Физический уровень сетевой модели

4.4. Беспроводная среда

Беспроводная среда образуется совокупностью радиоканалов, сгруппированных в несколько частотных диапазонов. Три частотных диапазона: 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц, рекомендованы Международным союзом телекоммуникаций ITU для использования в промышленности, науке и медицине (Industrial, Scientific, Medical - ISM) и не требуют лицензирования. В указанных частотных диапазонах и строится большинство беспроводных локальных и глобальных сетей связи. Более низкий частотный диапазон увеличивает расстояние передачи и улучшает распространение радиоволн внутри зданий. Однако число каналов и, следовательно, пользователей при этом снижается.

Техника модуляции широкополосных сигналов позволяют повысить помехозащищенность при сосредоточенных помехах высокого уровня и низком уровне сигнала. На практике широко используются технологии прямого последовательного расширения спектра (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и ортогонального частотного мультиплексирования (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM). Устройства, использующие OFDM, имеют более высокую скорость передачи данных. Однако устройства с модуляцией DSSS - проще и дешевле. Мультиплексирование каналов производится на основе техники, называемой Множественным доступом с кодовым разделением (Code Division Multiple Access - CDMA).

В настоящее время широко применяются беспроводные сети, которые реализуют соединения абонентов через точки беспроводного доступа (Wireless Access Point - WAP). При этом абоненты (хосты) должны комплектоваться беспроводными сетевыми картами. В свою очередь, точки беспроводного доступа могут соединяться с другими сетевыми устройствами, например с коммутаторами, маршрутизаторами, посредством кабелей, образуя достаточно разветвленную сеть.

Беспроводная (wireless) среда регламентируется набором стандартов, которые различаются частотным диапазоном, скоростью передачи данных и расстоянием.

Стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) является основным стандартом беспроводных локальных сетей (Wireless LAN - WLAN). Параметры беспроводных сетей в значительной мере определяются используемой техникой модуляции. Основные параметры технологий стандарта 802.11 (Wi-Fi) приведены в табл. 4.2.

Стандарт IEEE 802.11a регламентирует работу устройств WLAN в частотном диапазоне 5 ГГц. Скорость передачи - до 54 Мбит/с, а в некоторых случаях - до 108 Мбит/с. В производственных технологических сетях скорость передачи обычно оценивается в 20-26 Мбит/с. Использование высокочастотного диапазона 5 ГГц стандарта 802.11a ограничивает расстояние передачи и распространение радиоволн внутри зданий. Используемый вид модуляции - OFDM. Устройства стандарта 802.11a не могут взаимодействовать с устройствами стандарта 802.11b и 802.11g, поскольку последние работают в диапазоне 2,4 ГГц.

В настоящее время устройства стандарта 802.11b и 802.11g получили широкое распространение. Устройства стандарта 802.11b функционируют в частотном диапазоне 2,4 ГГц и характеризуется скоростью передачи до 11 Мбит/с, вид модуляции - DSSS.

Устройства стандарта 802.11g являются совместимыми с устройствами 802.11b, поскольку работают в том же частотном диапазоне 2,4 ГГц. В устройствах этого стандарта может использоваться как техника модуляции OFDM, так и DSSS. При технике модуляции OFDM скорость передачи данных такая же, как в устройствах стандарта 802.11a (до 54 Мбит/с). При технике модуляции DSSS скорость передачи данных - до 11 Мбит/с. В настоящее время разработаны точки доступа, которые позволяют устройствам стандартов 802.11b и 802.11a сосуществовать в одной беспроводной сети WLAN. Точка доступа предоставляет услуги шлюза (gateway) для связи устройств двух разных стандартов. Более низкий частотный диапазон увеличивает расстояние передачи и улучшает распространение радиоволн внутри зданий по сравнению с 802.11a.

Достоинства частотного диапазона 2,4 ГГц обусловили большое количество пользователей, что приводит к его перегрузке и взаимному влиянию устройств.

Устройства стандарта 802.11n способны работать как в частотном диапазоне 5 ГГц, так и 2,4 ГГц. Максимальное значение скорости передачи 200 - 600 Мбит/с. Устройства стандарта 802.11n совместимы с устройствами стандартов 802.11a/b/g.

Новые устройства стандартов 802.11ac и 802.11ad обеспечивают более высокую скорость передачи (табл. 4.2) и совместимость с предыдущими стандартами.

Все технологии 802.11 используют метод множественного доступа к среде с контролем несущей и предотвращением (избежанием) коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance - CSMA/CA). Согласно этому методу устройство, которому требуется передать данные, проверяет среду передачи на наличие сигнала данных. Если среда свободна, устройство отправляет уведомление о своем намерении использовать ее. Затем устройство отправляет данные.

В отличие от метода множественного доступа к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection - CSMA/CD), который использовался в ранних версиях Ethernet, метод CSMA/CA позволяет значительно уменьшить количество коллизий в сети с разделяемой средой передачи, но не предотвратить их полностью.

Помимо сетей вышеприведенных стандартов 802.11 создаются и эксплуатируются сети стандарта IEEE 802.15 (Wireless Personal Area Network - WPAN) или "Bluetooth", которые являются примером персональных сетей (Personal Area Network - PAN). Кроме того, сети стандарт IEEE 802.16 (Worldwide Interoperability for Microwave Access - WiMAX), которые обеспечивают широкополосную связь на значительно большее расстояние по сравнению с вышеприведенными технологиями.

При создании беспроводных сетей особое внимание следует уделять зоне покрытия, помехозащищенности и обеспечению информационной безопасности, поскольку среда является общей для всех пользователей, в том числе и неправомочных.