашних (потребительских) и деловых целей.

WiMAX работает по принципу метода модуляции ортогонального частотного разделения. Это технология беспроводного мобильного доступа 4-го поколения.

Принцип работы WiMAX аналогичен принципу Wi-Fi. Компьютер или ноутбук, оснащенный WiMAX, будут получать данные от передающей станции, используя зашифрованные ключи данных. Минимальная система WiMAX состоит из приемопередающей вышки WiMAX и приемника WiMAX. Вышка WiMAX может обеспечить покрытие большой площади, в то время как приемник WiMAX может быть ноутбуком или картой PCMCIA. Станция вышки может быть подключена непосредственно к Интернету с использованием беспроводного канала с высокоскоростной полосой пропускания, проводного соединения или другой вышки с применением технологий Line of Sight, Microwave link.

WiMAX-соединение доступно для жилых районов через интерфейсные опции, такие как RJ-4 Ethernet-соединение и телефонное соединение RJ-11. Для бизнес-приложений опции включают интерфейс T1/E1 с 10/100 BT Ethernet-соединением. Итак, согласно вышеописанному технология WiMax похожа на Wifi, так в чем же разница?

В то время как Wi-Fi основан на стандарте IEEE 802.11, WiMAX основан на стандарте IEEE 802.16. Стандарт IEEE 802.11 используется для обеспечения функционирования беспроводной локальной сети (WLAN) для беспроводной связи на короткие расстояния. Популярные версии: IEEE 802.11b, 802.11g и 802.11n. Стандарт IEEE 802.16 подобен стандарту IEEE 802.11 по архитектуре, но отличается тем, что он обеспечивает функционирование широкополосных беспроводных городских сетей (WMAN). Он использует средство управления доступом к среде (mac), а также спецификации физического уровня, позволяющие использовать несколько физических уровней. Популярные версии 802.16a, 802.16d и 802.16e.

Таким образом, одним из основных отличий WiMAX от Wi-Fi является дальность действия. WiMAX обеспечивает передачу данных как в прямой видимости, так вне поля зрения. Для передачи данных в прямой видимости с использованием мощных антенн можно добиться зоны покрытия до 9300 квадратных километров. При не прямой видимости WiMAX охватывает радиус 50 километров. С другой стороны, Wi-Fi – это средство беспроводной связи на расстоянии до 30 метров для применений внутри помещений и до 100 метров для наружного использования. В отличие от WiMAX, Wi-Fi обеспечивает эффективную связь лишь в прямой линии видимости.

Различаются WiMAX и Wi-Fi также в рабочих частотах и полосах пропускания. Технология WiMAX в режиме Line of sight (в прямой видимости) имеет рабочую полосу частот до 66 ГГц, а в режиме Non-line of sight (не в прямой видимости) рабочая частота составляет от 2 до 11 ГГц. Напротив, Wi-Fi работает в нелицензированных диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц. Сети WiMAX имеют полосу пропускания от 1,25 МГц до 20 МГц, тогда как сети Wi-Fi имеют фиксированную полосу пропускания канала 20 МГц.

WiMAX поддерживает полнодуплексную связь с 256 FFT OFDM (модуляция с ортогональным частотным разделением) наряду с одной несущей и 2048 FFTOFDM-технологией. С другой стороны, Wi-Fi поддерживает полудуплексную связь с технологией 52 FFT OFDM.

Wi-Fi может передавать данные с максимальной скоростью до 54 мегабит в секунду, тогда как скорость для WiMAX может достигать 70 мегабит в секунду. В настоящее время стандарт обеспечивает 40 мегабит в секунду для одного беспроводного канала как для фиксированных, так и для мобильных приложений. WiMAX может обеспечивать скорость восходящей линии связи со скоростью 25 мегабит в секунду и скорость нисходящей линии связи 63 мегабит в секунду. Ожидается, что обновленная версия WiMAX обеспечит скорость до 1 гигабит в секунду.

Различаются эти две технологии и в вопросах защиты данных и криптографии. Так, Wi-Fi обеспечивает такие методы защиты, как беспроводной защищенный доступ (WPA), защищенный беспроводной доступ (WPA2) и расширенный протокол аутентификации (EAP). Тем не менее, у него пока нет управления качеством обслуживания (QoS). WiMAX использует протоколы безопасности, такие как протокол управления ключами секретности 2 (PKMP2), расширенный протокол аутентификации (EAP) и стандарт расширенного шифрования (EAS). Эти протоколы обеспечивают защиту качества обслуживания (QoS) как аудио-, так и видеопотоков. Эта функция позволяет поставщикам услуг управлять сетевым трафиком на основе соглашения с абонентом и взимать дополнительную плату за защиту качества обслуживания (QoS).

