WiFi (читается "вайфай" с ударением на втором слоге) - это промышленное название технологии беспроводного обмена данными, относящееся к группе стандартов организации беспроводных сетей IEEE 802.11. В некоторой степени, термин Wi-Fi является синонимом 802.11b, поскольку стандарт 802.11b был первым в группе стандартов IEEE 802.11 получившим широкое распространение. Однако сегодня термин Wi-Fi в равной степени относится к любому из стандартов 802.11b, 802.11a, 802.11g и 802.11n, 802.11ac.
Wi-Fi Alliance занимается аттестацией Wi-Fi продукции, что позволяет гарантировать, что вся 802.11 продукция, поступающая на рынок, соответствует спецификации стандарта. К сожалению, стандарт 802.11a, использующий частоту 5ГГц, не совместим со стандартами 802.11b/g, использующим частоту 2,4ГГц, поэтому рынок Wi-Fi продукции остается фрагментированным. Для нашей страны это неактуально, поскольку для использования аппаратуры стандарта 802.11а, требуется специальное разрешение и она не получила здесь широкого распространения, к тому же подавляющее большинство устройств, поддерживающих стандарт 802.11a, поддерживают также и стандарт 802.11b или 802.11g, что позволяет считать относительно совместимыми все продаваемые в данный момент WiFi устройства. Новый стандарт 802.11n поддерживает обе эти частоты.
Какое оборудование необходимо для создания беспроводной сети?
Для каждого устройства, участвующего в беспроводной сети, необходим беспроводной сетевой адаптер, также называемый беспроводной сетевой картой. Все современные ноутбуки, некоторые настольные компьютеры, смартфоны и планшеты уже оснащены встроенными беспроводными сетевыми адаптерами. Однако во многих случаях для создания беспроводной сети из настольных компьютеров сетевые адаптеры необходимо приобретать отдельно. Популярные сетевые адаптеры для ноутбуков выполнены в формате Mini PCI-E или M.2 устройств, соответственно, для настольных компьютеров существуют модели с интерфейсом PCI, PCI-E, беспроводные USB-адаптеры можно подключать как в портативные, так и в настольные системы.
Для создания небольшой беспроводной локальной сети из двух (в некоторых случаях - и большего числа) устройств достаточно иметь необходимое число сетевых адаптеров. (Требуется, чтобы они поддерживали режим AdHoc). Однако, если вы захотите увеличить производительность вашей сети, включить в сеть больше компьютеров и расширить радиус действия сети, вам понадобятся беспроводные точки доступа и/или беспроводные маршрутизаторы. Функции беспроводных маршрутизаторов аналогичны функциям традиционных проводных маршрутизаторов. Обычно они используются в тех случаях, когда беспроводная сеть создается с нуля. Альтернативой маршрутизаторам являются точки доступа, позволяющие подключить беспроводную сеть к уже существующей проводной сети. Точки доступа используются, как правило, для расширения сети, в которой уже есть проводной коммутатор (switch) или маршрутизатор. Для построения домашней локальной сети достаточно одной точки доступа, которой вполне по силам обеспечить необходимый радиус действия. Офисные сети обычно требуют несколько точек доступа и/или маршрутизаторов.
Точки доступа и маршрутизаторы, сетевые карты с интерфейсом PCI/PCI-E и некоторые USB адаптеры могут использоваться с более мощными антеннами вместо штатных, что значительно увеличивает дальность связи или радиус охвата.
| Адаптеры | Точки доступа | Прочее | |
| Сеть из двух беспроводных устройств без подключения к локальной проводной сети | 2 | - | Сетевые адаптеры должны поддерживать режим Ad-Hoc, в некоторых случаях можно так объединять в сеть более двух устройств. |
| Небольшая домашняя или офисная сеть из | По числу устройств | 1 | Если в локальную сеть планируется подключать и проводные устройства, то необходима точка доступа с функциональностью маршрутизатора (Wireless Router). |
| Мост между проводными локальными сетями | - | По числу сетей, если их больше двух, необходимо удостовериться, что выбранные точки доступа поддерживают режим Point-To-MultiPoint Bridge | - |
| Организация крупной беспроводной офисной или корпоративной сети | По числу устройств | Количество выбирается исходя из оптимальной зоны покрытия и скорости работы. | Часть точек доступа может работать в режиме репитеров или WDS. |
Каков стандартный радиус действия Wi-Fi сети?
Радиус действия домашней Wi-Fi сети зависит от типа используемой беспроводной точки доступа или беспроводного маршрутизатора. К факторам, определяющим диапазон действия беспроводных точек доступа или беспроводных маршрутизаторов, относятся:
Тип используемого протокола 802.11;
. Общая мощность передатчика;
. Коэффициент усиления используемых антенн;
. Длина и затухание в кабелях, которыми подключены антенны;
. Природа препятствий и помех на пути сигнала в данной местности.
Радиус действия со штатными антеннами (обычно усиление 2dBi) популярных точек доступа и маршрутизаторов стандарта 802.11g, при условии, что они соединяются с устройством, имеющим антенну с аналогичным усилением, можно примерно оценить в 150м на открытой местности и 50 м в помещении, более точные цифры для разных стандартов приведены ниже в таблице, посвященной скорости передачи.
Препятствия в виде кирпичных стен и металлических конструкций могут уменьшить радиус действия Wi-Fi сети на 25% и более. Поскольку стандарты 802.11a/ac используют частоты выше, чем стандарты 802.11b/g, он является наиболее чувствительным к различного рода препятствиям. На радиус действия Wi-Fi сетей, поддерживающих стандарт 802.11b или 802.11g, влияют также помехи, исходящие от микроволновых печей. Ниже показана таблица с приблизительными потерями эффективности сигнала Wi-Fi с частотой 2.4 ГГц при прохождении через различные препятствия.
Ещё одним существенным препятствием может оказаться листва деревьев, поскольку она содержит воду, поглощающую микроволновое излучение данного диапазона. Проливной дождь ослабляет сигналы в диапазоне 2.4GHz с интенсивностью до 0.05 dB/км, густой туман вносит ослабление 0.02 dB/км, а в лесу (густая листа, ветви) сигнал может затухать с интенсивностью до 0.5дб/метр.
Увеличить радиус действия Wi-Fi сети можно посредством объединения в цепь нескольких беспроводных точек доступа или маршрутизаторов, а также путём замены штатных антенн, установленных на сетевых картах и точках доступа, на более мощные.
Приблизительно возможные варианты дальности действия и скорости работы сети в идеальном случае можно рассчитать с помощью специального калькулятора, ориентированного на оборудование D-Link, но использованные там формулы и методики подходят и для любого другого.
При создании радиомоста между двумя сетями надо знать тот факт, что пространство вокруг прямой линии, проведённой между приёмником и передатчиком должно быть свободно от отражающих и поглощающих препятствий в радиусе, сравнимом с 0.6 радиуса первой зоны Френеля. Её размер можно рассчитать исходя из следующей формулы:
В реальной ситуации уровень сигнала на различном удалении от передающего устройства можно замерить при помощи специального устройства .
Что такое организация сети в режиме Infrastructure?
Данный режим позволяет подключить беспроводную сеть к проводной сети Ethernet посредством беспроводной точки доступа. Для того, чтобы подключение стало возможным необходимо, чтобы беспроводная локальная сеть (WLAN), беспроводная точка доступа и все беспроводные клиенты использовали одинаковый SSID (Service Set ID). Тогда Вы сможете подключить точку доступа к проводной сети с помощью кабеля и таким образом обеспечить беспроводным клиентам доступ к данным проводной сети. Для того, чтобы расширить инфраструктуру и обеспечить одновременный доступ к проводной сети любому числу беспроводных клиентов, Вы можете подключить к беспроводной локальной сети дополнительные точки доступа.
Основными преимуществами сетей, организованных в режиме Infrastructure по сравнению с сетями, организованными в режиме Ad-Hoc, является их масштабируемость, централизованная защита и расширенный радиус действия. Недостатком безусловно является необходимость расходов на приобретение дополнительного оборудования, например дополнительной точки доступа.
Беспроводные маршрутизаторы, предназначенные для использования в домашних условиях, всегда оснащены встроенной точкой доступа для поддержки режима Infrastructure.
Насколько быстрой может быть беспроводная сеть?
Скорость беспроводной сети зависит от нескольких факторов. Производительность беспроводных локальных сетей определяется тем, какой стандарт Wi-Fi они поддерживают. Максимальную пропускную способность могут предложить сети, поддерживающие стандарт 802.11ac - до 2167 Мбит/сек (при использовании MU-MIMO). Пропускная способность сетей, поддерживающих стандарт 802.11a или 802.11g, может составить до 54 Мбит/сек. (Сравните со стандартными проводными сетями Ethernet, пропускная способность которых составляет 100 или 1000 Мбит/сек.)
На практике, даже при максимально возможном уровне сигнала производительность Wi-Fi сетей никогда не достигает указанного выше теоретического максимума. Например, скорость сетей, поддерживающих стандарт 802.11b, обычно составляет не более 50% их теоретического максимума, т. е. приблизительно 5.5 Мбит/сек. Соответственно, скорость сетей, поддерживающих стандарт 802.11a или 802.11g, обычно составляет не более 20 Мбит/сек. Причинами несоответствия теории и практики являются избыточность кодирования протокола, помехи в сигнале, а также изменение расстояния Хемминга с изменением расстояния между приемником и передатчиком. Кроме того, чем больше устройств в сети одновременно участвуют в обмене данными, тем пропорционально ниже пропускная способность сети в расчёте на каждое устройство, что естественным образом ограничивает количество устройств, которое имеет смысл подключать к одной точке доступа или роутеру (другое ограничение может быть вызвано особенностями работы встроенного DHCP-сервера, у устройств из нашего ассортимента итоговая цифра находилась в диапазоне от 26 до 255 устройств).
| Протокол | Используемая частота | Максимальная теоретическая скорость | Типичная скорость на практике | Дальность связи в помещении | Дальность связи на открытой местности |
| 802.11b | 2.4ГГц | 11Мбит/cек | 0.4Мбайт/cек | 38 | 140 |
| 802.11a | 5ГГц | 54Мбит/cек | 2.3Мбайт/cек | 35 | 120 |
| 802.11g | 2.4ГГц | 54Мбит/cек | 1.9Мбайт/сек | 38 | 140 |
| 802.11n | 2.4ГГц, 5ГГц | 600Мбит/cек | 7.4Мбайт/cек | 70 | 250 |
Кроме того, скорость работы любой пары устройств существенно падает с уменьшением уровня сигнала, поэтому зачастую наиболее эффективным средством поднятия скорости для удалённых устройств является применение антенн с большим коэффициентом усиления.
Безопасна ли для здоровья беспроводная связь?
В последнее время в средствах массовой информации много говорят о том, что продолжительное использование беспроводных сетевых устройств может спровоцировать серьезные заболевания. Однако, на сегодняшний день научные данные, которые подтверждали бы предположения о том, что СВЧ-сигналы оказывают негативное влияние на здоровье человека, отсутствуют.
Несмотря на недостаток научных данных, осмелимся предположить, что беспроводные сети более безопасны для здоровья человека, чем мобильные телефоны. Частотный диапазон сигналов типичной домашней беспроводной сети совпадает с частотным диапазоном сигналов микроволновых печей, но мощность сигналов микроволновых печей и даже мобильных телефонов в 100 - 1000 раз превышает мощность сигналов беспроводных сетевых адаптеров и точек доступа.
В целом, в данном вопросе можно с уверенностью утверждать одно: интенсивность воздействия на человека СВЧ-излучения беспроводных сетей несравнимо меньше воздействия других СВЧ-устройств.
Порядок регистрации РЭС описан в постановлениях Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 "О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств" и от 25 июля 2007 г. № 476 О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 "О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств"
Согласно постановлению N 476 от 25 июля 2007 г. пользовательское (оконечное) оборудование радиодоступа(беспроводного доступа) в полосе радиочастот 2400 - 2483,5 МГц с мощностью излучения передающих устройств до 100 мВт включительно ИСКЛЮЧЕНО из перечня радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств, подлежащих регистрации. Напоминаем, что штатная мощность передатчика всех продаваемых в настоящее время пользовательских WiFi устройств находится в пределах этой цифры, а установка любых антенн, не имеющих активных элементов, её не увеличивает.
Режимы работы точки доступа
Access Point Mode (Точка доступа) - Режим Access Point предназначен для беспроводного подключения к точке доступа портативных компьютеров, настольных ПК, смартфонов и планшетов. Беспроводные клиенты могут обращаться к точке доступа только в режиме Access Point.
Access Point Client / Wireless Client Mode (Беспроводной клиент) - Режим AP Client или Wireless Client позволяет точке доступа стать беспроводным клиентом другой точки доступа. По существу, в данном режиме точка доступа выполняет функции беспроводного сетевого адаптера. Вы можете использовать данный режим для обмена данными между двумя точками доступа. Обмен данными между беспроводной платой и точкой доступа в режиме Access Point Client / Wireless Client Mode невозможен.
Point-to-Point / Wireless Bridge (Беспроводной мост point-to-point) - Режим Point-to-Point / Wireless Bridge позволяет беспроводной точке обмениваться данными с другой точкой доступа, поддерживающей режим беспроводного моста point-to-point. Однако имейте в виду, что большинство производителей используют свои собственные оригинальные настройки для активации режима беспроводного моста в точке доступа. Обычно данный режим используется для беспроводного соединения аппаратуры в двух разных зданиях. Беспроводные клиенты не могут обмениваться данными с точкой доступа в этом режиме.
Point-to-Multipoint / Multi-point Bridge (Беспроводной мост point-to-multipoint) - Режим Point-to-Multi-point / Multi-point Bridge аналогичен режиму Point-to-point / Wireless Bridge с той лишь разницей, что допускает использование более двух точек доступа. Беспроводные клиенты также не могут обмениваться данными с точкой доступа в этом режиме.
Repeater Mode (Репитер) - Функционируя в режиме беспроводного репитера, точка доступа расширяет диапазон действия беспроводной сети посредством повтора сигнала удаленной точки доступа. Для того чтобы точка доступа могла выполнять функции беспроводного расширителя радиуса действия другой точки доступа, в её конфигурации необходимо указать Ethernet MAC-адрес удаленной точки доступа. В данном режиме беспроводные клиенты могут обмениваться данными с точкой доступа.
WDS (Wireless Distribution System) - позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов к точкам, работающим в режимах Bridge (мост точка-точка) или Multipoint Bridge (мост точка-много точек), однако при этом уменьшается скорость работы.
Все точки доступа и беспроводные маршрутизаторы, продаваемые в настоящее время, легко конфигурируются через web-интерфейс, для чего необходимо при первом подключении их к Вашей сети обратиться через web-браузер по определённому IP-адресу, указанному в документации к устройству. (В некоторых случаях потребуются специальные настройки протокола TCP/IP на компьютере, используемом для конфигурирования точки доступа или маршрутизатора, также указанные в документации)
Оборудовнаие многих производителей также комплектуется специальным ПО, в том числе для мобильных устройств, позволяющим облегчить процедуру настройки для пользователей. Специфичные сведения, необходимые для настройки роутера для работы с вашим провайдером практически всегда можно узнать на сайте самого провайдера.
Безопасность, шифрование и авторизация пользователей в беспроводных сетях.
Изначально для обеспечения безопасности в сетях 802.11 применялся алгоритм WEP (Wired Equivalent Privacy), включавший в себя алгоритм шифрования RC4 c 40-битным или 104-битным ключом и средства распределения ключей между пользователями, однако в 2001 году в нём была найдена принципиальная уязвимость, позволяющая получить полный доступ к сети за конечное (и весьма небольшое время) вне зависимости от длины ключа. Категорически не рекомендуется к использованию в настоящее время. Поэтому в 2003 году была принята программа сертификации средств беспроводной связи под названием WPA (Wi-Fi Protected Access), устранявшая недостатки предыдущего алгоритма. С 2006 года все WiFi-устройства обязаны поддерживать новый стандарт WPA2 , который отличается от WPA поддержкой более современного алгоритма шифрования AES с 256-битным ключом. Также в WPA появился механизм защиты передаваемых пакетов с данными от перехвата и фальсификации. Именно такое сочетание (WPA2/AES) рекомендуется сейчас к использованию во всех закрытых сетях.
У WPA есть два режима авторизации пользователей в беспроводной сети - при помощи RADIUS-сервера авторизации (ориентирован на корпоративных пользователей и крупные сети, в этом FAQ не рассматривается) и WPA-PSK (Pre Shared Key), который предлагается использовать в домашних сетях, а также в небольших офисах. В этом режиме авторизация по паролю (длиной от 8 до 64 символов) производится на каждом узле сети (точке доступа, роутере или эмулирующем их работе компьютере, сам пароль предварительно задаётся из меню настроек точки доступа или иным специфичным для вашего оборудования способом).
Также во многих современных бытовых Wi-Fi устройствах применяется режим Wi-Fi Protected Setup (WPS ), также именуемый Wi-Fi Easy Setup, где авторизация клиентов на точке доступа осуществляется при помощи специальной кнопки или вводом pin-кода, уникального для устройства.
Для случаев, когда в сети эксплуатируется фиксированный набор оборудования (т.е. например, мост, созданный при помощи двух точек доступа или единственный ноутбук, подключаемый к беспроводному сегменту домашней сети) наиболее надёжным способом является ограничение доступа по MAC-адресу (уникальный адрес для каждого Ethernet устройства, как проводного, так и беспроводного, в Windows для всех сетевых устройств эти адреса можно прочесть в графе Physical Address после подачи команды ipconfig /all) посредством прописывания в меню точки доступа списка MAC-адресов «своих» устройств и выбор разрешения доступа в сеть только устройствам с адресами из этого списка.
Также у любой беспроводной сети есть уникальный идентификатор – SSID (service set identifier), который собственно и отображается как имя сети при просмотре списка доступных сетей, который задаётся при настройке используемой точки доступа (или заменяющего его устройства). При отключении рассылки (broadcast) SSID сеть будет выглядеть для просматривающих доступные сети пользователей как безымянная, а для подключения необходимо знать и SSID, и пароль (в случае использования WPA-PSK, однако само по себе отключение SSID не делает сеть более устойчивой к несанкционированному проникновению извне.
Развитие технологии WiFi
Главный недостаток сетей WiFi – их низкая емкость, то есть при увеличении количества клиентов скорость соединения, несмотря на то, что уровень сигнала отличный, может сильно снизиться. Для изменения этой ситуации в данный момент разрабатывается новый стандарт 802.11.ax. Его принятие запланировано на декабрь 2018 года. Из-за этого точных данных обо всех особенностях нового стандарта пока нет, и в зависимости от источника информация может заметно различаться, так например пропускную способность обещают от 1.8 до 10 Гбит/с. Из того, что известно точно можно назвать следующее:
Частота работы 2.4 и 5 ГГц
. Поддержка модуляции OFDMA, пришедшей из LTE/WiMax. Благодаря ей обеспечивается возможность точке передавать данные сразу на 30 клиентов (20 МГц канал) или запросить передачу данных от тех же 30 клиентов одновременно
. Поддержка модуляции 1024-QAM, благодаря чему увеличится скорость передачи данных
В целом новый стандарт 802.11ax будет обеспечивать обратную совместимость с предыдущими версиями, но получить все преимущества можно будет только в случае перевода всех устройств на новый стандарт. Старые адаптеры будут очень сильно снижать производительность.
При построении сетей WLAN и WPAN, а также систем широкополосного беспроводного доступа (BWA – Broadband Wireless Access) применяются сходные технологии. Ключевое различие между ними (рис. 2) – диапазон рабочих частот и характеристики радиоинтерфейса. Сети WLAN и WPAN работают в нелицензионных диапазонах частот 2,4 и 5 ГГц, т. е. при их развертывании не требуется частотного планирования и координации с другими радиосетями, работающими в том же диапазоне. Сети BWA (BroadbandWirelessAccess) используют как лицензионные, так и нелицензионные диапазоны (от 2 до 66 ГГц).
Классификация беспроводных технологий
Беспроводные локальные сети WLAN.
Основные назначение беспроводных локальных сетей (WLAN) – организация доступа к информационным ресурсам внутри здания. Вторая по значимости сфера применения – это организация общественных коммерческих точек доступа (hotspots) в людных местах – гостиницах, аэропортах, кафе, а также организация временных сетей на период проведения мероприятий (выставок, семинаров).
Беспроводные локальные сети создаются на основе семейства стандартов IEEE802.11. Эти сети известны также какWi–Fi(WirelessFidelity), и хотя сам терминWi–Fi, в стандартах явным образом не прописан, брендWi–Fiполучил в мире самое широкое распространение.
Технология Wi–Fi – беспроводной аналог стандарта Ethernet, на основе которого сегодня построена большая часть офисных компьютерных сетей. Он был зарегистрирован в 1999 году и стал настоящим открытием для менеджеров, торговых агентов, сотрудников складов, основным рабочим инструментом которых является ноутбук или иной мобильный компьютер.
Wi–Fi – сокращение от английского Wireless Fidelity, обозначающее стандарт беспроводной (радио) связи, который объединяет несколько протоколов и имеет официальное наименование IEEE 802.11 (от Institute of Electrical and Electronic Engineers – международной организации, занимающейся разработкой стандартов в области электронных технологий).
На современном этапе развития сетевых технологий, технология беспроводных сетей Wi–Fiявляется наиболее удобной в условиях требующих мобильность, простоту установки и использования. Wi–Fi (от англ. wireless fidelity – беспроводная связь) – стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802.11 разработанный в 1997 г. Как правило, технология Wi–Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.
Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi–Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi–Fi.
Строго говоря, фраза Wi–Fi, когда ее придумали, никак не расшифровывалась. Это гораздо позже придумали расшифровку ранее составленных букв: Wireless Fidelity, что в переводе с английского – беспроводная точность. Изначально же аббревиатура была придумана как что–то созвучное модному слову «ХАЙ ФАЙ». Стоит так же отметить, что есть и более длинное название термина: EEE 802.11b. Зародился Wi–Fi в 1985 году, в США, после того как была открыта частотная часть радиоканала для использования без специального разрешения.
Самым первым стандартом, получившим наибольшее распространение, стал стандарт IEEE 802.11b. Оборудование, соответствующее стандарту 802.11b, появилось ещё в 2001 году, и до сих пор большинство беспроводных сетей по–прежнему работает с использованием этого стандарта, а также выпускается множество беспроводных Wi–Fi устройств с поддержкой 802.11b.
Радиоволны, которые используются для Wi–Fi связи очень похожи на радиоволны используемые в рациях, приемниках, сотовых телефонах и других устройствах. Но Wi–Fi имеет несколько заметных отличий от других радиоприборов.
Связь ведется на частотах 2,4 – 5 Ггц. Эта частота намного выше, чем частоты, пригодные для мобильных телефонов, портативных радиостанций и телевидения. Чем выше частота сигнала, тем большее количество информации передается.
Они используют сетевые стандарты, такие как 802.11:
802.11a работает с частотой в 5 Ггц и может иметь скорость до 54 Мбит в секунду. Он также использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), более развитый алгоритм кодирования. Это значительно снижает искажения.
802.11b является самым медленным и наименее дорогим стандартом. В свое время его стоимость сделали стандарт популярным, но теперь этот стандарт считается отсталым, так как быстрее стандарты становятся менее дорогими. 802.11b транслируется на частоте 2,4 ГГц. Он имеет возможность передавать до 11 мегабит. В алгоритме есть код для ускорения передачи данных.
802.11g транслируется с той же частотой в 2,4 ГГц, как 802.11b, но в несколько раз быстрее – он может передать более 54 мегабит информации в секунду. 802.11g скоростной, так как он использует тот же OFDM алгоритм кодирования, как и 802.11a.
802.11n является новейшим стандартом, который широко распространен. Этот стандарт существенно повышает скорость и дальность. Теоретически стандарт 802.11g передает 54 мегабит в секунду, хотя реально скоростью составляет около 24 мегабит в секунду из–за перегрузки сети. 802.11n может достичь скорости 140 мегабит в секунду. Этот стандарт в настоящее время в проекте.
Другие 802,11 стандарты созданы для конкретных беспроводных сетей, например для глобальных сетей (WAN) внутри транспортных средств.
В последнее время активно развивается еще одна группа стандартов для беспроводных сетей – 802.16 или Wi–MAX. Стандарты этой группы предназначены для построения сетей масштаба города. От стандартов 802.11 их отличает увеличенный радиус действия (2–6 км) и скорость передачи данных (от 1 до 134.4 Мбит/сек).
Выбор используемого стандарта и оборудования необходимо проводить с учетом действующего законодательства. Поскольку в разных странах требования к используемым частотам и мощности радиопередатчиков существенно различаются, производители оборудования выпускают различные версии одной и той же модели для разных регионов. В нашей стране нет радиочастот, открытых для свободного использования, поэтому для использования радиоканала необходимо получить соответствующее разрешение.
Принципы функционирования беспроводной связи Wi–Fi
Беспроводная сеть использует радиоволны точно так же как радиоприемники, мобильные телефоны, телевизоры. На самом деле беспроводная связь Wi–Fi более похожа на двустороннюю радиосвязь. Вот что происходит:
Адаптер Wi–Fi преобразует поток данных в электрический радиосигнал и передает его через антенну.
Wi–Fi маршрутизатор получает радиосигнал и дешифрует его. Маршрутизатор Wi–fi отправляет данные с помощью физических, проводных соединений.
Фактически нам без проводов не обойтись. Но провода находятся только у провайдера. У нас же все красиво, и без лишних кабелей.
Это работает и в обратном направлении, маршрутизатор получает информацию из интернета и переводит его в радиосигнал, отправляя его потом беспроводным адаптером компьютера.
Wi–Fi радио может передаваться по любому из трех диапазонов рабочих частот. Или, они могут менять частоты на ходу. Смена частот помогает снизить помехи.
Для того чтобы работал Wi–Fi необходимо соответствующее оборудование для беспроводной связи, которое сейчас выпускают достаточное количество производителей. Все оборудование можно поделить на:
точку доступа;
беспроводной роутер.
И у первого и у второго устройства, по сути, одинаковая начинка – приемопередающий модуль. Отличаются они между собой лишь режимами работы. Основное отличие одинаковых беспроводных устройств, выпускаемых разными производителями, это их программное обеспечение.
Беспроводное соединение устанавливается между двумя точками доступа (в качестве второй точки может быть роутер). Каждая беспроводная точка может соединиться только с одной точкой. Беспроводной роутер – это умная точка доступа. Это устройство позволяет обмениваться данными трем и более беспроводным точкам.
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, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0.1 Мбит/с каждые 100 мс. Так что 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 в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi–Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.
По сути, точка доступа является приёмо–передатчиком радиосигнала и, как у любого такого устройства, у нее есть определенный радиус действия. Обычный WiFi–роутер позволяет передавать сигнал на расстояние до 90 м в зоне прямой видимости. В помещении же все зависит от многих факторов: планировка, толщина и материал стен, наличие других излучателей радиосигнала и др. Но, как правило, мощности передатчика простой точки доступа вполне достаточно для «покрытия» небольшого офиса из трех–четырех кабинетов или квартиры, площадью 150 м 2 . При необходимости зону покрытия можно увеличить, установив в местах слабого приема специальные точки доступа, работающие в режиме «повторителя». Они принимают сигнал от основной точки, усиливают, и передают дальше.
Типы и разновидности соединений
Сети стандарта 802.11 могут строиться по любой из следующих топологий:
Независимые базовые зоны обслуживания (Independent Basic Service Sets, IBSSs);
Базовые зоны обслуживания (Basic Service Sets, BSSs);
Расширенные зоны обслуживания (Extended Service Sets, ESSs).
Независимые базовые зоны обслуживания (IBSS)
IBSS представляет собой группу работающих в соответствии со стандартом 802.11 станций, связывающихся непосредственно одна с другой. На рисунке 3показано, как станции, оборудованные беспроводными сетевыми интерфейсными картами (network interface card, NIC) стандарта 802.11, могут формировать IBSS и напрямую связываться одна с другой.
Человек - существо социальное. Это определение подразумевает прежде всего общение между различными людьми. Со всеми сразу или по отдельности не имеет значения. Наши далекие предки смогли реализовать заложенные в них природой возможности для коммуникации. Воздух, выдыхаемый особым образом, стал оформляться в слова, которые позже получили и графическое представление в виде письменности.
Тем не менее, общение при помощи звука оставалось и остается наиболее предпочтительным. Долгое время мы пользовались естественными способами передачи звуковых волн: кричать на как можно более далекое расстояние при этом жестикулируя всеми возможными конечностями, показывая что мы чего-то хотим от кого-то, кто сейчас далеко; либо просто можно было передать что надо через посредника.
Во второй половине XIX века назад голос стали передавать по проводам. Скорость возросла на несколько порядков - теперь достаточно было поднять трубку и через несколько секунд слышишь человека на другом континенте за 20000 километров. Технологии прошлого века сделали связь еще более доступной и удобной. Она стала беспроводной. Сегодня можно "выловить" почти кого угодно где бы он не находился. Другое дело, что не все рады такой "свободе", особенно те, для которых она стала еще одним способом контроля, но рассказ не об этом.
Компьютеры позволили передавать на расстояния не только звук (в частности голос), но и текст, а в последнее время все более популярным сервисом становится передача видео. Причем если пронаблюдать за последними тенденциями, то компьютерные сети становятся: а) беспроводными; и б) глобальными. Именно во всем разнообразии стандартов беспроводных цифровых сетей мы и попробует разобраться в этой статье.
Сотовую связь, последние поколения которой упорно становятся "родными" не только для телефонов, но и для компьютеров, мы затрагивать не будем. Это сделано в нашей другой статье: " ". Здесь мы коснемся тех сетей, что создаются на менее "глобальном" уровне, но в то же время весьма распространены.
Многие современные беспроводные стандарты поддерживают работу с почти любым ПК, но некоторые из них разработаны для несколько менее универсальных, но в то же время очень популярных устройств. Например, сотовые телефоны. Ведь многие из них сегодня могут передавать и принимать данные не только из сетей GSM (NMT, CDMA и других), но вести обмен данными с локальными девайсами. Именно с беспроводных сетей малого радиуса действия мы и начнем.
Bluetooth
Стандарт Bluetooth (или как его называют в народе - "синий зуб") сегодня является одним из самых известных и распространенных. Он был разработан в 1994 году двумя специалистами Шведской компании Ericsson - Джапом Харстеном (Jaap Haartsen) и Свеном Мэтиссном (Sven Mattisson). Главное назначение Bluetooth - обеспечение обмена данными без проводов между двумя и более устройствами.
Поскольку у истоков "зуба" стояла компания, занимающаяся производством мобильных телефонов, именно для этих аппаратов и была создана эта технология. Стоит ли удивляться, что одним из первых телефонов, оснащенных модулем Bluetooth, стал Ericsson R520. По сегодняшним меркам это весьма увесистый и функционально обделенный "кирпич", который в свое время был невостребован.
Почему? Да потому что 6-7 лет назад Bluetooth оснащались буквально пару устройств. Точно такой же была ситуация и с Wi-Fi. Что толку Apple позволила приобрести iBook с опциональной беспроводной сетевой картой, если в продаже было всего пару точек доступа по баснословной цене? Но Wi-Fi запросто можно было сопрягать с обычной проводной сетью, чего с Bluetooth делать не получится. Ведь для обмена данными используется вовсе не стандартизированный всеми и вся протокол TCP/IP, а свой собственный. Но об этом позже.
Пока коснемся истории вопроса. 20 мая 1998 года было официально объявлено о создании специальной группы Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая стала разрабатывать и принимать стандарты для данной технологии. Изначально в ее вошли Ericsson (ныне Sony Ericsson), IBM, Intel, Toshiba и Nokia). Позже к ним присоединились другие. К сегодняшнему дню группой было принято шесть стандартов Bluetooth:
Bluetooth 1.0 и 1.0B
Самые первые версии стандарта имели множество ошибок и недоработок. При сопряжении устройств возникали различные проблемы, связь была нестабильной.
Bluetooth 1.1
Новая версия стандарта устранила многие ошибки 1.0B, а также была принята как стандарт IEEE 802.15.1-2002. При этом была добавлена поддержка работы через каналы без шифрования данных, а также поддержка индикатора мощности сигнала (Received Signal Strength Indicator - RSSI).
Bluetooth 1.2
Версия 1.2 стала пиком развития первого поколения "синего зуба". До сих пор можно найти в продаже устройства с ее поддержкой (например, ноутбуки или телефоны трех-четырех летней давности). В числе ее изменений значатся следующие:
более быстрый поиск устройств и подключение к ним;
повышена устойчивость соединения, особенно при движении;
более высокая скорость обмена данными (на практике до 721 Кбит/с);
улучшено качество связи со звукопередающей гарнитурой;
добавлена поддержка HCI (Host Controller Interface).
Данная версия была принята как стандарт IEEE 802.15.1-2005. Но, довольно скоро его заменило второе поколение Bluetooth.
Bluetooth 2.0
Bluetooth 2.0 стал довольно значимым событием в цифровой индустрии. Новые "зубы" теперь могли "пережевывать" гораздо больше данных, о чем явно говорит постфикс "EDR", приплюсовыемый к обновленному названию стандарта: Bluetooth 2.0 + EDR. EDR означает Enhanced Data Rate, что вольно можно перевести как "Зубы в три ряда". Шутка. На самом деле перевод звучит как "Расширенный пропускной диапазон". Скорость в некоторых случаях возросла в 10 раз, но реально не превышала значения 2.1 Мбит/с, а пиковое значение равно 3.0 Мбит/с.
Что интересно, Bluetooth 2.0 без EDR - это Bluetooth 1.2 с исправленными ошибками. Некоторые устройства поддерживают именно такую его версию, хотя большинство производителей обеспечили повышенную скорость передачи данных. Помимо этого было снижено и энергопотребление.
Bluetooth 2.1
Совсем недавно был принят стандарт Bluetooth 2.1. Произошло это уже в бытность нашего проекта, о чем мы даже писали соответствующую . Нововведений было сделано незначительно. Среди них - еще большее снижение энергопотребления, ускоренное спаривание, лучшая помехозащищенность и другие. До сих пор поддержкой этой версии пока озаботились не многие. Так современные ноутбуки (для которых скорость передачи данных куда чаще имеет большее значение, чем для мобильных телефонов) до сих пор оснащаются контроллерами Bluetooth 2.0 + EDR.
Bluetooth 3.0
Конечно, развитие Bluetooth не остановилось. Хотя сегодня есть довольно много альтернатив этому стандарту, о которых речь пойдет далее, уже сейчас ведется разработка стандарта Bluetooth 3.0, известного под кодовым именем "Seattle". Что он будет еще быстрее, можно догадаться и так. Организация Bluetooth SIG хочет адаптировать UWB-технологию (о ней несколько ниже), способную обеспечить скорость до 480 Мбит/с (тут уже без лишней скромности можно говорить о нескольких сотнях "рядов зубов").
Если эта концепция будет реализована, то Bluetooth станет серьезным конкурентом активно разрабатываемого и уже внедряемого стандарта Wireless USB, который, как ни странно, основан на той же спецификации UWB. Но об этом тоже потом.
Конечно, помимо значительно возросшей пропускной способности добавятся и новые возможности. Так планируется внедрение поддержки специальных информационных точек, которые будут содержать какую-либо информацию (рекламную, данные о погоде, курсах акций, валют и т.д.), и с них можно будет читать ее. Также ожидается упрощение сопряжения устройств, благодаря автоматизированному управлению топологиями. Будут внедрена альтернатива MAC и PHY профилям при передачи данных, что позволит снизить энергопотребление при низком потоке данных, а также повысить скорость при необходимости передать большой объем информации.
Теперь рассмотрим принцип работы Bluetooth. Данный стандарт работает не при помощи точек доступа подобно Wi-Fi - "точкой доступа" может выступить любое устройство, оснащенное соответствующим контроллером. Условно оно называется "мастером" и формирует вокруг себя "пикосеть" (piconet), в которую может войти до семи других устройств. Точнее семь устройств могут быть активны в данный момент времени, тогда как еще 255 штук могут находится в неактивном состоянии, которое меняется на противоположное при необходимости.
Пикосети могут быть объединены между собой. Тогда несколько устройств будут выступать в роли моста для обмена данными. Но пока полноценная поддержка подобной функциональности не появилась. Впрочем, именно она и должна быть реализована в будущих версиях стандарта.
В один момент времени может происходить обмен данными с одним устройством. Если потребуется отдать данные другому, то быстро происходит переключение. Возможна и параллельная передача, но используется она довольно редко. При этом в пикосети любое из подчиненных устройств при необходимости запросто возьмет на себя роль мастера.
Обеспечить поддержку Bluetooth современным компьютерам призваны специальные USB-адаптеры. Многие современные ноутбуки среднего ценового диапазона (от $1000) как правило имеют встроенный контроллер. Контроллеры бывают трех классов:
Class 3. Мощность 1 мВт. Радиус действия около 1 метра;
Class 2. Мощность 2.5 мВт. Радиус действия около 10 метров;
Class 1. Мощность 100 мВт. Радиус действия около 100 метров.
Сегодня более всего распространены Class 1 и 2. Оно и не удивительно - несмотря на очень малое энергопотребление Class 3 область его применения крайне ограничена. Даже для гарнитуры он подходит очень плохо. Телефон совсем не обязательно держать в нагрудном кармане - он запросто может оказаться и в джинсах, где карман пришит чуть выше колена, либо вообще на столе, а хозяин будет наблюдаться в радиусе 5-7 метров от аппарата.
Зато Class 1 и 2 продаются довольно активно. Если вы выбираете себе внешний USB-адаптер Bluetooth, то лучше позаботиться о его дальнобойности. Ведь даже с адаптером Class 1 более слабое устройство Class 2 сможет работать на большем расстоянии.
Ну и немного об области применения. Как уже стало ясно, это прежде всего мобильные "прибамбасы": обмен данными между сотовыми телефонами (карманными компьютерами, сотовыми и ноутбуком и т.д.), подключение беспроводной гарнитуры для разговора. В последнее время Bluetooth стал активно применяться в компьютерных мышках и клавиатурах. Множество GPS-навигаторов "говорят" при помощи "синих зубов". Даже джойстики современных приставок Nintendo Wii и PlayStation 3 работают через Bluetooth.
Тем не менее, далеко не всем устройствам нужна большая скорость передачи данных, а также большой радиус действия. Это явно продемонстрировала Apple в своем коммуникаторе-телефоне . Кто не в курсе, сообщаем, что его Bluetooth-контроллер может работать только с гарнитурой. Обмен данными ему недоступен.
И действительно, зачем сотовому телефону (особенно начального уровня) возможность передачи большего объема информации? "Зубы" в них чаще всего используются для гарнитуры. А в этом случае нужен стабильный поток данных, нормально передаваемый на расстояние 5-10 метров с фиксированной скоростью, потребляющий минимум энергии. Именно это и побудило некоторые компании к созданию ответвленных стандартов.
Wibree
В середине июня 2007 года компания Nokia выступила с официальным пресс-релизом, которым было сообщено о ведении разработки стандарта . Wibree основан на технологии Bluetooth и призван дополнить ее, но не конкурировать. Самое главное его отличие от "оригинала" - значительно более низкое энергопотребление. Предполагается, что модули Wibree будут применяться в устройствах вроде биометрических датчиков, отслеживающих параметры жизнедеятельности человека, в беспроводную гарнитуру, клавиатуры, различные устройства дистанционного управления. Так что не удивляйтесь, если скоро рядом стоящий с вами в автобусе человек вдруг нажмет что-то в районе своего пупка и начнет говорить сам с собой.
Работать Wibree будет в том же диапазоне, что и Bluetooth: 2.4 ГГц. Максимальная пропускная способность - до 1 Мбит/с. Радиус действия - 5-10 метров. В целом напоминает Bluetooth 1.2 Class 2 с ультранизким энергопотреблением.
Хотя Wibree и основана на "синих зубах", все равно полной обратной совместимости не будет. Хотя ничто не мешает встроить ее в современные контроллеры Bluetooth - придется лишь немного доработать их. Но в любом случае все современные устройства не смогут вести обмен данными с вашей теннисной ракеткой, биодатчиком, прилепленным на тело или умным чайником, сообщающим о кипении не банальным свистом, а через ваш мобильный телефон посредством SMS.
Но Wibree - это не единственный "low-power" стандарт. Существуют его аналоги, причем уже готовые, а местами даже не первого поколения. Финальные спецификации Wibree будут готовы в первой половине этого года, тогда как ZigBee уже существует в своей третьей версии.
ZigBee
ZigBee - еще один "ultra mega super maxi low-power" беспроводный стандарт с двумя "ee" на конце. Впервые он был задуман еще в далеком 1998 году, когда стало понятно, что Wi-Fi и Bluetooth подходят далеко не для всех случаев. Как и последний ZigBee создан для сопряжения устройств, но принцип его работы несколько отличается.
Существует три вида ZigBee-устройств: координатор (ZigBee Coordinator - ZC), роутер (ZigBee Router - ZR) и "конечное устройство" (ZigBee End Device - ZED). Первый является главным в созданной беспроводной сети и может служить как роутером, так и мостом для обмена данным и с другими сетями. Роутер принимает данные от конечного устройства, а также может вести обмен информацией с другими роутерами и координаторами. Само конечное устройство способно только передавать данные.
Таким образом ZigBee исключается как технология для обмена данными между цифровыми девайсами вроде плееров, фотоаппаратов, принтеров, КПК, ноутбуков и так далее. Зато применение этой технологии на производстве или в качестве охранной системы куда более актуально. Именно в этом направлении она и используется.
На официальной странице проекта можно прочитать успешные проекты, связанные с автоматизацией производства (на заводе, при строительстве и др.), обеспечением безопасности помещения, автоматизацией современных зданий, объединением бытовых устройств в единую сеть и так далее. Bluetooth (и Wibree) более ориентированы на передачу "компьютерных" данных, тогда как по каналам ZigBee циркулирует преимущественно биты и байты с техническими сведениями от датчиков, пультов ДУ и т.п.
Теперь немного о принципах построения ZigBee-сетей. Их два: без и с постоянным опросом ZED. В первом случае роутер или координатор находятся в режиме постоянного ожидания сигнала от конечного устройства (ZED). Хорошим примером такой сети может послужить работа беспроводного выключателя света. В качестве роутера выступает лампа, как правило оснащенная постоянным источником питания. ZED - это сам выключатель. Он находится в неактивном состоянии. Но как только вы нажмете на него, то он активизируется и отправит сигнал роутеру. Последний среагирует и даст команду на включение света. При этом энергии не пересылку данных будет затрачено самый минимум. Батарейки в выключателе хватит на год, а то и несколько лет. Конечно, если постоянно не устраивать "светомузыку".
Второй вариант предполагает что роутер через равные интервалы времени будет опрашивать ZED. При этом он будет потреблять меньше энергии, поэтому нет нужды в постоянном источнике питания. Зато больше электричества потребуется для ZED. Полагаем, такой тип сети больше подходит для охранных систем, либо для различных датчиков. Делая опрос ZED можно проверить состояние на том или ином объекте, и при необходимости быстро отреагировать на изменение ситуации.
Устройства ZigBee должны соответствовать стандарту IEEE 802.15.4-2003, который позволяет функционировать на частотах 2.4 ГГц, 915 и 868 МГц. В первом случае для передачи данных может использоваться до 16 каналов (на частотах 2405-2480 МГц с шагом 5 МГц). В этом случае скорость обмена информацией может достигать 250 Кбит/с. На частотах 915 и 868 МГц скорость равна 40 и 20 Кбит/с соответственно. Выбор именно этих трех частотных диапазонов продиктован как технологическими причинами, так и географическими. Так частота 868 МГц разрешена в Европе, 915 в Австралии и США, а 2.4 ГГц почти везде. Стоит заметить, что ZigBee поддерживает 128-битное шифрование.
Итак, ZigBee - отличный пример реализации промышленного беспроводного стандарта, расширяющий и упрощающий нашу жизнь и работу. Bluetooth и Wibree действительно плохо подошли бы для этих целей, поэтому и была создана такая специализированная технология. Сегодня она поддерживается большим числом производителей. Вступить в ZigBee Alliance и начать использовать спецификации стандарта в коммерческих целях стоит всего $3500 в год. А если не в коммерческих, то вообще бесплатно.
Существует еще несколько подобных разработок, например, MiWi, JenNet, EnOcean, Z-Wave. Они конкурируют как с ZigBee, так и с Wibree и их реализация в некоторых моментах совпадает. Останавливаться мы на них не станем - они хоть и цифровые, все равно используются для обмена данными между относительно простыми и узкоспециализированными устройствами. А нас в данном материале интересует прежде всего то, что обеспечивает взаимодействие компьютеров, сотовых телефонов, КПК и мультимедийной бытовой техники. ZigBee был описан лишь как пример альтернативного использования беспроводных сетей. Тем временем мы переходим к следующему подклассу стандартов, работающих на относительно малом радиусе, но уже с огромными в сравнении с Bluetooth скоростями.
UWB
Объемы передаваемой информации растут с каждой секундой. Так 7-8 лет назад формат MP3 казался панацеей для повсеместного распространения музыки через Интернет. В Сети появились тысячи трэков сжатых со средним битрейтом 128 Кбит/с, что делало средний размер одной композиции равным 3-6 Мбайтам. В то время сайты оптимизировались как в плане кода, так и графики, а о загрузке фильмов никто даже не думал.
Давайте посмотрим что происходит теперь. Песни все также распространяются в MP3, только средний битрейт подрос до 160-320 Кбит/с. Причем раньше если мы могли искать вариант песни размером поменьше, то сейчас наоборот - ищем покачественнее, особенно если трэк очень нравится. Фильмы в формате MPEG4, так отлично подошедшего для ужатия одного DVD на один CD, теперь часто занимают 1400 Мбайт вместо более привычных 700 Мбайт. Но современные скорости позволяют из P2P-сети (например, BitTorrent) за несколько часов скачать полный DVD, которые постепенно уже начинают заменяться HDTV. В последнем случае речь идет о десятках гигабайтах.
Современные жесткие диски запросто передают данные со скоростью до 100 Мбайт/с, а емкость оптических дисков возросла до 50 Гбайт, а через года два-три может удвоится. Как думаете, достаточно ли современной скорости Bluetooth для таких объемов? Сколько потребуется времени, чтобы перекачать 20 Гбайт через канал 3 Мбит/с? Даже достаточно быстрый стандарт Wi-Fi здесь плохо подходит. Он создан скорее для беспроводного Интернета, нежели для просмотра HDTV-фильма с соседнего компьютера. В данном случае нужна технология, способная обеспечить высокую скорость передачи данных, причем не обязательно на большом расстоянии. Именно это и есть главная концепция UWB.
UWB - это аббревиатура Ultra-WideBand, что в нашем вольном переводе звучит как "афигенно быстрая связь". Шутка? Почти. Связь действительно получается очень быстрой, что обеспечивается благодаря широкополосной (wideband) передачи данных. Как было отмечено немного выше, это не совсем технология, а скорее концепция. Это как бы основа для различных стандартов, два из которых описываются далее.
В самой основе UWB лежит пока еще черновой стандарт IEEE 802.15.4a. В отличие от обычной радио-передачи UWB передает данные при помощи волн, генерируемых в определенные моменты времени. При этом используется широкий частотный диапазон, вызывая таким образом модуляцию по времени.
Для передачи данных могут использоваться частоты от 500 МГц и выше. Но 14 февраля 2002 года федеральной комиссией по коммуникациям (FCC - Federal Communications Commission) США для UWB был рекомендован диапазон 3.1-10.6 ГГц. При этом предполагается, что передача данных будет вестись в пределах одного помещения, хотя с ростом мощности передатчика и приемника будет расти и радиус действия сети. Впрочем, это запрещено.
Теперь о назначении. Не сложно догадаться, что UWB будет применяться для передачи больших объемов данных между цифровыми устройствами. В число последних прежде всего можно включить компьютеры, сотовые телефоны (особенно топовые модели с большим объемом памяти), принтеры, цифровые фото- и видеокамеры, аудио и видео плееры и так далее. Максимальная скорость UWB нам неизвестна, но она может достигать десятков гигабит. Весьма внушительное значение не только по современным меркам, но и по меркам ближайшего будущего. Так что запас есть.
Теперь непосредственно о стандартах, основанных на UWB. Прежде всего это новое поколение Bluetooth. Пока точно не ясно, будет ли использована эта концепция в Bluetooth 3.0 или нет, но в планах что-то подобное определенно есть. Ходят слухи о возрастании скорости до 480 Мбит/с. Мы полагаем, что они не далеки от истины, только вот доступны подобные возможности будут в основном для передачи больших объемов данных и после полусотни предупреждений о высоком энергопотреблении. Все же такие скорости станут доступны не за просто так.
Но когда свет увидят спецификации Bluetooth 3.0 пока неизвестно. Зато уже сейчас готовы к массовому производству контроллеры Wireless USB, а совсем недавно мы сообщили о выпуске первой версии стандарта . Остановимся на этих двух технологиях более подробно.
Wireless USB
Стандарт Wireless USB (сокращенно WUSB) не является совсем новым. Впервые о нем заговорила компания Intel на своей весенней сессии IDF в 2004 году. Самих устройств тогда не представили, как и не анонсировали доступность спецификаций. Просто объявили о том, что вот такая технология существует. Существует так существует, подумали услышавшие это люди, и продолжили жить дальше как жили до этого.
В 2005 году во время осенней сессии IDF Intel уже показала первые прототипы. Прототип, надо сказать, внушал . Правда, не ясно что именно: уважение или изумление. Это была массивная PCI-плата, на которую был интегрирован PCMCIA-контроллер, а за креплением торчала антенна. Странное решение, которое в перспективе должно было быть интегрировано на материнские платы и в ноутбуки. Впрочем, как оказалось, это был скорее первый рабочий образец, нежели прототип серии.
На сегодняшний день уже вроде как доступны нормальные модули Wireless USB, так и первые устройства с его поддержкой. Что это за устройства? Да собственно точно такие же, которые мы подключаем через обычный разъем USB: принтеры, сканеры, фотоаппараты, мышки, внешние жесткие диски, КПК и т.д. WUSB позволяет перенести возможности столь популярной проводной последовательной шины на беспроводные рельсы.
Давайте разберемся как это работает. Начнем с топологии. За обмен данными между устройствами отвечает специальный хост-контроллер. Каждому устройству, находящемуся в радиусе действия, выделяется отдельный канал связи. Последнее особенно важно, если приходится передавать данные с большой скоростью - разделение канала подобно Wi-Fi может привести к печальным последствиям (например, к порче оптического диска при записи, если данные будут поступать слишком медленно). Один "нормальный" WUSB-хост поддерживает подключение до 127 устройств.
Существуют также не совсем "нормальные" хост-контроллеры - это непосредственно сами устройства. Они обладают ограниченным перечнем возможностей, однако также могут принимать и передавать данные от других источников. Таким образом получается некое подобие сотовой сети, когда информация от довольно удаленного источника может пройти через несколько устройств, после чего попадет на главный хост, который передаст ее непосредственно на компьютер, сделавший запрос.
Как это можно использовать в рамках одной квартиры или дома? Где-нибудь не очень далеко от главного компьютера вы устанавливаете WUSB-контроллер, либо подключаете его непосредственно к материнской плате. После в пределах комнаты можете пользоваться любыми устройствами, способными работать как с Wireless USB напрямую, так и через хаб. Да, именно хаб - хост-контроллер может быть оснащен самыми обычными портами USB к которым можно подключаться самые заурядные девайсы вроде мышки, клавиатуры, принтера.
При этом для связи с другими комнатами могут быть использованы как другие хост-контроллеры или Wireless USB устройства сами, так и более удобные Wi-Fi точки доступа, а то и обычные LAN-коммутаторы.
Огромное достоинство Wireless USB - это полная совместимость с оригинальным проводным стандартом. Здесь уместна аналогия с LAN и WLAN: точка доступа Wi-Fi подключается к проводной локальной сети при помощи самой обычной витой пары, после чего все устройства, находящиеся в радиусе ее действия, могут спокойно пользоваться ресурсами всей сети, а не только беспроводной.
Раз уж WUSB обеспечивает совместимость с USB, то этот беспроводный стандарт должен работать не менее быстро. Собственно, так оно и есть: в радиусе 3 метров скорость составит 480 Мбит/с, а в радиусе 10 метров - 110 Мбит/с. В последующих версиях стандарта обещают поднять скорость до 1 Гбит/с. Для передачи данных используются частоты из диапазона 3.1-10.6 ГГц, что явно указывает на происхождение данного стандарта от UWB.
Что касается энергопотребления, то оно должно быть не очень значительным. Так современные мобильные телефоны и КПК с включенным WUSB-контроллером будут работать примерно столько, сколько и раньше (конечно, если постоянно не перекачивать гигабайты информации), а пульты ДУ, основанные на WUSB, смогут продержаться на одном заряде несколько месяцев. Хотя в последнем случае куда актуальнее воспользоваться технологиями вроде Wibree или ZigBee - экономичнее выходит, да и радиус действия побольше.
Имеет ли Wireless USB перспективы в будущем? Судя по данным агенства iSuppli имеет. Так в 2007 году рынок совместимых устройств составил всего $15 млн., но уже к 2011 он возрастет до $2.6 млрд. Число проданных девайсов увеличится с 1 млн. до 500 млн. в том же 2011. Что же, понадеемся, что все так и будет.
WirelessHD
Объединять без проводов компьютеры и периферийные устройства, работающие с ними, далеко не предел для современных технологий. Да и стерпеть короткий USB-кабель от принтера к системному блоку большого труда не составит. Но если у вас установлена дорогая система домашнего кинотеатра, от которой и к которой тянется туча проводов, то может возникнуть мысль избавить от них и ее. Все же упрятать подобные "прелести жизни" не всегда так просто, даже если их и немного.
Если же учесть, что современные домашние кинотеатры представляют собой своеобразные полукомпьютеры, то оснастить их поддержкой беспроводных коммуникаций не так сложно. Стоит ли удивляться, что стали появляться приставки подобно и Sony LocationFree способные транслировать видео и аудио с компьютера на ЖК-телевизоры и акустику? Тем не менее, они работают через Wi-Fi, а пропускной способности сети такого типа будет не всегда достаточно, особенно если передавать видео в формате 1080i/p.
Так и был придуман стандарт WirelessHD. Совсем недавно мы о принятии первой версии его спецификаций. Это специальный беспроводный стандарт, призванный объединить бытовую электронику. Его частотный диапазон выходит далеко за рамки UWB и в функционирует на частоте 60 ГГц (±5 ГГц в зависимости от страны). Его радиус действия невелик - всего 10 метров. Этого вполне достаточно, чтобы настроить взаимодействие устройств домашнего кинотеатра.
Использование таких частот необходимо для достижения больших скоростей передачи данных. Речь идет о 2-5 Гбит/с в первых версиях стандарта. Но теоретический предел составляет 20-25 Гбит/с. Для сравнения - пик для HDMI 1.3 равен 10.2 Гбит/с. Так что запас на будущее есть, причем очень неплохой.
Во главе сети WirelessHD находится координатор - устройство, управляющее передачей аудио и видео потоков, а также задающее их приоритеты. Все остальные устройства - это станции, которые могут быть как источником, так и приемником данных, так же как и сам координатор.
Будет ли обеспечена поддержка WirelessHD для компьютера пока неизвестно, но мы полагаем, что будет. Это точно так же как выходы HDMI есть на многих современных видеокартах и ноутбуках. Таким образом видео и аудио можно будет воспроизводить с обычного компьютера, что позволит значительно расширить функциональность. Ведь бытовые плееры не всегда поддерживают самые последние кодеки, не говоря уже о форматах дисков. Надо сказать, что реализация данной технологии действительно очень полезна и актуальна. Она куда удобнее того, что используется сейчас. А сейчас, как мы уже говорили, используется Wi-Fi. К описанию этого стандарта как раз и переходим.
Wi-Fi
Из всех рассматриваемых в этой статье стандартов Wi-Fi на пару с Bluetooth является самым известным и распространенным. Свою популярность Wi-Fi обрел благодаря ноутбукам. Сегодня даже самые дешевые модели оснащаются беспроводной сетевой картой. Но, как всегда, данная технология стала популярной совсем не сразу как была представлена.
Первые работы над Wi-Fi начались еще в 80-х годах прошлого века. Однако финальные спецификации были готовы лишь в 1997 году. Организация IEEE присвоила им маркировку 802.11 (а точнее 802.11-1997). В 1999 году они были приняты в качестве стандарта. Новую и перспективную технологию сразу же подхватила Apple. В качестве опции к новым тогда ноутбукам iBook стала предлагаться сетевая карта Wi-Fi. Но Apple даже сейчас не занимает доминирующего положения на рынке, а тогда она только начала выходить из затяжного кризиса. Так что "фруктовой компании" не удалось пройтись по планете в качестве первооткрывателя, сея зерна Wi-Fi повсюду. Эта честь была уготована Intel.
Полагаем, многие слышали о мобильной платформе Intel Centrino. Ее первое поколение было представлено в 2003 году. Ноутбук, чтобы получить новый и модный логотип, должен быть основан на процессоре Intel (сейчас Core Duo или Core 2 Duo, а тогда на Pentium M), чипсете Intel, а также внутри него должна быть установлена Wi-Fi сетевая карта производства Intel. Именно это и послужило толчком к повсеместному распространению беспроводных локальных сетей.
Впрочем, утверждать что это заслуга исключительно одной Intel нельзя. Просто рынок уже был готов к такой технологии. Инициатива Apple в свое время оказалась слишком новаторской, что ее приняли далеко не все. Четыре года спустя оборудование для Wi-Fi было также достаточно дорого, но уже не на столько. Да и ассортимент значительно расширился. Intel же просто предоставила всем наиболее удобную форму для принятия очередной технологии, призванной приблизить светлое будущее.
Теперь давайте разберемся каким образом Wi-Fi работает. Как уже стало понятно, в компьютере должна быть установлена соответствующая сетевая карта. Это может быть как PCI (или PCI Express) карта расширения, так и относительно небольшой USB-брелок. Для ноутбуков существуют версии в формате PCMCIA (PC Card) и ExpressCard.
При помощи беспроводной сетевой карты можно установить соединение с другой такой же. То есть не составит труда наладить сетевое соединение между двумя ноутбуками или между ноутбуком и настольным ПК. Только вот несмотря на кажущуюся свободу подключить к ним еще одного участника не удастся. Третий, как говорится, лишний. Чтобы обойти это ограничение приходится прибегать к точкам доступа.
Точка доступа в Wi-Fi - это аналог роутера обычной локальной сети. Только подключения к ней осуществляются через радиопередачу, а не по проводам. Теоретически их число неограничено, хотя для большей скорости и стабильности лучше распределять подключенные компьютеры между несколькими точками. В данном случае уместна аналогия с сотовой связью. Одна базовая станция может обслужить несколько абонентов одновременно, но если их очень много она перегружается и кто-то может не дозвониться, а у кого-то прервется связь.
Вообще принцип разворачивания Wi-Fi довольно схож с сотовой сетью. В роли базовых станций выступают точки доступа. Если их настроить соответствующим образом, то они будут поддерживать связь друг с другом, делая возможным обмен информацией между компьютерами, подключенными к любой из них. Если такой настройки не делать, то программа управления картой Wi-Fi предоставит возможность подключиться к одной из доступных сетей.
Но чтобы подключиться к Wi-Fi сети иногда необходимо знать пароль, либо ключ доступа к ней. Все-таки через сеть могут передаваться весьма важные данные, вроде паролей доступа к денежным учетными записям различных сервисов, а радиопередачу перехватить куда проще, чем обычный обмен информацией по проводам. Для этого было внедрены несколько стандартов шифрования.
Первый из них, WEP (Wired Equivalent Privacy), принятый в 2001 году, продержался совсем недолго. Он считается довольно слабой защитой от несанкционированного проникновения. Сегодня запросто можно найти программу, способную за короткое время взломать ключ, после чего станет возможно отслеживать все пакеты в сети.
В середине 2003 года на смену WEP был предложен новый алгоритм шифрования WPA (Wi-Fi Protected Access). Он базировался на черновом стандарте 802.11i. Позже последний был принят в июне 2004 года. При этом в качестве основного способа защиты он предлагал более совершенный алгоритм WPA2. Его взломать уже куда сложнее, поэтому настоятельно рекомендуется его использование. Конечно, прогресс не стоит на месте и уже предложены еще более совершенные возможности защиты, которые в будущем будут приняты в качестве стандартов. Один из таких - 802.11w.
Немного о необходимости защиты данных. Сегодня довольно часто точка доступа устанавливается в квартире для объединения в сеть всех локальных компьютеров (да и КПК с сотовыми телефонами, если они поддерживают Wi-Fi). При этом если вы обмениваетесь только фильмами, музыкой и тому подобной информацией, то большой ценности ваша сеть не представляет. Тем не менее, ничто не помешает соседу за стенкой подключиться своим ноутбуком к вашей сети, особенно если она не защищена. К тому же в подобной сети нет нужды боятся всех и вся, поэтому вы можете открыть в полный свободный доступ те или иные разделы жестких дисков. Конечно, ничего кроме последней комедии и боевика там может не лежать, но всегда найдется желающие напакостить. Все равно не приятно, если только что скопированный фильм будет удален до просмотра.
А вот другая ситуация. У вас дома Интернет подключен через ADSL-модем. Если у вас несколько компьютеров, либо один ноутбук для удобства модем может быть оснащен Wi-Fi точкой доступа. Согласитесь, удобно сидеть из любой точки квартиры в Сети. Если же должным образом Wi-Fi не защитить, то к вашему Интернету может получить доступ кто угодно. Теоретически даже с улицы можно, присев под окном на лавочке. Хорошо если у вас нелимитированный канал - вы просто почувствуете снижение скорости. А если трафик? Можно влететь на всю сумму, что лежит на счету. Так что защита локальной беспроводной сети имеет огромное значение. Причем не обязательно ограничиваться только WPA(2)-шифрованием. Если компьютеров всегда статическое число, каждому можно создать отдельный аккаунт, а заодно сделать идентификацию по MAC-адресу сетевой карты.
Ну и о стандартах Wi-Fi. Всего нам удалось узнать о 28 стандартах. Но только шесть из них описывают непосредственно скорость обмена данными, дальность действия и рабочую частоту:
Самая первая версия Wi-Fi мягко говоря не впечатляет. Хоть она и была принята раньше Bluetooth, она даже не дотягивает до современного Bluetooth 2.0+EDR. А ведь изначально стандарт разрабатывался как беспроводный аналог проводных локальных сетей, где могут передаваться огромные объем данных. 802.11a/b предоставили куда лучшие возможности, особенно 802.11a. Но частота 5.0 ГГц не везде разрешена, поэтому он и не получил широкого распространения. Именно поэтому и был разработан 802.11g, обеспечивающий аналогичную скорость, а также и способность работы на частоте 2.4 ГГц.
С прошлого года на рынке стали появляться точки доступа и сетевые карты с поддержкой 802.11n. Как видно по таблице, он работает в несколько раз быстрее 802.11g. Тем не менее, до сих пор этот стандарт обозначен как черновой. Судя по имеющимся данным он будет принят не ранее чем в следующем году. Но вероятнее всего все современные устройства на основе 802.11n draft будут совместимы с финальной спецификацией после обновления прошивки.
Стандарт 802.11y представляет собой аналог 802.11g способный работать на значительно большем расстоянии (до 5 км на открытом пространстве). Именно с этой целью он и был создан. Чтобы достигнуть таких показателей пришлось использовать более высокочастотные волны из диапазона 3.7 ГГц.
Теперь перечислим все остальные стандарта из семейства 802.11. Под него были зарезервированы все символы латинского алфавита:
Как видим, расти Wi-Fi еще есть куда. Не исключено, что скорость данной технологии в будущем еще больше увеличится. Кроме того сегодня не малое внимание уделяется внедрению поддержки этого стандарта во все устройства. Уже не редки коммуникаторы и мобильные телефоны с Wi-Fi. Оно и не удивительно, точки доступа есть во многих современных городах. А Интернет через них может быть куда более быстрым, чем через сети WWAN (EDGE/GPRS, UMTS/WCDMA, HSDPA). Впрочем, именно для Интернета придумана еще одна весьма перспективная технология: WiMAX.
WiMAX
Завершает наш список стандарт WiMAX. Его главное отличие от всех предыдущих заключается в радиусе действия. В зависимости от используемых передатчиков сигнал может приниматься на расстоянии до 50 км от источника. Тут уже идет речь об аналоге сотовой связи, а не просто об "еще одной беспроводной локальной сети".
WiMAX предназначен не совсем для разворачивания сети в рамках квартиры, дома или района, хотя может быть использован и для этого. Одна из главных его целей - обеспечить высокоскоростной доступ к сети Интернет как особо отдаленных населенных пунктов, так и отдельных районов города.
Это не совсем альтернатива сотовой связи, поскольку предоставляет несколько иные возможности и ориентирована больше не компьютеры. Скорее это промежуточный вариант между стандартами сотовой связи последних поколений (UMTS, HSDPA) и беспроводными локальными сетями. WiMAX обеспечивает радиус больший, чем Wi-Fi, но средняя скорость передачи данных будет ниже. В то же время сотовая связь развернута на куда большее расстояние и более помехоустойчива, зато скорость передачи данных в ней ниже.
Тем не менее, WiMAX называют конкурентом сотовым сетям четвертого поколения. Мы склонны полагать, что это не далеко от истины, но лишь отчасти. Все же WiMAX рассчитан прежде всего на компьютеры, а только потом на коммуникаторы и мобильные телефоны. Но это мы начинаем углубляться в особенности работы этого стандарта. Для начала немного истории.
За разработку спецификаций WiMAX отвечает организация WiMAX Forum, сформированная в 2001 году. Само название WiMAX является аббревиатурой от Worldwide Interoperability for Microwave Access или "Всемирное объединение сетей для микроволнового доступа". В декабря 2001 года были представлены финальные спецификации WiMAX, ратифицированные как стандарт 802.16-2001. В 2004 году был принят стандарт 802.16-2004 известный также как 802.16d, описывающий возможность организации WiMAX внутри помещений. Наконец самая последняя версия стандарта была принята в 2005 году и получила индекс 802.16-2005, но также неофициально именуется как 802.16e.
Теперь о принципах работы. Внутри WiMAX реализован протокол IP, позволяющий ему просто интегрироваться с современными сетями. Так данная технология может стать отличным дополнением к Wi-Fi. Но в отличие от последней WiMAX обеспечивает более устойчивое соединение. Например, соединение с Wi-Fi точкой доступа при значительном удалении может быть неустойчивым, если поблизости окажется другая точка. В случае WiMAX одному подключению выделяется отдельный слот, который более никто не может использовать. И при вашем перемещении за его активность будут отвечать различные базовые станции WiMAX.
Да, WiMAX также строится на основе базовых станций. В зависимости от задач они могут быть достаточно небольшими (например, для помещений), так и устанавливаться на отдельные вышки, чтобы передавать данные на большое расстояние. Изначально для WiMAX был отведен диапазон частот 10-66 ГГц, но позже добавилась поддержка более низких частот 2-11 ГГц.
Зачем всем это надо? Диапазон 10-66 ГГц хорош для постоянной передачи на больших скоростях. Так пиковая скорость передачи может составить 120 Мбит/с и это на расстоянии десятков километров. Отличный вариант для подключения небольшого населенного пункта. Но поскольку сверхвысокие частоты требуют прямой видимости для обычного города они подходят не так хорошо. Так с ноутбука или мобильного телефона подключиться к сети будет несколько проблематично. Для них куда лучше подходит диапазон 2-11 ГГц.
В связи с этим выделяют четыре режима работы WiMAX:
Fixed WiMAX. Использует высокочастотный диапазон 10-66 ГГц, предназначенный для объединения удаленных объектов, находящихся в пределах прямой видимости;
Nomadic WiMAX. По сути тот же Fixed WiMAX, но с поддержкой сессий. Так подключившись к одной вышке создается сессия. Если вы выйдете за пределы ее досягаемости, но окажетесь в зоне действия другой, то ваша сессия может быть передана. При этом соединение никак не пострадает;
Portable WiMAX. Позволяет автоматически переключать сессии от одной базовой станции к другой. Использует более низкий частотный диапазон, позволяющий перемещаться со скоростью до 40 км/ч;
Mobile WiMAX. Данная версия стандарта была принята самой последней в качестве дополнения 802.16-2005. Позволяет принимать сигнал на скорости до 120 км/ч. Отлично подходит для мобильных устройств.
Как видите, охвачены все категории: от спальных районов больших городов, а также их офисов, до удаленных населенных пунктов и перемещающихся между ними людьми с ноутбуками, КПК, мобильными телефонами. Если он получит широкое распространение, то действительно сможет стать серьезным конкурентом разрабатываемым сегодня сотовым сетям четвертого поколения. Конечно, последние пока что обещают скорости вплоть до нескольких гигабит, но вторая версия стандартов WiMAX также поднимет планку до 100 Мбит/с в случае мобильного режима и до 1 Гбит/с в фиксированном режиме.
Впрочем, WiMAX толком еще нигде не внедрился. Развернуты десятки пробных сетей по всему миру, включая Россию и Украину. Причем в своем большинстве пока это Fixed WiMAX. Впрочем, Южная Корея в тестовом режиме развернула сеть WiBro, являющейся по сути переименованным Mobile WiMAX. Она обеспечивает соединение на скорости до 30-50 Мбит/с в радиусе до 5 км. Скорость движения при этом может составлять до 120 км/ч. Для сравнения - обычная сотовая связь работает на скоростях до 250 км/ч.
Также пока еще в продаже мало устройств как для разворачивания, так и для использования WiMAX. Последние должны быть представлены с пятым поколением мобильной платформы Intel Centrino в середине 2008 года. Надеемся, что это сможет послужить похожим толчком для рынка, каким в свое время стала первая Intel Centrino для Wi-Fi.
Завершаемся
Итого что мы видим? Беспроводные сети опоясывают своими невидимыми "нитями" весь мир. Им не мешают ни границы, не суша не вода, ни строения, а еще лучше было бы побольше энергии и побольше открытого пространства. И чем больше всего этого будет, тем ближе наше с вами светлое будущее. Будущее, где все будет объединено в единую сеть между не только всеми возможными телефонами, компьютерами, кофеварками, чайниками, плитами, холодильниками и утюгами, но и всеми планетами солнечной системы, галактики, а также маленькой планетой K-PAX.
Если серьезно, то будущие перспективы очевидны. Миниатюрные устройства постепенно обретут возможность обмена данными при помощи стандарта Bluetooth (или его схожей замены). Расширится диапазон беспроводной гарнитуры при содействии Wibree, а включать свет в комнате с пульта позволит ZigBee.
Объединять периферию в рамках комнаты призван Wireless USB. Кстати, не так давно ему в помощь был призван . Скорости он обеспечивает такие же, только вот расстояние от источника может быть не более нескольких сантиметров. Свободы размещения девайсов не много, зато проводов не надо. Для домашнего кинотеатра предназначен WirelessHD. Интересная и перспективная технология, которая может со временем вытеснить современное проводное соединение.
На уровне квартиры или даже нескольких квартир, либо для объединения проводных локальных сетей между домами будет использоваться Wi-Fi. Он для этого создан и это удобнее. Куда дешевле установить маленькую точку доступа за $50-70 в квартире или в кафе (для посетителей), чем дорогостоящее WiMAX-оборудование. А ведь его еще и поставить и настроить придется правильно.
Что касается WiMAX, то этот стандарт хорошо подходит прежде всего для интернет-провайдеров. С его помощью они смогут довести луч света всемирной паутины в самые темные захолустья нашей планеты. Впрочем, пока еще неизвестно что нам предложит четвертое поколение сотовой связи. В любом случае выиграем мы - обычные обыватели маленькой планеты Земля, уже опоясанной проводами, от которых сейчас все стремительно избавляются.
В материале использовалась информация со следующих ресурсов:
Известно, что вскоре после изобретения радио появилась возможность передачи телеграфной связи без проводов. И, по сути, сегодняшние системы передачи цифрового кода по радиоканалу используют тот же принцип, но, конечно, возможности передачи данных возросли многократно.
о радиусу действия и назначению современные беспроводные сети можно разделить на персональные (Wireless Personal Area Network, WPAN), локальные (Wireless Local Area Network, WLAN), городские (Wireless Metropolitan Area Network, WMAN) и глобальные (Wireless Wide Area Network, WWAN) (рис. 1). Основные характеристики вышеперечисленных сетей представлены в табл. 1.
городские и глобальные
Персональные беспроводные сети (WPAN)
ерсональные сети (WPAN) служат прежде всего для связывания между собой компонентов компьютера в пределах малого радиуса действия в так называемой персональной зоне. Почти к любому компьютеру подключено несколько устройств: монитор, клавиатура, мышь, принтер, каждое из которых подсоединяется к системному блоку с помощью кабелей, но гораздо удобнее использовать беспроводное подключение. Однако WPAN-сети нужны не только для подключения компьютерной периферии: по мере того как растет количество устройств, подключаемых к Сети (рис. 2), все актуальнее становится проблема их беспроводного соединения в персональной зоне.
Рис. 2. Рост числа устройств, подключаемых к Сети, млн. шт.
К категории WPAN относится целый ряд технологий. Самой старой из технологий передачи данных в пределах малого радиуса действия является IrDA технология передачи данных в инфракрасном диапазоне, которая продвигается на рынке ассоциацией Infrared Data Association, а стандарт IrDA был разработан еще в 1993 году. Эта технология позволяет передавать данные в пределах свободного от препятствий пространства небольшого радиуса. Более современной (и в настоящее время массовой) является технология Bluetooth (BT). Для установления беспроводного соединения Bluetooth прямая видимость между устройствами не требуется, в отличие от инфракрасной связи. Перспективными являются технологии UWB (Ultrawideband) и ZigBee. Сравнительные характеристики и перспективы развития стандартов Bluetooth, Ultrawideband и ZigBee представлены на рис. 3.
Bluetooth
История Bluetooth началась в 1994 году с проекта шведской компании Ericsson по разработке системы локальной беспроводной связи радиотелефона с различными аксессуарами типа телефонной гарнитуры. В мае 1998 года Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia объявили о создании специальной рабочей группы Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group) с целью продвижения и развития этой технологии. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в диапазоне 2,4-2,48 ГГц. Спектр сигнала формируется по методу FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum широкополосный сигнал по методу частотных скачков), согласно которому несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду. Последовательность переключения между частотами для каждого соединения известна только передатчику и приемнику, что позволяет обеспечить конфиденциальность передачи данных и исключить помехи, если рядом работают несколько пар «приемникпередатчик».
На базе универсального приемопередатчика обеспечивается связь с любыми Bluetooth-решениями, причем главным образом используются два варианта исполнения: либо Bluetooth-ключ (Bluetooth-dongle) (рис. 4), либо подключаемые к специализированным материнским платам Bluetooth-адаптеры. На основе Bluetooth-технологии можно создать персональную беспроводную сеть. На рис. 4 показано, что ноутбук с USB-ключом может взаимодействовать посредством беспроводной связи с мобильным телефоном, PDA и другими компьютерами. Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как ПК, ноутбуки, PDA, мобильные телефоны, принтеры и цифровые фотоаппараты, в радиусе от 10 до 100 м друг от друга и даже в разных помещениях.
с различными Bluetooth-устройствами
Поставки мобильных устройств с Bluetooth-функциональностью постоянно увеличиваются. По прогнозам IDC, к 2007 году количество подобных устройств составит около 430 млн. шт. (рис. 5).
(в млн. штук) с Bluetooth-функциональностью (источник: IDC)
ZigBee
ZigBee беспроводная сетевая технология короткого радиуса действия, базирующаяся на стандарте IEEE 802.15.4. Данная технология была разработана с целью обеспечения более дешевого и менее энергоемкого решения по сравнению с другими WPAN-технологиями, в частности с Bluetooth. Для обеспечения совместимости устройств данного класса в 2002 году по инициативе компании Philips был образован Альянс ZigBee (ZigBee Alliance), в который сегодня входят компании из 22 стран. Протоколы ZigBee разработаны с учетом максимального энергосбережения: большую часть времени устройства находятся в спящем режиме и только изредка проверяют, поступили ли к ним обращения. Дальность связи между двумя аппаратами до 75 м. В табл. 2 представлено сравнение стандартов ZigBee 802.15.4 и Bluetooth 802.15.1.
Таблица 2. Сравнение стандартов ZigBee 802.15.4 и Bluetooth 802.15.1
В настоящее время технология применяется в основном в сенсорных системах, но ее сторонники считают, что она может использоваться для соединения практически любых электронных устройств. В частности, фирма Pantech-Curitel уже выпустила смартфон с интерфейсом ZigBee. Ожидается, что данная технология будет применяться в разнообразных беспроводных средствах сигнализации (задымление, температура, шум, влажность, движение и т.п.), для управления устройствами «умного» дома.
UWB
Ultrawideband (UWB) сверхширокополосная связь получила такое название благодаря тому, что в этом стандарте используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот. Эта беспроводная технология предназначена для передачи данных на короткие (до 10 м) расстояния с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низкой потребляемой мощностью. UWB обеспечивает передачу видео между устройствами бытовой электроники и периферийными устройствами ПК. Одно из основных преимуществ этой технологии заключается в том, что она не создает помех для других беспроводных технологий, используемых в настоящее время, таких как Wi-Fi, WiMAX и сотовая связь.
Локальные беспроводные сети (WLAN)
ехнологии WLAN базируются на семействе стандартов 802.11 (табл. 3). Многие организации и домашние пользователи используют Wi-Fi (Технологии WLAN, базирующиеся на семействе стандартов 802.11, часто обозначают термином Wi-Fi. Изначально данный термин был введен организацией Wi-Fi Alliance, для обозначения продуктов серии стандарта 802.11b, однако сегодня этот термин применятся для продуктов, соответствующих любому стандарту из семейства 802.11) как альтернативу проводным локальным сетям (рис. 6 и 7). Помимо беспроводных домашних и офисных сетей технология Wi-Fi нашла широкое применение в сфере организации публичного доступа в Интернет (рис. 8).
Рис. 7. Схема использования WLAN в крупном офисе
Во многих аэропортах, отелях, ресторанах публичный доступ (платный или бесплатный) к Wi-Fi-сетям реализован посредством так называемых хот-спотов. Каждый посетитель заведения, в котором есть хот-споты, получает возможность мобильного подключения к Сети с помощью своего ноутбука, КПК или телефона, поддерживающего стандарт беспроводного доступа. В зависимости от конкретного стандарта сети Wi-Fi работают на частотах 2,4 или 5 ГГц и обеспечивают скорость передачи данных до 54 Мбит/с (см. табл. 3). Зону беспроводного доступа на базе нескольких хот-спотов называют хот-зоной.
Радикальное увеличение пропускной способности дает стандарт 802.11n (рис. 9), с появлением которого пропускная способность WLAN будет увеличена сразу в несколько раз. Специалисты сходятся во мнении, что в ближайшее время технологию беспроводных сетей 802.11n станут поддерживать не только ноутбуки, но и многие бытовые электронные приборы и она будет использоваться всеми основными корпоративными и домашними приложениями. В качестве перспективы развития беспроводных локальных и персональных сетей (см. рис. 9) специалисты называют устройства Cognitive Radios, которые способны работать в разных диапазонах по различным протоколам, а также могут определять, в каком географическом районе они находятся и как там можно работать, подстраиваясь под местные требования.
(источник: Dell, 2005)
Продажи ноутбуков и развитие Wi-Fi-систем взаимно стимулируют друг друга. Возможность беспроводного доступа все чаще рассматривается пользователем как необходимая опция при выборе ноутбука. По прогнозам In-Stat/MDR (www.instat.com), к 2008 году во всем мире будет развернуто более 200 тыс. общедоступных точек беспроводного доступа.
В России количество хот-спотов пока невелико. Так, на конец 2004 года в России официально было развернуто около 200 хот-спотов, причем 55% из них приходилось на Москву, 24% на Петербург. На момент написания данной статьи в каталоге хот-спотов в России (Wi-Fi CNews; http://wifi.cnews.ru) значилось 633 точки беспроводного доступа. К 2008 году количество хот-спотов в России может вырасти до 1250-1500, пользоваться ими на регулярной основе будут 25-30 тыс. человек; при этом бизнес-пользователи составят более половины.
Одним из крупных проектов по развертыванию сети хот-спотов является проект «Яндекс.Wi-Fi» (wifi.yandex.ru). На конец марта этого года число хот-спотов, развернутых в рамках данного проекта, составило 233 единицы. Партнерами проекта являются рестораны, клубы, Интернет-кафе, парикмахерские, автосалоны и другие места, где людям приходится ждать обслуживания. Основная часть проекта реализована в Москве (табл. 4), регионы пока охвачены слабо (табл. 5).
Таблица 4. Хот-споты, развернутые в Москве в рамках проекта «Яндекс.Wi-Fi»
Глобальные беспроводные сети (WWAN)
тандарты сетей WWAN принято делить на поколения (рис. 10). К первому (The 1st Generation, 1G) относятся аналоговые стандарты, которые постепенно ушли в прошлое. Говоря о втором поколении, прежде всего следует сказать о GSM (Global Standard for Mobile Communications) глобальном стандарте для мобильной сотовой связи с разделением канала по принципу TDMA (Time Division Multiple Access), подразумевающему множественный доступ с разделением по времени. При этом способе использования радиочастот в одном частотном слоте находится несколько абонентов, а разные абоненты применяют разные временные слоты для передачи. В сотовых цифровых сетях стандарта GSM может передаваться не только оцифрованная речь, но и цифровые данные. Первые сети GSM появились в начале 90-х годов, когда основное внимание уделялось обеспечению ими услуг речевой связи на более высоком уровне по сравнению с существовавшими ранее аналоговыми сотовыми системами.
Абоненты сетей GSM могут пользоваться услугами мобильного модема, получать доступ к компьютерным системам их офисов, посылать и принимать сообщения электронной почты. Одним из основных недостатков таких сетей является низкая скорость передачи.
Возможности мобильного доступа в Интернет были значительно расширены с переходом на использование технологии GPRS (General Packet Radio Service пакетная передача данных по радиосетям), но радикальное увеличение произошло в высокопроизводительных сотовых сетях третьего поколения (3G). Поскольку функциональные возможности сети GPRS скромнее, чем у полноценной сети третьего поколения, то данный стандарт получил название 2,5G, что отражает его переходное состояние от второго поколения к третьему. Стратегия перехода к сетям 3G и 4G показана на рис. 11 и 12 соответственно, а краткие характеристики стандартов мобильной связи представлены в табл. 6.
В конце прошлого года абонентами сотовой связи по всему миру являлись 2,14 млрд. человек, то есть почти каждый третий был абонентом какой-либо сети сотовой связи, а к концу 2008-го это число превысит 3 млрд. Самых высоких показателей роста следует ожидать от стран Африки, а также от китайского и индийского рынков, где стоимость сотовой связи должна к 2008 году значительно уменьшиться из-за усиливающейся конкуренции между операторами.
По мнению аналитиков ABI Research, текущий год уже вполне можно назвать годом 3G-телефонии. Тенденция роста числа WCDMA-абонентов прослеживается очень четко: в прошлом году их число увеличилось по сравнению с 2004-м на 142%. Ожидается, что к 2010 году количество подписчиков мобильных сетей связи третьего поколения должно превысить 1 млрд.