Стандарт беспроводной связи компьютерной техники в котором для передачи используется радиосвязь
Обновлено: 07.07.2024
овременные технологии беспроводной передачи данных активно внедряются и широко используются как в производственной деятельности большинства компаний, так и для построения компьютерных сетей для домашнего использования. Новые аппаратные решения в области беспроводной передачи данных позволяют создавать и беспроводные компьютерные сети в пределах одного здания, и распределенные сети в масштабах целого города. Пользователь беспроводной сети, у которого есть ноутбук или КПК, оснащенный встроенным модулем беспроводной связи, сегодня уже не привязан к проводной локальной вычислительной сети, а может свободно ходить по комнатам либо перемещаться в соседнее здание, оставаясь при этом постоянно подключенным к сети. Поддержка роуминга позволяет пользователям поддерживать постоянное подключение к сети, находясь в пределах зоны покрытия беспроводной сети. Корпоративные сотрудники, которые по служебной необходимости совершают регулярные деловые поездки, рассматривают беспроводные технологии как необходимую составляющую бизнеса. Беспроводные компьютерные сети активно развертываются в таких общественных местах, как гостиницы, транспортные терминалы, рестораны, кафе, предоставляя посетителям доступ к Интернету. По оценкам специалистов, интенсивное развитие и широкая популярность технологий беспроводной передачи данных за последние несколько лет были обусловлены именно этой возможностью.
Совместимость беспроводной компьютерной сети с проводной инфраструктурой вообще не является проблемой, поскольку большинство систем беспроводного доступа соответствует отраслевым стандартам соединения с сетями Ethernet. Узлы беспроводной сети поддерживаются сетевыми операционными системами (как и любые другие сетевые узлы) с помощью драйверов сетевых устройств. Совместимость же разных систем беспроводных сетей действительно представляет собой сложную проблему, поскольку существует множество разных технологий и производителей. Кроме того, следует учитывать и вопросы совместимости устройств, использующих одну и ту же частоту.
Основные стандарты беспроводных сетей
Cтандарт IEEE 802.11
«Патриархом» семейства стандартов беспроводных сетей является стандарт IEEE 802.11, разработка которого была начата в 1990-м, а закончена в 1997 году. Этот стандарт обеспечивает передачу данных на частоте 2,4 ГГц со скоростью до 2 Мбит/с. Передача данных осуществляется либо методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), либо методом изменения спектра скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Технология DSSS основана на создании избыточного набора битов (чипа) на каждый переданный бит. Чип однозначно идентифицирует данные, поступившие от конкретного передатчика, который генерирует набор битов, а данные может расшифровать только приемник, которому известен этот набор битов. Технология FHSS использует узкополосную несущую частоту, скачкообразно меняющуюся в такой последовательности, которая известна только передатчику и приемнику. При правильной синхронизации передатчик и приемник поддерживают единый логический канал связи, любому же другому приемнику передача по протоколу FHSS представляется кратковременными импульсными шумами. С использованием технологии DSSS в диапазоне 2,4 ГГц могут одновременно работать (без перекрытия) три станции, а технология FHSS увеличивает число таких станций до 26. Дальность приема/передачи с использованием DSSS выше, чем у FHSS, за счет более широкого спектра несущей. Если уровень шума превышает некоторый определенный уровень, DSSS-станции перестают работать вообще, в то время как FHSS-станции имеют проблемы только на отдельных частотных скачках, но эти проблемы легко разрешаемы, вследствие чего станции FHSS считаются более помехозащищенными. Системы, в которых для защиты данных применяется FHSS, неэффективно используют полосу пропускания, поэтому скорость передачи данных здесь, как правило, ниже, чем в системах с технологией DSSS. Устройства беспроводных сетей с относительно низкой производительностью (1 Мбит/с) используют технологию FHSS.
Стандарт IEEE 802.11 получил свое дальнейшее развитие в виде спецификаций, в наименованиях которых присутствуют буквенные обозначения рабочей группы, разработавшей данную спецификацию.
Cтандарт IEEE 802.11a
Спецификация 802.11а использует диапазон частот 5,5 ГГц, что позволяет достичь пропускной способности канала 54 Мбит/с. Увеличение пропускной способности стало возможным благодаря применению технологии ортогонального частотного мультиплексирования OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), которая была специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме. Технология OFDM предусматривает преобразование последовательного цифрового потока в большое число параллельных подпотоков, каждый из которых передается на отдельной несущей частоте.
Cтандарт IEEE 802.11b
Спецификация 802.11b является описанием технологии беспроводной передачи данных, получившей название Wi-Fi (Wireless Fidelity). Стандарт обеспечивает передачу данных со скоростью 11 Мбит/с на частоте 2,4 ГГц. Для передачи сигнала используется технология DSSS, при которой весь диапазон делится на пять перекрывающих друг друга поддиапазонов, по каждому из которых передается информация. Значения каждого бита кодируются последовательностью дополнительных кодов (Complementary Code Keying).
Cтандарт IEEE 802.11g
Спецификацию 802.11g можно представить как объединение стандартов 802.11a и 802.11b. Этот стандарт обеспечивает скорость передачи данных до 54 Мбит/с при использовании диапазона 2,4 ГГц. Аналогично стандарту 802.11a эта спецификация использует технологию OFDM, а также кодирование с помощью Complementary Code Keying, что обеспечивает взаимную совместимость работы с устройствами стандарта 802.11b.
Технологии и методы защиты данных в сетях Wi-Fi
дной из важных задач администрирования компьютерной сети является обеспечение безопасности. В отличие от проводных сетей, в беспроводной сети данные между узлами передаются «по воздуху», поэтому возможность проникновения в такую сеть не требует физического подключения нарушителя. По этой причине обеспечение безопасности информации в беспроводной сети является основным условием дальнейшего развития и применения технологии беспроводной передачи данных в коммерческих предприятиях. Согласно результатам опроса главных менеджеров по безопасности IT-компаний, проведенного фирмой Defcom, примерно 90% опрошенных уверены в перспективах беспроводных сетей, но отодвигают их внедрение на неопределенный срок ввиду слабой защищенности таких сетей на современном этапе; более 60% считают, что недостаточная безопасность серьезно тормозит развитие этого направления. А раз нет доверия, соответственно многие компании не рискуют отказываться от испытанных временем проводных решений.
Протокол безопасности WEP
В ходе тестирования различного сетевого оборудования, работающего по стандарту 802.11, была обнаружена ошибка в процедуре предотвращения коллизий, возникающих при одновременной работе большого числа устройств беспроводной сети. В случае атаки устройства сети вели себя так, будто канал был все время занят. Передача любого трафика сети полностью блокировалась, и за пять секунд сеть полностью выходила из строя. Эту проблему невозможно было решить ни с помощью специализированного программного обеспечения, ни с использованием механизмов шифрования, так как данная ошибка была заложена в самой спецификации стандарта 802.11.
Подобной уязвимости подвержены все устройства беспроводной передачи данных, работающие на скоростях до 2 Мбит/с и использующие технологию DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Сетевые устройства стандартов 802.11a и 802.11g, работающие на скоростях более 20 Мбит/с, данной уязвимости не подвержены.
Таким образом, технология WEP не обеспечивает надлежащего уровня безопасности корпоративной сети предприятия, но ее вполне достаточно для домашней беспроводной сети, когда объем перехваченного сетевого трафика слишком мал для анализа и вскрытия ключа.
Cтандарт IEEE 802.11X
Стандарт безопасности WPA
Централизованный сервер аутентификации наиболее целесообразно использовать в масштабах крупного предприятия. Для шифрования пакетов и расчета криптографической контрольной суммы MIC используется значение пароля.
WPA изначально разрабатывался как временный стандарт, поэтому широкое распространение получила как его аппаратная, так и программная реализация. Например, установка обновления Service Pack SP1 операционной системы Windows XP на ноутбуках Intel Centrino дает возможность использовать стандарт WPA. В силу того что большинство программных реализаций стандарта WPA генерируют секретный ключ, используя пароль пользователя и сетевое имя компьютера, то знание этого пароля позволяет нарушителям беспрепятственно проникнуть в беспроводную сеть. Пароль является основой для получения ключа шифрования, и поэтому разумный подход к его выбору имеет решающее значение для безопасности всей сети. Нарушитель, несколько раз понаблюдав процедуру обмена ключами с точкой доступа, может осуществить анализ трафика на предмет получения пароля. Считается, что пароли длиной менее 20 знаков значительно снижают безопасность беспроводной сети.
Беспроводные виртуальные частные сети
Технология виртуальных частных сетей VPN (Virtual Private Network) получила широкое распространение для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных по беспроводным сетям. Прежде технология VPN в основном использовалась для безопасной передачи данных между распределенными подразделениями компаний по проводным сетям общего пользования. Создаваемая между узлами сети виртуальная частная сеть, используя протокол IPSec (Internet Protocol Security), который состоит из набора правил, разработанных для определения методов идентификации при инициализации виртуального соединения, позволяет обеспечить безопасный обмен пакетами данных по Интернету. Пакеты данных шифруются посредством алгоритмов DES, AES и др. Технология VPN обладает высокой степенью надежности. Создание беспроводной виртуальной частной сети предполагает установку шлюза непосредственно перед точкой доступа и установку VPN-клиентов на рабочих станциях пользователей сети. Путем администрирования виртуальной частной сети осуществляется настройка виртуального закрытого соединения (виртуального туннеля) между шлюзом и каждым VPN-клиентом сети. Главным недостатком использования беспроводной виртуальной частной сети является значительное сокращение пропускной способности.
Стандарт IEEE 802.11i
Следует отметить, что новая технология IEEE 802.11i тоже не является окончательным решением проблемы безопасности сетей Wi-Fi, поскольку пользователям беспроводных сетей потребуется более гибкая система управления безопасностью сети.
Возможные виды атак на беспроводные сети
Разрабатываемые в настоящее время системы безопасности требуют правильного администрирования. Мэтт Хайнс, представитель компании CNET, приводит следующую статистику по США: к 2007 году 80% беспроводных локальных сетей, расположенных на территории стран США, можно будет отнести к незащищенным; в 2006 году 70% удачных атак на беспроводные сети будет проведено исключительно благодаря настройкам, оставленным по умолчанию.
В качестве одной из мер противодействия несанкционированному доступу к сети можно посоветовать назначение списка МАС-адресов пользователей сети. В то же время значение МАС-адреса не шифруется, поэтому сканирование трафика сети позволяет решить такую задачу.
Для несанкционированного определения идентификационных данных пользователей (имени и пароля) беспроводной сети злоумышленники иногда практикуют создание фальшивого узла доступа, получившего название evil twin (дьявольский близнец). В непосредственной близости от атакуемой беспроводной сети нарушитель устанавливает базовую станцию с более мощным сигналом, замаскированную под легальную базовую станцию беспроводной сети. А когда пользователи атакуемой сети начнут регистрироваться на таких серверах, то раскроют свою идентификационную информацию.
