Файл: Учебнопрактическое пособие Владимир 2021.pdf

107
Таблица 8 Скорость передачи данных в стандарте 802.11g
Стандарт передачи
Скорость передачи
данных
Вид модуляции
IEEE 802.11g
(обязательный)
5,5/11 Мбит/с
ССK
IEEE 802.11g
(обязательный) до 54 Мбит/с
OFDM
IEEE 802.11g
(опциональный) до 33 Мбит/с
РВCC
IEEE 802.11g
(опциональный) до 54 Мбит/с
CCK-OFDM
Анализ чувствительности для систем стандарта 802.11b и
802.11g позволяет сделать два вывода (рис. 2.8):

Радиус действия при максимальной скорости передачи данных (54 Мбит/с) приблизительно равен одной трети радиуса дей- ствия для стандарта 802.11b и составляет порядка 14 м;

Системы стандарта 802.11g очень хорошо масштабируют- ся вниз до этой границы, так что в «Переходном диапазоне» от 54 до
11/12 Мбит/с скорость передачи изменяется относительно плавно.
Рис. 2.8. Радиус действия в частотном диапазоне 2,4 ГГц (802.11g) при модуля- ции OFDM

108
На рис. 2.8 такой переход представлен схематически. Скорость передачи в 54 Мбит/с достигается в открытой офисной среде лишь на расстоянии до 14 м. При наличии какого-либо препятствия (к приме- ру, перегородки), которое должно быть преодолено, скорость снижа- ется. Чувствительность при 11 Мбит/с (в случае модуляции
CCK/802.11b) и чувствительность при 12 Мбит/с (в случае модуляции
OFDM/802.11g), как правило, совпадают, поэтому такая скорость пе- редачи может поддерживаться на расстоянии до 40 м от точки досту- па.
Спецификация IEEE 802.11h. Рабочая группа IEEE 802.11h рассматривает возможность дополнения существующих специфика- ций 802.11 для MAC уровня и 802.11a для уровня PHY алгоритмами эффективного выбора частот для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, кон- троля за излучаемой мощностью и генерации соответствующих отче- тов.
Предполагается, что решение этих задач будет базироваться на использовании протоколов Dynamic Frequency Selection (DFS) и
Transmit Power Control (TPC), предложенных Европейским институ- том стандартов по телекоммуникациям (ETSI). Указанные протоколы предусматривают динамическое реагирование клиентов беспровод- ной сети на интерференцию радиосигналов путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами.
Спецификация IEEE 802.11i. До мая 2001г. стандартизация средств информационной безопасности для беспроводных сетей
802.11 относилась к ведению рабочей группы IEEE 802.11e, но затем эта проблематика была выделена в самостоятельное подразделение.
Разрабатываемый стандарт 802.1X призван расширить возможности протокола 802.11 уровня MAC, предусмотрев средства шифрования передаваемых данных, а также централизованной аутентификации пользователей и рабочих станций. В результате масштабы беспровод- ных локальных сетей можно будет наращивать до сотен и тысяч ра- бочих станций.

109
В основе 802.1X лежит протокол аутентификации Extensible
Authentication Protocol (EAP), базирующийся на PPP. Сама процедура аутентификации предполагает участие в ней трех сторон – вызываю- щей (клиента), вызываемой (точки доступа) и сервера аутентифика- ции (как правило, сервера RADIUS). В то же время новый стандарт, судя по всему, оставит на усмотрение производителей реализацию ал- горитмов управления ключами.
Разрабатываемые средства защиты данных должны найти при- менение не только в беспроводных, но и в других локальных сетях -
Ethernet и Token Ring. Вот почему будущий стандарт получил номер
IEEE 802.1X, а его разработку группа 802.11i ведет совместно с коми- тетом IEEE 802.1.
Спецификация IEEE 802.11j. Спецификация 802.11j – настоль- ко новая, что IEEE еще официально не сформировал рабочую группу для ее обсуждения. Предполагается, что стандарт будет оговаривать существование в одном диапазоне сетей стандартов 802.11a и
HiperLAN2.
Спецификация IEEE 802.11n. Спецификация 802.11n обеспе- чивает работу WLAN вдвое быстрее, чем 54-мегабитные "g" и "a" – на скорости от 100 Мбит/c. и выше. Новый стандарт уравняет проводные и беспроводные системы, что позволит корпоративным клиентам ис- пользовать беспроводные сети там, где это было невозможно из-за ограниченной скорости.
Определение скоростных характеристик для стандарта "n" будет более строгим, чем у "g" или "b". Оно основывается на фактической скорости передачи файлов и потоков, а не на размере низкоуровнево- го трафика, снабженного множеством служебных заголовков. Уско- рение достигается за счет более эффективного использования частот- ного диапазона, аналоговых радиочипов, выполненных по улучшен- ной CMOS-технологии и интеграции WLAN-адаптера в один чип.

110
Стандарт DECT
DECT — стандарт уникальный. Задуманный для телефонии, он практически сразу стал использоваться для построения систем пере- дачи данных. DECT конкурирует со стандартами сотовой связи, ра- диорелейными технологиями, проникает в домашние мультимедий- ные системы, становится средством первичного доступа в публичные телефонные сети, входит в перечень стандартов сотовой телефонии третьего поколения IMT-2000. Рынок систем DECT до сих пор оста- ется одним из наиболее динамичных в мире.
Исторически DECT был призван избавить пользователей теле- фонных аппаратов от соединительных шнуров. С развитием инте- гральных полупроводниковых технологий телефоны стали оснащать приемопередающими блоками: появились первые радиоудлинители
— обычные аналоговые телефоны, в которых шнур заменен радио- трактом. Это поколение телефонов называют СТ-0 (Cordless
Telephone). Их основное назначение – позволить владельцу свободно перемещаться в радиусе десятков (сотен) метров от точки подключе- ния к телефонной сети. Главные недостатки данных устройств – от- носительно высокая мощность излучения (до 1 Вт), взаимные помехи, абсолютная открытость для подслушивания и несанкционированного подключения к радиотракту. В 80-х годах в Европе появились систе- мы стандарта СТ-1 – те же аналоговые радиоудлинители, но с зачат- ками функций современных беспроводных средств связи, такими как роуминг и перемещение между сотами без разрыва соединения.
Однако подлинным прорывом стало появление цифровой спе- цификации СТ-2 (табл. 9). Разработана эта спецификация в Велико- британии в 1989 году (общий беспроводной стык Commmon Air
Interface, CAI/CT-2, стандарт MPT 1375).

111
Таблица 9. Основные характеристики систем связи стандартов СТ-2
(Tangara RD), СТЗ и DECT
Параметр
СТ-2 Tangara RD
CT-3
DECT
Диапазон рабо- чих частот, МГц
864-868,2 862-866 1880-1900
Способ разделе- ния каналов
FDMA
TDMA с многочастот- ным разделением
TDMA с многочастот- ным разделением
(4 канала), 8 дуп- лексных каналов на несущую
(10 каналов), 12 дуплексных ка- налов на несу- щую
Ширина полосы канала, МГц
0,1 1
1,728
Организация дуплексной связи
TDD
TDD
TDD
Кодирование ре- чи
ADPCM, 32
Кбит/с
—
ADPCM, 32
Кбит/с
Число каналов, поддерживаемых базовой станцией
2-6 32 до 120
Мощность передатчиков, мВт
10
—
10-250
В 1992 году ETSI принял CAI/CT-2 в качестве европейского стандарта. На основе СТ-2 была создана система Telepoint, получив- шая достаточно широкое распространение во всем мире. В ней фак- тически впервые была реализована микросотовая архитектура. Си- стемам СТ-2 предрекали большое будущее, однако после резкого снижения цен на услуги сотовой связи во второй половине 90-х годов прошлого века интерес к ним упал. В начале 90-х появились системы на основе стандарта СТ-3 фирмы Ericsson. Они были установлены в

