Какие стандарты беспроводных технологий вы знаете. Сети WiFi. Стандарты и технологии. Предотвращение угроз безопасности беспроводных сетей

Наиболее быстро развивающимся сегментом телекоммуникаций сегодня является Беспроводная Локальная Сеть (WiFi). В последние годы виден все больший рост спроса на мобильные устройства, построенные на основе беспроводных технологий.

Стоит отметить, что WiFi продукты передают и получают информацию с помощью радиоволн. Несколько одновременных вещаний могут происходить без обоюдного вмешательства благодаря тому, что радиоволны передаются по разным радиочастотам, известным также как каналы. Для осуществления передачи информации WiFi устройства должны «наложить» данные на радиоволну, также известную как несущая волна. Этот процесс называется модуляцией. Существуют различные типы модуляции, которые мы рассмотрим далее. Каждый тип модуляции имеет свои преимущества и недостатки с точки зрения эффективности и требований к питанию. Вместе, рабочий диапазон и тип модуляции, определяют физический уровень данных (PHY) для стандартов передачи данных. Продукты совместимы по PHY в том случае, когда они используют один диапазон и один тип модуляции.

Первый стандарт беспроводных сетей 802.11 был одобрен Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) в 1997 году и поддерживал скорость передачи данных до 2-х Мбит\с. Используемые технологические схемы модуляции стандарта: псевдослучайная перестройка рабочей частоты (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum) и широкополосная модуляция с прямым расширением спектра (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum).

Далее, в 1999 году, IEEE одобрила еще два стандарта беспроводных сетей WiFi: 802.11a и 802.11b. Стандарт 802.11a работает в частотном диапазоне 5ГГц со скоростью передачи данных до 54Мбит\с. Данный стандарт построен на основе технологии цифровой модуляции ортогонального мультплексирования с разделением частот (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Стандарт 802.11b использует диапазон частот 2.4 ГГц и достигает скоростей передачи данных до 11Мбит\с. В отличие от стандарта 802.11a, схема стандарта 802.11b построена по принципу DSSS.

Поскольку реализовать схему DSSS легче, нежели чем OFDM, то и продукты, использующие стандарт 802.11b, начали появляться на рынке раньше (с 1999 года). С тех пор продукты, работающие по беспроводному протоколу радиодоступа и использующие стандарт 802.11b, широко использовались в корпорациях, офисах, дома, в загородных коттеджах, в общественных местах (хот-споты) и т.д. На всех продуктах, прошедших сертификацию альянса совместимости беспроводного оборудования Ethernet (WECA - Wireless Ethernet Compatibility Alliance), имеется соответствующая отметка с официально зарегистрированным логотипом WiFi. Альянс WECA (или Wi-Fi Alliance) включает в себя всех основных производителей беспроводных устройств на основе технологии WiFi. Альянс занимается тем, что сертифицирует, маркирует, а также тестирует на совместимость оборудование, применяющее технологии WiFi.

В начале 2001 года Федеральная Комиссия по Коммуникациям Соединенных Штатов (FCC - Federal Communications Commission) ратифицировала новые правила, благодаря которым разрешается дополнительная модуляция в диапазоне 2.4 ГГц. Это позволило IEEE расширить стандарт 802.11b, что привело к поддержке более высоких скоростей для передачи данных. Таким образом, появился стандарт 802.11g, который работает со скоростью передачи данных до 54Мбит\с и разрабатывался с использованием технологии ODFM.

Частоты Wi-Fi

Обеспечить беспроводную связь с Интернет теперь доступно всем. Достаточно подключить у себя в доме, на даче или в офисе систему wifi и можно принимать сигнал не заботясь о бесконечных проводах, телефонных подключениях, модемах и картах связи. Роутер wifi является маршрутизатором, принимающим решение по пересылке пакетных данных для различных модульных сегментов сети. Проще говоря, если у вас в доме находятся один или несколько ноутбуков и все они нуждаются в подключении к сети Интернет, то эту проблему решает маршрутизатор беспроводной связи. Система wifi самостоятельно находит ваши ноутбуки и устанавливает соединение с Интернет. Стандартная схема беспроводного маршрутизатора предусматривает не менее одного соединения. Раздача интернета происходит на различных частотах. Для Российской Федерации предусмотрены и выделены частоты в диапазоне от 5150-5350 МГц до 5650-6425 МГц. Данные частоты являются основными, для работы в указанных диапазонах не требуется специального разрешения. Фиксированный беспроводной доступ 5150-5350 МГц и 5650-6425 МГц обеспечивает высокую скорость передаваемых данных в сети Интернет. Для поиска свободного канала связи необходимо скоординировать подключение сети с администрациями других сетей. Каждая сеть должна использовать канал-частоту, отделенную от другого канала полосой 25 МГц.

Стандарт 802.11a – Высокая производительность и быстродействие.

