Беспроводная передача данных: типы, технология и устройства. Недостатками GPRS являются чересчур высокая стоимость одного Мб информации и самая низкая скорость доступа. К малым локальным беспроводным сетям относятся

Беспроводная передача данных (беспроводная связь) - связь, которая осуществляется в обход проводов или других физических сред передачи. К примеру, беспроводной протокол передачи данных Bluetooth работает «по воздуху» на небольшом расстоянии; на замену ему может прийти NFC. Wi-Fi - еще один способ передачи данных (интернет) по воздуху. Сотовая связь также относится к беспроводной. Хотя протоколы беспроводной связи улучшаются год от года, по своим основным показателям и скорости передачи они пока не обходят проводную связь. Хотя большие надежды на этом поле показывает сеть LTE и ее новейшие итерации.

В это трудно поверить, но два совершенно разных вида живых существ, рыбы и пчелы, научились общаться между собой. Конечно, это слишком громко сказано, но они действительно могут обмениваться друг с другом информацией о своих действиях. Это стало возможно благодаря роботам-переводчикам, которые внедрены в каждую из двух групп - они анализируют действия окружающих созданий, делятся этой информацией друг с другом, и заставляют стаю повторять свои действия.

Многие только начали привыкать к скоростям 4G , как в СМИ пошли разговоры о более скоростной технологии мобильной связи. Речь идет – 5G. Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) рассказал, каких скоростей стоит ждать от пятого поколения связи, которая будет развернута в 2020 году. Похоже, уже через несколько лет сегодняшние мобильные сети будут выглядеть как старый аналоговый модем.

Беспроводные системы передачи данных

В настоящее время бурное развитие технологий беспроводных сетей открывает для бизнеса новые возможности по эффективной организации корпоративной сети предприятия. Преимущества беспроводных решений:

· низкая стоимость развертывания;

· мобильность, возможность демонтировать оборудование при переезде;

· безопасность, возможность шифрования трафика;

· надежная и качественная телефонная связь;

· высокоскоростной доступ к сети Интернет;

· независимость от кабельной инфраструктуры;

· простота подключения и использования.

Отсутствие проводов и, как следствие, привязки к какому-то конкретному месту всегда было значимо для мобильных пользователей, которым оперативный доступ к информации нужен постоянно, независимо от места их нахождения. Беспроводные сети эффективны, прежде всего, при передаче данных на расстояния до нескольких сот метров, и отличаются низкой стоимостью реализации. Ассортимент беспроводного сетевого оборудования может включать в себя беспроводные видеокамеры и прочие устройства. Развитие беспроводных систем доступа идет в трех основных направлениях. Это спутниковые системы, наземные СВЧ-системы и системы персональной сотовой связи, которые позволяют обеспечить доступ мобильных пользователей. Разумеется, каждое из этих средств имеет свои достоинства и недостатки .

Системы персональной сотовой связи

Доступ в сеть Интернет может быть организован посредством существующей системы сотовой связи с использованием аналоговых модемов (модемов для передачи по телефонным каналам) (рисунок 2). Так как каналы сотовой связи имеют достаточно узкую полосу частот, скорость передачи данных будет невелика (в процессе постепенного развития систем сотовой связи и усовершенствования технологий скорость передачи данных также постепенно росла от 9,6 Кбит/с до 19,2 Кбит/с). Определенного увеличения скорости передачи данных можно достичь за счет использования временно свободных каналов (по которым не ведутся телефонные разговоры).

Рисунок 2. Система передачи данных по каналам сотовой связи

Плюсы и минусы использования сотовой связи для доступа в сеть Интернет очевидны. Главное достоинство заключается в мобильности и возможности выхода в сеть Интернет из любого места, а не только из квартиры или офиса, которые с помощью кабеля привязаны к провайдеру. К недостаткам можно отнести достаточно высокую стоимость услуг сотовой связи, а также не стопроцентный охват территории компаниями сотовой связи и наличие зон неуверенной связи.

СВЧ-системы

По мере того, как увеличивалась потребность в расширении количества линий междугородней связи, разрабатывались системы, способные удовлетворить такие потребности. Одной из таких систем были радиорелейные линии, в которых в качестве носителя сигнала использовался не кабель, а радиоканал. Работая на сверхвысоких частотах (диапазон СВЧ) одна радиорелейная линия способна поддерживать работу тысяч телефонных каналов и нескольких телевизионных каналов одновременно. Использование данного диапазона частот приводит к необходимости размещать ретрансляторы на небольшом расстоянии друг от друга (до 30 километров) в пределах прямой видимости (сверхвысокочастотный сигнал не может завернуть за угол или перепрыгнуть даже через небольшую горку). Необходимость строить через определенное расстояние ретрансляционные вышки с антеннами делает данную технологию достаточно дорогой при организации связи на большое расстояние, но данная технология может найти свое применение, например, для организации фиксированного радиодоступа - высокоскоростной передачи данных между двумя зданиями (со скоростью от 2 Мбит/с и выше). Во многих случаях такое решение будет иметь меньшую стоимость по сравнению с прокладыванием между зданиями оптико-волоконного кабеля (например, в городах, где проложить кабель не всегда просто, или в том случае, когда эти здания разделяет река) .