WiMAX, похоже, является многообещающей технологией беспроводной связи следующего поколения с высокой скоростью обмена данными и широкой зоной покрытия. Она не требует прямой видимости для обмена данными и может эффективно использовать полосы пропускания для передачи медиаданных, таких как видео в реальном времени. Говоря простыми словами, используя WiMAX, можно слушать музыку и смотреть видео высокого качества на своем электронном устройстве без каких-либо задержек.

WI-FI

IEEE 802.11

Wi-fi – популярная в мире и быстро развивающаяся технология беспроводных сетей, обеспечивающая беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету.

Работает в диапазоне 2.4ГГц или 5ГГц.

Wi-Fi былсозданв 1991 году NCR Corporation/AT&T.

Распространенным заблуждением является то, что термин Wi-Fi является сокращением от "Wireless Fidelity", однако это не так. Wi-Fi является просто торговой маркой, означающей стандарт IEEE 802.11x. Wi-Fi Alliance -организация, которой принадлежит Wi-Fi (зарегистрированная торговая марка). Изначально термин Wi-Fi использовался только для стандарта 802.11b на частоте 2,4 ГГц, однако Wi-Fi Alliance расширил общее использование Wi-Fi термина, включая любое устройство из стандарта 802.11х.

Wi-fi – набор из нескольких стандартов, разработанных для беспроводных сетей на основе спецификации 802.11.

Wi-Fi поддерживается многими приложениями и устройствами, включая игровые консоли, домашние сети, КПК, мобильные телефоны, основные операционные системы, и другие виды потребительской электроники. Любые устройства, которые протестированы и одобрены как "Wi-Fi Certified" от Wi-Fi Alliance сертифицированы как совместимые друг с другом, даже если они от разных производителей.

Важно отметить, что в стандарте 802.11 предусматривается использование только полудуплексных приемопередатчиков, которые не могут одновременно передавать и принимать информацию. Из-за этого в беспроводных сетях 802.11 станция в принципе не может обнаружить столкновение во время передачи (поскольку в это время не имеет возможности принимать данные). Поэтому в качестве метода доступа к среде во всех стандартах используется метод CSMA/CA (с предотвращением коллизий), позволяющий избегать столкновений. Это приводит к дополнительным сложностям при взаимодействии и, как следствие, к существенно меньшим скоростям передачи данных, чем, например, в технологии Ethernet.

Существует два основных варианта устройства беспроводной сети:

• – передача напрямую между устройствами;

• – передача осуществляется через точку доступа;

Как и у всех технологий семейства 802.11, технология 802.11 определяется нижними двумя уровнями, т.е. физическим уровнем и уровнем MAC, а уровень LLC выполняет свои стандартные общие для всех технологий LAN функции.

Уровень MAC выполняет в беспроводных сетях больше функций, чем в проводных. Функции уровня MAC:

• Доступ к разделяемой среде. Подразделяется:
• Распределенный режим DCF ;
• Централизованный режим PCF ;
• Обеспечение мобильности станций при наличии нескольких точек доступа;
• Обеспечение безопасности.

DCF (Distributed Coordination Function) не имеет никаких средств централизованного управления (в этом смысле напоминая Ethernet). Реализуется алгоритм CSMA/CA (предотвращение коллизий) т.е. каждый кадр должен подтверждаться кадром положительной квитанции, если по истечению оговоренного тайм-аута квитанция не поступила, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Режим доступа DCF выполняет синхронизацию станций, с помощью временных интервалов, отсчитанных от момента окончания передачи очередного кадра. Станция, которая хочет передать кадр, обязана предварительно прослушать среду. Как только она фиксирует окончание передачи кадра, обязана отсчитать интервал времени равный межкадровому интервалу (IFS). Если после истечения IFS среда все еще свободна, то начинается отсчет слотов фиксированной длительности. Кадр можно передать только в начале какого-либо из слотов при условии, что среда свободна. Станция выбирает для передачи слот на основании усеченного экспоненциального двоичного алгоритма отсрочки.

PCF (Point Coordination Function), подразумевает, что базовая станция (точка доступа) берет на себя функцию управления активностью всех станций. Является дополнением к режиму DCF.

