Беспроводные радиосети
Г. С. Пискунов, ИЯФ СО РАН

Статья знакомит с технологией сетей передачи данных, в основе которых лежит использование шумоподобных сигналов (ШПС). Рассмотрены методы формирования ШПС, классы и типы применяемого оборудования, возможные сетевые конфигурации. Дана оценка перспективы использования таких сетей.

 

Введение

Среди множества бурно развивающихся технологий беспроводной связи несомненный интерес для разработчиков систем промышленной автоматики представляет технология сетей передачи данных, основанная на использовании шумоподобных сигналов (ШПС). В последние несколько лет системы ШПС, или, как их принято называть на Западе, Spread Spectrum Technology (SST), стремительно завоевывают популярность как одно из средств для построения компьютерных сетей. Высокая популярность объясняется несколькими обстоятельствами, главные из которых следующие:

  • В отличие от других систем, использующих радиоспектр, они не требуют (почти везде, кроме России) получения разрешения на применение и тем самым позволяют избежать обычной в подобных случаях дорогостоящей и длительной процедуры согласования с органами надзора за использованием радиоспектра.
  • Системы с ШПС обеспечивают кодовое разделение между несколькими сетями, работающими в данном месте в том же самом частотном диапазоне, т.е. допускают многократное использование радиоспектра.
  • Предельно малые сроки развертывания беспроводной сети, а также возможность быстрой реконфигурации и связи с подвижными объектами часто делают такую сеть технически и экономически привлекательной.
  • Существует большое число приложений, в которых прокладка медного или оптоволоконного кабеля нецелесообразна по экономическим соображениям или попросту невозможна (исторические здания, большие цеха, технологические площадки, удаленные на расстояние нескольких сотен - тысяч метров, подвижные объекты). В подобных случаях беспроводная сеть может оказаться единственно возможным решением.

Для условий России, с ее масштабами (в том числе промышленных объектов) и слабой развитостью средств телекоммуникаций, системы беспроводной связи должны и, несомненно, будут представлять особый интерес.

Что такое ШПС?

Первоначально системы ШПС, или Spread Spectrum (распределенный спектр), разрабатывались как в США, так и в России преимущественно для применения в военных целях обеспечения повышенной защищенности от глушения и помех, а также достижения высокого уровня секретности при передаче сообщений. Принцип работы устройств ШПС состоит в "размазывании" радиосигнала в широкой полосе частот с использованием некоторого алгоритма распределения. Размазывание осуществляется при помощи псевдослучайной последовательности (Pseudorandom Number, PN), задающей алгоритм распределения. Каждое приемное устройство для декодирования сообщения должно знать кодирующую последовательность. Устройства, имеющие различные PN, фактически не "слышат" друг друга. Поскольку мощность сигнала распределяется по широкой полосе, он оказывается "спрятанным" в шумах и по своим спектральным характеристикам также напоминает шум в радиоканале. Это обстоятельство и дало название методу - шумоподобные сигналы.

В рассматриваемых продуктах используются два наиболее популярных способа формирования ШПС: метод со скачками по частоте (frequency hopping, FH SST) и метод прямой последовательности (direct sequence, DS SST).

В методе со скачками по частоте приёмник и передатчик каждые несколько миллисекунд синхронно перестраиваются на различные несущие частоты в соответствии с алгоритмом, задаваемым псевдослучайной последовательностью. Лишь приемник, использующий ту же самую последовательность, может принять сообщение. При этом предполагается, что другие системы, работающие в том же частотном диапазоне, используют иную последовательность и поэтому практически не мешают друг другу. Для тех случаев, когда два передатчика пытаются использовать ту же самую частоту одновременно, предусмотрен протокол разрешения столкновений, по которому передатчик делает попытку повторно послать данные на следующей в последовательности частоте.

В методе с прямой последовательностью в передаваемый в радиоканале сигнал вносится значительная избыточность путем передачи каждого бита информации одновременно в нескольких (порядка 10) частотных каналах. Обратное сжатие в приёмнике осуществляется при помощи коррелятора, использующего ту же самую кодовую последовательность. После коррелятора сигнал может быть подвергнут дополнительной узкополосной фильтрации, улучшающей отстройку от мешающих передатчиков. С повышением избыточности кодирования увеличивается соотношение сигнал-шум.

Сравнивая эти два метода, можно видеть, что вариант со скачками по частоте в общем случае обеспечивает лучшую избирательность по соседнему каналу. Однако существующие правила требуют использования большого числа каналов псевдослучайным образом для обеспечения равномерной загрузки частотного диапазона. Селективное использование избранных каналов в методе FH запрещено. Пользователи систем DS, напротив, имеют определенную свободу в выборе каналов, что может улучшить надежность при работе в сильно загруженных диапазонах. DS-сигнал имеет меньшую мощность на заданной частоте, чем более узкополосный FH-сигнал. Потенциально более низкое соотношение сигнал-шум в методе DS компенсируется высоким усилением в канале обработки сигнала. Системы с прямой последовательностью в состоянии принимать и осуществлять корреляционную обработку сигнала с мощностью ниже среднего уровня шумов в канале.