В условиях недостатка частотного ресурса были созданы, успешно применяются и развиваются беспроводные системы фиксированного доступа, работающие в инфракрасной области (на основе ИК светодиодов и полупроводниковых лазеров). Они обеспечивают рабочую дальность от 300 м до 1-3 км при скорости передачи до 155 Мбит/с. Все основные недостатки этих систем (сравнительно высокая стоимость и некоторая зависимость от погодных условий и загрязнения оптики) с лихвой окупаются отсутствием необходимости получения разрешения на использование радиочастоты, а также быстротой и простотой монтажа. На следующим этапом развития систем фиксированного радиодоступа явилось создание таких протоколов обмена информацией между приемо-передатчиками, которые позволили организовать подключение многих объектов к одному (соединение "точка-многоточка"), что наиболее соответствует задачам организации доступа в Интернет (рисунок 3). Кроме того, были созданы различные механизмы (например, пакетная передача, работа на изменяющейся частоте), которые позволили увеличить пропускную способность, скорость передачи и эффективность использования частотного ресурса.

Рисунок 3 - Системы фиксированного радиодоступа

Обеспечивая среднюю скорость передачи данных, системы данного типа позволяют организовать канал передачи на достаточно большое расстояние. В то же время подверженность внешним помехам и зависимость от географических условий (обязательная необходимость прямой видимости) делают применение таких систем не всегда целесообразным.

Спутниковые системы

Для организации передачи данных используются и спутниковые системы. Причем варианты могут быть различными - от низкоскоростных индивидуальных каналов для отдельных пользователей до высокоскоростных каналов, одновременный доступ к которым может иметь большое количество пользователей (коллективный доступ). В первом случае может применяться двунаправленный канал (но это по карману только очень богатым организациям). Во втором случае спутник служит только для передачи нисходящего потока данных, поступающих из сети Интернет к пользователю (рисунок 4). Пользователю необходимо обязательно установить спутниковую антенну, СВЧ-ресивер и карту декодера прямо в персональный компьютер. Для организации восходящего потока данных (от пользователя в сеть Интернет) используется линия телефонной связи и модем.

Рисунок 4 - Спутниковая система

Спутник охватывает большую зону на поверхности Земли и является наиболее "широко охватывающей" технологией доступа в Интернет с географической точки зрения. Спутниковые системы доступа имеют не очень высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и работают не очень быстро. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув на него мышью своего компьютера, вы подали сигнал запроса, который должен пройти по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается на спутник вверх и вниз, что в общей сложности составляет около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, данное средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Это особенно заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени. Несмотря на широкую зону охвата, спутниковые системы имеют ряд недостатков, связанных, в частности, с необходимостью приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования. Впрочем, существует целый ряд экстремальных ситуаций, когда невозможно организовать доступ в сеть Интернет никаким другим образом, кроме как через спутник (простой пример - корабль, находящийся посреди океана).

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). Самым известным и распространенным на сегодняшний день является протокол IEEE 802.11b (обычно под сокращением Wi-Fi подразумевают именно его), определяющий функционирование беспроводных сетей, в которых для передачи данных используется диапазон частот от 2,4 до 2.4835 Гигагерца и обеспечивается максимальная скорость 11 Мбит/сек. Максимальная дальность передачи сигнала в такой сети составляет 100 метров, однако на открытой местности она может достигать и больших значений (до 300-400 м).

Помимо 802.11b существуют еще беспроводной стандарт 802.11a, использующий частоту 5 ГГц и обеспечивающий максимальную скорость 54 Мбит/с, а также 802.11g, работающий на частоте 2,4 ГГц и тоже обеспечивающий 54 Мбит/с. Однако, из-за меньшей дальности, значительно большей вычислительной сложности алгоритмов и высокого энергопотребления эти технологии пока не получили большого распространения. Кроме того, в данное время ведется разработка стандарта 802.11n, который в обозримом будущем сможет обеспечить скорости до 320 Мбит/c.

Подобно традиционным проводным технологиям, Wi-Fi обеспечивает доступ к серверам, хранящим базы данных или программные приложения, позволяет выйти в Интернет, распечатывать файлы и т.д. Но при этом компьютер, с которого считывается информация, не нужно подключать к компьютерной розетке. Достаточно разместить его в радиусе 300 м от так называемой точки доступа (access point) - Wi-Fi-устройства, выполняющего примерно те же функции, что обычная офисная АТС. В этом случае информация будет передаваться посредством радиоволн в частотном диапазоне 2,4-2,483 ГГц.

Таким образом, Wi-Fi-технология позволяет решить три важных задачи:

· упростить общение с мобильным компьютером;

· обеспечить комфортные условия для работы деловым партнерам, пришедшим в офис со своим ноутбуком,

· создать локальную сеть в помещениях, где прокладка кабеля невозможна или чрезмерно дорога.

Кроме этого, само существование сети Wi-Fi - важный штрих к портрету фирмы. Он так же работает на ее корпоративный имидж, как кожаные кресла в переговорной и красиво изданные информационные буклеты.

Беспроводная технология может стать как основой IT-системы компании, так и дополнением к уже существующей кабельной сети.

Ядром беспроводной сети Wi-Fi является так называемая точка доступа (Access Point), которая подключается к какой-либо наземной сетевой инфраструктуре (например, офисной Ethernet-сети) и обеспечивает передачу радиосигнала. Обычно точка доступа состоит из приёмника, передатчика, интерфейса для подключения к проводной сети и программного обеспечения для обработки данных. После подключения вокруг точки доступа образуется территория радиусом 50-100 метров (её называют хот-спотом или зоной Wi-Fi), на которой можно пользоваться беспроводной сетью.

Для того чтобы подключиться к точке доступа и ощутить все достоинства беспроводной сети, обладателю ноутбука или другого мобильного устройства, оснащенного Wi-Fi адаптером, необходимо просто попасть в радиус её действия. Все действия по определению устройств и настройке сети большинством ОС производятся автоматически. Если пользователь попадает одновременно в несколько Wi-Fi зон, то происходит подключение к точке доступа, обеспечивающей самый мощный сигнал. Время от времени производится проверка наличия других точек доступа, и в случае, если сигнал от новой точки сильнее, устройство переподключается к ней, настраиваясь абсолютно прозрачно и незаметно для владельца

Одним из главных достоинств любой Wi-Fi сети является возможность доступа в Интернет для всех её пользователей, которая обеспечивается либо прямым подключением точки доступа к интернет-каналу, либо подключением к ней любого сервера, соединенного с Интернет В обоих случаях мобильному пользователю не нужно ничего самостоятельно настраивать - достаточно запустить браузер и набрать адрес какого-либо интернет-сайта.

Также несколько устройств с поддержкой Wi-Fi могут соединяться друг с другом напрямую (связь устройство - устройство), то есть без использования специальной точки доступа, образуя некое подобие локальной сети, в которой можно обмениваться файлами, но в этом случае ограничивается число видимых станций.

В случае с устройствами без встроенной поддержки Wi-Fi (например, с обычными домашними или офисными компьютерами) нужно будет приобрести специальную карту, поддерживающую этот стандарт. Сейчас ее средняя стоимость составляет около 30-50 долларов, а подключаться к компьютеру она может через стандартные интерфейсы (PCI, USB, PCMCIA и т.п.).

Беспроводные сети передачи данных (БСПД) можно разделить следующим образом.

• Беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, WPAN), или сети коммутации на рабочем месте.
• Беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network, WLAN).
• Беспроводные сети масштаба города (Wireless Metropolitan Area Network, Wireless MAN), или сети широкополосного беспроводного доступа (Broadband Wireless Access, BWA).

На рис. 10.2 показаны технологии, по которым строятся беспроводные сети и используемые при этом стандарты.

Рис. 10.2.

Беспроводные сети на основе технологии Bluetooth, реализующие коммуникации на рабочем месте

Беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, WPAN) реализуют связи внутри помещений, а также взаимодействие аппаратных устройств. Беспроводные сети связи аппаратных устройств позволяют мобильным пользователям организовать взаимодействие аппаратных устройств, обеспечивающее работу в нестационарных условиях. Например, с помощью взаимодействующих друг с другом карманного компьютера и мобильного телефона можно организовать выход в Интернет, причем независимо от месторасположения пользователя и времени суток.

Bluetooth (bluetooth.com) - это технология беспроводного обмена цифровыми данными между различными устройствами в пределах нескольких десятков метров. Ее разработала компания Bluetooth SIC Широкое распространение Bluetooth обусловлено недорогой программно-аппаратной реализацией и простотой структуры устройства. Необходимым условием этого вида связи является наличие у взаимодействующих устройств микрочипа Bluetooth. Допускаются соединения по схеме один к одному и один ко многим.

Для построения сети используются технология Bluetooth и стандарт IEEE 802.15. Сети стандарта IEEE 802.15.1 базируются на спецификации Bluetooth v.1.1 (1999), определяющей уровни управления доступом. В версии 1.2 скорости передачи данных более высокие, чем в версии 1.1. Они могут достигать 723 кбит/с. Радиус действия таких сетей не превышает 10 м. Для них характерны быстрое подключение и обнаружение.

Технология Bluetooth версии 2.0, совместимая с предыдущей версией 1.x, была выпущена в 2004 г. Основным нововведением стала поддержка Enhanced Data Rate (EDR) для ускорения передачи данных, позволившая повысить скорость передачи данных до 2,1 Мбит/с. В 2011 г. благодаря интеграции с технологией стандарта 802.11 в стандарте Bluetooth 3.0 HS скорость подключения достигает 24 бит/с.

В 2009 г. была принята очередная спецификация Bluetooth 3.0+HS. HS (High Speed). Это новый уровень скорости передачи данных, которая может достигать 24 Мбит/с. Многим специалистам такой параметр показался нереальным, однако новейшие модули и в самом деле работают быстрее, чем их предшественники Bluetooth 2.1.

Однако такая высокая скорость возможна вовсе не при передаче данных по каналу Bluetooth - в нем по-прежнему максимальная скорость ограничена 2,1 Мбит/с, как это и было в случае с использованием технологии EDR. Переход на 24 Мбит/с осуществляется прямым соединением по протоколу Wi-Fi. Протокол Bluetooth в данном случае используется не па физическом, а лишь на логическом уровне: для организации самого соединения между устройствами. Wi-Fi выступает в роли транспортного радиопротокола, тогда как сам интерфейс Bluetooth остается только в качестве каркаса для связывания устройств.

Однако использование технологии Wi-Fi для передачи данных не означает совместимости устройства Bluetooth с привычными сетями Wi-Fi. Речь идет только о применении той же физической модели передачи по стандарту IEEE 802.11 - никакой логической совместимости с сетями 802.1 la/b/g/n у телефонов и смартфонов с Bluetooth как не было, так и нет.

Стандарт IEEE 802.15.2 позволяет разрабатывать устройства сопряжения сетей стандарта IEEE 802.11 и 802.15. А стандарт IEKH 802.15.3, поддерживающий теоретическую скорость передачи данных до 55 Мбит/с, предназначен для сетей высокоскоростной связи масштаба WPAN для высокотехнологичных бытовых устройств. Стандарт IEEE 802.15.4 обеспечивает построение низкоскоростных сетей домашней автоматики, поскольку скорости передачи данных не превышают 250 кбит/с.

