Fixed WiMAX

WiMAX

WiFi

Стандарт IEEE 802.11 рассматривает два нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (0SI): физический и канальный. Причем последний подразделяется на два подуровня. Верхний - Logical Link Control (LLC) — описан в стандарте IEEE 802.2. Стандарт IEEE 802.11 рассматривает нижний подуровень — Medium Access Control (MAC), т. е. управление доступом к каналу (среде передачи). Поскольку стандарт IEEE 802.11 разрабатывался как «беспроводной Ethernet», он предусматривает пакетную передачу с 48-битовыми адресами пакетов, как и любая сеть Ethernet.

Когда речь заходит о радиотракте, ключевой вопрос - частотный диапазон. Как любой американский продукт, IEEE802.il привязан к действующим в США правилам. Изначально он был ориентирован на диапазон 2,400-2,4835 ГГц с шириной полосы 83,5 МГц. Определяемая стандартом спектральная маска для одного канала приведена на рис. 6.1 (мощность отсчитывается относительно пиков функции sin(x)/x). Ширина канала по уровню -30 дБ составляет 22 МГц, следовательно, в полосе 83,5 МГц возможно три неперекрывающихся канала.

Стандарт предусматривает два основных способа организации локальной сети: по принципу «равный с равным» (ad-hoc-сеть) и в виде структурированной сети. В первом случае связь устанавливается непосредственно между двумя станциями, и никакого администрирования не предусмотрено. В случае структурированных сетей в их составе появляется дополнительное устройство - точка доступа (АР - Access Point), как правило, стационарная и действующая на фиксированном канале. Связь между устройствами происходит только через АР. Через них же возможен выход во внешние проводные сети.

В сети IEEE 802.11 может быть несколько АР, объединенных проводной сетью Ethernet. Фактически такая сеть представляет собой набор базовых станций с перекрывающимися зонами охвата. Стандарт IEEE 802.11 допускает перемещения устройств из зоны одной АР в зону другой (роуминг), тем самым обеспечивая мобильность. Поскольку для мобильных станций важен вопрос ресурса элементов питания, в стандарте заложен специальный протокол управления энергопотреблением - непосредственно при обмене передающее устройство может перевести приемник в режим ожидания.

Как правило, функции управления распределены между всеми устройствами сети IEEE 802.11 — так называемый режим распределенного управления DCF (Distributed coordination function). Однако для структурированных сетей возможен режим централизованного управления PCF (Point coordination function), когда управление передано одной определенной точке доступа. Необходимость в режиме PCF возникает при передаче чувствительной к задержкам информации (например, потоков видеоинформации). Ведь до настоящего времени сети семейства IEEE 802 действуют по принципу конкурентного доступа к каналу. Чтобы их при необходимости задавать, и введен режим PCF. Однако работа в данном режиме может происходить только в определенные периодически повторяющиеся интервалы.

Отличия стандарта IEEE 802.11 от других спецификации семейства IEEE 802 начинаются на МАС-уровне. Как известно, основной принцип Ethernet — это множественный доступ к каналу связи с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD Carrier Sense Multiple Acsses with Collision Detection). Станция может начать передачу, только если канал свободен. Если станции обнаруживает, что на одним канале пытаются работать несколько станций, все они прекращают передачу и пытаются возобновить ее через случайный промежуток времени. Таким образом, даже при передаче устройство должно контролировать канал, т.е. работать на прием.

То, что относительно просто при проводной связи, проблематично в беспроводных коммуникациях — затухание сигнала в зфире намного сильнее, чем в проводе. Поэтому возникают две основные проблемы. Во-первых, весьма сложна, если вообще разрешима, задача контроля несущей передающим устройством (когда оно вещает, то собственный сигнал заведомо намного мощнее, чем сигнал удаленного устройства). Во-вторых, возможна ситуация, когда два устройства (А и В) удалены и не слышат друг друга, однако оба попадают в зону охвата третьего устройстве С - так называемая проблема скрытых станций. Если оба устройства А и В начнут передачу, то они принципиально не смогут обнаружить конфликтную ситуацию и определить, почему пакеты не проходят. Для устранения подобных проблем в спецификации IEEE 802.11 принят механизм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Acsses with Collision Avoidance) — множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий. Перед началом передачи устройство слушает эфир и дожидаемся, когда канал освободится. Канал считается свободным при условии, что не обнаружено активности в течение определенного промежутка времени - межкадрового интервала (IFS) определенного типа. Если в течение это­го промежутка канал оставался свободным, устройство ожидает еще в течение случайного времени отсрочки и, если канал еще не занят, передает пакет. Если пакет предназначен конкретному устройству (не широковещательная или многоадресная передача}, то приемник, успешно приняв пакет, посылает передатчику кадр подтверждения получения АСК (АСКnowledge). Если передатчик не принял ACK, он считает посланный пакет утерянным и повторяет процедуру его передачи.

Существует несколько разновидностей WLAN-сетей, которые различаются схемой организации сигнала, скоростями передачи данных, радиусом охвата сети, а также характеристиками радиопередатчиков и приемных устройств. Наибольшее распространение получили беспроводные сети стандарта IEEE 802.11b, IEEE 802.11g и IEEE 802.11a.

Первыми в 1999 г. были утверждены спецификации 802.11a и 802.11b, однако наибольшее распространение получили устройства, выполненные по стандарту 802.11b.

В стандарте 802.11b применяется метод широкополосной модуляции с прямым расширением спектра - DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Весь рабочий диапазон делится на 14 каналов, разнесенных на 25 МГц для исключения взаимных помех. Данные передаются по одному из этих каналов без переключения на другие. Возможно одновременное использование всего 3 каналов. Скорость передачи данных может автоматически меняться в зависимости от уровня помех и расстояния между передатчиком и приемником.

Стандарт IEEE 802.11b обеспечивает максимальную теоретическую скорость передачи 11 Мбит/с, что сравнимо с обычной кабельной сетью 10 BaseT Ethernet. Однако, такая скорость возможна лишь при условии, что в данный момент только одно WLAN-устройство осуществляет передачу. При увеличении числа пользователей полоса пропускания делится на всех и скорость работы падает.

Несмотря на ратификацию стандарта 802.11a в 1999 году, он реально начал применяться только с 2001 года. Данный стандарт используется, в основном, в США и Японии. В России и в Европе он не получил широкого распространения.

В стандарте 802.11a используется OFDM схема модуляции сигнала - мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Основной поток данных разделяется на ряд параллельных подпотоков с относительно низкой скоростью передачи, и далее для их модуляции используется соответствующее число несущих. В стандарте определены три обязательные скорости передачи данных (6, 12 и 24 Мбит/с) и пять дополнительных (9, 18, 24, 48 и 54 Мбит/с). Также имеется возможность одновременного использования двух каналов, что обеспечивает увеличение скорости вдвое.

Стандарт 802.11g окончательно был ратифицирован в июне 2003г. Он является дальнейшей разработкой спецификации IEEE 802.11b и осуществляет передачу данных в том же частотном диапазоне. Основным преимуществом этого стандарта является увеличенная пропускная способность - скорость передачи данных составляет до 54 Мбит/с по сравнению с 11 Мбит/с у 802.11b. Как и IEEE 802.11b, новая спецификация предусматривает использование диапазона 2,4 ГГц, но для увеличения скорости применена таже схема модуляции сигнала - что и в 802.11a - ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM).

Особенностью данного стандарта является совместимость с 802.11b. Например, адаптеры 802.11b могут работать в сетях 802.11g (но при этом не быстрее 11 Мбит/с), а адаптеры 802.11g могут снижать скорость передачи данных до 11 Мбит/с для работы в старых сетях 802.11b.

WiMAX - сокращение от worldwide interoperability for microwave access - это технология предоставления беспроводного широкополосного доступа в интернет. WiMAX основывается на стандарте IEEE 802.16. Технологию WiMAX развивает международный WiMAX Forum, основанный в 2001 году. На сегодняшний день эта некоммерческая организация объединяет сотни компаний — производителей оборудования и поставщиков услуг мобильной связи и доступа в интернет.

Стандартом 802.16 определены несколько режимов работы сетей WiMAX:

- Fixed WiMAX — фиксированный доступ;

- Nomadic WiMAX — сеансовый доступ;

- Portable WiMAX — доступ в режиме перемещения;

- Mobile WiMAX — мобильный доступ.

Предполагается использование фиксированного режима WiMAX как альтернативы проводным сетям. Используется диапазон частот от 3 до 66 ГГЦ, при этом требуется наличие прямой видимости между базовой станцией и станцией пользователя из-за сильного затухания волн. Однако ширина диапазона позволяет достигать скоростей до 120 Мбит/с. Сети с фиксированным режимом работы уже распространены в некоторых странах, однако многие телекоммуникационные компании делают ставку на портативный и мобильный режимы работы.

Дата добавления: 2014-01-04