|
В развитии беспроводной связи сегодня наблюдается настоящий бум. На этот рынок, традиционно занимаемый производителями радиоустройств, ринулись все, кто выпускает сетевое оборудование. Но поскольку задачи у них разные, то и рыночные ниши делят сообразно с поставленными перед собой целями.
Каждый тип оборудования работает в соответствии с определенными стандартами. В настоящее время наиболее распространены стандарты серии IEEE 802.11, а также 802.15 и 802.16, Bluetooth, HomeRF.
В данном материале автор постарался ответить на наиболее часто возникающие вопросы, связанные с этой областью.
— Какие компании являются основными производителями радиосетевых устройств (в мире и в России)?
— Условно всех производителей можно разделить на три группы:
- Выпускающие высокопроизводительное, высокоскоростное и достаточно дорогостоящее оборудование (например, для широкополосного беспроводного доступа). Это Alcatel, Alvarion, Avaya, Cambridge Broadband, Cisco Systems, CompTek (Россия), InnoWave, RadWin, Wi-lan и др.
- Производители оборудования для локальных сетей (самый массовый рынок), предлагающие в основном устройства, соответствующие стандарту 802.11. Наиболее известны: Agere System (продукт Orinoco), Alvarion, Avaya Communication, Cisco Systems, Compaq Computer, D-Link, Lucent Technologies, Proxim, 3Com и др.
- Производители оборудования «последнего метра» для подключения периферийных устройств (КПК, принтеров, ноутбуков и т.п.) к локальной сети на базе технологий Bluetooth, 802.11b, 802.15, HomeRF. Характерные представители: 3Com, Agere System, Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba и др.
— Каковы критерии при выборе услуг беспроводного доступа?
— Услуги при предоставлении беспроводного доступа выбирают, руководствуясь несколькими критериями:
- По скорости передачи информации. Реально существующее оборудование, работающее в диапазонах от единиц до десятков гигагерц, позволяет передавать трафик со скоростью от одного до десятков мегабайт в секунду.
- По качеству предоставляемых услуг. Прежде всего имеется в виду гарантированная скорость в радиоканале (аналог CIR/MIR во Frame Relay), а также поддержка ToS (Type of Service — тип сервиса) и QoS (Quality of Service — качество и класс предоставляемых услуг передачи данных1). В первую очередь это относится к передаче видео и голосовых пакетов по IP (VoIP).
- По радиусу действия. Разные системы позволяют передавать данные на расстояние от нескольких метров до десятков километров.
- По количеству одновременно обслуживаемых абонентов — от десятков пользователей офисной базовой станции до нескольких сот или даже тысяч клиентов, приходящихся на базовую станцию серьезного оператора.
- По комбинации вышеперечисленных параметров и другим критериям.
— Какова сфера применения радиосетевых устройств?
— Они используются при построении сетей — корпоративных, операторских, локальных и домашних.
— Какова распространенность беспроводных систем в мире?
— Весь мир пользуется достижениями современных технологий в области передачи данных по радио. Прежде всего это относится к США и Канаде, которые одними из первых начали применять их сперва для военных, а затем и для гражданских целей. Следом идет Европа, где уже развернуто довольно много сетей (например, Tele2, British Telecom, Nextra Wireless, Star 21 Networks). В последнее время рывок сделал Китай. В России распространение беспроводного оборудования сдерживается обязательной разрешительной регистрацией, но тем не менее рынок стремительно растет.
— Каковы частотные диапазоны и принципы передачи?
— Наиболее популярные стандарты и технологии можно рассмотреть на примере компании Alvarion, выпускающей беспроводное оборудование нескольких типов.
Большая часть современного оборудования функционирует в соответствии со стандартом IEEE 802.11, разработка которого была завершена в 1997 г. Он включает два основных протокола — протокол управления доступом к среде MAC (Medium Access Control — нижний подуровень канального уровня) и протокол PHY передачи сигналов в физической среде.