Режим доступа PCF сосуществует с режимом DCF. После освобождения среды каждая станция отсчитывает время простоя среды, сравнивая его с тремя значениями:

• Короткий межкадровый интервал (SIFS) имеет наименьшее значение, используемые для захвата среды квитанциями, которые продолжают или завершают начавшуюся передачу кадра;
• Межкадровый интервал режима PCF (PIFS) имеет среднее значение, используется базовой станцией для контролируемого периода;
• Межкадровый интервал режима DCF (DIFS) самый длинный интервал, используется для захвата среды передачи кадра.

Безопасность wi-fi

Для того, чтобы получить доступ к проводной сети, злоумышленник должен к ней физически подключиться. Такое действие можно заметить и пресечь.

В беспроводной сети несанкционированный доступ можно осуществить гораздо проще, достаточно оказаться в зоне распространения радиоволн этой сети, даже вне здания офиса.

Любое взаимодействие точки доступа (сети), и беспроводного клиента, построено на:

• Аутентификации - как клиент и точка доступа представляются друг другу и подтверждают, что у них есть право общаться между собой;
• Шифровании - какой алгоритм скремблирования передаваемых данных применяется, как генерируется ключ шифрования, и когда он меняется.

В стандарте 802.11 предусмотрены средства обеспечения безопасности, которые повышают защищенность беспроводной локальной сети до уровня обычно проводной локальной сети.

Способы шифрования беспроводных сетей:

• WEP (WiredEquivalentPrivacy – секретность, эквивалентная проводной). Он представляет возможность шифровать данные, передаваемые через беспроводную среду, и тем самым обеспечивает их конфиденциальность;
• WPA (Wi-FiProtectedAccess – защищенный доступ к Wi-Fi) – более защищенный вариант беспроводных локальных сетей. Одобрен в 2003г.
• WPA2 - описывает надежное средство защиты беспроводных локальных сетей, сочетающее в себе наиболее совершенные средства аутентификации пользователей и шифрования данных. Одобрен в 2004г.

Спецификации физической среды 802.11

• IEEE 802.11 ИК - используются длины волн 0,85 или 0,95 мкм. Возможны две скорости передачи: 1 и 2 Мбит/с. Частота 2,4 ГГц
• IEEE 802.11a. DSSS (DirectSequenceSpreadSpectrum - передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности). Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей, определяет скорость передачи до 54 Мбит/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц.
• IEEE 802.11b HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum - высокоскоростная передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности) принятый в 1999 году. Стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с. Защита WEB
• IEEE 802.11g OFDM принятый в 2003г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с. Стандарт IEEE 802.11g неофициально преодолел лимит 54 Мбит/с с помощью технологий объединения каналов Super G, AirPlusXtremeG, MIMO, Turbo и получил поддержку пропускной способности 108 и даже 150 Мбит/с. Защита WEB,WPA, WPA2
• IEEE 802.11n -новейшая версия стандарта IEEE 802.11 для сетей Wi-Fi. Теоретически IEEE 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Устройства 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 IEEE 802.11n).
• IEEE 802.11ac - планируется использовать в 2014г, это новый стандарт беспроводных компьютерных сетей семейства 802.11 для сетей Wi-Fi на частотах 5-6 ГГц. Устройства, которые работают по этому стандарту, обеспечивают скорость передачи данных более 1 Гбит/с (до 6 Гбит/с 8x MU-MIMO), Стандарт подразумевает использование до 8 антенн MU-MIMO и расширение канала до 80 и 160 МГц. По версии компании Broadcom, данный стандарт относится к сетям нового поколения 5.5G.
• IEEE 802.11ad - является беспроводной спецификацией на стадии разработки, будет работать в диапазоне частот 60 ГГц и предлагает большие скорости передачи данных, чем предыдущие 802.11 спецификации, с теоретической максимальной пропускной способностью до 7Гбит/с (гигабит в секунду).

Wi-MAX

WiMax (англ. 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. Название «WiMax» было создано WiMaxForum -организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMax. Форум описывает WiMax как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL»IEEE 802.16.

WiMax позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей.

WiMax это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю.

• IEEE 802.16d – Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM) поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Скорость до 75Мбит/c, радиус действия 25-80км, частота от 1,5-11ГГц;
• IEEE 802.16e – Спецификация утверждена в 2005 году. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Скорость до 40Мбит/c, радиус действия 1-5км, частота 2,3-13,6ГГц;
• IEEE 802.16m или WiMax 2 – представляющем собой стандарт IEEE 802.16e, дополненный новыми возможностями, но сохранивший обратную совместимость. Скорость до 100Мбит/c или до 1Гбит/c, радиус действия и частота в разработке.