Предотвращение угроз безопасности беспроводных сетей
По результатам анализа возможных угроз безопасности беспроводных сетей специалисты предлагают некоторые правила по организации и настройке беспроводных сетей:
Заключение
Решение проблемы безопасности в сетях Wi-Fi сможет реально расширить круг пользователей и поднять их доверие к беспроводным сетям на принципиально новый уровень. Но проблема эта не может быть решена только посредством принятия стандартов и за счет унификации оборудования. Значительные усилия в этом направлении должны приложить поставщики услуг, требуется гибкая система безопасности, необходима настройка политик доступа, большую роль играет и грамотная работа администратора беспроводной сети. Короче говоря, следует принимать все необходимые меры и использовать все возможные способы для обеспечения безопасности.
Благодаря прогрессу мы получили множество облегчающих нашу жизнь устройств и приборов, которые функционируют за счет изобретения новых технологий. Прорывом в области связи стала не только передача информации по беспроводному каналу, но и синхронизация различного рода устройств при отсутствии проводного соединения.
Что такое беспроводная передача данных?
Ответить на этот вопрос просто: БПД - это перенос информации от одного устройства к другому, которые находятся на определенном расстоянии, без участия проводного подключения.
Технология передачи голосовой информации по радиоканалу стала применяться еще в конце XIX в. С тех пор появилось большое количество радиокоммуникационных систем, которые стали использовать при производстве оборудования для дома, офиса или предприятий.
Существует несколько способов синхронизации устройств для осуществления передачи данных. Каждый из них используется в определенной области и обладает индивидуальными свойствами. Беспроводные сети передачи данных отличаются своими характеристиками, поэтому минимальное и максимальное расстояние между устройствами, в зависимости от вида технологии передачи информации, будет различно.
Для синхронизации устройств по радиоканалу устанавливаются специальные адаптеры, которые способны отправлять и получать информацию. Здесь речь может идти как о небольшом модуле, который встраивается в смартфон, так и об орбитальном спутнике. Приемником и передатчиком могут быть разные виды устройств. Передача осуществляется посредством каналов разных частот и диапазонов. Остановимся подробнее на специфике осуществления разных видов беспроводной синхронизации.
Классификация беспроводных каналов
В зависимости от природы передающей среды различают четыре типа беспроводной передачи данных.
Радиоканалы сотовой связи
Передача данных осуществляется беспроводным путем от передатчика к приемнику. Передатчик формирует радиоимпульс определенной частоты и амплитуды, колебание излучается в пространство. Приемник фильтрует и обрабатывает сигнал, после этого происходит извлечение нужной информации. Радиоволны частично поглощаются атмосферой, поэтому такая связь может искажаться при повышенной влажности или дожде. Мобильная связь работает именно на основе радиоволновых стандартов, каналы беспроводной передачи данных отличаются скоростью передачи информации и диапазоном рабочих частот. К радиочастотной категории передачи данных относится Bluetooth - технология беспроводного обмена данными между устройствами. В России используются следующие протоколы:
- GSM. Это глобальная система осуществления сотовой связи. Частота - 900/1800 мГц, максимальная скорость передачи данных - 270 Кбит/с.
- CDMA. Данный стандарт обеспечивает наилучшее качество связи. Рабочая частота - 450 МГц.
- UMTS. Имеет две рабочие полосы частот: 1885-2012 МГц и 2110-2200 МГц.
Этот способ передачи информации заключается в использовании спутника, на котором установлена антенна со специальным оборудованием. Сигнал поступает от абонента на ближайшую наземную станцию, затем осуществляется переадресация сигнала на спутник. Оттуда информация отправляется на приемник, другую наземную станцию. Спутниковая связь используется для обеспечения телевидения и радиовещания. Спутниковым телефоном можно воспользоваться в любой отдаленной от станций сотовой связи точке.
Связь устанавливается между приемником и передатчиком, которые находятся на близком расстоянии друг от друга. Такой канал для беспроводной передачи данных работает посредством светодиодного излучения. Связь может быть двусторонней или широковещательной.
Принцип действия такой же, как в предыдущем варианте, только вместо светодиодов используется лазерный луч. Объекты должны находиться в непосредственной близости друг от друга.
Беспроводные среды передачи данных различаются своей спецификой. Главными отличительными чертами являются дальность действия и область применения.
Технологии и стандарты беспроводной передачи данных
Информационные технологии в настоящее время развиваются быстрыми темпами. Передавать информацию теперь можно при помощи радиоволн, инфракрасного или лазерного излучения. Такой способ обмена информацией намного удобнее, чем проводной вид синхронизации. Дальность действия при этом, в зависимости от технологии, будет отличаться.
- Персональные сети (WPAN). При помощи этих стандартов подключается периферийное оборудование. Использовать беспроводные компьютерные мыши и клавиатуры намного удобнее по сравнению с проводными аналогами. Скорость беспроводной передачи данных достаточно высокая. Персональные сети позволяют оборудовать системы умных домов, синхронизировать беспроводные аксессуары с гаджетами. Примерами технологий, работающих при помощи персональных сетей, являются Bluetooth и ZigBee.
- Локальные сети (WLAN) базируются на продуктах стандартов 802.11. Термин Wi-Fi в настоящее время известен каждому. Изначально это название было дано продуктам серии стандарта 802.11, а теперь этим термином обозначают продукты любого стандарта из данного семейства. Сети WLAN способны создавать больший рабочий радиус по сравнению с WPAN, повысился и уровень защиты.
- Сети городского масштаба (WMAN). Такие сети работают по тому же принципу, что и Wi-Fi. Отличительной особенностью данной системы беспроводной передачи данных является более широкий обхват территорий, подключиться к данной сети может большее число приемников. WMAN - это тот же Wi Max, технология, которая предоставляет широкополосное подсоединение.
- Глобальные сети (WWAN) - GPRS, EDGE, HSPA, LTE. Сети этого типа могут работать на основе пакетной передачи данных или посредством коммутации каналов.