Благодаря использованию частоты 5 ГГц и модуляции OFDM у этого стандарта есть два ключевых преимущества перед стандартом 802.11b. Во-первых, это значительно увеличенная скорость передачи данных по каналам связи. Во-вторых, увеличилось число не накладывающихся каналов. Диапазон 5 ГГц (также известный как UNII) фактически состоит из трех субдиапозонов: UNII1 (5.15 – 5.25 ГГц), UNII2 (5.25 – 5.35 ГГц) и UNII3 (5.725 – 5.825 ГГц). При использовании одновременно двух субдиапозонов UNII1 и UNII2 получаем до восьми непересекающихся каналов против всего лишь трех в диапазоне 2.4 ГГц. Также у этого стандарта гораздо больше доступная полоса пропускания. Таким образом, с использованием стандарта 802.11а можно поддерживать большее число одновременных, более продуктивных, неконфликтных беспроводных соединений.

Стоит отметить, что т.к. стандарты 802.11а и 802.11b работают в различных диапазонах, то и продукты, разработанные под эти стандарты не совместимы. Например, точка доступа WiFi, работающая в диапазоне 2.4 ГГц, стандарта 802.11b, не будет работать с беспроводной сетевой картой, рабочий диапазон которой 5 ГГц. Однако, оба стандарта могут и сосуществовать. К примеру, пользователи, подключенные к точкам доступа, применяющим разные стандарты, также могут использовать любые внутренние ресурсы этой сети, но при условии, что эти точки доступа подключены к одной опорной сети.

Еще важно знать, что в Европе и России диапазон 5 ГГц применяется исключительно в военных целях, соответственно в любых иных целях он запрещен к использованию.

802.11g – Высокая скорость в диапазоне 2.4 ГГц.

Стандарт 802.11g несет с собой более высокие скорости передачи данных, при этом поддерживая совместимость с продуктами стандарта 802.11b. Стандарт работает с применением модуляции DSSS на скоростях до 11Мбит\с, но при этом дополнительно используется модуляция OFDM на скоростях выше 11Мбит\с. Таким образом, оборудование стандартов 802.11b и 802.11g совместимо на скоростях, не превышающих 11Мбит\с. Если в диапазоне 2.4 ГГц необходима скорость выше, нежели 11Мбит\с, то нужно использовать оборудование стандарта 802.11g.

Можно сказать, что стандарт 802.11g соединил в себе все лучшее от стандартов 802.11b и 802.11a.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инфракрасный порт

Инфракрасный порт, по-другому Infrared Data Association -- IrDA, ИК-порт, это группа стандартов, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве среды передачи. Инфракрасный порт является разновидностью оптической линии связи ближнего радиуса действия.

Была особо популярна в конце 1990-х начале 2000-х годов. В данное время практически вытеснена более современными способами связи, такими как WiFi и Bluetooth. Основные причины отказа от ИК-портов были:

1. Усложнение сборки корпусов устройств, в которых монтировалось прозрачное окно, через которое и работал ИК-порт.

2. Ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик.

3. Относительно низкая скорость передачи данных первых реализаций стандарта. В последующих ревизиях стандарта этот недостаток исправили: скоростные возможности немного превышают, например, возможности самой распространенной, на сегодняшний момент, версии протокола Bluetooth (спецификация 4.0). Однако широкого распространения скоростные варианты IrDA получить уже не успели.

Аппаратная реализация, обычно, представляет собой пару из излучателя и приемника. Излучатель представляет собой инфракрасный светодиод. Приемник же представлен в виде фотодиода. Наличие и передатчика и приемника на каждой из сторон является необходимым для гарантированной доставки данных.

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с ИК-портами. Например, дистанционный пульт управления передает команды на телевизор или видеомагнитофон с помощью IrDA. До недавнего времени ИК-портами оснащалась большая часть мобильных телефонов, ноутбуков и карманных компьютеров. Также ими оснащаются некоторые принтеры и цифровые фотоаппараты. Большинство настольных ПК, напротив, не имеет инфракрасного порта в стандартной системной конфигурации, и для них необходим ИК-адаптер, который подключается к компьютеру через USB-порт или в специальный разъем на материнской плате.

Через ИК-порт, с помощью протоколов высокого уровня, например IrOBEX, можно, например, передать цифровую визитную карточку, мелодию, картинку или файл на другой мобильник или компьютер, на котором также имеется ИК-порт. Этот же протокол позволяет организовывать синхронизацию данных. Через другие протоколы, например IrCOMM и IrLAN, можно изпользовать мобильный телефон в качестве беспроводного модема или же связывать устройства в локальную сеть, наподобие Ethernet.

Так как пульты дистанционного управления использовали тот же протокол, что и мобильные устройства, с помощь КПК можно было управлять устройством, как и пультом управления. Но для этого приходилось использовать дополнительное программное обеспечение.

Bluetooth (дословно переводится как синий зуб) -- спецификация беспроводных персональных сетей. Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры и многие другие устройства на бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга, однако дальность сильно зависит от преград и помех, даже в разных помещениях.

Слово Bluetooth -- перевод на английский язык датского слова «Blеtand» («Синезубый»). Так прозвали когда-то короля викингов Харальда I Синезубого, жившего в Дании около тысячи лет назад.

Прозвище это король получил за темный передний зуб. Харальд I правил в X веке Данией и частью Норвегии и объединил враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт.

Работы по созданию Bluetooth начал производитель телекоммуникационного оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную альтернативу кабелям RS-232. Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне, который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,48 ГГц).

В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, так называемый FHSS. Этот метод прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорого.

Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя «намёком» на Hi-Fi (англ. High Fidelity -- высокая точность). Несмотря на то, что поначалу в некоторых пресс-релизах WECA фигурировало словосочетание «Wireless Fidelity» («беспроводная точность»), на данный момент от такой формулировки отказались, и термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается.

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую».

Точка доступа передаёт свой идентификатор сети, называемый SSID, с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа.

При попадании приемника в зону действия двух точек доступа с одинаковым идентификатором, он выбирает между ними на основании уровня сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

Преимущества Wi-Fi:

1. Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

2. Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

3. Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

4. Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.

5. В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.

6. Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.

беспроводной связь инфракрасный порт

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) -- телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

WiMAX подходит для решения следующих задач:

1. Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

2. Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

3. Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

4. Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

5. Создания систем удалённого мониторинга (monitoring системы), как это имеет место в системе SCADA.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с более большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.

WiMax позволяет передавать данные по радиоканалу (подобно мобильной связи) в городских условиях, не смотря на застройки, деревья или погодные условия. Передатчики WiMax устанавливаются провайдерами в различных районах города и позволяют подключаться к интернету в пределах всей зоны покрытия с помощью компьютера или мобильного телефона, поддерживающего WiMax. Кроме доступа к интернету WiMax используется для высококачественной голосовой и видео-связи.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие беспроводной связи, организация доступа к сети связи, к интернету. Классификация беспроводных сетей: спутниковые сотовые модемы, инфракрасные каналы, радиорелейная связь, Bluetooth. WI-FI - технология передачи данных по радиоканалу, преимущества.

реферат , добавлен 06.06.2012


История создания технологий беспроводного доступа. Описания набора стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне. Исследование принципа работы беспроводной связи Wi-Fi. Анализ рынка инфраструктуры Wi-Fi операторского класса.

презентация , добавлен 28.10.2014


Осуществление беспроводной передачи данных по технологиям ближней связи, применяемые в мобильных устройствах. IrDA: преимущества и недостатки. Bluetooth для мобильной связи, потребность в устройствах, частотный конфликт. Системные и технические аспекты.

реферат , добавлен 23.04.2009


Современные системы телекоммуникаций; основные стандарты подвижной связи GSM, CDMA 200, UMTS. Использование операторами сотовых сетей новых услуг и технологий 3-го поколения. Характеристики новейших стандартов беспроводного доступа: Wi-Fi, Bluetooth.

учебное пособие , добавлен 08.11.2011


Характеристика и разновидности беспроводных сетей, их назначение. Описание технологии беспроводного доступа в интернет Wi-Fi, протоколы безопасности. Стандарты связи GSM, механизмы аутентификации. Технология ближней беспроводной радиосвязи Вluetooth.

курсовая работа , добавлен 31.03.2013


Анализ технологий беспроводной связи в городе Алматы. Технология проектирования сети WiMAX. Базовая станция Aperto PacketMax-5000 на объекте ЦА АО "Казахтелеком" (ОПТС-6). Расчет параметров сети и оптимизации пакета. Финансовый план построения сети.

дипломная работа , добавлен 01.04.2014


Основные характеристики стандарта WiMAX, архитектура построения сети. Принципы построение сетей WiMAX в посёлке городского типа. Выбор аппаратуры и расчет сети. Расчет капитальных вложений, доходов и срока окупаемости. Мероприятия по технике безопасности.

дипломная работа , добавлен 22.06.2012


Естественнонаучные открытия в области электротехники. Первые устройства беспроводной связи. Формирование научных основ радиотехники. Начало беспроводной связи. Внедрение радиостанций в массовое производство. История радио и "беспроводной телеграфии".

реферат , добавлен 10.06.2015


Анализ стандарта беспроводной передачи данных. Обеспечение безопасности связи, основные характеристики уязвимости в стандарте IEEE 802.16. Варианты построения локальных вычислительных сетей. Виды реализаций и взаимодействия технологий WiMAX и Wi-Fi.

курсовая работа , добавлен 13.12.2011


Что такое ТСР? Принцип построения транкинговых сетей. Услуги сетей тракинговой связи. Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации. Некоторые аспекты практического применения технологии Bluetooth. Анализ беспроводных технологий.

Популярность Wi-Fi-соединения растёт с каждым днём, поскольку огромными темпами увеличивается спрос на этот вид сети. Смартфоны, планшеты, ноутбуки, моноблоки, телевизоры, компьютеры - вся наша техника поддерживает беспроводное подключение к интернету, без которого уже невозможно представить жизнь современного человека.

Технологии передачи данных развиваются вместе с выпуском новой техники

Для того чтобы подобрать подходящую для ваших нужд сеть, необходимо узнать про все стандарты Wi-Fi, существующие на сегодняшний день. Компанией Wi-Fi Alliance разработано более двадцати технологий подключения, четыре из которых сегодня наиболее востребованы: 802.11b, 802.11a, 802.11g и 802.11n. Самым последним открытием производителя стала модификация 802.11ас, показатели которой в несколько раз превышают характеристики современных адаптеров.

Является старшей сертифицированной технологией беспроводного подключения и отличается общей доступностью. Устройство обладает весьма скромными параметрами:

• Скорость передачи информации - 11 Мбит/с;
• Диапазон частот - 2,4 ГГц;
• Радиус действия (при отсутствии объёмных перегородок) - до 50 метров.