Таким образом, оба метода имеют свои достоинства и недостатки и выбор конкретного типа изделия на основании лишь используемого метода кодирования вряд ли должен быть определяющим. Из сопровождающей документации на оборудование конкретных фирм обычно следует, что именно их метод является наилучшим.

Такое разнообразие возможных реализации приводит к тому, что функционально подобные изделия от различных производителей, как правило, не совместимы друг с другом. Исключение составляют, по-видимому, изделия AirLan компании Solectek, которые совместимы с продуктами DEC и AT&T GIS. Ситуация с совместимостью должна улучшится с принятием стандарта IEEE 802.11 на физический уровень сети передачи данных. Разрабатываемый стандарт для частотного диапазона 2,4 ГГц предполагает максимальную скорость передачи 2 Мбит/с и минимальную - 1 Мбит/с в 22 выделенных каналах, каждый из которых может поддерживать независимую логическую сеть. Стандарт предусматривает возможность реконфигурации, так что до 22-х сетей могут работать одновременно в одном и том же физическом пространстве, не мешая друг другу, или, наоборот, сеть может быть сконфигурирована на использование всех 22-х каналов для получения максимальной защищенности от помех и подслушивания. Комитет 802.11 планирует расширить свою деятельность и на использование инфракрасного диапазона, а также радиодиапазона 902 МГц, где, по-видимому, будет доминировать метод формирования ШПС с прямой последовательностью. Для пользователей появление стандарта будет означать совместимость изделий от различных производителей, а значит, более жесткую конкуренцию между ними и, соответственно, быстрое снижение цен при одновременном улучшении функциональных характеристик.

Диапазоны, частоты, разрешения

Для работы беспроводных сетевых устройств с ШПС используются, преимущественно, два частотных диапазона: 902-928 МГц (длина волны 33 см, L-диапазон) и 2400 - 2483,5 МГц (длина волны 12 см, S-диапазон). В различных странах границы диапазонов могут несколько отличаться. В РФ оба диапазона попадают в участки, отведённые для работы промышленных, научных и медицинских высокочастотных установок. Уровень помех от подобных установок регламентируется ГОСТ 23450-79, который, однако, не распространяется на радиоэлектронные средства, предназначенные для передачи информации. Промышленные частоты 915 МГц 2% и 2450 2% приводятся в данном ГОСТе лишь для справки, их использование регламентируется другими, в том числе международными, нормативными актами. В соответствии с законодательством, принятом в большинстве стран, выходная мощность подобных устройств ограничена 1 ваттом в диапазоне 902 МГц при использовании антенны с коэффициентом усиления не выше 6 дБ и 100 милливаттами в диапазоне 2,4 ГГц. Эти значения примерно соответствуют или существенно ниже оговоренных в стандарте уровней паразитных излучений от промышленных установок. Диапазон 902 МГц на вторичной основе наиболее широко применяется в бесшнуровых радиотелефонах, имеющих выходную мощность, близкую к указанной, а также во многих промышленных ВЧ-системах. Диапазон 2,45 ГГц является, по-видимому, самым популярным на этой планете. Все, кто использует микроволновые печи, имеет в своем распоряжении весьма мощный генератор (500 Вт и выше), способный создавать помехи в диапазоне 2,45 ГГц.

Несмотря на это, а также на то, что в большинстве стран мира использование подобные устройств не требует разрешений, в России применение их вне помещений предприятия требует соответствующего согласования. Поэтому, прежде чем приобретать такие устройства, рекомендуется проконсультироваться с местными органами Госсвязьнадзора, где вас, скорее всего, направят в Госкомитет по радиочастотам (ГКРЧ). Проще всего воспользоваться консультационными услугами импортеров данного класса оборудования, которые обычно имеют соответствующие разрешения ГКРЧ и необходимые для импорта сертификаты соответствия Минсвязи РФ на конкретные изделия.

Классы и типы оборудования

Сетевые устройства с ШПС подразделяются на два класса: радиомодемы, заменяющие обычный четырехпроводный модем, и собственно устройства для построения беспроводных сетей, такие как радиобриджи, адаптеры и устройства беспроводного доступа к проводной сети.

Простейшими представителями радиомодемов являются два изделия из семейства Prox-Link производства компании Proxim, Inc. Устройства PL и PL2 служат для замены обычных четырехпроводных соединении через стык RS-232. Модем может работать в прозрачном режиме, когда данные, поступающие через последовательный порт, передаются или принимаются по радиоканалу по мере их поступления без изменений, и в пакетном режиме, когда подключенный к модему компьютер может управлять его режимом работы с помощью набора команд пакетной связи. Скорость обмена через порт RS-232 - до 19-2 Кбит/с. Скорость передачи данных в радиоканале составляет 121 Кбит/с для PL и 242 Кбит/с для PL2. Более высокая скорость обмена в радиоканале позволяет нескольким устройствам работать одновременно, используя протокол доступа к среде передачи данных CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - множественный доступ с обнаружением несущей и избежанием столкновений). Устройства используют диапазон 902 МГц, выходная мощность 400 мВт. При указанной мощности, данные модемы обеспечивают связь на расстоянии до 300 м при использовании четвертьволновых штыревых антенн (относительно дальности связи см. ниже). Габариты прибора. 10х17х2 см.

