Ethernet без проводов!

Слынько Алексей

Радиомосты

Точки доступа

Устройства для оконечных абонентов

Дополнительное оборудование

Кто владеет информацией — владеет миром. Эта сентенция давно уже стала непреложным правилом в любой сфере человеческой деятельности. Развитие человечества можно сравнить с кругами, порожденными брошенным в воду камнем. И чем дальше от места его падения расходятся эти круги, тем с большим количеством информации соприкасается человеческий разум. Для эффективной обработки информации необходимо не только иметь несколько источников, но и обладать обширными данными из смежных областей. Если учесть, что наш век — время узкой специализации, то для обработки информации необходима связь между участниками этого процесса. Для общения на расстоянии была изобретена телефония. В результате по всему миру сегодня проложено огромное количество телефонных кабелей. Там, где прокладка проводов слишком дорога, используется беспроводная телефонная связь. Еще одним достоинством беспроводной телефонии является свобода передвижений абонента.

С появлением различных цифровых устройств (в том числе и компьютеров) возник вопрос о передаче цифровых данных. Попытка использовать уже имеющуюся кабельную инфраструктуру привела к созданию модемов. К сожалению, пропускная способность сегодняшних модемов не успевает за ростом информационных потоков. Появление, а затем и взрывной рост локальных сетей заставили искать другие способы скоростной передачи данных. Один из самых перспективных способов — передача данных по оптическому волокну с применением лазерных технологий. Подобное решение обеспечивает самую высокую на сегодняшний день скорость, но для конечного пользователя оно практически непригодно. Развитие оптоволоконной инфраструктуры требует очень серьезных капиталовложений на долгий срок. Поэтому его используют в основном на магистральных линиях и при подключении крупных сетей, находящихся неподалеку от магистралей. Что же остается на долю удаленных сетей и мобильных пользователей? Сотовые модемы малопригодны для передачи данных, поскольку обеспечивают скорость в несколько раз меньшую, нежели обычные модемы. Спутниковая связь — слишком дорогое решение на текущий момент. В таких случаях используется технология, именуемая RadioEthernet.

Стандарт RadioEthernet, имеющий название IEEE 802.11, разработан на базе стандарта Ethernet для локальных сетей и является его полным аналогом. Существуют три основные схемы работы пользователей, использующих оборудование данного типа: «точка-точка», «звезда», «все с каждым».

«Точка-точка». Этот тип соединения наиболее часто применяется для организации постоянного соединения между двумя удаленными абонентами. В этом случае важна не мобильность абонентов, а надежность при передаче данных. Поэтому, как правило, оборудование устанавливается стационарно. Использование узконаправленных антенн и усилителей позволяет в отдельных случаях обеспечивать устойчивую связь на расстоянии свыше 50 километров. Подобное решение идеально подходит для магистральных линий с малой загруженностью и корпоративных сетей (связь между двумя локальными сетями, расположенными в удаленных офисах).

«Звезда». Используется при подключении как стационарных, так и мобильных абонентов. Принцип построения такой сети очень схож с принципами построения сотовой сети. В качестве базовой станции («соты») используется оборудование с широконаправленной (круговой) антенной (угол горизонтального обзора — 360 градусов). На стороне абонента в зависимости от степени мобильности используется либо узконаправленная, либо широконаправленная антенна.

Использование широконаправленных антенн снижает плотность мощности передаваемого сигнала, поэтому расстояние между абонентами такой сети существенно ниже, нежели в случае «точка-точка».

«Все с каждым». Такое решение чаще всего применяется внутри зданий для организации локальной сети, абоненты которой не привязаны к своим рабочим местам. Каждая станция оснащается всенаправленной антенной, позволяющей поддерживать связь с каждым из абонентов в радиусе 200 метров. Помимо обеспечения свободы передвижения, данное решение позволяет избежать расходов на развертывание кабельной инфраструктуры внутри здания.

Оборудование стандарта 802.11 делится на различные категории по трем признакам: дальность, метод и скорость передачи.

Каждое приемо-передающее устройство, работающее на радиоволнах, занимает определенный участок радиоспектра, называемый «полосой», или «каналом». Каждый такой диапазон характеризуется центральной частотой, которая также называется «несущей», и шириной диапазона. Дальность работы напрямую зависит от несущей частоты диапазона. Чем выше частота, тем более прямолинейно распространяется радиоволна. Отсюда ясно, что оборудование, работающее на больших частотах, наиболее эффективно используется в условиях прямой видимости. Для передачи на большие расстояния имеет смысл использовать более низкочастотное оборудование, позволяющее огибать предметы, препятствующие распространению сигнала.

Скорость передачи данных зависит от ширины полосы и не зависит от несущей частоты. Таким образом, неважно, в каком месте радиоспектра располагается канал — скорость будет одинаковой. Использование более высокой несущей частоты позволяет увеличить количество одновременно работающих каналов.

Существующее на сегодняшний день оборудование RadioEthernet работает в двух диапазонах: 915 МГц и 2,4 ГГц. Устройства, работающие на частоте 915 МГц, широкого распространения не получили. Этот диапазон в Европе и России занят другими средствами связи. Для того чтобы не создавать помех уже существующей аппаратуре, его использование в Европе разрешено только внутри зданий. В Россию же подобное оборудование стараются не поставлять вообще. Устройства, работающие на частоте 2,4 ГГц, используются как внутри зданий, так и снаружи. Для наружных применений мощность передатчика ограничена 100 милливаттами. Внутреннее использование предполагает, что радиус действия передатчика не выйдет за пределы здания.

Стандарт 802.11 предусматривает использование двух методов передачи данных. Один из них получил название Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) — «метод прямой последовательности», а другой — Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) — «метод частотных скачков». Оба эти метода используют принцип широкополосной передачи сигнала.

Обычно передача сигнала происходит в достаточно узкой полосе частот, так что большая часть мощности сигнала сосредоточена в очень маленьком частотном диапазоне. Для передачи сигнала большой мощности при таком подходе требуется дорогостоящий передатчик и приемник. Кроме того, наличие шумов или мощных сигналов на близких частотах может существенно затруднить или сделать передачу сигнала невозможной. Отсутствие помехозащищенности при узкополосной передаче заставило искать другие пути решения. Было предложено альтернативное решение, получившее название «метод широкополосного сигнала» — ШПС. Долгое время эта технология применялась исключительно в военных целях, и лишь недавно стала использоваться и для гражданских нужд.

В технологии ШПС для передачи сигнала используется в несколько раз более широкая полоса частот, нежели при узкополосной передаче. На стороне передатчика сигнал как бы «размазывается» по всей полосе, а затем принимающая сторона «собирает» его в одно целое.

Метод DSSS использует всю полосу одновременно, разбивая ее на 11 одинаковых полос. Сигнал передатчика кодируется таким образом, что каждый бит передаваемой информации преобразуется в последовательность из 11 бит. После чего эта последовательность передается параллельно и одновременно по всем 11 полосам. Приемник, получивший эту последовательность, производит обратное преобразование сигнала. Каждая пара «передатчик-приемник» использует свой алгоритм кодирования, исключающий перехват сигнала другим приемником.

Первое достоинство данного метода заключается в надежной защите передаваемой информации. Вероятность совпадения схем кодирования двух разных устройств практически исключена. Расшифровать же такой сигнал, не зная алгоритма, невозможно.

Второе достоинство состоит в том, что благодаря одиннадцатикратной избыточности информации для передачи сигнала можно использовать маломощную аппаратуру. При этом нет необходимости использовать дорогостоящие усилители или изменять конструкцию антенн. Кроме того, «размазывание» сигнала приводит к тому, что отношение сигнала к шуму становится близким к единице. С точки зрения узкополосной аппаратуры такой сигнал практически не отличается от шума (отсюда произошло второе название — «метод шумоподобного сигнала»). В свою очередь, узкополосная аппаратура не влияет на DSSS, поскольку частичная потеря информации на одной или нескольких полосах не портит сигнал из-за избыточности передаваемой информации. Это позволяет одновременно использовать в одном диапазоне узкополосную и DSSS-аппаратуру.

Метод частотных скачков использует полосу по-иному. Весь диапазон, отведенный для передачи, согласно стандарту 802.11 делится на 79 каналов. Передатчик использует в единицу времени только один из этих каналов, переключаясь между ними согласно заложенному в него алгоритму. Частота таких «скачков» стандартом не определена и варьируется в зависимости от того, в какой стране используется данное оборудование. В свою очередь, приемник синхронно совершает такие же «скачки», используя ту же «случайную» последовательность, что и передатчик. Случайная последовательность является уникальной для каждой пары передатчик-приемник.

В отличие от метода прямой последовательности метод FHSS имеет два существенных недостатка. Первый из них заключается в том, что при достаточно большом числе одновременных сеансов работы резко увеличивается вероятность коллизии. Это обусловлено конечным числом каналов и узкополосностью передаваемого в единицу времени сигнала. Два различных сигнала, столкнувшись на одной частоте, заглушат друг друга и инициируют повторную передачу на следующем скачке. Поэтому помехозащищенность реализуется за счет уменьшения пропускной способности. Второй недостаток — создание помех для узкополосной аппаратуры, что в ряде случаев делает невозможным их совместное использование. Это обстоятельство резко сужает круг возможных применений. Аппаратура FHSS, как правило, используется в закрытых помещениях либо на небольшой территории (исключение составляет случай, когда необходимо организовать соединение «точка-точка»).

Стандарт 802.11 резервирует для устройств RadioEthernet, работающих на частоте 2,4 ГГц, полосу от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц. Технология FHSS использует эту полосу целиком, обеспечивая пропускную способность до 4 Мбит/с при наличии нескольких одновременно работающих передатчиков. В режиме DSSS этот диапазон разбит на три канала, пропускная способность каждого из которых достигает 2 Мбит/с. Таким образом, в этом случае при одновременной работе во всех трех диапазонах можно обеспечить пропускную способность до 6 Мбит/с.

Недавно был принят стандарт 802.11b, определяющий требования к оборудованию, работающему со скоростями до 11 Мбит/с. Увеличение пропускной способности производится за счет использования более совершенного типа модуляции. К сожалению, при этом уменьшается расстояние между абонентами. Оборудование 802.11b может работать со скоростями 11; 5,5; 2 и 1 Мбит/с. За счет этого осуществляется совместимость сверху вниз с устройствами 802.11. Все устройства 802.11b реализованы на основе метода DSSS.

Для доступа к общему каналу используется коллизионный метод. Однако в отличие от Ethernet здесь существует стадия предварительного резервирования канала. Появление коллизий возможно только на этом этапе. Устройство, занявшее канал, ведет передачу без возникновения коллизий, получив монопольный доступ до окончания передачи данных. Такой способ получил название CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance).

Что же касается стоимости, то оборудование DSSS несколько сложнее в производстве, а потому дороже FHSS. Комплект для организации соединения «точка-точка», в зависимости от расстояния, стоит от 1000 долл. и выше. Следует заметить, что это в несколько раз ниже стоимости аналогичного комплекта узкополосной аппаратуры. Объясняется это успехами современной микроэлектроники. Вся сложная цифровая начинка легко размещается в нескольких интегральных схемах — чипах. Из-за высокого спроса стало возможным наладить массовое производство таких чипов, что позволило резко снизить их стоимость.

Спрос на RadioEthernet заставляет производителей вкладывать средства в дальнейшее развитие и усовершенствование этой технологии. Основное направление — создание высокоскоростных устройств, работающих на более высоких несущих частотах. На сегодняшний день уже производятся образцы оборудования, использующего диапазоны 5,15-5,35 и 5,725-5,825 ГГц. Полоса каждого диапазона составляет 150 МГц, что теоретически позволяет повысить пропускную способность до 10-20 Мбит/с, а на небольших расстояниях — вплоть до 155 Мбит/с. Находящийся в разработке стандарт 802.11a предусматривает обязательные скорости 6,12 и 24 Мбит/с. Скорости 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с будут реализовываться по усмотрению производителя.

В этой статье не было затронуто оборудование, работающее в диапазоне 5 ГГц. Существующие в настоящее время устройства в большинстве своем относятся к категории радиомодемов, позволяющих передавать одновременно телефонию и данные. Известное нам исключение составляет компания RadioLan. Ее устройства работают на частотах 5 ГГц и предназначены для передачи данных. К сожалению, для подобных устройств сегодня единого стандарта не существует. Ситуация должна измениться после принятия спецификации 802.11a.

На сегодняшний день спектр устройств, удовлетворяющих стандарту 802.11 и 802.11b и поставляемых в Россию, достаточно широк. К сожалению, как это обычно и бывает, существует одно небольшое «но». Если вы хотите организовать беспроводную локальную сеть в пределах здания, то приобрести и установить оборудование не составит особых проблем. Если же вам необходимо объединить одну или несколько точек, расположенных на достаточно большом расстоянии друг от друга, то ситуация усложняется. Вам придется получать лицензию на использование частоты и разрешение на установку оборудования. Пока что это весьма трудоемкий процесс, занимающий от нескольких месяцев до нескольких лет. В последнее время в этой области наметился определенный прогресс. Будем надеяться, что со временем эта процедура станет легкой и безболезненной.

Все производимое оборудование делится на следующие классы устройств: мосты, точки доступа, устройства для оконечных клиентов, дополнительные устройства.

Радиомост. Предназначен для связи удаленных локальных сетей. Конструктивно выполнен в виде отдельного устройства, имеющего гнездо для внешней антенны и несколько различных разъемов для подключения к локальной сети Ethernet. Настройка может производиться как локально с помощью последовательного порта, так и удаленно с использованием различных сетевых протоколов.

Точка доступа. Осуществляет связь между мобильными абонентами и кабельной сетью. Как и радиомост, выполнено в виде отдельного устройства. Имеет одну либо две антенны и разъемы для локальной сети. Поддерживает локальное и удаленное управление.

Устройство для оконечных абонентов. Обеспечивает связь между удаленным клиентом и офисной сетью. Изготавливается в виде платы расширения для вашего персонального компьютера и имеет либо внутреннюю антенну, либо гнездо для подключения внешней антенны. Последние модели почти всегда имеют интерфейс PCMCIA. Для шины ISA или PCI используются специальные переходники PCMCIA->ISA и PCMCIA-PCI.

Дополнительное оборудование. Этот класс устройств достаточно широк. Хотелось бы упомянуть об устройствах, позволяющих использовать различное периферийное оборудование. Сюда относятся различные конверторы. Например, конвертор RadioEthernet — последовательный порт. Такое устройство позволяет подключать сетевые принтеры, сканеры, кассовые аппараты. Кроме того, с его помощью можно подключить компьютер с ОС, не поддерживающей данное оборудование (к примеру, различные клоны UNIX-систем).

Число компаний, производящих устройства RadioEthernet, перевалило за десяток. Производители рассматриваемого ниже оборудования занимают лидирующее положение на рынке. Это Aironet (торговая марка Arlan), Lucent Technologies (торговая марка Orinoco) и BreezeCom (BreezeNet).

Arlan BR500. Удовлетворяет спецификации 802.11 и обеспечивает максимальную скорость передачи 11 Мбит/с. Позволяет осуществлять интеллектуальную фильтрацию данных по сетевому адресу, протоколу и содержимому пакета. Управление и настройка могут осуществляться как на месте (последовательный порт), так и удаленно, с использованием SNMP-, Telnet- или HTTP-протоколов. Совместим только с самим собой.

BreezeNet WB-10 Pro.11. Позволяет подключить удаленную локальную сеть к точке доступа. Является полностью прозрачным для сетевых протоколов и приложений. Максимальная скорость передачи — 3 Мбит/с. Поддерживает 802.11. Настройка осуществляется в режиме plug-and-play.

Arlan AP4800. Спецификация — 802.11, максимальная пропускная способность — 11 Мбит/с. В качестве клиентов могут быть использованы клиентские устройства PC4800 и универсальные клиенты MC4800. Обеспечивает автоматический роуминг. Управляется и настраивается как локально (последовательный порт), так и удаленно (SNMP, Telnet, HTTP).

Orinoco WavePoint II. Имеет два слота PCMCIA для карт Orinoco PC Card, работающих на различных частотах. При большой удаленности это позволяет организовывать ретрансляционные точки без потери скорости. В качестве клиентов используются платы Orinoco PC Card. Удовлетворяет спецификации 802.11. Максимальная скорость передачи данных — 11 Мбит/с. Осуществляет автоматический роуминг мобильных абонентов. Управление осуществляется по протоколу SNMP с помощью специального программного обеспечения.

BreezeNet AP-10 Pro. В отличие от двух предыдущих использует метод FHSS. Выполнен в виде малогабаритного устройства. Поддерживает ретрансляцию. При использовании нескольких таких устройств в пределах соты позволяет наращивать пропускную способность соты до 15 Мбит/с.

Arlan PC4800. Может быть выполнено в трех вариантах — PCMCIA, ISA, PCI. Последние два получаются из первого при помощи специальных адаптеров под соответствующую шину. Максимальная скорость передачи — 11 Мбит/с. Удовлетворяет спецификации 802.11. Имеет широкий набор драйверов под различные операционные системы. Допускает подключение внешней антенны.

Orinoco PC Card. Выполнено в трех вариантах  — PCMCIA, ISA, PCI. Последние два получаются из первого при помощи специальных адаптеров под соответствующую шину. Максимальная скорость передачи — 11 Мбит/с. Удовлетворяет спецификации 802.11. Имеет широкий набор драйверов под различные операционные системы. Допускает подключение внешней антенны.

BreezeNet SA-PCR Pro.11. PCMCIA-адаптер (тип II). Метод — FHSS. Удовлетворяет спецификации 802.11, максимальная скорость — 3 Мбит/с. Внешняя антенна. Поддерживает автоматический роуминг при соединении с точкой доступа семейства AP-10 Pro.11.

Diamond Home Wireless. Выпускается для шины ISA и PCI. Использует метод FHSS. Не поддерживает спецификацию 802.11. Имеет только внутреннюю антенну.

Orinoco Ethernet/Serial Converter. Предназначен для подключения любых сетевых устройств, имеющих порт RS-232 или 10Base-T, к сети через точку доступа WavePoint-II. Подключение осуществляется с помощью Orinoco PC Card (заказывается отдельно). Настраивается с помощью специального ПО или через последовательный порт.

Напоследок хочу заметить, что спрос на аппаратуру RadioEthernet непрерывно растет. Во всем мире его активно используют в медицинских учреждениях, в малом и среднем бизнесе. В России основной упор делается на организацию магистральных линий либо на решения «последней мили». В ближайшем будущем эта ситуация мало изменится из-за быстрой окупаемости вложенных в такие решения средств. Будем надеяться, что со временем оптическое волокно займет свое место, а RadioEthernet — свое.

КомпьютерПресс 5'2000