Для систем с широкополосной модуляцией сигнала предусмотрены интервалы частот в диапазонах 900 МГц (шириной 26 МГц), 2,4 ГГц (83,5 МГц) и 5 ГГц (125 МГц), причем участок спектра 2,4 ГГц совпадает с международным диапазоном ISM, выделенным для промышленных, научных и медицинских радиосистем. Именно он чаще всего использовался до сих пор для организации беспроводных ЛС, хотя в последнее время возрос интерес к продуктам, предназначенным для работы в диапазоне 5 ГГц. С помощью конвертеров продукты диапазона 2,4 ГГц, например серии BreezeNET, могут без потерь в скорости работать в диапазоне 5 ГГц.
Серия продуктов BreezeNET Pro, BreezeLINK (технология FHSS) и BreezeNET DS.11 (технология DSSS) использует стандарт 802.11 для организации беспроводных локальных сетей (WLAN).
— Какую дальность (величину зон обслуживания) обеспечивают каналы связи?
— Этот вопрос одновременно и простой, и сложный. Дело в том, что процесс распространения радиоволн зависит как от технологии, так и от физических параметров: частоты передачи, расстояния, выходной мощности усилителей, антенн и т. д.
Формально с помощью нехитрых программ можно рассчитать дальность связи для каждой конкретной установки оборудования, но на практике цифры могут отличаться в несколько раз как в лучшую, так и в худшую сторону. В этом смысле прогноз распространения радиоволн похож на прогноз погоды: абсолютно точно его можно предсказать только «на вчера», т. е. фактически измерив.
Но типичные величины все же существуют. Для наиболее распространенного оборудования стандарта 802.11b в офисном исполнении они составляют от нескольких десятков метров в помещении до нескольких сот на открытом воздухе.
Для более серьезных систем, например BreezeACCESS (Alvarion), VectaStar (Cambridge Broadband), WALKAir (Alvarion), BWS-300 (Wi-lan) типичен радиус зоны обслуживания до 15 км, хотя известны случаи, когда оборудование работало и на расстоянии в 40 км. Но это скорее исключение.
Большинство оборудования данного типа, работающего на высоких частотах, требует наличия прямой видимости между передатчиком и приемником, что накладывает ограничение на места установки антенн. Но применяемая в последнее время технология кодирования сигнала OFDM (когда передача данных осуществляется одновременно в широком спектре на нескольких несущих) позволяет обходить это ограничение. На данной технологии основано оборудование серии BreezeACCESS OFDM компании Alvarion, VectaStar компании Cambridge Broadband, BWS-300 компании Wi-lan.
В больших городах, где работает масса всевозможного радиооборудования, типичные расстояния могут сокращаться в несколько раз из-за взаимных помех. Причем помехи создают не только радиопередающие станции, но и другие приборы, излучающие в эфир непредсказуемые по величине и частоте радиосигналы.
— Каковы возможности каждой из предлагаемых систем по скоростям передачи данных?
— Скорость передачи данных определяется стандартами, в которых эта аппаратура работает, но производители за счет своих собственных решений и протоколов стараются ее увеличить. Спецификациями стандарта 802.11 предусмотрены два значения скорости передачи данных — 1 и 2 Мбит/с, что требует скорости в радиоканале до 3 Мбит/с. Примерно одна треть и даже больше радиотрафика расходуется на организацию радиоканалов базовой станции с клиентскими терминалами, на служебную информацию и переповтор испорченных или непринятых пакетов данных.
На примере аппаратуры BreezeNET/BreezeACCESS со скоростью в радиоканале 3 Мбит/с можно говорить о реальном трафике данных на Ethernet-порте 1,6 — 1,8 Мбит/с. Это же относится и к аналогичным устройствам, работающим по технологии DSSS. Например, ftp-сессия между компьютерами, подсоединенными к 11-Мбит/с оборудованию Buffalo Technology AirStation, проходит со скоростью около 5 Мбит/с, что обусловливается «накладными расходами» как в радиоканале, так и на уровне Ethernet.
Несмотря на сходство технологии передачи данных, системы радио-Ethernet и радиодоступа различаются по качеству предоставляемых услуг. Системы радио-Ethernet «нарезают» трафик каждому подключенному клиенту на конкурентной основе, т. е. точка доступа не гарантирует пропорционального разделения пропускной способности, и клиенты, расположенные в лучших с точки зрения радиосистемы условиях и претендующие на получение большого количества данных, оставляют мало шансов на получение трафика остальным клиентам. Положение усугубляется большим количеством одновременно подключенных клиентов. Если на одну точку доступа их приходится более 20, то сеть становится практически неработоспособной.