Следует отметить, что этот стандарт имеет слабую помехоустойчивость и низкую пропускную способность. Поэтому, несмотря на привлекательную цену этого Wi-Fi-подключения, его техническая составляющая значительно отстаёт от более современных моделей.

Стандарт 802.11a

Эта технология представляет собой улучшенную версию предыдущего стандарта. Разработчики сделали упор на пропускную способность устройства и его тактовую частоту. Благодаря таким изменениям, в этой модификации отсутствует влияние других устройств на качество сигнала сети.

• Диапазон частот - 5 ГГц;
• Радиус действия - до 30 метров.

Однако все преимущества стандарта 802.11a компенсированы в равной степени его недостатками: уменьшенным радиусом подключения и высокой (по сравнению с 802.11b) ценой.

Стандарт 802.11g

Обновлённая модификация выходит в лидеры сегодняшних стандартов беспроводных сетей, поскольку поддерживает работу с распространённой технологией 802.11b и, в отличие от неё, имеет достаточно высокую скорость соединения.

• Скорость передачи информации - 54 Мбит/с;
• Диапазон частот - 2,4 ГГц;
• Радиус действия - до 50 метров.

Как вы могли заметить, тактовая частота снизилась до 2,4 ГГц, но зона покрытия сети вернулась до прежних показателей, характерных для 802.11b. Кроме того, цена на адаптер стала более доступной, что является весомым преимуществом при выборе оборудования.

Стандарт 802.11n

Несмотря на то, что эта модификация уже давно появилась на рынке и обладает внушительными параметрами, производители до сих пор работают над её улучшением. В связи с тем, что она несовместима с предыдущими стандартами, её популярность невелика.

• Скорость передачи информации - теоретически до 480 Мбит/с, а на практике выходит вполовину меньше;
• Диапазон частот - 2,4 или 5 ГГц;
• Радиус действия - до 100 метров.

Так как этот стандарт до сих пор развивается, у него есть характерные особенности: он может конфликтовать с оборудованием, поддерживающим 802.11n, только потому, что производители устройств разные.

Другие стандарты

Кроме популярных технологий, производитель Wi-Fi Alliance разработал и другие стандарты для более специализированного применения. К числу таких модификаций, исполняющих сервисные функции, относятся:

• 802.11d - делает совместимым устройства беспроводной связи разных производителей, адаптирует их к особенностям передачи данных на уровне всей страны;
• 802.11e - определяет качество отправляемых медиафайлов;
• 802.11f - управляет многообразием точек доступа разных производителей, позволяет одинаково работать в разных сетях;

• 802.11h - предотвращает потерю качества сигнала при влиянии метеорологического оборудования и военных радаров;
• 802.11i - улучшенная версия защиты личной информации пользователей;
• 802.11k - следит за нагрузкой определённой сети и перераспределяет пользователей на другие точки доступа;
• 802.11m - содержит в себе все исправления стандартов 802.11;
• 802.11p - определяет характер Wi-Fi-устройств, находящихся в диапазоне 1 км и движущихся со скоростью до 200 км/ч;
• 802.11r - автоматически находит беспроводную сеть в роуминге и подключает к ней мобильные устройства;
• 802.11s - организует полносвязное соединение, где каждый смартфон или планшет может быть маршрутизатором или точкой подключения;
• 802.11t - эта сеть тестирует весь стандарт 802.11 целиком, выдаёт способы проверки и их результаты, выдвигает требования для работы оборудования;
• 802.11u - эта модификация известна всем по разработкам Hotspot 2.0. Она обеспечивает взаимодействие беспроводных и внешних сетей;
• 802.11v - в этой технологии создаются решения для совершенствования модификаций 802.11;
• 802.11y - незаконченная технология, связывающая частоты 3,65–3,70 ГГц;
• 802.11w - стандарт находит способы усиления защиты доступа к передаче информации.

Новейший и самый технологичный стандарт 802.11ас

Устройства модификации 802.11ас предоставляют пользователям абсолютно новое качество работы в интернете. Среди преимуществ этого стандарта следует выделить следующие:

1. Высокая скорость. При передаче данных посредством сети 802.11ас используются более широкие каналы и повышенная частота, что увеличивает теоретическую скорость до 1,3 Гбит/с. На практике пропускная способность составляет до 600 Мбит/с. Кроме того, устройство на базе 802.11ас передаёт больше данных за один такт.

1. Увеличенное количество частот. Модификация 802.11ас оснащена целым ассортиментом частот 5 ГГц. Новейшая технология обладает более сильным сигналом. Адаптер с высоким диапазоном охватывает полосу частот до 380 МГц.
2. Зона покрытия сети 802.11ас. Этот стандарт предоставляет более широкий радиус действия сети. Кроме того, Wi-Fi-подключение работает даже через бетонные и гипсокартонные стены. Помехи, возникающие при работе домашней техники и соседского интернета, никак не влияют на работу вашего соединения.
3. Обновлённые технологии. 802.11ас оснащён расширением MU-MIMO, которое обеспечивает бесперебойную работу нескольких устройств в сети. Технология Beamforming определяет устройство клиента и направляет ему сразу несколько потоков информации.