112 ряде стран, однако вскоре внимание европейского телекоммуникаци- онного сообщества переключилось на новую спецификацию, назван- ную Digital European Cordless Telecommunications – DECT.
Фактически DECT – это набор спецификаций, определяющих радиоинтерфейсы для различных видов сетей связи и оборудования.
DECT CI содержит описание требований, протоколов и форматов со- общений, обеспечивающих взаимодействие сетей связи и оконечного оборудования. Организация самих сетей и устройство оборудования в стандарт не входят.
Важнейшая задача DECT – обеспечить совместимость оборудо- вания различных изготовителей. Для этого был разработан ряд про- филей взаимодействия различных систем. В 1994 году появился пер- вый из них, унифицированный профиль доступа GAP (Generic Access
Profile) – ETS 300 444. Он определяет работу оконечных устройств
DECT (телефоны, базовые станции, беспроводные офисные АТС) для всех приложений голосовой связи с полосой пропускания речевого тракта 3,1 кГц. Позднее появились профили взаимодействия DECT и
GSM, DECT и ISDN, взаимодействия абонентов с ограниченной мо- бильностью с сетями общего пользования (Cordless Terminal Mobility,
CTM), со средствами абонентского радиодоступа (Radio Local Loop,
RLL) и т. д.
В соответствии со спецификацией DECT в диапазоне шириной
20 МГц (1880-1900 МГц) выделено 10 несущих частот с интервалом
1,728 МГц. В DECT применяется технология доступа с временным разделением каналов – ТОМА (Time Division Multiple Access). Вре- менной спектр разделен на отдельные кадры по 10 мс. Каждый кадр разбит на 24 временных слота: 12 слотов для приема (с точки зрения носимого терминала) и 12 – для передачи. Таким образом, на каждой из 10 несущих частот формируется 12 дуплексных каналов – всего
120. Дуплекс обеспечивается временным разделением (с интервалом
5 мс) приема/передачи (TDD, Time Division Duplex). В DECT преду- смотрено сжатие речи в соответствии с технологией адаптивной диф- ференциальной импульсно-кодовой модуляции АДИКМ (ADPCM) со скоростью 32 кбит/с (рекомендация ITU-T G.726). Поэтому информа-

113 ционная часть каждого слота — 320 бит. При передаче данных воз- можно объединение временных слотов и обеспечение скорости пере- дачи данных до 70 Кбит/с. В радиотракте использована частотная мо- дуляция с фильтром Гаусса (GFSK).
Базовые станции (БС) и абонентские терминалы (AT) DECT по- стоянно сканируют все доступные каналы (до 120). При этом измеря- ется мощность сигнала на каждом из каналов, которая заносится в список RSSI (Recieved Signal Strength Indication). Если канал занят или сильно зашумлен (например, помехами от другого DECT- устройства), показатель RSSI для него высокий. БС выбирает канал с самым низким значением RSSI для постоянной передачи служебной информации о вызовах абонентов, идентификаторе станции, возмож- ностях системы и т.д. Эта информация играет роль опорных сигналов для AT – по ним абонентское устройство определяет, есть ли у него право доступа к той или иной БС, предоставляет ли она требуемые абоненту услуги, есть ли в системе свободная емкость, и выбирает ба- зовую станцию с наиболее качественным сигналом.
В DECT канал связи всегда выбирает AT. При запросе соедине- ния от базовой станции (входящее соединение) AT получает уведом- ление и выбирает радиоканал. Служебная информация передается БС и анализируется AT постоянно, следовательно, AT всегда синхрони- зируется с самой близкой из доступных БС. При установлении нового соединения AT выбирает канал с самым низким значением RSSI – это гарантирует, что новое соединение происходит на самом «чистом» канале из доступных. Данная процедура динамического распределе- ния каналов DCS (Dinamic Channel Selection) позволяет избавиться от частотного планирования – важнейшее свойство DECT.
Поскольку AT постоянно (даже при установленном соединении) анализирует доступные каналы, может происходить их динамическое переключение во время сеанса связи. Такое переключение возможно как на другой канал той же БС, так и на другую БС. Эта процедура называется «хэндовер» (handover). При хэндовере AT устанавливает новое соединение, и какое-то время связь поддерживается по обоим каналам. Затем выбирается лучший. Автоматическое переключение

114 между каналами разных БС происходит практически незаметно для пользователя и полностью инициируется AT. Это особенно важно для построения микросотовых систем, позволяющих абоненту переходить из соты в соту без прерывания соединения. Отметим, что, хотя выбор каналов остается всегда за AT, в DECT предусмотрена возможность оповещения абонентского терминала со стороны БС о низком каче- стве связи, что может инициировать хэндовер.
Существенно, что в радиотракте аппаратуры DECT мощность сигнала весьма мала – от 10 до 250 мВт. Причем 10 мВт – практиче- ски номинальная мощность для микросотовых систем с радиусом со- ты 30-50 м внутри здания и до 300-400 м на открытом пространстве.
Передатчики мощностью до 250 мВт используют для радиопокрытия больших территорий (до 5 км при направленной антенне). Столь низ- кая мощность делает устройства DECT наиболее безопасными для здоровья. Недаром в европейских медицинских учреждениях разре- шено применение систем радиотелефонии только этого стандарта.
Кроме того, при мощности 10 мВт возможно располагать базо- вые станции на расстоянии 25 м. В результате достигается рекордная плотность одновременных соединений — до 100 тыс. абонентов, при условии расположения БС по схеме шестиугольника в одной плоско- сти (на одном этаже).
Беспроводные городские сети WMAN
Широкополосная беспроводная связь уже давно рассматривает- ся в качестве реальной альтернативы традиционным способам высо- коскоростного абонентского доступа, в том числе и новым «провод- ным» технологиям, таким как DSL и кабельные модемы. Местные и многоканальные многоточечные распределительные системы
(Multipoint Distribution System – MDS) LMDS и MMDS (которые называют также «сотовым телевидением» и «беспроводным КТВ»), первоначально предназначавшиеся для трансляции телепрограмм в районах, не имеющих кабельной инфраструктуры, в последнее время все чаще используются для организации широкополосной беспровод-

115 ной передачи данных на «последней миле». Радиус действия передат- чиков MMDS, работающих в диапазоне 2,1-2,7 ГГц, может достигать
40-50 км, в то время как максимальная дальность передачи сигнала в системах LMDS, использующих значительно более высокие частоты в области 27-31 ГГц, составляет 2,5-3 км.
Массовому распространению этих систем до сих пор мешает от- сутствие индустриальных стандартов и, как следствие, несовмести- мость продуктов разных производителей.
В начале 2000 г. для изучения различных решений и выработки единых правил построения систем широкополосной беспроводной связи (BWA, Broadband Wireless Access) в IEEE был создан рабочий комитет 802.16, который изначально занималась разработкой техно- логии WLL (Wireless Local Loop). В первую очередь он сосредоточил- ся на вопросах стандартизации систем LMDS диапазона 28-30 ГГц, однако вскоре полномочия комитета были распространены на область частот от 2 до 66 ГГц и в его составе образовано несколько рабочих групп:

Рабочая группа 802.16.1 – разрабатывает спецификации радиоинтерфейса для систем, использующих диапазон 10 - 66 ГГц;

Рабочая группа 802.16.2 – занимается вопросами «сосуще- ствования» сетей фиксированного широкополосного доступа в нели- цензируемых диапазонах 5 - 6 ГГц (в частности, с беспроводными ЛС на базе стандарта 802.11а);

Рабочая группа 802.11.3 – разрабатывает спецификации радиоинтерфейса для лицензируемых систем диапазона 2-11 ГГц, главной целью создания группы стало содействие ускоренному раз- вертыванию систем MMDS путем предоставления производителям возможности создавать совместимые продукты на основе единого стандарта.
Все стандарты разрабатываются комитетом 802.16 на базе еди- ной эталонной модели, объединяющей интерфейсы трех типов в трак- те связи между абонентскими устройствами или сетями (например,
ЛС или учрежденческими АТС) и транспортной сетью (ТфОП или
Internet). Первый радиоинтерфейс определяет взаимодействие або-

116 нентского приемо-передающего узла с базовой станцией, второй включает в себя два компонента, охватывающие обмен сигналами между радиоузлами и «находящимися за ними» сетями – абонентской и транспортной (в детальной проработке спецификаций этого интер- фейса участвуют и другие комитеты IEEE). Спецификации третьего, дополнительного, радиоинтерфейса определяют использование по- вторителей или отражателей для увеличения зоны охвата системы и обхода препятствий на пути распространения сигнала.
В апреле 2003 году фирмами Nokia, Harris Corp., Ensemble и
Crosspan был основан некоммерческий консорциум WiMAX Forum
(Worldwide Interoperability for Microwave Access, Глобальная Совме- стимость для Микроволнового Доступа). Главной задачей этого кон- сорциума стало создание стандарта для технологии беспроводного широкополосного доступа с такой пропускной способностью, чтобы современный пользователь не чувствовал бы разницы по сравнению с любой существующей транспортной технологией. На сегодня в кон- сорциум WiMAX Forum входит 180 компаний-производителей совре- менного телекоммуникационного оборудования. Главной задачей
WiMAX Forum можно определить выполнение тех же шагов, которые были сделаны альянсом WiFi Alliance для технологии IEEE 802.11
WLAN (Wireless Local Area Networks, Беспроводные Локальные Се- ти):

определение и гармонизация стандартов;

сертификация взаимодействия оборудования различных поставщиков;

продвижение технологии WiMAX.
Сегодня термин WiMAX стал коммерческим именем стандарта
IEEE 802.16 WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks, Беспровод- ные Городские Сети Связи).
В целом, рабочим комитетом IEEE 802.16 по стандартам широ- кополосного доступа совместно с консорциумом WiMAX Forum к концу 2005 года были разработаны следующие стандарты серии
802.16 (табл. 10):