Наиболее известным является семейство радиомодемов Airlink фирмы Cylink, Inc. Это уже серьезные устройства, позволяющие осуществлять цифровую передачу данных на значительные расстояния на скоростях до 19,2 Кбит/с через асинхронный стык RS-232 и вплоть до 512 Кбит/с через синхронный порт V.35 (V.11).

Ниже приводятся спецификации на радиомодемы S-диапазона. Аналогичные и близкие по параметрам устройства выпускаются компанией Cylink и для L-диапазона (табл. 1).

Для обеспечения связи при отсутствии прямой видимости и использовании радиомодема в качестве ретранслятора или при использовании нескольких модемов в составе синхронной сети в нем предусмотрена возможность установки режимов ведущий/ведомый и внешний вход синхронизации.

Говоря об изделиях компании Cylink, следует также упомянуть о сравнительно новом продукте, Airlink E1. Это, фактически, дуплексная радиорелейная линия, работающая в "промышленном" частотном диапазоне 5,725 - 5,850 ГГц, но также использующая технологию ШПС. Устройство имеет привычное для систем телефонии сопряжение G.703 и выносной высокочастотный блок для наружной установки. Выходная мощность 100 мВт (программируемая), системное усиление 100 дБ, скорость передачи данных 2048 кбит/с. Преимущество данного оборудования по сравнению со стандартными РРЛ малой емкости - в несколько раз более низкая стоимость.


Таблица 1.

 

Сегодня на рынке предлагается огромное количество устройств для построения беспроводных сетей с использованием технологии ШПС, работающих в указанных частотных диапазонах. Среди производителей такие компании, как DEC, AT&T GIS, Cabletron, Solectek, Proxim, Tetherless Access, Metricom, Aironet, Xircom и др. Предлагается три основных типа изделий:

  • Радиоадаптеры (Wireless LAN Client Cards) для установки в персональный компьютер или рабочую станцию с наиболее популярными типами шинных интерфейсов: ISA, PCMCIA, Micro Channel. Радиоадаптеры позволяют устанавливать связь точка-точка или обеспечивают беспроводное подключение по радиоканалу к проводной сети через устройства доступа (Access Point). Поскольку адаптеры устанавливаются непосредственно на шину компьютера, они поставляются совместно с драйверами (NDIS, ODI, Packet), обеспечивающими их работоспособность под управлением наиболее популярных сетевых операционных систем, включая NetWare, Windows for Workgroups, LAN Manager, LANtastic, VINES, SCO др.
  • Устройства доступа (Access Point) для сетей Ethernet, Token Ring и LocalTalk II. Несколько таких устройств, подключенных к локальной сети и размещенных в различных точках (например, на разных этажах здания), обеспечивают беспроводное подключение практически неограниченного числа компьютеров, оснащенных радиоадаптерами, а также возможность перемещения из зоны действия одного устройства доступа (соты) в другую без прерывания связи (roaming). Для управления сетью они поддерживают протоколы дистанционного конфигурирования, диагностики и управления с использованием стандартных протоколов Telnet, FTP или SNMP. Помимо этого, некоторые устройства доступа (например, Arlan 630) умеют автоматически обнаруживать отказы в проводной локальной сети и переключаться в режим повторителя, восстанавливая работоспособность сети, что дает возможность создавать отказоустойчивые сети.
  • Радиобриджи, обеспечивающие, помимо функций устройства доступа, все возможности обычного сетевого бриджа - поддержку протокола 802.1d (Spanning Tree), эффективную фильтрацию пакетов между проводной сетью и радиосетью (могут одновременно выполнять и функции ретранслятора для радиосети). Радиобриджи являются протокольно прозрачными и могут работать, практически, с любым программным обеспечением. Обычно они используются для соединения удаленных фрагментов ЛВС в единую сеть. В качестве типичного примера ниже приводятся основные характеристики Ethernet-радиобриджа второго поколения, Arlan 640-2400, выпускаемого фирмой Aironet Wireless Communications, Inc.
  • Способ формирования ШПС:
  • прямая последовательность
  • 2,4 - 2,4835 ГГц (США, Канада),
  • 2,4 - 2,5 ГГц (Европа)
  • Скорость передачи данных:
  • перестраиваемая до 2 Мбит/с
  • Тип используемого процессора:
  • Моторола 68360, 25 МГц

Дальность:

Типичная зона перекрытия на микроячейку:

