Беспроводные технологии 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.
Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.
Классификация по дальности действия:
- Беспроводные персональные сети WPAN (Wireless Personal Area Networks). К этим сетям относятся Bluetooth.
- Беспроводные локальные сети WLAN (Wireless Local Area Networks). К этим сетям относятся сети стандарта Wi-Fi.
- Беспроводные сети масштаба города WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий — WiMAX.
Классификация по применению:
- Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые компаниями для собственных нужд.
- Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.
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.
Краткий обзор самых популярных технологий беспроводной передачи данных
Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». Название технологии — Wireless-Fidelity («беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.
В начале использования установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развертывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В настоящий момент во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определенных условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi.
Мобильные устройства (КПК, смартфоны, PSP и ноутбуки), оснащенные клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хот-споты.
Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, в том числе первым в России свою сеть развернул «Скартел». Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).
Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.
Технологии беспроводной связи / Введение в профиль 2021
Особенности беспроводной связи
Беспроводной тип связи имеет несколько особенностей
● Расстояние передачи может варьироваться от нескольких метров до тысяч километров;
● Данный вид связи может использоваться для беспроводного доступа в Интернет, сотовой телефонии, беспроводной домашней сети и т. д.;
● Такая связь также применяется для GPS, спутникового, телевизионного вещания, беспроводных телефонов, различного типа гарнитур, радиоприемников.
Типы беспроводных сетей
Существует несколько основных классификаций беспроводных сетей:
1. По дальности действия:
● WPAN — беспроводные персональные сети (например, Bluetooth);
● WLAN — локальные беспроводные сети (Wi-Fi);
● WMAN — беспроводные сети масштаба города (WiMAX).
● Автономные локальные (потоки данных территориально замкнуты в пределах конкретного объекта);
● Локальные, имеющие выход в транспортную (первичную) сеть (часть пользователей имеет выход за пределы локальной сети, например, доступ к Интернету);
● Открывающие потребителям непосредственный доступ к транспортной сети.
3. По применению:
● Корпоративные ведомственные (создаются компаниями для корпоративных нужд);
● Операторские (создаются операторами с целью возмездного оказания услуг).
Определение беспроводных сетей
Беспроводные сети – это сети связи, в которых передача данных осуществляется без использования проводов или кабелей. Вместо этого, данные передаются по радиоволнам, инфракрасному излучению или другим беспроводным технологиям.
Беспроводные сети позволяют устанавливать связь между различными устройствами, такими как компьютеры, смартфоны, планшеты и другие электронные устройства, без необходимости использования физических соединений. Это делает их удобными и гибкими для использования в различных ситуациях, особенно в случаях, когда проводная связь не является практичной или возможной.
Беспроводные сети могут быть локальными (LAN), глобальными (WAN) или мобильными (сотовые сети). Они могут использоваться для обмена данными, доступа к интернету, передачи голосовой и видео информации, а также для подключения к другим сетям и устройствам.
Принцип работы беспроводных сетей
Беспроводные сети работают на основе передачи данных по радиоволнам или инфракрасному излучению. Они состоят из двух основных компонентов: беспроводных устройств и точек доступа.
Беспроводные устройства, такие как компьютеры, смартфоны или планшеты, оборудованы специальными адаптерами, которые позволяют им подключаться к беспроводным сетям. Эти адаптеры преобразуют данные в радиоволновые или инфракрасные сигналы и передают их через воздух.
Точки доступа (Access Points) являются устройствами, которые принимают радиоволновые или инфракрасные сигналы от беспроводных устройств и передают их в проводную сеть или другие беспроводные сети. Они также могут выполнять функции маршрутизации и коммутации данных.
Когда беспроводное устройство хочет подключиться к беспроводной сети, оно ищет доступные точки доступа в своей окрестности. Когда точка доступа обнаруживается, беспроводное устройство отправляет запрос на подключение. Если точка доступа разрешает подключение, она назначает устройству уникальный идентификатор (SSID) и устанавливает защищенное соединение, если это требуется.
После установления соединения беспроводное устройство может обмениваться данными с другими устройствами в сети или получать доступ к ресурсам в проводной сети, таким как файлы, принтеры или Интернет.
Принцип работы беспроводных сетей основан на передаче данных через радиоволны или инфракрасное излучение, что позволяет устройствам подключаться к сети без необходимости использования физических соединений.
Технологии беспроводной связи это
Различные типы технологий беспроводной связи поддерживают устройства без кабельного соединения для реализации передачи данных между устройствами или между устройствами и последовательными серверами по различным протоколам. Существует множество различных типов технологий беспроводной связи, которые широко используются в аппаратных продуктах в области Интернета вещей (IoT) и связи между устройствами (M2M). IEEE имеет семь групп технических задач (стандартов) 802.15. Эти группы задач 802.15 включают: WPAN/Bluetooth, сосуществование (сосуществование сети), высокоскоростную WPAN, низкоскоростную WPAN, ячеистую сеть, локальные сети и связь в видимом свете. Каждый из этих протоколов беспроводной передачи имеет свои уникальные преимущества и ограничения.
Приложение транспортного протокола IoT
LoRa — это сокращение от Long Range (большое расстояние), которое относится к одной из технологий беспроводной связи. Скорость передачи относительно низкая. Беспроводная технология модуля LoRa обладает характеристиками большого расстояния, низкого энергопотребления, низкой стоимости и наличия нескольких узлов.
Протокол LoRaWAN представляет собой набор стандартов протокола передачи, основанных на передаче LoRa на физическом уровне и в основном на уровне канала передачи данных. Соответствуя уровню MAC в семиуровневой модели OSI, LoRaWAN устраняет несовместимость конкретного оборудования и имеет обе функции, такие как многоканальный доступ, переключение частот, адаптивная скорость, управление каналами, синхронизация передачи и приема, аутентификация доступа к узлу и Предоставляется шифрование данных и роуминг.
Соглашение об узкополосной передаче NB-IOT
Протокол узкополосной передачи Nbiot — это основанная на сотовой связи технология узкополосного Интернета вещей (NB-IoT), которая стала важной ветвью сети IoT. Модуль NB-IoT основан на сотовой сети и потребляет всего около 180 кГц полосы пропускания и может быть непосредственно развернут в сетях GSM, UMTS и LTE для снижения затрат на развертывание и обеспечения плавного обновления функций.
IEEE 802.15.4: протокол ZigBee
Технология ZigBee представляет собой открытый глобальный стандартный протокол беспроводной передачи данных, специально разработанный для сетей M2M. Эта технология не только имеет низкую стоимость и низкое энергопотребление, но также обладает характеристиками малой задержки и низкого рабочего цикла, что позволяет изделию максимально увеличить срок службы батареи питания. Это идеальное техническое решение для многих промышленных технологий. Кроме того, протокол модуля ZigBee обеспечивает 128-битное шифрование AES, поддерживает одноранговые сети Mesh и позволяет сетевым узлам соединяться друг с другом через несколько путей беспроводной передачи.
Самый распространенный сценарий применения IoT модулей ZigBee — умный дом в области беспроводной передачи. Эта технология может одновременно соединять несколько устройств, что делает ее идеальной для домашних сетевых сред, где пользователи могут общаться друг с другом между такими устройствами, как интеллектуальные замки, светильники, роботы и термостаты, а также добавлять контроллеры для управления в режиме реального времени Подождите. .
IEEE 802.11: Протокол связи модуля WiFi
Модуль WiFi — это беспроводной модуль, который использует радиоволны (РЧ) для обеспечения взаимной связи между двумя устройствами. Эта технология часто используется для подключения таких устройств, как компьютеры, планшеты и мобильные телефоны, к маршрутизаторам для достижения цели серфинга в Интернете. На самом деле, его также можно широко использовать для соединения любых двух аппаратных устройств.
IEEE 802.15.1: модуль Bluetooth и транспортный протокол BLE
Модули Bluetooth и беспроводная передача Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) — это беспроводные технологии, используемые для передачи данных на короткие расстояния. Он часто используется для подключения небольших интеллектуальных устройств, таких как мобильные телефоны пользователей, планшеты и портативные компьютеры, такие как различные голосовые системы. Модули Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) имеют меньшую мощность, чем стандартные модули Bluetooth, и часто используются в приложениях IoT, таких как фитнес-браслеты, смарт-часы или другие небольшие носимые аппаратные устройства.
CSIRO, OFDM и Джон О’Салливан
Местом рождения Wi-Fi можно считать лабораторию радиоастрономии CSIRO — австралийское федеральное агентство, занимающиеся научными исследованиями. В его стенах разработали множество выдающихся технологий, например атомно-абсорбционную спектроскопию.
В 1977 году исследователь CSIRO доктор Джон О’Салливан занимался поиском небольших черных дыр. Он написал статью о том, как можно использовать быстрое преобразование Фурье для повышения резкости с оптических телескопов. На основе работы Салливана в CSIRO сделали специальный процессор для расшифровки изображений. Хоть это и не помогло найти черные дыры, технология пригодилась позднее. В 1990 году Салливан возглавил группы ученых для разработки высокоскоростной беспроводной сети с пропускной способностью 100 Мбит/c. ALOHAnet и WaveLAN не предоставляли желаемых скоростей.
Джон О’Салливан (второй справа) и другие ученые CSIRO в своей лаборатории
Одной из основных технических проблем, вставших перед группой, была борьба с эффектом многолучевого распространения волн. Суть явления заключается в том, что часть электромагнитных волн отражаются от различных объектов, в результате физическая длина пути сигнала может варьироваться. Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отрицательным, поскольку сигналы могут прийти в противофазе и подавить основной сигнал (своеобразное эхо). С помощью быстрого преобразования Фурье ученые из CSIRO нашли способ уменьшить эхо. Вместо того, чтобы использовать один быстрый беспроводной канал, они использовали множество более медленных каналов. Такая техника называется модуляцией с несколькими несущими. Этот тип модуляции хорошо подходит для широкополосной связи на короткие расстояния (как в Wi-Fi). Сегодня современные стандарты Wi-Fi используют модуляцию с несколькими несущими в форме мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM).
Хотя ученые из CSIRO не изобретали основных методов, используемых в их разработках, их заслуга заключалась в том, что путем испытаний сотен техник они нашли нужные — модуляция с несколькими несущими + прямое исправление ошибок + чередование частот для отправки нескольких копий данных. По отдельности этим методы были известны и ранее. В CSIRO же разработали уникальную комбинацию, которая давала высокие скорости. В 1996 году на нее был выдан патент США № 5 487 069.
Стоит отметить, что CSIRO никогда не предоставляла предложений по исходному стандарту IEEE 802.11 1997 года или какой-либо из его редакций. 802.11а и более поздние стандарты используют OFDM и модуляцию с несколькими несущими без лицензионного соглашения, несмотря на то, что во время разработки 802.11а CSIRO предложила IEEE лицензировать свой патент. Спустя годы CSIRO использовала это как основу для судебных исков против крупных сетевых и технологических компаний. CSIRO выиграла урегулирование на сумму 205 миллионов долларов в 2009 году и еще 229 миллионов долларов в 2012 году.
Стандарты
На данный момент существует множество разных стандартов беспроводных локальных сетей 802.11. Некоторые из них пользуются намного большей популярностью, например 802.11n и 802.11ac. Кроме того, современные устройства работают сразу в нескольких режимах (802.11 b/g/n).
У стандартов много общего. Самое главное сходство — использование радиоэфира для передачи данных. Интересно, но в самом первом стандарте 802.11 также использовалось инфракрасное излучение. Сегодня такой способ используется в пультах дистанционного управления (например пульт от телевизора). Со второго поколения стандарта используются только радиоволны. Все варианты физического уровня работают с одним и тем же алгоритмом доступа к среде, CSMA/CA. Структуры кадров канального уровня всех стандартов идентичны.
Различия спецификаций заключается в используемом частотном диапазоне, методах кодирование и, как следствие, в скорости передачи данных. Некоторые временные параметры уровня MAC также могут отличаться.
Наиболее популярные стандарты семейства IEEE 802.11
Начиная с 1999 года метод мультиплексирования OFDM пришел на смену методам DSSS и FHSS первых версий. Спустя еще 10 лет стандарт был дополнен поддержкой метода MIMO. Выделим общие свойства стандартов семейства IEEE 802.11:
- Одна и та же топология.
- Все стандарты поддерживают в качестве рабочего диапазона частот либо 2,4 ГГц, либо 5 ГГц, либо оба эти диапазона. 802.11ax может включать дополнительные полосы частот в диапазонах от 1 до 7 ГГц, по мере их появления.
- Один и тот же способ доступа к разделяемой среде CSMA/CA — метод прослушивания несущей частоты с множественным доступом и предотвращением коллизий.
- Одинаковая структура кадра канального уровня.
- Все стандарты имеют адаптивный механизм изменения скорости передачи в зависимости от расстояния до приемника. Адаптация может происходить за счет изменения метода кодирования сигнала — например, для увеличения скорости передачи данных точка доступа может перейти от кодирования 16-QAM к кодированию 64-QAM.
- При использовании техники OFDM точка доступа может, наряду с изменением метода кодирования, увеличить количество частотных подканалов, выделяемых пользователю.
Ключевой риск
■ Утрата контроля над
технологией и
последующее
применение ее со
злым умыслом в
целях совершения
мошеннических
операций
■ Специализированное оборудование
■ Специализированное программное обеспечение
■ Квалифицированный персонал
Какие бывают проблемы
Кроме ограниченности подключения по районам, беспроводные сети интернет могут функционировать некорректно и иметь трудности разного порядка:
- Сбой настроек роутера: от необходимости уточнения информации по устройству и смены канала, частоты работы до поломки микросхемы.
- Отсутствие драйверов на компьютере, необходимость обновления ПО, системные ошибки, несовместимость устройств и т. д.
- Проблемы на линии. Следует обращаться в службу поддержки клиентов: сложности могут быть как временного характера, так и более серьезные, связанные с выходом из строя оборудования.
Несмотря на наличие протоколов защиты клиентов WPA, во многих случаях используются аппараты, работающие с WEP. Таким образом, формируются уязвимые хот-споты. Поэтому конфиденциальность передаваемой информации в рамках беспроводной сети не может гарантироваться на 100 % и личные сведения все же могут попасть в руки мошенников.
Важная информация! Некоторые исследователи уверяют, что постоянное использование беспроводных технологий может негативно повлиять на здоровье. Однако фундаментальных исследований на эту тему не проводилось.
Перспективы использования беспроводных сетей
Стандарт IEEE 802.11 беспроводной связи был создан в 1997 г. Он был первым и доступен далеко не всем гражданам. Сейчас высокоскоростное подключение к линии возможно практически в любом регионе планеты. Количественному росту беспроводных точек поспособствовало появление на рынке платформы Centrino от Intel. Благодаря данной утилите многие ноуты теперь оснащены контроллерами Wi-Fi.
В ближайшие время планируется массовый переход на технологии и стандарт IEEE 802.16a, который может обеспечить сети WiMAX. Предполагается, что будет применяться полоса частот 2-11 ГГц, скорость передачи информации будет поддерживаться в пределах 70 Мбит/с и при этом зона покрытия возрастет до 50 км.
Приборы WiMAX уже начали производить некоторые организации, в частности, Intel. Широкополосные сети находятся в разработке также у Telecom, BT, Millicom, у российских операторов Петерстар, МедиаСеть, Комстар.
Подводя итог, в будущем можно прогнозировать:
- Улучшение качества связи, расширение функций.
- Выход в интернет с любого уголка земли.
- Увеличение скорости подсоединения к сети.
- Количественный рост пользователей за счет повышения финансовой доступности оборудования.
- Распространение возможности удаленного контроля за электронными приборами.
Локальные беспроводные технологии распространяются все активнее. Ими пользуются как офисы, бизнес-центры, так и жилые дома. На данный момент Wi-Fi обладает рядом недочетов. Однако, средства связи стремительно развиваются, растет качество. В последующие годы можно ожидать преодоление существующих недостатков, рост возможностей и обеспечение высокой безопасности клиентов.