Отличия в технических характеристиках сетей определяют область их применения. Если рассматривать общие свойства беспроводных сетей, тогда можно выделить следующие категории:
- корпоративные сети - используются для связи объектов внутри одной компании;
- операторские сети - создаются операторами связи для оказания услуг.
Если рассматривать протоколы беспроводной передачи данных, тогда можно выделить следующие категории:
- IEEE 802.11a, b, n, g, y. Данные протоколы принято объединять под общим маркетинговым названием Wi-Fi. Различаются протоколы дальностью действия связи, диапазоном рабочих частот и скоростью передачи данных.
- IEEE 802.15.1. В рамках стандарта осуществляется передача данных по технологии Bluetooth.
- IEEE 802.15.4. Стандарт для беспроводной синхронизации посредством технологии ZigBee.
- IEEE 802.16. Стандарт телекоммуникационной технологии WiMax, которая отличается широкой дальностью действия. WiMax функционально схожа с технологией LTE.
В настоящее время наибольшей популярностью из всех беспроводных протоколов передачи данных пользуются 802.11 и 802.15.1. На базе этих протоколов осуществляется действие технологий Wi-Fi и Bluetooth.
Bluetooth
Точкой доступа, как в случае с Wi-Fi, может выступать любое устройство, оснащенное специальным контроллером, который формирует вокруг себя пикосеть. В данную пикосеть могут входить несколько устройств, при желании они могут быть объединены в мосты для передачи данных.
В некоторых компьютерах и ноутбуках уже встроен контроллер Bluetooth, если данная функция отсутствует, тогда используются USB-адаптеры, которые подсоединяются к аппарату и наделяют его возможностью беспроводной передачи данных.
Bluetooth использует частоту 2,4 ГГц, потребление энергии при этом максимально низкое. Именно этот показатель позволил технологии занять свою нишу в области информационных технологий. Небольшое потребление энергии объясняется слабой мощностью передатчика, небольшой дальностью действия и низкой скоростью передачи данных. Несмотря на это, данных характеристик оказалось достаточно для подключения и функционирования различного рода периферийного оборудования. Технология Bluetooth предоставила нам большое разнообразие беспроводных аксессуаров: наушники, колонки, компьютерные мыши, клавиатуры и многое другое.
- 1-й класс. Дальность действия беспроводной синхронизации может достигать 100 м. Устройства такого типа используют, как правило, в промышленных масштабах.
- 2-й класс. Радиус действия составляет 10 м. Устройства этого класса наиболее распространены. Большинство беспроводных аксессуаров относятся именно к этой категории.
- 3-й класс. Дальность действия - 1 метр. Такие приемники ставят в игровые консоли или в некоторые гарнитуры, когда нет смысла отдалять передатчик и приемник друг от друга.
Система беспроводной передачи данных на базе технологии Bluetooth очень удобна для связи устройств. Себестоимость чипов довольно низкая, поэтому оснащение оборудования функцией беспроводного подключения не слишком отражается на повышении цены на него.
Наряду с Bluetooth технология Wi-Fi получила такое же повсеместное распространение в области беспроводных коммуникационных технологий. Однако популярность к ней пришла не сразу. Разработки технологии Wi-Fi начались еще в 80-х годах, но окончательный вариант представили только в 1997 году. Компания Apple решила использовать новую опцию на своих ноутбуках. Так появились первые сетевые карты в iBook.
Принцип действия технологии Wi-Fi следующий: в аппарат встраивается чип, который может дать надежную беспроводную синхронизацию с другим таким же чипом. Если устройств больше, чем два, тогда необходимо использовать точку доступа.
Точка доступа Wi-Fi - это беспроводной аналог стационарного роутера. В отличие от последнего, подключение осуществляется без участия проводов, посредством радиоволн. При этом появляется возможность подключить сразу несколько устройств. Не стоит забывать, что при использовании большого количества девайсов скорость передачи данных будет значительно снижена. Для защиты данных сети Wi-Fi точки доступа защищают шифрованием. Без введения пароля к такому источнику данных будет не подключиться.
Первый стандарт технологии Wi-Fi был принят в 1997 году, но повсеместного распространения он так и не получил, так как скорость передачи данных была слишком низкая. Позже появились стандарты 802,11a и 802,11b. Первый давал скорость передачи в 54 Мб/с, но работал на частоте 5 ГГц, которая не везде разрешена. Второй вариант позволял сетям передавать данные на максимальной скорости 11 Мб/с, чего было недостаточно. Тогда появился стандарт 802,11g. Он объединил достоинства предыдущих вариантов, обеспечивая достаточно высокую скорость при рабочей частоте 2,4 ГГц. Стандарт 802,11y является аналогом 802,11g, отличается большим расстоянием действия сетей (до 5 км на открытом пространстве).
Данный стандарт в настоящее время является наиболее перспективным наряду с другими глобальными сетями. Широкополосный мобильный доступ дает наивысшую скорость беспроводной пакетной передачи данных. В отношении полосы рабочих частот все неоднозначно. Стандарт LTE очень гибкий, сети могут базироваться в частотном диапазоне от 1,4 до 20 МГц.
Дальность действия сетей зависит от высоты расположения базовой станции и может достигать 100 км. Возможность подключения к сетям предоставляется большому количеству гаджетов: смартфонам, планшетам, ноутбукам, игровым консолям и другим устройствам, которые поддерживают данный стандарт. В аппаратах должен быть встроен модуль LTE, который работает совместно с имеющимися стандартами GSM и 3G. В случае обрыва связи LTE девайс переключится на имеющийся доступ к сетям 3G или GSM без обрыва подключения.
В отношении скорости передачи данных можно отметить следующее: по сравнению с сетями 3G она повысилась в несколько раз и достигла отметки 20 МБит/с. Внедрение большого количества гаджетов, оборудованных LTE-модулями, обеспечивает спрос на данную технологию. Устанавливаются новые базовые станции, которые обеспечивают высокоскоростным доступом в интернет даже отдаленные от мегаполисов населенные пункты.
Рассмотрим принцип действия сетей четвертого поколения. Технология беспроводной пакетной передачи данных осуществляется посредством протокола IP. Для быстрой и стабильной синхронизации между базовой станцией и мобильной станцией формируется как частотный, так и временный дуплекс. За счет большого количества комбинаций парных частотных диапазонов возможно широкополосное подключение абонентов.
Распространение сетей LTE снизило тарифы на пользование мобильной связью. Широкий диапазон действия сети позволяет операторам экономить на дорогостоящем оборудовании.
Устройства передачи данных
В своей повседневной жизни мы окружены устройствами, которые функционируют на базе беспроводных технологий передачи данных. Причем каждое устройство имеет несколько модулей активности тех или иных стандартов. Пример: классический смартфон использует сети GSM, 3G, LTE для передачи пакетных и голосовых данных, Wi-Fi для выхода в интернет через точку доступа, Bluetooth для синхронизации девайса с аксессуарами.
Рассмотрим самые популярные устройства беспроводной передачи данных, которые получили повсеместное распространение:
С усовершенствованием беспроводных технологий на смену старым девайсам постоянно приходят новые аппараты, которые функционально более эффективны и практичны. Оборудование беспроводной передачи данных быстро видоизменяется и модифицируется.
Перспективы использования беспроводных сетей
В настоящее время прослеживается тенденция замены проводных элементов оборудования более новыми беспроводными вариантами. Это намного удобнее не только по причине мобильности аппаратов, но и с точки зрения удобства в использовании.
Производство беспроводного оборудования позволит не только внедрять новейшие системы в мир девайсов для связи, но и оборудовать по последнему слову техники жилье стандартного среднестатистического жителя любого населенного пункта. В настоящее время такое могут позволить себе только люди с высоким уровнем достатка, проживающие в мегаполисах.
В области беспроводных радиокоммуникаций ведутся постоянные исследования, результатом которых являются инновационные технологии, которые отличаются от предшественников своей большей продуктивностью, сниженной энергозатратой и практичностью использования. Результатом таких исследований является появление нового оборудования. Производители всегда заинтересованы в выпуске продукции, которая будет соответствовать инновационным технологиям.
Более продуктивные точки доступа и мощные базовые станции позволят повсеместно использовать новые технологии на крупных предприятиях. Управление оборудованием можно будет вести дистанционно. В области образования беспроводные технологии способны облегчить процесс обучения и контроля. В некоторых школах уже начинают внедрять процесс мобильного образования. Заключается он в удаленном обучении посредством видеосвязи через интернет. Перечисленные примеры являются лишь начальным шагом перехода развития общества на новую ступень, которая будет построена на базе беспроводных технологий.
Преимущества беспроводной синхронизации
Если сравнивать проводную и беспроводную передачу данных, можно выявить множество преимуществ последней:
- не мешают провода;
- высокая скорость передачи данных;
- практичность и быстрота подключения;
- мобильность использования оборудования;
- исключен износ или обрыв связи;
- есть возможность использования нескольких вариантов беспроводного подключения в одном девайсе;
- возможность подключения сразу нескольких устройств к точке доступа интернета.
Наряду с этим есть и некоторые недостатки:
- излучение большого количества аппаратов может отрицательно сказаться на здоровье человека;
- при близком расположении различного беспроводного оборудования есть вероятность возникновения помех и сбоев в связи.
Причины массовой распространенности беспроводных сетей очевидны. В необходимости всегда оставаться на связи нуждается любой среднестатистический член современного общества.
В заключение
Беспроводные технологии предоставили возможность повсеместного внедрения телекоммуникационного оборудования, которое массово используется во всех странах мира. Постоянные доработки и новые открытия в области беспроводных коммуникаций дают нам все больший уровень комфорта, а обустройство быта при помощи инновационных приборов становится все более доступным для большинства людей.
Беспроводное соединение для передачи данных относится к популярным способам входа в интернет. Для выполнения задач используется специализированное оборудование — маршрутизаторы. Они работают на определенной скорости, но у них есть и другие характеристики. Обыватели редко разбираются в том, что такое стандарты Wi-Fi, потому что знание не влияет на условия использования прибора. Но порой понимать данную терминологию необходимо. Например, при покупке нового устройства.
Современный вай-фай нужен практически каждому
Стандарты Wi-Fi сетей — что это такое
К одним из важных параметров устройств беспроводной связи относятся стандарты Wi-Fi, показывающие режим работы аппаратуры. В интерфейсе роутера можно выбрать разные протоколы и иные параметры, которые позволяют получить оптимальную скорость и показатели пропускной способности, уровень безопасности виртуальной линии.
Удачно подобранные стандарты вай-фай оказывают непосредственное влияние на скоростной режим, отсутствие сбоев и нормальную функциональность интернета.
Основные понятия, история развития
В самом начале появления виртуальной линии показатели скорости переноса данных были довольно низкими. Для выполнения задач применялся радиоканал, функционирующий на скоростях до 1 Мбит/с, в редких случаях — до 2 Мбит/с. Первичный высокочастотный формат был назван IEEE 802.11a, он позволял ускоряться до 54 Мбит/с, что в тот период было очень быстрым показателем. Функционировали устройства с частотой 5 ГГц.
В 1999 г. появился новый вариант, который не продолжил деятельность предыдущего формата, а стал использовать новые методики (HR-DSSS) — IEEE 802.11b. Он перешел на частоту в 2,4 ГГц, с показателем быстродействия до 11 Мбит/с.
История возникновения
Продолжительное время вышеуказанный вариант считался самым популярным и распространенным. На его основе были построены многие виртуальные линии. Но в 2002 г. свет увидел 802.11g с частотой в 2,4 ГГц и скоростью 54 Мбит/с. С появлением новых разновидностей скоростные показатели поэтапно увеличивались, они обладают обратной совместимостью с вариацией 802.11b.
Существует специальная организация Wi-Fi Alliance, отвечающая за проверку совместимости и выдачу сертификатов для всех поколений Wi-Fi. В ней учитываются стандартные параметры шифрования и иные характерные особенности каждой модели.
Протоколы Wi-Fi и их характеристики, таблица
Каждый протокол Wi-Fi имеет собственные преимущества и недостатки. Разработчики направления постоянно улучшают их работоспособность, уделяя особое внимание стабильности сигнала и ускорению быстродействия.
Классификация, частота и диапазоны
Сейчас существует множество разновидностей IEEE 802.11, но к популярным относят только четыре типа: 802.11a, b, g, n. Главным отличием данных типов Wi-Fi являются показатели скорости. Например, 11а — относится к устаревшим и практически неиспользуемым, характеризуется 54 Мбит/с с частотой в 5 ГГц. А вот 11b — это уже скорость до 11 Мбит/с и 2,4 ГГц.
Согласно классификации Wi-Fi выделяют такие разновидности.
802.11a
Работает по методике широкополосной модуляции с прямым спектральным расширением. Является первым сертифицированным видом (1999 г.), оборудование, которое с ним совместимо, обязательно имеет соответствующую наклейку.
802.11a практически не применялся для мобильных телефонов и смартфонов. Спустя год появилась более удобная адаптация для разнообразных гаджетов.Характеризуется разновидность следующими показателями:
- диапазоном Wi-Fi — до 50 м;
- кодировкой — Barker 11, QPSK;
- небольшой стоимостью — на уровне других вариантов;
- скоростью отправки и получения информации — 54 Мбит/с;
- частотой каналов Wi-Fi — 5 ГГц.
Диапазонные показатели делятся на три независимых канала, что позволяет одновременно работать на одном пространстве 3 виртуальным линиям. Вся продукция, функционирующая в указанном режиме, обязательно проходит сертификацию в WECA (международная организация).
Современный роутер способен одновременно работать на 2,4 ГГц и 5 ГГц.
802.11b
Данный подвид формировался для решения проблем с работоспособностью предыдущей вариации, начал применяться после 2001 г. На европейских и российских территориях не получил распространения, чаще встречается в Японии, США.
Перечень характеристик представлен:
- скоростью отправки и получения данных — до 11 Мбит/с;
- максимальным радиусом действия — в 30 м;
- предельной частотой в 5,8 ГГц;
- несовместимостью с 802.11a;
- более высокой ценой;
- кодировкой — Convoltion Coding;
- модуляциями — BPSK/QPSK/16-QAM/64-QAM.
Упор при разработке делался на уровень пропускной способности и диапазон тактовых частот вай-фай. Изменения в первоначальной модификации позволили снизить влияние иных аппаратов на качество сигнала адаптера.
За счет обеспечения совместимости с первичной версией процесс перехода ко второй ступени произошел практически незаметно. Предоставляемой 802.11b скорости хватало для сотовых, игровых консолей, ноутбуков.802.11g
Данный подвид быстро стал популярным из-за высокого скоростного режима и совместимости с типом 802.11b. Утверждение он прошел в 2002 г., применяется по сегодняшний день, но в меньших количествах.
- абсолютная совместимость с 802.11b;
- кодировка — Barker 11, CCK;
- модуляция — OFDM, PBCC;
- область действия — 50 м;
- скорость до 54 Мбит/с;
- частота Wi-Fi — 2,4 ГГц.
К преимуществам относят сниженное потребление энергии, высокую пробивную способность, дальность действия.
Изначально его скоростной уровень казался многим производителям избыточным, и они не спешили его внедрять.Проблема заключалась в ограниченном объеме встроенной памяти девайсов, плохом отображении полноценных интернет-страниц на маленьком дисплее. С постепенным расширением использования ноутбуков мнение общественности поменялось.
Сегодня скоростью 54 Мбит/сек никого не удивить. Для просмотра фильмов в HD качестве этого не всегда хватает.
802.11n
Последнее поколение из классов Wi-Fi, получившее сертификат в 2009 г. Является усовершенствованной спецификацией 802.11b, которая реализует обмен информацией в аналогичном частотном диапазоне.
По скоростным показателям превосходит своих предшественников, обеспечивает их на уровне Fast Ethernet. При лабораторных исследованиях показал способность передавать сведения при 600 Мбит/с, для выполнения задачи использовались четыре антенны (150 Мбит/с).
Большая часть функций была взята у 802.11а, в основе используется направление OFDM/MIMO. У данной разновидности есть возможность применения частотных диапазонов от других стандартных нормативов.
Основные характеристики представлены:
- скоростным уровнем — 200 Мбит/с;
- областью действия — 100 м;
- частотами в 2,4-5 ГГц;
- возможностью совмещения с 802.11b, 802.11а.
Проблема связана с разными производителями устройств, наслоением каналов друг на друга в торговых центрах, гостиничных комплексах и иных людных местах. В итоге в связи возникают помехи, мешающие нормально грузится интернет-страницам и почему контенту.
802.11ac
Последняя вариация позволяет получить новое качество интернета.
- Высокими скоростями — теоретически они могут достигать показателя в 1,3 Гбит/с, но на практике не превышает 600 Мбит/с. Изменения связаны с широкими каналами и повышенной частотой. За один такт передаются большие объемы информации, пользователи могут просматривать кинофильмы онлайн без видимого торможения картинки и звука.
- Увеличенной численностью частот — в него входит целый ассортимент в области 5 ГГц. Маршрутизатор с высоким диапазоном способен охватить зону до 380 МГц.
- Большим участком покрытия — данное подключение способно проникать через бетон и гипсокартон. Посторонние помехи, вызываемые домашней техникой или соседскими маршрутизаторами, на его работоспособность не оказывают никакого влияния.
- Новейшими технологиями — расширение MU/MIMO гарантирует бесперебойную работу для нескольких сетевых устройств, подключенных одновременно.
Скорость передачи данных
Скоростные стандарты Wi-Fi в таблице дают общее представление о канальных и реальных показателях.
Таблица скоростей
Какой режим выбрать на роутере для домашнего использования
Принцип работы Wi-Fi основан на поддержке роутерами различных протоколов: b/g/n. Если маршрутизатор функционирует в двух полосах, то он поддерживает стандартизацию ас. Любое современное устройство работает при 2,4-5 ГГц: телефон, планшет, ноутбук, принтер, МФУ.
Устаревшие аппараты не функционируют при новейших условиях, поэтому они не способны присоединяться к современным роутерам. Для домашнего использования оптимальным считается смешанные режимы Wi-Fi b/g/n. При применении проблем со связью для новых и старых агрегатов не будет. Указанная схема предустановлена на большинстве адаптеров.
Если настолько древней аппаратуры в доме нет, то предпочтение отдается «n» с диапазоном 2,4 ГГц. Такой подход позволяет повысить скоростные способности локальной линии.
Дополнительные стандарты Wi-Fi
Вторичные версии применяются для обеспечения сервисного функционала. Их краткие характеристики включают следующую информацию:
| Наименование | Основные задачи |
| 11 d | Ответ на синхронизацию гаджетов с вай-фай, обеспечение скорости передачи информации на территории страны. |
| 11 e | Прямое воздействие на качество медиафайлов. |
| 11 f | Управление параметрами точек доступа для разных производителей. |
| 11 h | Защита от помех военной радиосвязи, метеорологических радаров. |
| 11 i | Защита информации пользователей, которая передается. |
| 11 k | Распределение загруженности по разным точкам доступа в равномерном спектре. |
| 11 m | Объединение всех обновлений для группы 802.11. |
| 11 p | Контролирует навигацию, безопасность движения. |
| 11 r | Автоматическое определение беспроводной линии при перемещении в зону покрытия иной точки доступа с последующим переподключением к ней аппаратуры. |
| 11 s | Помогает любой аппаратуре становится ТД. |
| 11 t | Стабилизирует систему тестирования 802.11. |
| 11 u | Синхронизация внешних линий с вай-фай. |
| 11 v | Работа над усовершенствованием протокола 802.11. |
| 11 y | Разработан для частоты 3,65-3,7 ГГц, но относится к незаконченным версиям. |
| 11 w | Занимается поиском возможностей усовершенствования защиты от постороннего доступа к передаче информации. |
Преимущества и недостатки направления
Популярность среди пользователей по отношению к вай-фай соединениям увеличивается ежедневно. Практически вся современная техника поддерживает беспроводное подключение к Всемирной паутине: планшет, смартфон, ноутбук, моноблок, телевизор, МФУ и пр. Чтобы подобрать подходящую линию, достаточно изучить все разновидности и особенности сетей вай-фай, которые существуют на сегодняшний день. Между ними есть существенная разница, что позволяет найти лучший вариант для нормальной функциональности всех девайсов, находящихся в локальной домашней сетке.
Дипломированный специалист по безопасности компьютерных сетей. Навыки маршрутизации, создание сложных схем покрытия сетью, в том числе бесшовный Wi-Fi.
Повсеместное распространение беспроводных сетей, развитие инфраструктуры хот-спотов, появление мобильных технологий со встроенным беспроводным решением (Intel Centrino) привело к тому, что конечные пользователи (не говоря уже о корпоративных клиентах) стали обращать все большее внимание на беспроводные решения. Такие решения рассматриваются, прежде всего, как средство развертывания мобильных и стационарных беспроводных локальных сетей и средство оперативного доступа в Интернет. Однако конечный пользователь, не являющийся сетевым администратором, как правило, не слишком хорошо разбирается в сетевых технологиях, поэтому ему трудно сделать выбор при покупке беспроводного решения, особенно учитывая многообразие предлагаемых сегодня продуктов. Бурное развитие технологии беспроводной связи привело к тому, что пользователи, не успев привыкнуть к одному стандарту, вынуждены переходить на другой, предлагающий еще более высокие скорости передачи. Речь, конечно же, идет о семействе протоколов беспроводной связи, известном как IEEE 802.11, куда входят следующие протоколы: 802.11, 802.11b, 802.11b+, 802.11a, 802.11g. В последнее время стали говорить и о расширении протокола 802.11g.
Различные типы беспроводных сетей отличаются друг от друга и радиусом действия, и поддерживаемыми скоростями соединения, и технологией кодирования данных. Так, стандарт IEEE 802.11b предусматривает максимальную скорость соединения 11 Мбит/с, стандарт IEEE 802.11b+ - 22 Мбит/с, стандарты IEEE 802.11g и 802.11a - 54 Мбит/с.