3 4500 кв. метров

Радиус действия с ненаправленной антенной:

внутри помещений - до 150 м

вне помещений - до 300 м

  • с направленной антенной (135 дБ) - до 3 км

Выходная мощность:

  • 100 мВт ЭИИМ

Сетевая поддержка:

  • Проводная ЛВС
  • протокол IEEE 802.3 SCMA/CD и Ethernet (Голубая книга); соединители: 10Base2 (тонкий Ethernet/BNC), 10Base5 (толстый Ethernet/AUI), 10BaseT (витая пара/RJ-45); быстродействие 10 Мбит/с; возможность фильтрации пакетов по сетевому адресу, протоколу или содержимому пакета; протокол Spanning Tree; IEEE 802.1d
  • Беспроводная ЛВС
  • патентованная микросотовая архитектура (ТМА), базирующаяся на использовании протокола CSMA/CA с полной поддержкой возможности перемещения из соты в соту (roaming)

Конфигурирование и управление сетью:

  • Локальное начальное конфигурирование:
  • через порт системной консоли (RS-232)
  • Дистанционное конфигурирование:
  • с любой станции в проводной или беспроводной сети с использованием Telnet, FTP или SNMP
  • Автоматическое конфигурирование:
  • ВООТР
  • Соответствие протоколу SNMP:
  • МIВ I, МIВ II, а также ARLAN Enterprise MIB
  • Обеспечение секретности:
  • ШПС-алгоритм прямой последовательности с полным числом системных идентификаторов (SID) 16 миллионов.
  • Переписываемое ПЗУ:
  • 256 Кбайт для системных таблиц и базового ПО
  • Системное ОЗУ:
  • 1 Мбайт

Физические характеристики:

  • Размеры:
  • 20 х 15 х 5 см
  • Вес:
  • 0,7 кг
  • Внешний источник питания:
  • 90 - 260 В, 50/60 Гц, 18 В, 1 А
  • Рабочий температурный диапазон:
  • 0 - 40°С

Внешний вид радиобриджа показан на рис. 1.


Рис.1.

 

Компания Aironet выпускает достаточно полную гамму устройств для построения радиосетей. Помимо Arlan-640 (2400 или 902 МГц), в нее входят:

 

Параметры устройств, выпускаемые той же компанией для диапазона 902 МГц, примерно аналогичны, за исключением большей выходной мощности (1 Вт) и несколько меньшей пропускной способности.

Наиболее популярными в России устройствами являются, видимо, радиоадаптеры WaveLAN и бриджи WavePoint компании AT&T GIS. Их параметры и функциональные возможности близки к описанным выше.

При приобретении подобных устройств следует иметь в виду, что для получения разрешения на их эксплуатацию необходимо наличие сертификата соответствия, выдаваемого Минсвязи РФ. По сведениям автора, такие сертификаты имеются для большинства изделий компаний Cylink. Aironet и AT&T GIS.

Возможные сетевые конфигурации

Радиоадаптеры и бриджи обеспечивают высокую гибкость при построении сети, допускают создание сетей с весьма сложной топологией. Возможные конфигурации показаны на рисунках 2 и 3.


Рис.2.

 

В простейшем варианте бридж используется для соединения двух сегментов локальных сетей. Это могут быть здания, удалённые на расстоянии 30 км при использовании направленных антенн с высоким коэффициентом усиления. Такой вариант показан на следующем рисунке.

Важной особенностью является возможность использования бриджа одновременно как ретранслятора, точки доступа рабочих станции и моста, соединяющего фрагменты локальных сетей, как показано на рис. 3. Используя данную технологию, можно достаточно быстро развернуть сеть, покрывающую значительную площадь.


Рис. 3.

 

Встроенные функции радиобриджей, такие как ретрансляция, фильтрация пакетов и дистанционное управление всеми параметрами сети, включая программную перестройку частот из единого центра, позволяют создавать микросотовую структуру, покрывающую значительные площади (большие предприятия районы и крупные города). Так, на несколько иной технике, компанией Metricom развернута сотовая сеть Ricochet, покрывающая почти всю Кремниевую Долину в Калифорнии.

Недостатки данного подхода известны и, в основном, связаны с ограничениями, присущими технологии построения сетей с использованием бриджей:

  • ограничения по автоматическому выбору резервных путей, связанные с "прозрачностью" бриджей;
  • ограничения по возможности фильтрации пакетов и предотвращения "широковещательных штормов";
  • более трудная изоляция ошибок при значительном увеличении размеров и сложности сети.

Есть и специфические проблемы, связанные с использованием радиосигналов, - это зашита от помех и подслушивания. По этому поводу следует напомнить, что сама технология ШПС разрабатывалась именно для обеспечения высокой помехозащищенности и секретности. Среди средств, обеспечивающих защиту от несанкционированного доступа, следующие: использование технологии шумоподобного сигнала с 24-разрядным идентификатором шумового кода для каждого устройства, опциональное использование микросхем засекречивания по стандарту DES, программные средства защиты доступа к системным ресурсам, такие как пароли и списки ограничения доступа к узлам сети. В целом, например, по утверждению компании Моторола, беспроводные цифровые сети являются более защищенными от несанкционированного доступа, чем обычные кабельные сети Ethernet.

Несмотря на более низкие значения пропускной способности для радиоадаптеров и бриджей, составляющие 2 Мбит/с для диапазона 2,4 ГГц, интегральное быстродействие радиосети оказывается не намного ниже, чем для за груженной 10 Мбит/с кабельной сети Ethernet. Это связано с быстрым ростом времени задержки в сети, использующей протокол CSMA/CD при увеличении загрузки выше 10-15% от номинальной. Радиосеть, благодаря использованию модифицированного протокола CSMA/CA, ведет себя более детерминированно, что является важным обстоятельством для сетей, применяемых в системах управления промышленными объектами.

Дальность

Оценка максимальной дальности при использовании данных устройств внутри помещений весьма сложна. Производители обычно приводят типичные расстояния от 50 до 150 метров или 2-3 этажа. Несколько лучшие условия распространения в помещениях и проникновения через стены и перекрытия обеспечивает диапазон 902 МГц. На открытом пространстве при наличии прямой видимости максимальное перекрываемое расстояние определяется выходной мощностью, чувствительностью приемного устройства, усилением используемых антенн, частотой и потерями в свободном пространстве, которые обратно пропорциональны квадрату расстояния. Потери из-за атмосферных явлений на этих частотах пренебрежимо малы. В общем случае мощность сигнала на входе приемного устройства равна:

 

Потери в свободном пространстве оцениваются по вытекающей из этого соотношения формуле:

92,4 дБ + 20 log (расстояние в км) + 20 log (частота в ГГц).

Основным параметром, определяющим дальность, является так называемое системное усиление, равное разности между мощностью передатчика (обычно выражаемой в децибелах относительно уровня 1 мВт) и чувствительностью приемника при заданном коэффициенте ошибок. К сожалению, кроме компании Cylink, производители не приводят в своих спецификациях параметров чувствительности или системного усиления. Поэтому можно лишь приблизительно оценить максимальную дальность. Для этого можно задаться в качестве пессимистичной нижней оценки значением чувствительности, приведенной для адаптеров Solectek в их информационных материалах (не спецификациях) - 70 дБм при коэффициенте ошибок 10 . При мощности передатчика 100 мВт (20 дБм) системное усиление должно составлять не менее 20 - (-70) = 90 дБ. На частоте 2,4 ГГц на расстоянии 10 км потери в свободном пространстве составят 120 дБ. Это означает, что для обеспечения устойчивой связи на такое расстояние сумма коэффициентов усилений используемых антенн должна быть не менее 120 - 90 = 30 дБ. По-видимому, реальные величины, если отталкиваться от значений дальности, например, для Arlan 640, составляющей 9 км при использовании 13 дБ антенн, на 5 - 10 дБ выше указанных.

Для обеспечения покрытия значительной площади можно использовать ретрансляторы. Для этого можно взять два бриджа, подключенных к одному сегменту Ethernet, каждый из которых оборудован антенной, направленной в требуемую сторону (см. рис. 4). При этом реализация так называемой функции "блуждания" (roaming) позволяет перемещаться из зоны действия одного ретранслятора в другую без прерывания связи.


Рис.4. Ретрансляторы с фрагментом сети

 

В качестве ретранслятора может использоваться и один бридж. В этом случае для получения требуемой диаграммы направленности возможно параллельное соединение антенн через устройство согласования импедансов (см. рис. 5).


Рис.5 Две антенны

 

Известны примеры организации связи на расстояние до 50 км на равнинной местности между буровыми вышками высотой порядка 40 метров с использованием аппаратуры Cylink, а также в производственных цехах, насыщенных силовым и сварочным оборудованием. Связь внутри помещений на небольших расстояниях возможна и без прямой видимости за счет отражений или волноводного распространения.

Для диапазона 902 МГц предлагаются антенны типа волновой канал с усилением от 6 до 12 дБ. Для более высокочастотного диапазона 2,4 ГГц возможно достижение более высоких значений коэффициента усиления при небольших габаритах. Антенны с круговой диаграммой направленности имеют усиление 0 - 8 дБ, весьма малогабаритные антенны типа волновой канал обеспечивают усиление до 13 дБ. Для достижения предельных дальностей на этом диапазоне можно использовать достаточно компактные, простые в установке параболические антенны (например,. Cylink) с усилением 24 дБ, габаритными размерам: 610 х 915 х 85 мм и весом 2,5 кг.

Для использования внутри помещений устройства комплектуются малогабаритными комнатными антеннами.

Достаточно серьезной проблемой при применении радиосетевых средств является выбор места для их установки. Это связано с высокими потерями в соединительном коаксиальном кабеле между радиоадаптером и антенной, составляющими от 0,15 до 0,8 дБ на метр на частоте 2,4 ГГц. Потери в соединительном кабеле вычитаются из значения системного усиления, и поэтому желательно соединение с антенной как можно более коротким кабелем.

Заключение

При оценке стоимости развертывания сети с использованием радиосредств и сравнении их с проводными и оптоволоконными сетями следует принимать во внимание всю совокупность факторов, таких как стоимость кабеля и его прокладки или аренды выделенных каналов связи. Для грубой оценки целесообразности создания беспроводной сети можно считать, что радиоадаптер стоит порядка 񘈨, радиобридж где-то около 4 тысяч долларов, направленная антенна от 150 до 400 долларов. Для получения конкретных цен и условий поставки следует обращаться к поставщикам. Несмотря на достаточно высокие цены на оборудование, интегральные преимущества, получаемые за счет высокой гибкости, масштабируемости, простоты и быстроты развертывания, отсутствия необходимости прокладки кабеля (что может составлять до 7 тыс. долларов на километр в условиях города), могут оказаться весьма значительными.

Беспроводные сети имеют большое будущее. По опросу американской компании Yankee Group до 49 процентов из опрошенных крупнейших компаний США планируют обзавестись беспроводными сетями в ближайшем будущем [11]. Этому способствуют как успехи в области технологии, так и идущий во всем мире процесс дерегулирования законодательства в области связи, в частности, использования нелицензируемых участков радиоспектра. В США такое дерегулирование, фактически, породило бум в области беспроводных сетей и способствовало появлению множества конкурирующих производителей. Для условий России, где практически отсутствуют цифровые каналы связи, использование данной технологии может оказаться весьма привлекательным. Конкретные действия со стороны Минсвязи РФ по упрощению процедуры оформления разрешений могли бы дать толчок не только к быстрому развитию цифровых сетей передачи данных в РФ, но и способствовали появлению отечественных производителей этого перспективного оборудования.

 

Использование самого современного оборудования и проведенная модернизация сети обеспечила значительное увеличение скорости передачи данных до 11 Мбит/с. Направление, в соответствии с которым развивается опорная сеть, позволяет уже сегодня эффективно строить и объединять корпоративные информационные системы.

Устанавливаемое специалистами компании "Нэтком" абонентское оборудование, имеет RJ-45 порт и легко может быть сопряжено с локальной сетью офиса.

Мобильность и гибкость, свойственные радио-технологиям, позволяют создавать высокоскоростные каналы связи в рекордно короткие сроки 1 - 3 дня. Комплект оборудования легко демонтируется и устанавливается в новом месте, что позволяет сохранить инвестиции в качественную связь при изменении места расположения офиса.

Объединение по радиоканалу двух точек.

В случае отсутствия прямой видимости между точками возникает необходимость установки промежуточного ретранслятора, находящегося в прямой видимости с обеими точками.

схема подключения "точка-точка" через опорную сеть

Каналы точка - много точек.

Радиосистемы, использующие расширение спектра методом прямой последовательности (так называемые RadioEthernet) на сегодняшний день уже достаточно хорошо опробованы для связи локальных сетей, удаленных друг от друга на расстояния в десятки километров. Кроме того, эти системы позволяют строить сети типа точка - многоточка, которые описываются и характеризуются как сети микросотовой связи, в которых абоненты имеют фиксированное положение.

схема подключения "точка - много точек"

Соединение может осуществляться по следующим вариантам:

Радиосети передачи данных

В наш бурный век развития Internet сетевые технологии позволяют подключить к мировому информационному сообществу компьютеры, которые могут находиться в самых непредсказуемых местах. Одну из таких возможностей предоставляют сети, использующие в качестве «транспорта» радиоволны, или, одним словом, радиосети.

Радиосети передачи данных применяются в тех случаях, когда организация проводных или оптоволоконных каналов связи невозможна физически, либо если существующие проводные каналы связи не удовлетворяют потребителей с точки зрения скорости передачи информации, или их использование является экономически нецелесообразным.

Условно все компьютерные сети можно разделить на три уровня — это глобальные национальные и территориальные сети WAN (Wide Area Network), региональные сети масштабов области и города MAN (Metropolitan Area Network) и локальные сети предприятия LAN (Local Area Network).

На каком уровне сетевых приложений экономически целесообразно и оправданно применение радиосетей передачи данных? Понятно, что в глобальных сетях, требующих огромной пропускной способности каналов и связывающих между собой абонентов на расстоянии в тысячи километров, применение радиооборудования вряд ли будет оправданным. Локальную компьютерную сеть также лучше создавать на проводах, за исключением тех случаев, когда от некоторых рабочих станций требуется ограниченная подвижность или когда время жизни сети слишком мало. А вот создание сетей MAN на основе радиооборудования имеет смысл.