Познакомившись поближе со всеми существующими на сегодняшний день модификациями Wi-Fi-соединения, вы без труда сможете выбрать подходящую для ваших потребностей сеть. Следует напомнить, что большинство устройств содержит стандартный адаптер 802.11b, который также поддерживается технологией 802.11g. Если вы ищете беспроводную сеть 802.11ас, то количество оснащённых ею устройств сегодня невелико. Однако это весьма актуальная проблема и в скором времени всё современное оборудование перейдёт на стандарт 802.11ас. Не забудьте позаботиться о безопасности доступа в интернет, установив сложный код на своё Wi-Fi-соединение и антивирус для защиты компьютера от вирусного ПО.

Среди наиболее известных беспроводных технологий можно выделить: Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth, Wireless USB и относительно новую технологию - ZigBee, которая изначально разрабатывалась с ориентацией на промышленные применения.

Рисунок 1 – Стандарты беспроводной связи

Каждая из этих технологий имеет свои уникальные характеристики (см. рисунок 2), которые определяют соответствующие области применения.

Попытаемся сформулировать требования, которым должна удовлетворять технология связи для ее успешного применения в промышленности. Допустим, имеется некий промышленный объект, состоящий из нескольких насосных электроприводов, устройства сбора информации с различных технологических датчиков, например, датчиков давления, температуры, расхода, в том числе установленных удаленно, операторского пульта и диспетчерского пункта. Управление насосами производится с операторского пульта, а в диспетчерском пункте производится непрерывный мониторинг системы.

Рисунок 2 – Основные характеристики популярных стандартов беспроводной связи

Очевидно, что оптимальным вариантом с точки зрения простоты и удобства было бы объединение всех устройств, участвующих в обмене информацией, в единую информационную сеть, работающую в одном стандарте. Поскольку на промышленном объекте могут быть установлены устройства различной сложности и, соответственно, стоимости, то программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий доступ каждого устройства в информационную сеть, должен быть достаточно дешевым. Также технология связи должна обеспечивать необходимую дальность и скорость соединений. А если принять во внимание то, что промышленная установка может быть дополнена новыми узлами (например, еще одним насосом или устройством сбора информации), то от технологии связи требуется возможность масштабирования. Ну и, конечно же, коммуникационная технология должна обеспечивать надежность и безопасность передачи информации. Рассмотренный случай является типичным примером распределенной системы управления, где каждый из узлов, являясь интеллектуальным, выполняет свою локальную задачу автоматизации, а связи между узлами являются «слабыми» - в основном по сети передаются команды оперативного управления и смены установок регулируемых переменных, сообщения о состоянии оборудования и технологического процесса. Каждый узел, например, на базе преобразователя частоты имеет собственные каналы связи с технологическими датчиками, и необходимость в передаче больших потоков данных отсутствует.

Анализ беспроводных технологий , , показывает, что высокоскоростные технологии Wi-Fi, Wi-Max, Bluetooth, Wireless USB предназначены в первую очередь для обслуживания компьютерной периферии и устройств мультимедиа. Они оптимизированы для передачи больших объемов информации на высоких скоростях, работают в основном по топологии «точка-точка» или «звезда» и малопригодны для реализации сложных разветвленных промышленных сетей с большим количеством узлов. Напротив, технология ZigBee имеет достаточно скромные показатели скорости передачи данных и расстояния между узлами, но обладает следующими важными, с точки зрения применения в промышленности, преимуществами.

1.Она ориентирована на преимущественное использование в системах распределенного мульти-микропроцессорного управления со сбором информации с интеллектуальных датчиков, где вопросы минимизации энергопотребления и процессорных ресурсов являются определяющими.

2.Предоставляет возможность организации самоконфигурируемых сетей со сложной топологией, в которых маршрут сообщения автоматически определяется не только числом исправных или включенных/выключенных на текущий момент устройств (узлов), но и качеством связи между ними, которое автоматически определяется на аппаратном уровне.

3.Обеспечивает масштабируемость - автоматический ввод в работу узла или группы узлов сразу после подачи питания на узел.

4.Гарантирует высокую надежность сети за счет выбора альтернативного маршрута передачи сообщений при отключениях/сбоях в отдельных узлах.

5.Поддерживает встроенные аппаратные механизмы шифрации сообщений AES-128, исключая возможность несанкционированного доступа в сеть.

Организация сети ZigBee

ZigBee - относительно новый стандарт беспроводной связи, который изначально разрабатывался как средство для передачи небольших объемов информации на малые расстояния с минимальным энергопотреблением. Фактически этот стандарт описывает правила работы программно-аппаратного комплекса, реализующего беспроводное взаимодействие устройств друг с другом.