Беспроводные технологии (Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX)

Информатика, кибернетика и программирование

В настоящее время существует множество беспроводных технологий наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям таким как WiFi WiMAX Bluetooth.4 GHz работает множество устройств таких как устройства поддерживающие Bluetooth и др и даже микроволновые печи что ухудшает электромагнитную совместимость.

Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий , служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение , радиоволны , оптическое или лазерное излучение.

В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi , WiMAX , Bluetooth . Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

1) Wi-Fi — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11 . Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «высокая точность беспроводной передачи данных») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11 , может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

История

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation / AT&T (впоследствии — Lucent Technologies и Agere Systems ) в Ньивегейн , 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. Создатель Wi-Fi — Вик Хейз (Vic Hayes) находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b , IEEE 802.11a и IEEE 802.11g . В 2003 году Вик ушёл из Agere Systems . Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. 802.11abg all-in-one чипсет от Agere (кодовое имя: WARP) плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года .

Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить 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.

27 июля 2011 года Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22 . Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволят передавать данные на скорости до 22 Мб/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.

Происхождение названия

Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намёком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity — высокая точность). Несмотря на то, что поначалу в некоторых пресс-релизах WECA фигурировало словосочетание «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»), на данный момент от такой формулировки отказались, и термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается.

Принцип работы

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента . Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc) , когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID (англ.) русск. ) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения . Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

Однако, стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

• Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

• Со статическими настройками радиоканалов
• С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
• Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Преимущества Wi-Fi

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля , что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
• Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
• Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.
• Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.
• В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.
• Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

• В диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth , и др, и даже микроволновые печи , что ухудшает электромагнитную совместимость .
• Производителями оборудования указывается скорость на L1 (OSI), в результате чего создаётся иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi весьма высоки служебные «накладные расходы». Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.
• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США ; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания , запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия , Белоруссия и Италия , требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.
• Как было упомянуто выше — в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ , превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.
• Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2 . Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2 ) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль , чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN ) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифро-буквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.
• В режиме точка-точка (Ad-hoc) стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA(2) недоступно, только легковзламываемый WEP.

2) Bluetooth или блютус (/bluːtuːθ/ , переводится как синий зуб , назван в честь Харальда I Синезубого) — производственная спецификация беспроводных персональных сетей(англ. Wireless personal area network , WPAN ). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

История создания и развития

Работы по созданию Bluetooth начал производитель телекоммуникационного оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную альтернативу кабелям RS-232 . Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG) , которая была основана в 1998 году . В неё вошли компании Ericsson , IBM , Intel , Toshiba и Nokia . Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1 (дата опубликования — 14 июня 2002 года ).

Компания AIRcable выпустила Bluetooth-адаптер Host XR с радиусом действия около 30 км.

Спецификации

Bluetooth 1.0

Устройства версий 1.0 (1998) и 1.0B имели плохую совместимость между продуктами различных производителей. В 1.0 и 1.0B была обязательной передача адреса устройства (BD_ADDR) на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком данной спецификации.

Bluetooth 1.1

В Bluetooth 1.1 было исправлено множество ошибок, найденных в 1.0B, добавлена поддержка для нешифрованных каналов, индикация уровня мощности принимаемого сигнала (RSSI ).

Bluetooth 1.2

В версии 1.2 была добавлена технология адаптивной перестройки рабочей частоты (AFH), что улучшило сопротивляемость к электромагнитной интерференции (помехам) путём использования разнесённых частот в последовательности перестройки. Также увеличилась скорость передачи и добавилась технология eSCO , которая улучшала качество передачи голоса путём повторения повреждённых пакетов. В HCI добавилась поддержка трёх-проводного интерфейса UART .

Главные улучшения включают следующее:

• Быстрое подключение и обнаружение.
• Адаптивная перестройка частоты с расширенным спектром (AFH), которая повышает стойкость к радиопомехам.
• Более высокие, чем в 1.1, скорости передачи данных, практически до 721 кбит/с.
• Расширенные Синхронные Подключения (eSCO), которые улучшают качество передачи голоса в аудиопотоке, позволяя повторную передачу повреждённых пакетов, и при необходимости могут увеличить задержку аудио, чтобы оказать лучшую поддержку для параллельной передачи данных.
• В Host Controller Interface (HCI) добавлена поддержка трёхпроводного интерфейса UART.
• Утверждён как стандарт IEEE Standard 802.15.1-2005 .
• Введены режимы управления потоком данных (Flow Control) и повторной передачи (Retransmission Modes) для L2CAP.

Bluetooth 2.0 + EDR

Bluetooth версии 2.0 был выпущен 10 ноября 2004 г. Имеет обратную совместимость с предыдущими версиями 1.x. Основным нововведением стала поддержка Enhanced Data Rate (EDR) для ускорения передачи данных. Номинальная скорость EDR около 3 Мбит/с, однако на практике это позволило повысить скорость передачи данных только до 2,1 Мбит/с. Дополнительная производительность достигается с помощью различных радиотехнологий для передачи данных .

Стандартная (базовая) скорость передачи данных использует GFSK -модуляцию радиосигнала при скорости передачи в 1 Мбит/с. EDR использует сочетание модуляций GFSK и PSK с двумя вариантами, π/4-DQPSK и 8DPSK. Они имеют большие скорости передачи данных по воздуху — 2 и 3 Mбит/с соответственно .

Bluetooth SIG издала спецификацию как «Технология Bluetooth 2.0 + EDR», которая подразумевает, что EDR является дополнительной функцией. Кроме EDR, есть и другие незначительные усовершенствования к 2.0 спецификации, и продукты могут соответствовать «Технологии Bluetooth 2.0», не поддерживая более высокую скорость передачи данных. По крайней мере одно коммерческое устройство, HTC TyTN Pocket PC, использует «Bluetooth 2.0 без EDR» в своих технических спецификациях .

Согласно 2.0 + EDR спецификации, EDR обеспечивает следующие преимущества:

• Увеличение скорости передачи в 3 раза (2,1 Мбит/с) в некоторых случаях.
• Уменьшение сложности нескольких одновременных подключений из-за дополнительной полосы пропускания.
• Более низкое потребление энергии благодаря уменьшению нагрузки.

Bluetooth 2.1

2007 год. Добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства (для дополнительной фильтрации списка при сопряжении), энергосберегающая технология Sniff Subrating , которая позволяет увеличить продолжительность работы устройства от одного заряда аккумулятора в 3—10 раз. Кроме того обновлённая спецификация существенно упрощает и ускоряет установление связи между двумя устройствами, позволяет производить обновление ключа шифрования без разрыва соединения, а также делает указанные соединения более защищёнными, благодаря использованию технологии Near Field Communication .

Bluetooth 2.1 + EDR

В августе 2008 года Bluetooth SIG представил версию 2.1+EDR. Новая редакция Bluetooth снижает потребление энергии в 5 раз, повышает уровень защиты данных и облегчает распознавание и соединение Bluetooth-устройств благодаря уменьшению количества шагов, за которые оно выполняется.

Bluetooth 3.0 + HS

3.0+HS была принята Bluetooth SIG 21 апреля 2009 года. Она поддерживает теоретическую скорость передачи данных до 24 Мбит/с. Её основной особенностью является добавление AMP (асимметричная мультипроцессорная обработка) (альтернативно MAC/PHY), дополнение к 802.11 как высокоскоростное сообщение. Две технологии были предусмотрены для AMP: 802.11 и UWB, но UWB отсутствует в спецификации.

Модули с поддержкой новой спецификации соединяют в себе две радиосистемы: первая обеспечивает передачу данных в 3 Мбит/с (стандартная для Bluetooth 2.0) и имеет низкое энергопотребление; вторая совместима со стандартом 802.11 и обеспечивает возможность передачи данных со скоростью до 24 Мбит/с (сравнима со скоростью сетей Wi-Fi ). Выбор радиосистемы для передачи данных зависит от размера передаваемого файла. Небольшие файлы передаются по медленному каналу, а большие — по высокоскоростному. Bluetooth 3.0 использует более общий стандарт 802.11 (без суффикса), то есть не совместим с такими спецификациями Wi-Fi, как 802.11b/g или 802.11n.

Bluetooth 4.0

См. также: Bluetooth с низким энергопотреблением

Bluetooth SIG утвердил спецификацию Bluetooth 4.0 30 июня 2010г. Bluetooth 4.0 включает в себя протоколы Классический Bluetooth, Высокоскоростной Bluetooth и Bluetooth с низким энергопотреблением. Высокоскоростной Bluetooth основан на Wi-Fi, а Классический Bluetooth состоит из протоколов предыдущих спецификаций Bluetooth.