Альтернативой этому выступают системы радиодоступа (например, BreezeACCESS). Здесь проблема решается на уровне протокола радиодоступа, где каждому клиенту обеспечена своя полоса пропускания, как гарантированная, так и максимальная. В таких системах на одну точку доступа возможно подключение до нескольких десятков пользователей. Оборудование Revolution (CompTek) за счет встроенных маршрутизаторов также предоставляет аналогичную услугу.
Существует и более скоростное оборудование, работающее по стандартам 802.11b (диапазон 2,4 ГГц, скорость в радиоканале 11 Мбит/с, скорость передачи данных 4—6 Мбит/с), — AirStation (Buffalo), BreezeNET DS.11 (Alvarion), Orinoco (Agere System) и множество других продуктов.
В 2001 г. появилась первая аппаратура стандарта 802.11а (диапазон 5 ГГц) компании Proxim, работающая на скорости в радиоканале 54 Мбит/с. Реальная пропускная способность чуть больше 20 Мбит/с и ограничена расстоянием в несколько десятков метров. В этом году ожидается выход оборудования для диапазона 2,4 ГГц по стандарту 802.11g, но насколько оно будет востребовано пользователями — покажет время.
Производители «тяжеловесной» продукции для организации высоких скоростей используют собственные фирменные радиопротоколы. Например, система WALKAir дает до 64 Мбит/с «чистого» трафика на 16 клиентов в одном секторе, а английская компания Cambridge Broadband в своем продукте VectaStar довела скорость в радиоканале до 60 Мбит/с.
— Каково максимальное количество клиентов, обслуживаемых одной базовой станцией?
— Прежде нужно определиться с терминологией. Под базовой станцией понимают совокупность оборудования, обеспечивающего покрытие определенной территории. То есть на базовой станции может стоять от одного до нескольких десятков приемопередатчиков (точек доступа), обслуживающих свой сектор. В большинстве случаев базовые станции строят шестисекторными для организации сотовой структуры сети.
Если говорить о системе BreezeACCESS, то теоретически на одну точку доступа (сектор) можно подключить до 512 пользователей (аппаратно-программная часть это допускает). Но тогда трафик придется делить между всеми, т. е. реально каждому достанутся крохи, причем доля служебного трафика съест все полезные ресурсы. На практике одновременно с точкой доступа нормально могут работать не более 20 устройств пользователя, но это не означает, что только 20 и могут быть подключены. Понятно, что все пользователи одновременно не работают, и по аналогии с телефонией вводится понятие коэффициента Эрланга (т. е. переподписки). В зависимости от типа пользователя (от домашнего пользователя до предприятия) этот коэффициент может колебаться от 0,5 до 0,1. Подсчитано, что при комбинации разных типов пользователей на одну точку доступа их может приходиться до 80. Таким образом, шестисекторная базовая станция в состоянии обслуживать около 500 абонентов.
Конечно, цифры для базовых станций других типов будут другими, но принцип остается тем же.
— Какой комплект аппаратуры требуется мелкому провайдеру таких услуг и какова его стоимость?
— Рассмотрим это на примере оборудования BreezeACCESS II. Оно позволяет создать беспроводную сеть, начиная только с тех устройств, которые необходимы именно на начальном уровне развития, постепенно дополняя комплект по мере необходимости.
- Базовая станция. Состоит из модулей, находящихся в помещении, и выносных радиомодулей, располагаемых на антенной мачте. В зависимости от потребности радиомодули могут комплектоваться встроенными антеннами. Для соединения модулей необходим кабель длиной до 200 м. Минимальная стоимость базовой станции с антенной и кабелем составляет около 3200 долл.
- Устройства пользователя. Различаются по функциям и конструкции — есть варианты как для установки только в помещении, так и для улицы. Имеются устройства с голосовым портом. По количеству пользователей — для подключения одного, восьми, полного сегмента сети. Стоимость комплекта колеблется от 1000 до 2500 долл. в зависимости от функций и конструктивных особенностей.
— Можно ли сначала опробовать аппаратуру?
— Обычно компании, при определенных условиях дают аппаратуру на тестирование, а также предоставляют товарный кредит.
— Есть ли алгоритмы шифрования трафика, легко ли подслушать информацию?
— Безопасность — дело индивидуальное: чего достаточно одним, то совершенно не годится для других.
Первой ступенью защиты является уникальная последовательность частотных прыжков в технологии FHSS. Если она неизвестна, невозможно синхронизировать устройство пользователя с базовой станцией.
Для каждого устройства в сети существует идентификатор этой сети, включающий до 32 знаков. Не зная его, нельзя подключиться к сети.
Возможно также фильтрование устройств по заранее заданным IP-адресам. Существуют пароли на возможность чтения/записи конфигурации устройств.
Наконец, сеть можно защитить, используя WEP (Wireless Equivalent Privacy) с алгоритмом шифрования с помощью 40 — 128-битового ключа.
Для обычных сетей передачи данных этих средств достаточно. А для конфиденциальной информации существует специализированное аппаратное и программное обеспечение.
— Нужно ли регистрировать радиосеть в инспекции связи (как любые мощные источники радиоизлучений)?
— Да, ведь от количества номиналов частот, на которых работает аппаратура, зависит емкость сети, поэтому один из самых сложных вопросов при строительстве радиосети — это частотные присвоения. Все источники излучения в данном классе оборудования подлежат обязательной регистрации в органах Госсвязьнадзора. При этом сначала нужно определить свободные частоты в данном регионе, при их наличии надо провести согласование со всеми заинтересованными ведомствами и только после этого частотные номиналы можно регистрировать.
29 апреля 2002 г. на заседании ГКРЧ (Государственная комиссия по радиочастотам) принято положение, упрощающее разрешительные процедуры для внутриофисного применения оборудования, которое обязательно должно быть сертифицировано.
— Встроена ли аппаратура учета трафика в оборудование?
— Учет трафика для дальнейшей тарификации или анализа работы сети может понадобиться либо для больших корпоративных сетей, либо для сетей провайдеров услуг связи. Для офисных сетей он требуется сравнительно редко, поэтому в относительно недорогое оборудование для небольших ЛВС средства для учета трафика не встраивают.
Иное дело, когда пользователи платят за фактический трафик. Система учета трафика может встраиваться либо в центральную базовую станцию/маршрутизатор (оборудование Revolution), либо в устройства пользователей. По последнему пути пошли производители системы BreezeACCESS, где в устройства встроены SNMP-агент и клиент RADIUS. Первый позволяет не только собирать статистику и наблюдать за параметрами оборудования в реальном времени, но и управлять этими устройствами. RADIUS-клиент через определенные (настраиваемые) промежутки времени посылает информацию на RADIUS-сервер для тарификации трафика.
— Какова направленность антенн? Насколько сложна их установка и какова точность юстировки?
— В зависимости от условий установки применяют всенаправленные или направленные антенны. Всенаправленные антенны большого усиления применяют на базовых станциях, а также встраивают в оборудование, применяемое для офисных целей. Как правило, такие антенны не требуют настройки, нужно только правильно рассчитать высоту их установки для базовой станции. Ведь ширина луча в горизонтальной плоскости у антенн с большим усилением составляет всего несколько градусов, и необходимо учесть интересы клиентов как в ближней, так и в дальней зоне приема.
С направленными антеннами сложнее. Чем больший коэффициент усиления имеет антенна, тем Ђуже у нее рабочий луч, что требует определенных навыков в юстировке. Некоторые производители об этом позаботились. В частности, в системах BreezeACCESS в устройства, предназначенные для установки на улице, встроены инструменты настройки. Во-первых, это светодиодный индикатор (линейка), по количеству зажженных сегментов которого можно судить о силе принимаемого сигнала. Во-вторых, во встроенном программном обеспечении есть утилита, показывающая принимаемый сигнал, как в относительных единицах RSSI, так и в dB, что позволяет без труда точно настраивать антенну.
— Не будет ли помех от нескольких баз, установленных в одном районе города?
— Это одна из самых больших сложностей при проектировании радиосети. В странах, где некоторые частотные диапазоны свободны от лицензирования (ISM, UNII), проблема решается в основном ограничением мощности устройств, а также благодаря способности оборудования преодолевать помехи. Так, в диапазоне 2,4—2,483 ГГц без взаимных помех в одном месте могут разместиться три базовые станции DSSS-технологии или 15 базовых станций технологии FHSS. В принципе базовых станций может быть и больше, но тогда снижается общая пропускная способность.
Другие проблемы возникают в тех случаях, когда все частоты подлежат регистрации и лицензированию. Ситуация здесь бывает и хуже, и лучше. С одной стороны, при «честной» работе, т. е. когда никто незаконно не работает на чужих частотах, никто друг другу не мешает. В то же время реально под свои проекты можно взять достаточно ограниченное количество частотных номиналов. А чем меньше номиналов — тем меньше возможностей для частотного планирования и тем меньше общая пропускная способность.
На практике при планировании следят за тем, чтобы сектора с одинаковыми частотами не пересекались, а если это все же происходит, проблему можно решить установкой узконаправленных антенн с минимальными боковыми лепестками, направив их на станцию с наиболее сильным сигналом.
— Высока ли устойчивость работы во время дождя, грозы, снега и других атмосферных помех?
— Устройства, предназначенные для установки на улице, как правило, достаточно надежны и способны работать в любых атмосферных условиях. Правильно смонтированные, они содержат в своей цепи грозоразрядники, которые позволяют избежать порчи оборудования при попадании молнии. Конечно, информация в данном случае теряется, но это момент кратковременный и не доставляет каких-то серьезных неудобств пользователю. Влияние сильного дождя и снега, конечно, есть, но оно приводит к снижению производительности на считанные проценты. Некоторую проблему может принести липкий снег. Иногда под его тяжестью узконаправленная антенна отклоняется книзу, и тогда теряется связь с базой, однако на практике это случается чрезвычайно редко. Трудно также бороться с ураганным ветром, выворачивающим антенну со своего места.
— Зависит ли скорость передачи данных от удаленности абонентов?
— Да, зависит. При увеличении дальности сигнал ослабевает в логарифмической прогрессии. Все современные технологии это предусматривают, и в зависимости от силы принимаемого сигнала используются разные виды модуляции, что в конечном счете влияет на скорость передачи информации.
— Подстраиваются ли мощности передатчиков в соответствии с количеством клиентов и удаленностью?
— Мощность передатчиков и количество ассоциированных пользователей напрямую не связаны. Другое дело, когда пользователи находятся в очень близкой и очень дальней зонах приема. В таких случаях в устройствах, расположенных слишком близко, наблюдается перегрузка входных трактов приемника, а на дальних сигнал находится на пороге чувствительности. Но и здесь есть решения. В системе BreezeACCESS для близкорасположенных клиентских устройств предусмотрена возможность программно ограничить чувствительность приемника и мощность передатчика, настроив при этом базовую станцию на работу с самым дальним клиентом. А наиболее удаленному клиенту можно помочь, установив у него дополнительный двунаправленный усилитель. Клиентские модули также автоматически могут снижать скорость при ухудшении сигнала, одновременно повышая порог чувствительности.
Другие производители встраивают в оборудование системы автообучения, когда во время инициализации сессии между базовой станцией и клиентским модулем мощность передатчика и чувствительность приемника подстраиваются друг под друга (WALKAir, BWS-300).
— Нужно ли выносить антенну на стену здания или есть комнатные варианты?
— Все зависит от мощности принимаемого сигнала. Если базовая станция расположена в зоне прямой видимости из окна клиента, то вполне возможен комнатный вариант со встроенной антенной. В идеальных условиях он способен работать на расстоянии до нескольких километров.
— Можно ли на базе этих устройств создать сотовые структуры?
— Большинство систем радиодоступа изначально проектируются для создания больших сетей ячеистой структуры. Как правило, каждая базовая станция состоит из шести секторов, что позволяет строить сети произвольной конфигурации. Основная проблема здесь — это наличие достаточного количества номиналов частот, позволяющее соседним секторам работать без взаимных помех.
Некоторые системы допускают использование одних и тех же частотных номиналов в разных секторах. Для этого применяются устройства синхронизации, заставляющие сектора взаимодействовать друг с другом, перебирая один и тот же набор частот. Для синхронизации базовых станций, расположенных по соседству, существуют спутниковые модули синхронизации GPS (глобальная система позиционирования).
— Пробивает ли стены этот радиодиапазон? Насколько легко бороться с эхом от переотражения2?
— Поскольку имеются офисные версии беспроводных сетей, предполагается, что они работают в разных помещениях, разделенных стенами. От толщины стены и материала, из которого она изготовлена, зависит расстояние от клиентского модуля до точки доступа. Как правило, оно не превышает 50 м при минимальной скорости (имеется в виду наиболее распространенное оборудование стандарта 802.11 b).
В последнее время появилась аппаратура на базе технологии модуляции OFDM, специально предназначенная для работы в условиях сильных переотражений, что существенно повышает пропускную способность и скорость работы оборудования. Эта технология отражена в последних стандартах серий 802.11, 802.15, 802.16.
1 Обычно описывает сеть в терминах задержки, полосы и дрожи сигнала.
2 Распространение радиоволн от передатчика к приемнику происходит не только по прямой. В точке приема сигнал складывается как из непосредственно приходящего из точки передачи, так и из отраженного от различных поверхностей, в результате чего уровень и фазу принимаемого сигнала трудно предсказать.
Технические детали
Существует два основных метода широкополосной модуляции сигнала: с прямым расширением спектра (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) и c перескоком частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). В обоих случаях формируется радиосигнал, полоса частот которого значительно превышает спектр сигнала исходного сообщения (последний как бы «размазывается» по всему рабочему диапазону). При этом, в отличие от традиционных радиотехнологий с узкополосной модуляцией, энергия полезного сигнала не сосредоточена на небольшом интервале вокруг центра несущего диапазона, а распределена по всему спектру. В результате введения такой частотной избыточности сигнал становится более устойчивым к помехам и интерференции с сигналами других систем или с собственными отраженными сигналами. Малая спектральная плотность мощности радиосигнала ограничивает радиус зоны покрытия систем SS (что и является одной из причин отсутствия жесткого лицензирования), однако для большинства их приложений оказывается вполне достаточной.
Серия BreezeACCESS XL имеет радиоинтерфейс FH-CDMA и работает в режиме Time Division Duplex (TDD) в полосе 2,4—2,5 ГГц и в режиме Frequency Division Duplex (FDD) в полосе 3,4—3,6 ГГц в канале 1 и 2 МГц (1,75 МГц) соответственно. Скорость в радиоканале составляет до 3 Мбит/с на одну точку доступа. Отличительной особенностью системы BreezeACCESS является наличие параметров QoS: гарантированной полосы пропускания (CIR) и максимальной скорости передачи (MIR). Именно QoS, как свойство системы, позволило реализовать передачу голоса VoIP без потери качества.
Полезные советы
Хотим построить свою беспроводную сеть. Что для этого надо и какие «правильные» вопросы нужно задать поставщику оборудования?
Прежде всего определитесь со своими потребностями. До начала разговора желательно четко представлять:
- Размер и топологию сети: внутриофисная; межофисная (соседние здания); корпоративная в пределах города; корпоративная (в нескольких городах).
- Объем и тип трафика в сети: данные; голос; видео; комбинированный трафик.
- Диапазон частот, в котором сеть будет работать; для внутриофисного применения в диапазоне 2400 — 2483,5 МГц достаточно обратиться в ФГУП «Главный радиочастотный центр» с просьбой о разрешении на приобретение и использование радиооборудования (у продавца должно быть разрешение на продажу этого оборудования); для других диапазонов, а также для внешнего применения нужно проходить многоступенчатые разрешительные процедуры. Компания-продавец, как правило, владеет информацией и часто оказывает помощь в этом процессе.
По материалам Мир ПК, #12/2002
|
Клиенты
Поиск