Стек протоколов ZigBee представляет собой иерархическую модель, построенную по принципу семиуровневой модели протоколов передачи данных в открытых системах OSI (Open System Interconnection). Стек включает в себя уровни стандарта IEEE 802.15.4, отвечающие за реализацию канала связи, и программные сетевые уровни и уровни поддержки приложений, определенные спецификацией ZigBee . Модель реализации стандарта связи ZigBee представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Многоуровневая модель стандарта связи ZigBee

Стандарт IEEE 802.15.4 определяет два нижних уровня стека: уровень доступа к среде (MAC) и физический уровень передачи данных в среде распространения (PHY), то есть нижние уровни протокола беспроводной передачи данных . Альянс определяет программные уровни стека ZigBee от уровня канала передачи данных (Data Link Control) до уровня профилей устройств (ZigBee Profiles). Прием и передача данных по радиоканалу осуществляется на физическом уровне PHY, определяющем рабочий частотный диапазон, тип модуляции, максимальную скорость, число каналов (таблица 1). Уровень PHY осуществляет активацию-дезактивацию приемопередатчика, детектирование энергии принимаемого сигнала на рабочем канале, выбор физического частотного канала, индикацию качества связи при получении пакета данных и оценку свободного канала. Важно понимать, что стандарт 802.15.4 - это физическое радио (микросхема радио-приемопередатчика), а ZigBee - это логическая сеть и программный стек, обеспечивающие функции безопасности и маршрутизации.

Далее в структуре стека ZigBee следует уровень контроля доступа к среде IEEE 802.15.4 MAC, осуществляющий вход и выход из сети устройств, организацию сети, формирование пакетов данных, реализацию различных режимов безопасности (включая 128-битное шифрование AES), 16- и 64-битную адресацию.

Уровень MAC обеспечивает различные механизмы доступа в сеть, поддержку сетевых топологий от «точка-точка» до «многоячейковая сеть», гарантированный обмен данными (ACK, CRC), поддерживает потоковую и пакетную передачи данных.

Для предотвращения нежелательных взаимодействий возможно использование временного разделения на основе протокола CSMA-CA (протокол множественного доступа к среде с контролем несущей и предотвращением коллизий).

Временное разделение ZigBee базируется на использовании режима синхронизации, при котором подчиненные сетевые устройства, большую часть времени находящиеся в «спящем» состоянии, периодически «просыпаются» для приема сигнала синхронизации от сетевого координатора, что позволяет устройствам внутри локальной сетевой ячейки знать, в какой момент времени осуществлять передачу данных. Данный механизм, основанный на определении состояния канала связи перед началом передачи, позволяет существенно сократить (но не устранить) столкновения, вызванные передачей данных одновременно несколькими устройствами. Стандарт 802.15.4 основывается на полудуплексной передаче данных (устройство может либо передавать, либо принимать данные), что не позволяет использовать метод CSMA-CA для обнаружения коллизий - только для их предотвращения.

В спецификации стека предусмотрены три типа устройств: координатор, маршрутизатор и конечное устройство. Координатор инициализирует сеть, управляет ее узлами, хранит информацию о настройках каждого узла, задает номер частотного канала и идентификатор сети PAN ID, а в процессе работы может являться источником, приемником и ретранслятором сообщений. Маршрутизатор отвечает за выбор пути доставки сообщения, передаваемого по сети от одного узла к другому, и в процессе работы также может являться источником, приемником или ретранслятором сообщений. Если маршрутизаторы имеют соответствующие возможности, они могут определять оптимизированные маршруты к определенной точке и хранить их для последующего использования в таблицах маршрутизации. Оконечное устройство не участвует в управлении сетью и ретрансляции сообщений, являясь только источником/приемником сообщений.

Среди свойств ZigBee следует особо выделить поддержку сложных топологий сетей. Именно за счет этого, при относительно малой максимальной дальности связи двух близлежащих устройств, возможно расширить зону покрытия сети в целом. Также этому способствует 16-битная адресация, позволяющая объединять в одну сеть более 65 тыс. устройств.

Рисунок 4 – Топологии сетей ZigBee

Беспроводные компьютерные сети — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

Подходы к классификации беспроводных технологий

Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

Предлагаем рассмотреть первые 3, наиболее распространенные, категории подробнее.

WPAN беспроводная сеть, предназначенная для организации беспроводной связи между различного типа устройствами на ограниченной площади (например, в рамках квартиры, офисного рабочего места). Стандарты, определяющие методы функционирования сети, описаны в семействе спецификаций IEEE 802.15. Рассмотрим два наиболее перспективных стандарта: Bluetooth и ZigBee.

Bluetooth — производственная спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 200 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.
Принцип действия основан на использовании радиоволн. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в ISM-диапазоне (Industry, Science and Medicine), который используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях (свободный от лицензирования диапазон 2,4-2,4835 ГГц). В Bluetooth применяется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Метод FHSS прост в реализации, обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам, а оборудование недорого.
Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1 МГц, а в Японии, Франции и Испании полоса у’же - 23 частотных канала). Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 мкс (один временной слот) синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения. При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях) используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы повторно.
Протокол Bluetooth поддерживает не только соединение «точка-точка», но и соединение «точка-многоточка».

ZigBee - название набора сетевых протоколов верхнего уровня, использующих маленькие маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется длительное время автономной работы от батарей и высокая безопасность передачи данных при небольших скоростях передачи данных.

Спецификация ZigBee 1.0 была ратифицирована 14 декабря 2004 и доступна для членов альянса ZigBee. Сравнительно недавно, 30 октября 2007 г., была размещена спецификация ZigBee 2007. О первом профиле приложения - «Домашняя автоматизация» ZigBee, было объявлено 2 ноября 2007. ZigBee работает в промышленных, научных и медицинских (ISM-диапазон) радиодиапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и в Австралии, и 2.4 ГГц в большинстве стран в мире (под большинством юрисдикций стран мира). Как правило, в продаже имеются чипы ZigBee, являющиеся объединёнными радио- и микроконтроллерами с размером Flash-памяти от 60К до 128К таких производителей, как Jennic JN5148, Freescale MC13213, Ember EM250, Texas Instruments CC2430, Samsung Electro-Mechanics ZBS240 и Atmel ATmega128RFA1.