Структурная схема Bluetooth . Структурная блок-схема функциональных узлов Bluetooth такова: 2,4 ГГц трансивер - контроллер связи - управляющее устройство терминал.

С помощью управляющего устройства реализуются протоколы верхних уровней модели OSI и связь с терминальными устройствами.

Два первых блока могут выполняться на базе специализированных интегральных или гибридных микросхем, а устройство управления основывается на стандартных микропроцессорах или сигнальных процессорах. Его функции могут поддерживаться центральными процессорами мощных терминальных устройств, например ноутбуков.

Трансивер (приемопередатчик) Bluetooth-устройства работает на частотах от 2400 до 2483,5 МГц, являющихся открытыми и свободными от всякого лицензирования в большинстве стран мира. Они определяют возможности Bluetooth по передаче данных. Скорость передачи данных для Bluetooth-устройств составляет 723,2 кбит/с в синхронном режиме или 433,9 кбит/с в полностью синхронном режиме. Через Bluetooth-соединение можно передавать до трех аудиоканалов, поддерживающих скорость передачи данных 64 кбит/с по синхронному аудиоканалу в каждом направлении. Кроме того, возможна комбинированная передача данных и голоса.

Расстояние, на которое может быть установлено Bluetooth-соединение при использовании стандарта 802.15.3, не превышает 100 м. Для Bluetooth не требуется прямой видимости или направленной антенны, соединение может быть установлено даже через не экранированную стену. В технологии Bluetooth возможны соединения типа "точка - точка" (соединяются только два устройства Bluetooth) и "точка - много точек", в котором канал связи делится между несколькими устройствами Bluetooth. Два и более устройства, работающих на одном частотном канале, образуют пикосеть. Одно из них функционирует как основное, остальные - как подчиненные. В пикосеть допустимо объединять до восьми устройств. Десять таких пикосетей могут работать совместно на одном радиодиапазоне.

Пакетная коммутация в Bluetooth . В этой технологии используется пакетная передача информации с временным мультиплексированием (multiplexing), т.е. многократная передача, уплотнение каналов. В США, Европе и России используется диапазон частот (2400+К) МГц, где К = 0-78. Весь диапазон частот подразделяется на 79 подканалов, каждый шириной 1 МГц. При передаче сигнала в радиотракте используется метод расширения спектра с помощью частотных скачков и двухуровневой частотной модуляции.

Структура пакета Bluetooth . Информация, передаваемая с помощью Bluetooth, разбивается на пакеты. Каждый из них имеет код доступа (72 бита), заголовок (54 бита) и поле с передаваемой информацией (0-2745 битов).

Код доступа идентифицирует пакеты, принадлежащие одной пикосети. С его помощью также осуществляются синхронизация и процедуры запросов. Он включает преамбулу (4 бита), слово синхронизации (64 бита), трейлер (4 бита).

Заголовок управляет связью и состоит из шести полей:

• AMADDR - 3-битный адрес активного элемента;
• TYPE - 4-битный код типа данных;
• FLOW - 1 бит управления потоком данных, определяющий готовность устройств к приему данных;
• ARQN - 1 бит подтверждения правильности приема;
• SEQN - 1 бит для определения последовательности пакетов;
• НЕС - 8-битная контрольная сумма. Информационное поле может содержать поля голоса,

поля данных либо оба типа полей одновременно.

Метод частотных скачков в Bluetooth. В технологии Bluetooth каждый из 79 подканалов связи делится на временные сегменты длительностью 625 мкс. Каждому из них соответствует один подканал. В этой технологии основное устройство передает пакеты в нечетные временные сегменты, подчиненное - в четные. Пакеты в зависимости от длины могут занимать до пяти временных интервалов. Причем частота не изменяется до окончания пакета. Последовательность скачков частоты является уникальной для каждой пикосети и определяется адресом основного устройства.

Отличительные свойства технологии Bluetooth:

Малая мощность передатчика и низкая потребляемая мощность;

высокая устойчивость к помехам и отсутствие влияния на бытовую электронику;

Низкая стоимость - в настоящее время одно устройство стоит менее 30 долл., прослеживается тенденция к снижению цены до 10 долл.

Главной особенностью данной технологии является то, что различные Bluetooth-устройства соединяются друг с другом автоматически, стоит им только оказаться в пределах досягаемости. Bluetooth значительно облегчает работу со многими аппаратными устройствами. Уже создан принтер с Bluetooth, который не надо подключать к компьютеру, достаточно лишь внести его в комнату и включить в розетку, чтобы печатать. А если войти в комнату с ноутбуком, оснащенным Bluetooth, то сразу же можно работать на принтере, войти в локальную сеть для обмена файлами и документами, воспользоваться интернет-соединением.

На стандарте IEEE 802.15.4 базируется более широкополосная технология связи между устройствами (ÜWB, Ultra-Wideband) - ZigBee, предназначенная для построения низкоскоростных сетей домашней автоматики. Она более экономична, а также повышает время работы аккумуляторных источников энергии.

NFC (Near Field Communication, "Коммуникация ближнего поля") - это технология высокочастотной электромагнитной связи малого радиуса действия. Она позволяет обмениваться данными устройствами, находящимися на расстоянии менее 20 см. Технология одобрена ISO/IEC как стандарт ЕСМА. Она является расширением технологии бесконтактных карч- - стандарта ISO 14443.

В стандарте NFC реализуется электромагнитная связь между двумя рамочными антеннами, находящимися в пределах 20 см друг от друга, без применения ферромагнитного сердечника. Технология работает в диапазоне частот около 13,56 МГц, имеет ширину полосы пропускания почти 2 МГц. Скорость передачи данных - 106, 212 или 424 кбит/с. Данная технология применяется в мобильных устройствах.

NFC-устройства могут использоваться:

• в качестве бесконтактной карты для оплаты различных услуг, например проезда в общественном транспорте;
• для считывания RFID-меток в магазине;
• для совместной работы с устройствами, работающими по технологии Bluetooth, в частности для передачи по Bluetooth данных с одного мобильного телефона на другой. Для этого достаточно сблизить на расстояние менее 20 см два мобильных телефона, поддерживающих эту технологию, или просто соприкоснуться ими;
• в качестве электронных ключей для доступа к устройству или прохода в помещение;
• в качестве удостоверения личности и др.

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

В настоящее время существует множество беспроводных технологий, таким как Wi-Fi , WiMAX , Bluetooth .

Общ. стандарт беспровод. связи IEEE 802.11.

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.

- По дальности действия:

Беспроводные персональные сети. Примеры технологий - Bluetooth .

Беспроводные локальные сети. Примеры технологий - Wi-Fi .

Беспроводные сети масштаба города. Примеры технологий - WiMAX .

Беспроводные глобальные сети. Примеры технологий - CSD,GPRS,EDGE,EV-DO,HSPA .

- По топологии:

«Точка-точка».

«Точка-многоточка».

- По области применения:

Корпоративные беспроводные сети - создаваемые компаниями для собственных нужд.

Операторские беспроводные сети - создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.

Отличия проводных и беспроводных технологий передачи данных

Например, Wi-Fi-сеть – это радиосеть, позволяющ. передавать информацию м/д объектами по радиоволнам.

Для организации сетей Wi-Fi необход. Wi-Fi сетевые карты, точки доступа и антенны.

Wi-Fi точки доступа – устройства, позволяющие объеденить клиентов сети в единую сеть; представл. в 2 основных вариантах исполнения- для использования внутри помещений и для внеш. использования.

Wi-Fi связь характеризуется большим числом преимуществ по сравнению с провод. (легко разворачивается, пользователи легко перемещаются в пределах зоны действия сети), но недостатком явл. возможность легкого перехвата данных и взлома сети.

Принципы организации беспровод. сетей. 2 режима организац. беспровод.сетей:

Ad-hoc (Peer-to Peer) (Точка-точка)

Infrasturuture Mode

Режим Ad-hoc– простейшая структура локальной сети, при кот.узлы сети связаны напрямую друг с другом,без использования специальной точки доступа.

В режиме Inf.Modeузлы сети связаны друг с др. не напрямую, а ч/з точку доступа, т.к.AccessPoint,подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций.

64 Беспроводные технологии пе редачи информации (а/в)

Методы беспроводной технологии (wireless) передачи данных являются удобным, а иногда незаменимым средством связи. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте и расстоянию передачи. Большое значение имеют помехи и стоимость. Можно выделить три основных типа беспроводной технологии:

Радиосвязь;

Связь в микроволновом диапазоне;

Инфракрасная связь.

Передача данных в микроволновом диапазоне (microwaves) использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Передача данных в микроволновом диапазоне при использовании спутников может быть очень дорогой.

Инфракрасные технологии (Infrared transmission) функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику.

Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости и может быть использована в офисных зданиях.

Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Радиосвязь используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость и чувствительна к электронному и атмосферному на­ложению, а также подвержена перехватам, поэтому требует шифрования для обеспечения уровня безопасности.

В настоящее время наибольшее распространение получила так называемая Wi-Fi связь.

Wi-Fi сеть (Wireless Local Area Network, WLAN) - это радиосеть, позволяющая передавать информацию между объектами по радиоволнам (без проводов).

WLAN -сети имеют ряд преимуществ перед обычными кабельными сетями:

WLAN-сеть можно очень быстро развернуть, что очень удобно при проведении презентаций или в условиях работы вне офиса;

пользователи мобильных устройств, при подключении к локальным беспроводным сетям, могут легко перемещаться и рамках действующих зон сети;

скорости современных сетей довольно высоки (до 300 Мбит/с), что позволяет их использовать для очень широкого спектра задач;

с помощью дополнительного оборудования беспроводная сеть может быть успешно соединена с кабельными сетями;

WLAN-сеть может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети.

Несмотря на все достоинства, WLAN-сети обладают рядом недостатков, главный из которых - возможность легкого перехвата данных и взлома сети.

Требования к беспроводным локальным сетям

Беспроводные сети должны удовлетворять некоторым требованиям, типичным для всех локальных сетей, в том числе: высоким пропускная способность, возможность охвата небольших расстояний, связность подключенных станций и возможность широковещания. Кроме того, существует набор требований, характерных только для беспроводных локальных сетей. Перечислим важнейшие из них.

1. Производительность. Протокол управления доступом к среде должен максимально эффективно использовать беспроводную среду для максимизации пропускной способности.

2. Число узлов. От беспроводных локальных сетей может требоваться поддержка сотен узлов из множества ячеек.

3. Соединение с магистральной локальной сетью. В большинстве случаев требуется взаимосвязь со станциями магистральной локальной сети. Для беспроводных локальных сетей, имеющих внутреннюю инфраструктуру, это требование легко удовлетворяется посредством использования модулей управления, присоединяемых к локальным сетям обоих типов.

4. Обслуживаемая область. Типичная сфера охвата беспроводной локальной сети имеет диаметр 100-300 м.

5. Потребление питания от батарей. Мобильные сотрудники используют рабочие станции с питанием от батарей, потребление которого не должно быть большим при использовании беспроводных адаптеров.

6. Устойчивость передачи и безопасность. Беспроводные сети,если они разработаны неправильно, могут быть подвержены интерференции (наложение сигналов) и легко прослушиваться. Структура беспроводной локальной сети должна обеспечивать надежную передачу даже в обстановке шума, а также некоторый уровень зашиты от прослушивания.

7 . Совместная работа в сети. С ростом популярности беспроводных сетей повысилась вероятность того, что две или более сетей будут работать в одной области или в нескольких областях, допускающих интерференцию разных локальных сетей. Такая интерференция может мешать нормальной работе алгоритма MAC и способствовать несанкционированному доступу к отдельной локальной сети.

8. Работа без лицензии. Пользователи желали бы приобретать продукты рынка беспроводных локальных сетей и работать с ними на нелицензируемой полосе частот.

9. Переключение/роуминг. Протокол MAC, используемый в беспронодных локальных сетях, должен позволять мобильным станциям перемещаться из одной ячейки в другую.

10.Динамическая конфигурация. МАС-адресация и сетевое управление локальной сети должны обеспечивать динамическое и автоматическое добавление, удаление и передислокацию конечных систем, не причиняя неудобств другим пользователям.

Большинство жителей современных городов ежедневно передают либо получают какие-либо данные. Это могут быть компьютерные файлы, телевизионная картинка, радиотрансляция — все, что представляет собой некую порцию полезной информации. Технологических методов передачи данных — огромное количество. При этом во многих сегментах информационных решений модернизация соответствующих каналов происходит невероятно динамичными темпами. На смену привычным технологиям, которые, казалось бы, вполне могут удовлетворять потребности человека, приходят новые, более совершенные. Совсем недавно выход в Сеть через сотовый телефон рассматривался почти как экзотика, но сегодня подобная опция знакома большинству людей. Современные скорости передачи файлов через интернет, измеряемые сотнями мегабит в секунду, казались чем-то фантастическим первым пользователям Всемирной сети. Посредством каких типов инфраструктур могут передаваться данные? Чем может быть обусловлен выбор того или иного канала?

Основные механизмы передачи данных

Понятие передачи данных может быть связано с разными технологическими явлениями. В общем случае оно связано с индустрией компьютерных коммуникаций. Передача данных в этом аспекте — это обмен файлами (отправка, получение), папками и иными реализациями машинного кода.

Рассматриваемый термин может коррелировать также с нецифровой сферой коммуникаций. Например, трансляция ТВ-сигнала, радио, работа телефонных линий - если речь не идет о современных высокотехнологичных инструментах - может осуществляться посредством аналоговых принципов. В этом случае передача данных представляет собой трансляцию электромагнитных сигналов посредством того или иного канала.

Промежуточное положение между двумя технологическими реализациями передачи данных - цифровой и аналоговой - может занимать мобильная связь. Дело в том, что некоторые из технологий соответствующих коммуникаций относятся к первому типу — например, GSM-связь, 3G или 4G-интернет, другие характеризуются меньшей компьютеризированностью, и потому могут считаться аналоговыми — например, голосовая связь в стандартах AMPS либо NTT.

Однако современный тренд развития коммуникационных технологий таков, что каналы передачи данных, какого бы типа информация не передавалась посредством них, активно «оцифровываются». В крупных российских городах с трудом можно найти телефонные линии, функционирующие по аналоговым стандартам. Технологии, подобные AMPS, постепенно теряют актуальность и заменяются более совершенными. Цифровым становится ТВ и радио. Таким образом, мы вправе рассматривать современные технологии передачи данных главным образом в цифровом контексте. Хотя исторический аспект задействования тех или иных решений, безусловно, будет весьма полезно исследовать.

Современные системы передачи данных можно классифицировать на 3 основные группы: реализуемые в компьютерных сетях, используемые в мобильных сетях, являющиеся основой для организации трансляций ТВ и радио. Рассмотрим их специфику подробнее.

Технологии передачи данных в компьютерных сетях

Основной предмет передачи данных в компьютерных сетях, как мы отметили выше, — совокупность файлов, папок и иных продуктов реализации машинного кода (например, массивов, стеков и т. д.). Современные цифровые коммуникации могут функционировать на базе самых разных стандартов. В числе самых распространенных — TCP-IP. Основной его принцип — в присвоении компьютеру уникального IP-адреса, который может использоваться в качестве главного ориентира при передаче данных.

Обмен файлами в современных цифровых сетях может осуществляться с помощью проводных технологий либо тех, в которых не предполагается задействование кабеля. Классификация соответствующих инфраструктур первого типа может осуществляться исходя из конкретной разновидности провода. В современных компьютерных сетях чаще всего используются:

Витые пары;

Оптоволоконные провода;

Коаксиальные кабели;

USB-кабели;

Телефонные провода.

Каждый из отмеченных типов кабелей имеет как преимущества, так и недостатки. Например, витая пара - дешевый, универсальный и простой в монтаже тип провода, однако значительно уступающий оптоволокну по пропускной способности (подробнее данный параметр мы рассмотрим чуть позже). USB-кабели наименее всего приспособлены к передаче данных в рамках компьютерных сетей, однако совместимы практически с любым современным компьютером — крайне редко можно встретить ПК, не оснащенный USB-портами. Коаксиальные кабели в достаточной мере защищены от помех и позволяют обеспечивать передачу данных на очень большие расстояния.

Характеристики компьютерных сетей передачи данных

Полезно будет изучить некоторые ключевые характеристики компьютерных сетей, в которых осуществляется обмен файлами. В числе важнейших параметров соответствующей инфраструктуры — пропускная способность. Данная характеристика позволяет оценить то, какими могут быть максимальные показатели скорости и объема передаваемых данных в сети. Собственно, оба указанных параметра также относятся к ключевым. Скорость передачи данных — это фактический показатель, отражающий то, какой объем файлов может направляться с одного компьютера на другой за установленный промежуток времени. Рассматриваемый параметр чаще всего выражается в битах в секунду (на практике, как правило, в кило-, мега-, гигабитах, в мощных сетях — в терабитах).

Классификация каналов передачи компьютерных данных

Обмен данными при задействовании компьютерной инфраструктуры может осуществляться посредством трех основных типов каналов: дуплексного, симплексного, а также полудуплексного. Канал первого типа предполагает, что устройство передачи данных на ПК одновременно может быть также и приемником. Симплексные девайсы, в свою очередь, способны только принимать сигналы. Полудуплексные устройства обеспечивают задействование функции приема и передачи файлов по очереди.

Беспроводная передача данных в компьютерных сетях осуществляется чаще всего через стандарты:

- «малого радиуса» (Bluetooth, ИК-порты);

- «среднего радиуса» - Wi-Fi;

- «большого радиуса» - 3G, 4G, WiMAX.

Скорость, с которой передаются файлы, может сильно разниться в зависимости от того или иного стандарта связи, равно как устойчивость соединения и защищенность его от помех. Одним из оптимальных решений для организации домашних внутрикорпоративных компьютерных сетей считается Wi-Fi. Если необходима передача данных на дальние расстояния — задействуются 3G, 4G, WiMax, либо иные конкурентные в отношении них технологии. Сохраняют востребованность Bluetooth, в меньшей степени — ИК-порты, поскольку их задействование практически не требует от пользователя тонкой настройки девайсов, посредством которых осуществляется обмен файлами.

Наибольшую популярность стандарты «малого радиуса» имеют в индустрии мобильных устройств. Так, передача данных на андроид с другой аналогичной ОС либо совместимой часто осуществляется как раз-таки с помощью Bluetooth. Однако мобильные устройства вполне успешно могут интегрироваться также и с компьютерными сетями, например с помощью Wi-Fi.

Компьютерная сеть передачи данных функционирует посредством задействования двух ресурсов — аппаратного обеспечения и необходимого ПО. И то и другое необходимо для организации полноценного обмена файлами между ПК. Программы для передачи данных могут задействоваться самые разные. Их можно условно классифицировать по такому критерию, как область применения.

Есть пользовательское ПО, адаптированное к использованию веб-ресурсов — к таким решениям относятся браузеры. Есть программы, задействуемые как инструмент голосового общения, дополненного возможностью организации видеочатов — например, Skype.

Есть ПО, относящееся к категории системного. Соответствующие решения могут практически не задействоваться пользователем, однако их функционирование может быть необходимо для обеспечения обмена файлами. Как правило, подобное ПО работает на уровне фоновых программ в структуре операционной системы. Данные виды ПО позволяют соединить ПК с сетевой инфраструктурой. На базе подобных подключений уже могут задействоваться пользовательские инструменты — браузеры, программы для организации видеочатов и т. д. Системные решения важны также и для обеспечения стабильности сетевых подключений между компьютерами.

Есть ПО, предназначенное для диагностики соединений. Так, если осуществить надежное подключение между ПК мешает та или иная ошибка передачи данных, то ее можно вычислить с помощью подходящей программы для диагностики. Задействование различных видов ПО — один из ключевых критериев разграничения цифровых и аналоговых технологий. При использовании инфраструктуры передачи данных традиционного типа программные решения имеют, как правило, несопоставимо меньший функционал, чем при выстраивании сетей на базе цифровых концепций.

Технологии передачи данных в сотовых сетях

Изучим теперь то, каким образом данные могут передаваться в других масштабных инфраструктурах — сотовых сетях. Рассматривая данный технологический сегмент, полезно будет как раз таки уделить внимание истории развития соответствующих решений. Дело в том, что стандарты, посредством которых осуществляется передача данных в сотовых сетях, развиваются очень динамично. Некоторые из рассмотренных нами выше решений, что задействуются в компьютерных сетях, сохраняют актуальность в течение многих десятилетий. Особенно явным образом это прослеживается на примере проводных технологий — коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконные провода были внедрены в практику компьютерных коммуникаций очень давно, но ресурс их задействования далек от исчерпания. В свою очередь, в мобильной индустрии едва ли не каждый год появляются новые концепции, которые с разной степенью интенсивности могут внедряться в практику.

Итак, эволюция технологий сотовой связи начинается с внедрения в начале 80-х годов самых ранних стандартов — таких как NMT. Можно отметить, что его возможности не ограничивались обеспечением голосовой связи. Передача данных через NMT-сети также была возможна, но при очень маленькой скорости - порядка 1,2 Кбит/сек.

Следующий шаг технологической эволюции на рынке сотовой связи был связан с внедрением стандарта GSM. Скорость передачи данных при его задействовании предполагалась гораздо более высокая, чем в случае использования NMT — порядка 9,6 Кбит/сек. Впоследствии стандарт GSM был дополнен технологией HSCSD, задействование которой позволило абонентам сотовой связи передавать данные со скоростью 57,6 Кбит/сек.

Позже появился стандарт GPRS, посредством которого стало возможно отделять типично «компьютерный» трафик, передаваемый в каналах сотовой связи, от голосового. Скорость передачи данных при задействовании GPRS могла достигать порядка 171,2 Кбит/сек. Следующим технологическим решением, внедренным мобильными операторами, стал стандарт EDGE. Он позволил обеспечивать передачу данных со скоростью 326 Кбит/сек.

Развитие интернета потребовало от разработчиков технологий сотовой связи внедрения решений, которые могли бы стать конкурентными проводным стандартам — прежде всего по скорости передачи данных, а также по устойчивости соединения. Значимым шагом вперед стало выведение на рынок стандарта UMTS. Данная технология позволила обеспечить обмен данными между абонентами сотового оператора на скорости до 2 Мбит/сек.

Позже появился стандарт HSDPA, при котором передача и прием файлов могли осуществляться на скорости до 14,4 Мбит/сек. Многие эксперты цифровой индустрии считают, что именно с момента внедрения технологии HSDPA сотовые операторы начали составлять прямую конкуренцию интернет-провайдерам, задействующим кабельные соединения.

В конце 2000 годов появился стандарт LTE и его конкурентные аналоги, посредством которых абоненты сотовых операторов получили возможность обмениваться файлами со скоростью в несколько сотен мегабит. Можно отметить, что подобные ресурсы даже для пользователей современных проводных каналов не всегда доступны. Большинство российских провайдеров передают своим абонентам в распоряжение канал передачи данных со скоростью, не превышающей 100 Мбит/сек, на практике — чаще всего в несколько раз меньшей.

Поколения сотовых технологий

Стандарт NMT, как правило, относится к поколению 1G. Технологии GPRS и EDGE часто классифицируются как 2G, HSDPA — как 3G, LTE — как 4G. Следует отметить, что у каждого из отмеченных решений есть конкурентные аналоги. Например, к таковым в отношении LTE некоторые специалисты относят WiMAX. Другие конкурентные в отношении LTE решения на рынке 4G-технологий — 1xEV-DO, IEEE 802.20. Есть точка зрения, по которой стандарт LTE все же не вполне корректно классифицировать как 4G, поскольку по максимальной скорости он немного не дотягивает до показателя, определенного в отношении концептуального 4G, который составляет 1 Гбит/сек. Таким образом, не исключено, что в скором времени на мировом рынке сотовой связи появится новый стандарт, возможно, еще более совершенный, чем 4G и способный обеспечивать передачу данных со столь впечатляющей скоростью. Пока же в числе тех решений, что внедряются наиболее динамично, — LTE. Ведущие российские операторы активно модернизируют соответствующую инфраструктуру по всей стране — обеспечение качественной передачи данных по стандарту 4G становится одним из ключевых конкурентных преимуществ на рынке сотовой связи.

Технологии трансляций телевидения

Цифровые концепции передачи данных могут быть задействованы также и в медиаиндустрии. Долгое время информационные технологии в организацию трансляций телевидения и радио внедрялись не слишком активно — главным образом, в силу ограниченной рентабельности соответствующих усовершенствований. Часто задействовались решения, сочетавшие в себе цифровые и аналоговые технологии. Так, в полной мере «компьютеризированной» могла быть инфраструктура телецентра. Однако для абонентов телевизионных сетей транслировались аналоговые передачи.

По мере распространения интернета и удешевления каналов компьютерной передачи данных игроки телевизионной и радиоиндустрии стали активно «оцифровывать» свою инфраструктуру, интегрировать ее с IT-решениями. В разных странах мира были утверждены стандарты телевизионного вещания в цифровом формате. Из них наиболее распространенными считаются DVB, адаптированный для европейского рынка, ATSC, используемый в США, ISDB, задействуемый в Японии.

Цифровые решения в радиоиндустрии

Информационные технологии также активно задействуются в радиоиндустрии. Можно отметить, что подобные решения характеризуются определенными преимуществами в сравнении с аналоговыми стандартами. Так, в цифровых радиотрансляциях может быть достигнуто существенно более высокое качество звука, чем при задействовании FM-каналов. Цифровая сеть передачи данных теоретически дает радиостанциям возможность отправки на радиоприемники абонентов не только голосового трафика, но также и любого другого медиаконтента — картинок, видео, текстов. Соответствующие решения могут быть внедрены в инфраструктуру организации цифровых телевизионных трансляций.

Спутниковые каналы передачи данных

В отдельную категорию следует выделить спутниковые каналы, посредством которых может осуществляться передача данных. Формально мы вправе отнести их к беспроводным, однако масштабы их задействования таковы, что объединять соответствующие решения в один класс с Wi-Fi и Bluetooth будет не вполне корректно. Спутниковые каналы передачи данных могут быть задействованы - на практике это так и происходит - при выстраивании практически любого типа инфраструктуры связи из тех, что перечислены нами выше.

Посредством «тарелок» можно организовывать объединение ПК в сети, подключать их к интернету, обеспечивать функционирование телевизионных и радиотрансляций, повышать уровень технологичности мобильных сервисов. Основное преимущество спутниковых каналов — всеохватность. Передача данных может быть осуществлена при их задействовании практически в любое место планеты — равно как и прием — с любой точки земного шара. Есть у спутниковых решений также некоторые технологические недостатки. Например, при передаче компьютерных файлов с помощью «тарелки» может возникать заметная задержка отклика, или «пинга» — временного промежутка между моментом отправки файла с одного ПК и получения его на другом.