Существует такое понятие, как «проблема последней мили». Редко кто не сталкивался с этой проблемой, и проиллюстрировать ее легче всего на простом примере. Вашей организации необходимо получить доступ в Internet, При этом необходимо иметь скорость не менее 64 Кбит/с, а вообще — чем больше, тем лучше. Провайдер располагается на расстоянии 5-10 км от вашей конторы, не больше. Если дело происходит в Москве, проблема может быть решена арендой выделенной линии или прокладкой оптоволокна (если не обсуждать стоимость и длительность процедур, связанных с копанием траншей и колодцев). Если же вы имеете счастье не дышать московским смогом, а жить и работать где-нибудь на природе, то шансов у вас практически нет.

Единственным выходом из такой ситуации может быть использование радиооборудования. Вопрос выбора конкретного оборудования не так прост, как кажется на первый взгляд, так как в настоящее время номенклатура выпускаемого оборудования довольно широка и технические характеристики и стоимость у различных фирм-изготовителей и фирм, представляющих их интересы в России, отнюдь не одинаковы.

Термин «радиомодем», очень часто используемый для описания всего класса цифрового радиооборудования, является не совсем правильным, так как в большинстве случаев это оборудование работает совсем не так, как привычные всем телефонные модемы. Поэтому мнение о том, что привычный модем можно заменить «радиомодемом» и все проблемы будут решены, является ошибочным. Для начала рассмотрим, какое оборудование может быть использовано для создания радиосетей передачи данных, по каким признакам оно классифицируется и чего можно ожидать от того или иного класса оборудования.

В первую очередь можно классифицировать оборудование по радиочастотным параметрам, основным из которых является диапазон радиочастот, в котором данное оборудование работает. Причем от того, в каком диапазоне работает оборудование, зависят такие показатели, как дальность связи, скорость передачи информации и требования к обеспечению «прямой видимости», зависимость качества связи от погодных условий. Наиболее распространенные диапазоны частот, предназначенные для систем передачи данных, это 136-174 МГц, 400-512 МГц, 820-960 МГц, 2,4 ГГц, 5 ГГц, 10-12 ГГц, 30-35 ГГц и выше. Зависимость параметров следующая: чем выше частота, тем выше может быть скорость передачи данных, меньше дальность, выше требования к обеспечению прямой видимости и больше чувствительность к перемене погоды. Эта зависимость иллюстрируется следующими примерами, показывающими, каких параметров связи можно добиться при использовании различных диапазонов частот:

136-174 МГц — скорость передачи данных до 19,2 Кбит/с, дальность связи до 50-70 км, связь может осуществляться «из-за угла» и за горизонтом за счет искривления пути прохождения радиолуча у земли. Параметры связи практически не зависят от погодных условий.

400-512 МГц — скорость передачи данных до 128 Кбит/с, дальность связи до 40-50 км. Возможна радиосвязь при помощи приема сигналов, отраженных от различных зданий и сооружений, гор и т.д., хотя наличие прямой видимости желательно; в диапазонах 800-960 МГц и выше возможна организация каналов передачи данных со скоростью свыше 2 Мбит/с, при этом обязательным является условие прямой видимости между антеннами. С ростом используемой частоты увеличивается влияние погодных условий и уменьшается дальность связи, так как условия распространения радиоволн в этом диапазоне приближаются к условиям распространения света. Кроме того, дальность связи зависит от мощности передатчиков, чувствительности приемников и характеристик применяемых антенн и радиочастотного кабеля.

Другой важный параметр, по которому различаются устройства, — тип излучаемого сигнала. Узкополосные устройства излучают в эфир сигнал с шириной спектра 25-200 кГц, причем ширина излучаемого спектра увеличивается с увеличением скорости передачи информации. Узкополосные системы обладают очень существенным недостатком: если в частотном диапазоне такой системы появляются помехи, то качество связи резко падает.

Более защищенными от помех являются широкополосные устройства. Они используют сигнал с шириной спектра несколько мегагерц. Существует два варианта таких систем. В одном из них применяется метод передачи сигнала одновременно на нескольких узких поддиапазонах. Если на каком-либо из них (или сразу на нескольких) появляются помехи, система определяет правильный поток данных путем выбора наибольшего количества одинаковых потоков. Во втором варианте широкополосных систем сигнал транслируется на одной частоте. Но передатчик задерживается на этой частоте очень короткое время — несколько миллисекунд, а затем синхронно с приемником переходит на другую частоту. Таким образом, достигаются одновременно два результата — высокая помехоустойчивость и определенная степень защиты информации от посягательств извне, поскольку закон изменения частоты знают лишь приемник и передатчик. Кроме того, такая широкополосная система позволяет работать на одном частотном диапазоне нескольким станциям одновременно, не мешая друг другу, так как разные станции используют разные последовательности изменения частоты.

Третий метод классификации — это принцип построения сети. Сети могут строиться по принципу «точка-точка», когда совместно работают два устройства, оснащенные направленными антеннами, либо по принципу «звезда», когда несколько абонентских устройств, оснащенных направленными антеннами, поддерживают связь с одним центральным устройством. Центральное устройство обычно оснащается антенной с круговой диаграммой направленности.