ZigBee может активироваться (то есть переходить от спящего режима к активному) за 15 миллисекунд или меньше, задержка отклика устройства может быть очень низкой, особенно по сравнению с Bluetooth, для которого задержка, образующаяся при переходе от спящего режима к активному, обычно достигает трёх секунд. Так как ZigBee большую часть времени находится в спящем режиме, уровень потребления энергии может быть очень низким, благодаря чему достигается длительная работа от батарей.

WLAN (Wireless Local Area Network)

Эта категория беспроводной сети предназначена для связи между собой различных устройств, подобно LAN на основе витой пары или оптоволокна, и при этом характеризуется высокой скоростью передачи данных на относительно небольшие расстояния. Взаимодействие устройств описывается семейством стандартов IEEE 802.11, включающим в себя более 20 спецификаций.
В связи с этим, многие ошибочно не видят разницы между Wi-Fi и IEEE 802.11. В настоящее время под Wi-Fi понимается торговая марка, которая показывает, что конкретное устройство отвечает спецификациям 802.11a, 802.11.b, 802.11.g.
Таким образом, семейство IEEE 802.11 можно разделить на три класса 802.11a, 802.11b, 802.11 i/e/…/w.

IEEE 802.11a один из стандартов беспроводных локальных сетей, описывающий принципы функционирования устройств в частотном диапазоне ISM (полоса частот 5,155,825 ГГц) по принципу OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам). Полоса подразделяется на три рабочие зоны шириной 100 МГц, и для каждой зоны определена максимальная излучаемая мощность 50 мВт, 250 мВт, 1 Вт. Предполагается, что последняя зона частот будет использоваться для организации каналов связи между зданиями или наружными объектами, а две другие зоны внутри них. Редакцией стандарта, утвержденной в 1999 г., определены три обязательных скорости 6, 12 и 24 Мб/с и пять необязательных 9, 18, 36, 48 и 54 Мб/с. Однако этот стандарт не принят в России вследствие использования части этого диапазона ведомственными структурами. Возможным решением этой проблемы может стать спецификация 802.11h, которая дополнена алгоритмами эффективного выбора частот для беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, контроля над излучаемой мощностью, а также генерации соответствующих отчетов. Радиус действия устройств в закрытых помещениях составляет около 12 метров на скорости 54 Мб/с, и до 90 метров при скорости 6 Мб/с, в открытых помещениях или в зоне прямой видимости около 30 метров (54 Мб/с), и до 300 метров при 6 Мб/с. Тем не менее, некоторые производители внедряют в свои устройства технологии ускорения, благодаря которым возможен обмен данными в Turbo 802.11а на скоростях до 108 Мб/с.

IEEE 802.11b первый стандарт, получивший широкое распространение (именно он первоначально носил торговую марку Wi-Fi) и позволивший создавать беспроводные локальные сети в офисах, домах, квартирах. Эта спецификация описывает принципы взаимодействия устройств в диапазоне 2,4 ГГц (2,42,4835 ГГц), разделенном на три неперекрывающихся канала по технологии DSSS (Direct-Sequence Spread-Spectrum, широкополосная модуляция с прямым расширением спектра) и, опционально, PBCC (Packet Binary Convolutional Coding, двоичное свёрточное кодирование). Согласно этой технологии модуляции, производится генерирование избыточного набора битов на каждый переданный бит полезной информации, благодаря этому осуществляется более высокая вероятность восстановления переданной информации и лучшая помехозащищенность (шумы и помехи идентифицируются как сигнал с неодинаковым набором битов и потому отфильтровываются). Стандартом определены четыре обязательные скорости 1, 2, 5,5 и 11 Мб/с. Что же касается возможного радиуса взаимодействия устройств, то он составляет в закрытых помещениях около 30 метров на скорости 11 Мб/с, и до 90 метров при скорости 1 Мб/с, в открытых помещениях или в зоне прямой видимости около 120 метров (11 Мб/с), и до 460 метров при 1 Мб/с. В условиях постоянно увеличивающихся потоков данных эта спецификация практически исчерпала себя, и на смену ей пришел стандарт IEEE 802.11g.