Протокол Bluetooth с низким энергопотреблением предназначен, прежде всего, для миниатюрных электронных датчиков (использующихся в спортивной обуви, тренажёрах, миниатюрных сенсорах, размещаемых на теле пациентов и т. д.). Низкое энергопотребление достигается за счёт использования специального алгоритма работы. Передатчик включается только на время отправки данных, что обеспечивает возможность работы от одной батарейки типа CR2032 в течение нескольких лет . Стандарт предоставляет скорость передачи данных в 1 Мбит/с при размере пакета данных 8—27 байт. В новой версии два Bluetooth-устройства смогут устанавливать соединение менее чем за 5 миллисекунд и поддерживать его на расстоянии до 100 м. Для этого используется усовершенствованная коррекция ошибок, а необходимый уровень безопасности обеспечивает 128-битное AES-шифрование.

Сенсоры температуры, давления, влажности, скорости передвижения и т. д. на базе этого стандарта могут передавать информацию на различные устройства контроля: мобильные телефоны, КПК, ПК и т. п.

Первый чип с поддержкой Bluetooth 3.0 и Bluetooth 4.0 был выпущен компанией ST-Ericsson в конце 2009 года.

Bluetooth 4.0 поддерживается в MacBook Air и Mac mini (с июля 2011 года), iMac (ноябрь 2012 года), iPhone 4S (октябрь 2011 года) и iPhone 5 (сентябрь 2012 года), iPad 3 (март 2012 года)и iPad mini (с ноября 2012 года) , смартфонах LG Optimus 4X HD (февраль 2012 года), Google Nexus 4, HTC One X, S, V и Samsung Galaxy S III (май 2012 года), Explay Infinity (август 2012 года), HTC One X+ (2012), HTC Desire C, HTC Desire V, Google Nexus 7 (2012), Sony VAIO SVE1511N1RSI, Nokia Lumia 920 (18 сентября 2012).

Стек протоколов Bluetooth

Bluetooth имеет многоуровневую архитектуру, состоящую из основного протокола, протоколов замены кабеля, протоколов управления телефонией и заимствованных протоколов. Обязательными протоколами для всех стеков Bluetooth являются: LMP , L2CAP и SDP. Кроме того, устройства, связывающиеся с Bluetooth обычно используют протоколы HCI и RFCOMM.

Link Management Protocol — используется для установления и управления радиосоединением между двумя устройствами. Реализуется контроллером Bluetooth.

Host/controller interface — определяет связь между стеком хоста (т.е. компьютера или мобильного устройства) с контроллером Bluetooth.

AVRCP

A/V Remote Control Profile — обычно используется в автомобильных навигационных системах для управления звуковым потоком через Bluetooth.

L2CAP

Logical Link Control and Adaptation Protocol — используется для мультиплексирования локальных соединений между двумя устройствами, использующими различные протоколы более высокого уровня. Позволяет фрагментировать и пересобирать пакеты.

Service Discovery Protocol — позволяет обнаруживать услуги, предоставляемые другими устройствами, и определять их параметры.

RFCOMM

Radio Frequency Communications — протокол замены кабеля, создаёт виртуальный последовательный поток данных и эмулирует управляющие сигналы RS-232 .

BNEP

Bluetooth Network Encapsulation Protocol — используется для передачи данных из других стеков протоколов через канал L2CAP. Применяется для передачи IP-пакетов в профиле Personal Area Networking.

AVCTP

Audio/Video Control Transport Protocol — используется в профиле Audio / Video Remote Control для передачи команд по каналу L2CAP.

AVDTP

Audio/Video Distribution Transport Protocol — используется в профиле Advanced Audio Distribution для передачи стереозвука по каналу L2CAP.

Telephony Control Protocol – Binary — протокол, определяющий сигналы управления вызовом для установления голосовых соединений и соединений для передачи данных между устройствами Bluetooth. Используется только в профиле Cordless Telephony.

Заимствованные протоколы включают в себя: Point-to-Point Protocol (PPP ), TCP/IP , UDP , Object Exchange Protocol (OBEX ), Wireless Application Environment (WAE), Wireless Application Protocol (WAP).

3) WiMAX (англ. W orldwide I nteroperability for M icrowave A ccess ) — 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 (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL ». Максимальная скорость — до 1 Гбит/сек на ячейку.

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.
• Создания систем удалённого мониторинга (monitoring системы), как это имеет место в системе SCADA .

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 городов.

Принцип работы

Основные понятия

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

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 приёмником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы « последней мили », так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям .

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.

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) .

Режимы работы

MAC / канальный уровень

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 Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Что же касается сетей 802.16, в них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа, для неё будет создан выделенный слот на точке доступа, недоступный другим пользователям.

Архитектура

WiMAX Forum разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX сетей: взаимодействия с другими сетями, распределение сетевых адресов, аутентификация и многое другое. Приведённая иллюстрация даёт некоторое представление об архитектуре сетей WiMAX.

WiMAX Форум WiMAX Архитектура

• SS/MS: (the Subscriber Station/Mobile Station)
• ASN: (the Access Service Network)
• BS: (Base station), базовая станция, часть ASN
• ASN-GW: (the ASN Gateway), шлюз , часть ASN
• CSN: (the Connectivity Service Network)
• HA: (Home Agent, часть CSN)
• NAP:(a Network Access Provider)
• NSP: (a Network Service Provider)

ASN (Access Service Network) — сеть доступа .

ASN Gateway — предназначен для объединения трафика и сообщений сигнализации от базовых станций и дальнейшей их передачи в сеть CSN.

BS (Base Station) — базовая станция. Основной задачей является установление, поддержание и разъединение радио соединений. Кроме того, выполняет обработку сигнализации, а также распределение ресурсов среди абонентов.

CSN (Connectivity Service Network) — сеть обеспечения услуг .

HA (Home Agent) — элемент сети, отвечающий за возможность роуминга. Кроме того, обеспечивает обмен данными между сетями различных операторов.

Следует заметить, что архитектура сетей WiMax не привязана к какой-либо определённой конфигурации, обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.

Из современных технологий беспроводной передачи информации наибольшее распространение получили Wi-Fi и WiMAX. Несмотря на схожесть в названия, это - два самостоятельных направления, каждое из которых предназначено для решения определенного круга задач. Стандарт WiMAX в основном используется провайдерами для предоставления доступа к сети Интернет в тех местах, где прокладка кабеля технически проблематична или экономически невыгодна. Технология Wi-Fi применяется для организации локальных сетей внутри предприятия, объединения территориально распределенных подсетей в одну сеть Ethernet, а также для передачи информации между разными устройствами (например, камерой видеонаблюдения и регистратором).

Протоколы Wi-Fi

802.11 . Скорость передачи Wi-Fi по нему равна 1-2 Мб/с.

802.11a . по этому протоколу может достигать 54 Мб/с.Реальная скорость обычно располагается в пределах 22-26 Мб/с. Wi-Fi частота данного протокола равна 5 ГГц. Передача данных осуществляется с помощью метода OFDM (мультиплексирование с ортогональным делением частот). В помещении скорость передачи Wi-Fi равна 54 Мб/с. При этом расстояние между устройствами сети должно быть не больше 12-15 м. Если удалить их друг от друга на 50-90 м, то скорость упадет до 6 Мб/с. На открытом пространстве дальнобойность растет: 54 Мб/с на 30-40 м, а 6 Мб/с - 250-350 м.

802.11b .Теоретическая скорость передачи Wi-Fi до 11 Мб/с.

Реальная - 5-7 Мб/с. Wi-Fi частота - 2.4 ГГц. Передача данных осуществляется методом DSSS (прямая последовательность с разнесением сигнала по широкому диапазону). В замкнутом пространстве максимальная скорость передачи WiFi может дойти до 11 Мб/с, расстояние между устройствами 30-40 м, или 1 Мб/с на 80-100 м. На открытом пространствескорость передачи Wi-Fi составляет 11 Мб/с, расстояние от 200-300 м и 1 Мб/с на 500-600 м.

802.11g . Наиболее распространенный протокол.

Теоретическая скорость передачи Wi-Fi до 54 Мб/с.Реальная скорость составляет примерно 50% от теоретической, т.е. около 25 Мб/с. Для передачи данных использованы методы OFDM и FSSS. Wi-Fi частота 802.11g 2.4 ГГц. В закрытом пространстве скорость передачи Wi-Fi достигает 54 Мб/с, расстояние 30-40 м, и 1 Мб/с на 80-100 м. На улице дистанция увеличивается до 150-200 м и 400-500 м соответственно. Обратно совместим с протоколом 802.11b.

802.11i . Набирающий обороты протокол. Максимальная теоретическая скорость передачи Wi-Fi достигает 480 Мб/с. Wi-Fi частота 802.11i 2.4 - 2.5 или 5.0 ГГц.

Устройства, поддерживающие протокол 802.11i , способны работать в трех режимах:

Legacy (наследуемый). Обеспечивается совместимость с 802.11b/g и 802.11a устройствами.

Mixed (смешанный). К этому списку добавляются 802.11i устройства.

- «Чистый» режим. Возможно соединение только с 802.11i устройствами.

При всем богатстве выбора сетевых подключений сложно одновременно соблюсти три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надежность и мобильность. Решить подобную задачу может следующее поколение беспроводных технологий - WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), стандарт IEEE 802.16.

Для продвижения и развития технологии WiMAX был сформирован WiMAX-форум: http://www.wimaxforum.org на базе рабочей группы IEEE 802.16, созданной в 1999 году. В форум вошли такие фирмы, как Nokia, Harris Corporation, Ensemble, Crosspan и Aperto. К маю 2005 года форум объединял уже более 230 участников. В том же году Всемирный съезд по вопросам информационного сообщества (World Summit on Information Society - WSIS) сформулировал следующие задачи, которые были возложены на технологию WiMAX:

Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий для небольших поселений, удаленных регионов, изолированных объектов, учитывая при этом, что в развивающихся странах 1,5 миллиона поселений с числом жителей более 100 человек не подключены к телефонным сетям и не имеют кабельного сообщения с крупными городами.

Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий более половины населения планеты в пределах досягаемости, учитывая при этом, что общее число пользователей Internet в 2005 году составляло приблизительно 960 млн человек, или около 14,5 % всего населения Земли.

Цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводной доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения - локальных сетей. Надо отметить, что данная технология имеет ряд преимуществ:

По сравнению с проводными (xDSL или широкополосным), беспроводными или спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервис-провайдерам экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже имеющих фиксированный (стационарный) доступ.

Стандарт объединяет технологии уровня оператора связи (для объединения многих подсетей и предоставления им доступа к Internet), а также технологии "последней мили" (конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает универсальность и, как следствие, повышает надежность системы.

Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, проще в развертывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться.

Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в развивающихся странах, малонаселенных или удаленных районах.

Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. На данный момент большинство беспроводных технологий широкополосной передачи данных требуют наличия прямой видимости между объектами сети. WiMAX благодаря использованию технологии OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского оборудования до базовой станции, при этом расстояния исчисляются километрами.

Технология WiMAX изначально содержит протокол IP, что позволяет легко и прозрачно интегрировать ее в локальные сети.

Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектов сетей на единой инфраструктуре.

Принципы работы

Система WiMAX состоит из двух основных частей:

Базовая станция WiMAX, может размещаться на высотном объекте - здании или вышке.

Приемник WiMAX: антенна с приемником (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Архитектура WiMAX

Соединение между базовой станцией и клиентским приемником производится в СВЧ диапазоне 2-11 ГГц. Данное соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с и не требует, чтобы станция находилась на расстоянии прямой видимости от пользователя. Этот режим работы базовой станции WiMAX близок широко используемому стандарту 802.11 (Wi-Fi), что допускает совместимость уже выпущенных клиентских устройств и WiMAX.

Следует помнить, что технология WiMAX применяется как на "последней миле" - конечном участке между провайдером и пользователем, - так и для предоставления доступа региональным сетям: офисным, районным.

Между соседними базовыми станциями устанавливается постоянное соединение с использованием сверхвысокой частоты 10-66 ГГц радиосвязи прямой видимости. Данное соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 120 Мбит/с. Ограничение по условию прямой видимости, разумеется, не является преимуществом, однако оно накладывается только на базовые станции, участвующие в цельном покрытии района, что вполне возможно реализовать при размещении оборудования.

Как минимум одна из базовых станций может быть постоянно связана с сетью провайдера через широкополосное скоростное соединение. Фактически, чем больше станций имеют доступ к сети провайдера, тем выше скорость и надежность передачи данных. Однако даже при небольшом количестве точек система способна корректно распределить нагрузку за счет сотовой топологии.

На базе сотового принципа разрабатываются также пути построения оптимальной сети, огибающей крупные объекты (например, горные массивы), когда серия последовательных станций передает данные по эстафетному принципу. Подобные разработки планируется включить в следующую версию стандарта. Ожидается, что эти изменения позволят существенно поднять скорость (рис. 6.2).

Рис. 6.2 . Покрытие WiMAX

По структуре сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусе до 50 км, при этом их также необязательно устанавливать на вышках. Для них вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условия прямой видимости между станциями. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet-кабелю, как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet.

Это позволяет сохранить существующую инфраструктуру районных или офисных локальных сетей при переходе с кабельного доступа на WiMAX. Кроме того, это дает возможность максимально упростить развертывание сетей, используя знакомые технологии для подключения компьютеров.