Следующий параметр, по которому можно классифицировать оборудование радиосетей передачи данных, — это протоколы, поддерживаемые устройствами, их наличие и отсутствие.

Самым простым вариантом являются так называемые прозрачные, или транспарентные радиомодемы, предназначенные для организации радиолиний связи «точка-точка». Пожалуй, это единственный класс оборудования, к которому применим термин «радиомодем». Прозрачные радиомодемы обычно имеют синхронный порт для подключения оконечного оборудования. Пара таких радиомодемов просто организует подобие «нуль-модемного» кабеля, но не по проводам, а по радиоканалу. Скорость передачи данных, которую обеспечивают прозрачные радиомодемы, составляет от 1,2 Кбит/с до нескольких Е1. Низкоскоростные радиомодемы нашли применение в основном в системах телеметрии и телеуправления; с помощью высокоскоростных радиомодемов возможно соединение между собой двух цифровых АТС или двух локальных сетей (при использовании внешних маршрутизаторов). Наиболее характерными представителями данного типа оборудования являются телеметрические радиомодемы фирм Maxon и Pacific Crest (2,4 Кбит/с), радиомодемы RAN и RANSS фирмы Multipoint Networks (9,6, 19,2, 64, 128, 2048 Кбит/с), Cylink El (2 Мбит/с), радиорелейное оборудование отечественного производства, например «Радан», «Перевал», «Флокс».

При использовании прозрачных радиомодемов обычно предусматривается возможность организации протяженных линий связи при использовании промежуточных ретрансляторов.

Второй класс оборудования предусматривает поддержку определенных сетевых протоколов передачи данных и включает в себя такое широко известное оборудование, как радиобриджи фирм Aironet, Proxim, Lucent Technologies, наиболее известные в России под псевдонимом радио-Ethernet. Радиобриджи изначально были созданы для организации беспроводных локальных сетей внутри зданий в том случае, если прокладка кабеля невозможна, — в музеях, зданиях, представляющих историческую ценность, при оборудовании временных сетей на выставках, шоу и т.д. или для связи между двумя рядом стоящими зданиями, если прокладка кабеля экономически невыгодна или технически невозможна. Радиус действия точки доступа составляет 50-300 м,

Радио-Ethernet широко применяется для доступа к информации на территории больших складов, бирж и т.д.

Радиобриджи обычно работают с пакетами Ethernet, и с их помощью организуется одна большая Ethernet-сеть, как если бы все устройства сети были объединены кабелем. Устройства радио-Ethernet обычно выпускаются либо в виде отдельно сто-яших устройств, либо в виде плат, подключаемых к шине компьютера (ISA, МСА или PCMCIA). В России с присущей русскому народу смекалкой и изобретательностью радиобриджи часто приспосабливают для организации магистральных радиоканалов на расстояниях до 50-80 км, используя внешние усилители и антенны с высоким коэффициентом усиления.

Кроме радиобриджей, можно выделить также радиомаршрутизаторы IP фирмы Multipoint NetworksWaveNET IP. В отличие от радиобриджей это оборудование специально предназначено для организации радиосетей городского и районного масштаба на расстояниях до 30-40 км от центральной станции и включает в свой состав маршрутизатор IP. Кроме того, использование оборудования WaveNET IP позволяет решить так называемую проблему длинного кабеля. Дело в том, что очень часто точка подключения к локальной сети и точка установки антенны на крыше находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга. Оборудование радио-Ethernet имеет настольное исполнение и может быть использовано только в нормальных климатических условиях. С другой стороны, радиосигнал с частотой 800 МГц и выше испытывает сильное затухание в кабеле, что накладывает ограничения на максимальную длину кабеля между устройством и антенной. Это противоречие разрешается либо установкой радиобриджа в погодозащитном кожухе непосредственно возле антенны, либо использованием дополнительных усилителей, что значительно повышает стоимость системы. WaveNET IP имеет внешнее погодозащитное исполнение и может эксплуатироваться при температуре от -50°С до +60°С; оно устанавливается непосредственно возле антенны и соединяется с локальной сетью витой парой, длина которой может достигать 100 м.

Популярность оборудования радио-Ethernet можно объяснить тем, что использование радиочастот диапазона 800 МГц, 2,4 и 5 ГГц в США является нелицензируемым. Однако в нашей стране использование приемопередающего оборудования требует получения разрешения соответствующих радиочастотных органов. Это является достаточно большой проблемой для массового внедрения радиосетей. Однако в околокоммуникационных кругах ходят слухи о возможности отмены лицензирования в диапазоне частот 2,4 ГГц. Возможно, что это произойдет достаточно скоро. Вот тогда-то и взойдет она, звезда пленительного радио-Ethernet'а.




решения ГКРЧ, приказы, образцы заявок | сертификаты | карточки ТТХ | образцы договоров | пресса о беспроводной связи

 

Hosted by uCoz