IEEE 802.11g стандарт беспроводной сети, явившийся логическим развитием 802.11b, в том смысле, что использует тот же частотный диапазон и предполагает обратную совместимость с устройствами, отвечающими стандарту 802.11b (другими словами, обязательна совместимость 802.11g-оборудования с более старой спецификацией 802.11b). Одновременно с этим, этот представитель семейства спецификаций, как и полагается, попытался взять все лучшее от пионеров 802.11b и 802.11a. Итак, основной принцип модуляции позаимствован у 802.11a OFDM совместно с технологией CCK (Complementary Code Keying, кодирование комплементарным кодом), а дополнительно предусмотрено использование технологии PBCC. Благодаря этому, в стандарте предусмотрены шесть обязательных скоростей 1, 2, 5,5, 6, 11, 12, 24 Мб/с, и четыре опциональных 33, 36, 48 и 54 Мб/с. Радиус зоны действия увеличен в закрытых помещениях до 30 метров (54 Мб/с), и до 91 метра при скорости 1 Мб/с, в пределах же прямой видимости связь доступна на расстоянии 120 метров со скоростью 54 Мб/с, а при удалении на 460 метров возможна работа со скоростью 1 Мб/с.
Выделенный нами в отдельный класс набор спецификаций 802.11 i/e/…/w главным образом предназначен для описания функционирования различных служебных компонент и разработки новых технологий и стандартов беспроводной связи. К примеру, работы беспроводных мостов, требований к физическим параметрам каналов (мощность излучения, диапазоны частот), спецификаций, ориентированных на различные категории пользователей и т. д. В плане надстроек и новых стандартов организации беспроводных сетей из этой группы мы уже рассмотрели 802.11.h. В качестве еще одного примера обратим внимание на 802.11n. Согласно сообщению международного консорциума EWC (Enhanced Wireless Consortium), использование 802.11n высокоскоростной стандарт, в котором предусмотрена обратная совместимость с 802.11a/b/g, а скорость передачи данных будет достигать 600 Мб/с. Это позволит использовать его в задачах, где использование Wi-Fi ограничивалось недостаточной скоростью.

IEEE 802.11n - версия стандарта 802.11 для сетей Wi-Fi.
Этот стандарт был утверждён 11 сентября 2009. Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с (стандарт IEEE 802.11ac до 1.3 Гбит/с), применяя передачу данных сразу по четырем антеннам. По одной антенне - до 150 Мбит/с.
Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4-2,5 или 5,0 ГГц.
Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:

• наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;
• смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;
• «чистом» режиме - 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).

Черновую версию стандарта 802.11n (DRAFT 2.0) поддерживают многие современные сетевые устройства. Итоговая версия стандарта (DRAFT 11.0), которая была принята 11 сентября 2009 года, обеспечивает скорость до 600 Мбит/с, Многоканальный вход/выход, известный, как MIMO и большее покрытие. На 2011 год, имеется небольшое количество устройств соответствующих финальному стандарту. Например у компании D-LINK, основная продукция проходила стандартизацию в 2008 году. Существуют добропорядочные компании, занимающиеся перестандартизацией основной продукции.
ООО “АйТи-Вэйв” предлагает оборудование, отвечающее самым последним требованиям рынка, такое как , а так же и серия продуктов . Представленное оборудование построено на основе данного стандарта, но обладает более широкой функциональностью, благодаря фирменным разработкам Proxim и Infinet.

WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) - беспроводные сети масштаба города. Предоставляют широкополосный доступ к сети через радиоканал.
Стандарт IEEE 802.16, опубликованный в апреле 2002 года, описывает wireless MAN Air Interface. 802.16 - это так называемая технология «последней мили», которая использует диапазон частот от 10 до 66 GHz. Так как это сантиметровый и миллиметровый диапазон, то необходимо условие «прямой видимости». Стандарт поддерживает топологию «точка-многоточка», технологии frequency-division duplex (FDD) и time-division duplex (TDD), с поддержкой quality of service (QoS). Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 MHz.
Стандарт 802.16a последовал за стандартом 802.16. Он был опубликован в апреле 2003 и использует диапазон частот от 2 до 11 GHz. Стандарт поддерживает ячеистую топологию (mesh networking). Стандарт не накладывает условие «прямой видимости».

802.16e(mobile WiMAX) — технология беспроводного подключения к интернету, разработанная южнокорейскими телекоммуникационными компаниями(WiBro (сокращение от Wireless Broadband)).
В технологии использует временное мультиплексирование, ортогональное разделение частот, ширина канала в 8,75 МГц. Предполагалось достичь большей скорости передачи данных, чем могут использовать мобильные телефоны (как в стандарте CDMA 1x) и обеспечить мобильность для широкополосных подключений.
В феврале 2002 г. корейское правительство выделило 100 МГц-полосу в диапазоне 2,3-2,4 ГГц, а в 2004 году спецификации были зафиксированы в корейском стандарте WiBro Phase 1, которые затем были внесены в международный стандарт IEEE 802.16e (Mobile WiMAX). Базовые станции этого стандарта обеспечивают суммарную пропускную способность до 30-50 Мбит/с на каждого оператора и могут покрывать радиус от 1 до 5 км. Подключение сохраняется для движущихся объектов при скорости до 120 км/ч, что значительно лучше, чем у локальных беспроводных сетей - их ограничение приблизительно равно скорости пешехода, но хуже, чем сетей сотовой связи - до 250 км/ч. Реальное тестирование сети в г. Пусан во время проведения саммита АТЭС показало, что реальные скорости и ограничения значительно ниже, чем в теории.
Стандарт поддерживает QoS - приоритеты в передаче данных разного типа, что позволяет надежно передавать видеопотоки и другие данные, чувствительные к задержкам в канале. В этом заключаются преимущества стандарта перед стационарным WiMAX (802.16d). Также его требования значительно больше проработаны в деталях, чем в стандарте WiMAX.
На оборудовании данного стандарта, были построены первые варианты сети Yota(Скартел).

Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи