Беспроводная связь в вопросах и ответах

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.