Будущее стандарта 802.11a довольно туманно. Наверняка в России и в Европе этот стандарт не получит широкого распространения, да и в США, где он сейчас используется, скорее всего, в ближайшее время произойдет переход на альтернативные стандарты. А вот новый стандарт 802.11g имеет значительные шансы завоевать признание во всем мире. Другое преимущество нового стандарта 802.11g заключается в том, что он полностью совместим со стандартами 802.11b и 802.11b+, то есть любое устройство, поддерживающее стандарт 802.11g, будет работать (правда, на меньших скоростях соединения) и в сетях стандарта 802.11b/b+, а устройство, поддерживающее стандарт 802.11b/b+ — в сетях стандарта 802.11g, хотя и с меньшей скоростью соединения.
Совместимость стандартов 802.11g и 802.11b/b+ обусловлена, во-первых, тем, что они предполагают использование одного и того же частотного диапазона, а во-вторых, что все режимы, предусмотренные в протоколах 802.11b/b+, реализованы и в стандарте 802.11g. Поэтому стандарт 802.11b/b+ можно рассматривать как подмножество стандарта 802.11g.
Физический уровень протокола 802.11
Обзор протоколов семейства 802.11b/g целесообразно начат именно с протокола 802.11, который, хотя уже и не встречается в чистом виде, в то же время является прародителем всех остальных протоколов. В стандарте 802.11, как и во всех остальных стандартах данного семейства, предусмотрено использование частотного диапазона от 2400 до 2483,5 МГц, то есть частотный диапазон шириной 83,5 МГц, который, как будет показано далее, разбит на несколько частотных подканалов.
Технология уширения спектра
В основе всех беспроводных протоколов семейства 802.11 лежит технология уширения спектра (Spread Spectrum, SS). Данная технология подразумевает, что первоначально узкополосный (в смысле ширины спектра) полезный информационный сигнал при передаче преобразуется таким образом, что его спектр оказывается значительно шире спектра первоначального сигнала. То есть спектр сигнала как бы «размазывается» по частотному диапазону. Одновременно с уширением спектра сигнала происходит и перераспределение спектральной энергетической плотности сигнала — энергия сигнала также «размазывается» по спектру. В результате максимальная мощность преобразованного сигнала оказывается значительно ниже мощности исходного сигнала. При этом уровень полезного информационного сигнала может в буквальном смысле сравниваться с уровнем естественного шума. В результате сигнал становится в каком то смысле «невидимым» — он просто теряется на уровне естественного шума.
Собственно, именно в изменении спектральной энергетической плотности сигнала и заключается идея уширения спектра. Дело в том, что если подходить к проблеме передачи данных традиционным способом, то есть так, как это делается в радиоэфире, где каждой радиостанции отводится свой диапазон вещания, то мы неизбежно столкнемся с проблемой, что в ограниченном радиодиапазоне, предназначенном для совместного использования, невозможно «уместить» всех желающих. Поэтому необходимо найти такой способ передачи информации, при котором пользователи могли бы сосуществовать в одном частотном диапазоне и при этом не мешать друг другу. Именно эту задачу и решает технология уширения спектра.
Существует несколько различных технологий уширения спектра, однако для дальнейшего понимания протокола 802.11 нам необходимо детально познакомиться лишь с технологией уширения спектра методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS).
Технология DSSS
При потенциальном кодировании информационные биты — логические нули и единицы — передаются прямоугольными импульсами напряжений. Прямоугольный импульс длительности T имеет спектр, ширина которого обратно пропорциональна длительности импульса. Поэтому чем меньше длительность информационного бита, тем больший спектр занимает такой сигнал.
Для преднамеренного уширения спектра первоначально узкополосного сигнала в технологии DSSS в каждый передаваемый информационный бит (логический 0 или 1) в буквальном смысле встраивается последовательность так называемых чипов. Если информационные биты — логические нули или единицы — при потенциальном кодировании информации можно представить в виде последовательности прямоугольных импульсов, то каждый отдельный чип — это тоже прямоугольный импульс, но его длительность в несколько раз меньше длительности информационного бита. Последовательность чипов представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, то есть нулей и единиц, однако эти нули и единицы не являются информационными. Поскольку длительность одного чипа в n раз меньше длительности информационного бита, то и ширина спектра преобразованного сигнала будет в n-раз больше ширины спектра первоначального сигнала. При этом и амплитуда передаваемого сигнала уменьшится в n раз.
Чиповые последовательности, встраиваемые в информационные биты, называют шумоподобными кодами (PN-последовательности), что подчеркивает то обстоятельство, что результирующий сигнал становится шумоподобным и его трудно отличить от естественного шума.
Как уширить спектр сигнала и сделать его неотличимым от естественного шума, понятно. Для этого, в принципе, можно воспользоваться произвольной (случайной) чиповой последовательностью. Однако, возникает вопрос: а как такой сигнал принимать? Ведь если он становится шумоподобным, то выделить из него полезный информационный сигнал не так то просто, если вообще возможно. Оказывается, возможно, но для этого нужно соответствующим образом подобрать чиповую последовательность. Используемые для уширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определенным требованиям автокорреляции. Под термином автокорреляции в математике подразумевают степень подобия функции самой себе в различные моменты времени. Если подобрать такую чиповую последовательность, для которой функция автокорреляции будет иметь резко выраженный пик лишь для одного момента времени, то такой информационный сигнал возможно будет выделить на уровне шума. Для этого в приемнике полученный сигнал умножается на ту же чиповую последовательность, то есть вычисляется автокорреляционная функция сигнала. В результате сигнал становится опять узкополосным, поэтому его фильтруют в узкой полосе частот и любая помеха, попадающая в полосу исходного широкополосного сигнала, после умножения на чиповую последовательность, наоборот, становится широкополосной и обрезается фильтрами, а в узкую информационную полосу попадает лишь часть помехи, по мощности значительно меньшая, чем помеха, действующая на входе приемника (рис. 1).
Читайте также: