Беспроводная связь третьего поколения

В последние годы наблюдается резкий рост числа пользователей радиосетей как у нас в стране, так и за рубежом. В ряди случаев такие сети целесообразны создавать не только для обеспечения связи между подвижными объектами, где таким сетям нет альтернативы, но и для организации связи между стационарными объектами. Во многих случаях окупаемость беспроводных сетей составляет 1−2 года. В то же время срок окупаемости проводных сетей значительно выше. Проводные сети экономически не целесообразны на местности с малой плотностью населения, например в случае когда требуется обеспечить телефонную связь с удаленными от центра объектами. В настоящее время доминирующее положение на рынке подвижной радиосвязи занимают:

¦ Профессиональные системы подвижной связи;

¦ Системы персонально вызова;

¦ Системы беспроводных телефонов;

¦ Системы сотовой связи общего пользования.

В принятой за рубежом классификации эти системы относятся к так называемым профессиональным системам подвижной радиосвязи. Такие системы имеют радиальную или радиально-зоновую структуру.

Быстрое развитие и усложнение производственной среды, социальных взаимоотношений требует качественно нового уровня связей между субъектами. Развитие современных предприятий и организаций требует развития их информационной структуры.

Высокопроизводительные сети в последнее время получили значительное распространение. Данный факт обуславливается необходимостью быстрого доступа к информационным ресурсам как внутри организации, так и к глобальным ресурсам, скоростной и качественной связи с партнерами. Современное предприятие обязано быстро реагировать на изменение положения на рынке, что невозможно без качественных коммуникационных систем. В связи с чем, сегодня в экономическом мире, качество корпоративной (комплексной) информационной системы является определяющим фактором в развитии предприятия.

Переход многих предприятий на более производительные сетевые технологии обуславливается также увеличением требовательности современных корпоративных приложений к аппаратным ресурсам, в том числе пропускной способности сети. В частности, использование мультимедийных приложений (использование голосовой связи, видеоконференций) в сети требует большей пропускной способности, чем могли обеспечить такие низкоскоростные технологии как Ethernet. Но применение высокопроизводительных технологий связано с определенными расходами и проблемами совместимости аппаратуры. Поэтому построение современной качественной сети требует тщательного анализа и разработки проекта.

В данный момент на предприятии имеется уже существующая ЛВС на базе технологии Ethernet со скоростью передачи 10 mbit. С помощь внедрения новых технологий мы можем повысить скорость передачи данных упрощение документооборота, а также создание АРМ что приведет к увеличению эффективности и работоспособности данного предприятия.

Современные информационные технологии имеют тенденцию развития в сторону интеграции глобальных и локальных компьютерных сетей.

Для повышения эффективности управления предприятием будут внедрены новые пакеты корпоративных приложений, которые предъявляют новые требования к аппаратной части сети.

При построении сети соблюдались требования к обеспечению безопасности жизнедеятельности, которые описаны в главе 6.

1. Корпоративные беспроводные сети

Корпоративные беспроводные сети ориентированы на обеспечение связи при помощи беспроводных технологий для решения своих производственных задач. Такие сети строят корпорации, фирмы. Беспроводные корпоративные сети, как правило, относятся к беспроводным сетям масштаба города, поскольку связывают центральный офис предприятия с его филиалами.

Корпоративные сети позволяют:

¦ работать мобильным пользователям с офисными документами при нахождении вне офиса;

¦ организовать документооборот между удаленными, в том числе и мобильными, рабочими местами;

¦ получать информацию о движении товаров и финансов из филиалов, представительств, и торговых точек, в том числе подвижных;

¦ работать с информацией единой корпоративной базы данных, защищенной от постороннего доступа;

¦ решать задачи логистики и управления товарными запасами из головного офиса не только между разнесенными складами, но и подвижными торговыми точками при торговле «с колес».

К таким сетям относятся виртуальные частные сети VPN (Virtual Private Network) стандарта IEEE 802.14, предназначенные для связи филиалов или связи с центральным офисом. Эти закрытые локальные сети могут также строиться на основе использования сети интернет или других информационных сетей.

При использовании для построения сети VPN глобальных сетей с коммутацией пакетов (типа сети интернет) организуются туннели — виртуальные каналы, соединяющие пары точек подключения локальной или корпоративной сети к глобальной сети. Вход и выход из туннеля находятся в местах подключения абонентов к общей сети. Через одно подключение возможно организовать несколько туннелей. По созданному туннелю передаются зашифрованные данные. Наиболее распространено туннелирование второго уровня, при котором осуществляется инкапсуляция в туннельный протокол кадров второго уровня (РРР), которые несут в себе данные протоколов третьего уровня (IP, IPX). Поддержку туннелирования осуществляют маршрутизаторы и коммуникаторы.

В беспроводных сетях классическим примером таких маршрутизаторов являются маршрутизаторы D-Link AirPlus, выпускаемые фирмой D-Link. Так, маршрутизатор DI-824VUP+ относится к разряду VPNмаршрутизаторов. Они не только поддерживают создание VPN-туннелей, но и могут выступать в роли VPN-сервера. При помощи этого маршрутизатора можно устанавливать VPN-соединение с узлом локальной сети, а также с другими маршрутизаторами для создания VPN-туннелей между удаленными офисами. Маршрутизатор DI-824VUP+ позволяет создавать до 40 VPN-туннелей стандарта IPSec (IP Security) с шифрованием по алгоритмам DES, 3DES, AES (см. разд. 2.13.1) и управлением ключами согласно спецификации IKE/ISAKMP (IKE — Internet Key Exchange). При использовании собственного программного обеспечения клиента VPN-туннели могут создаваться без определения правил протокола обмена ключами IKE.

IPSec — комплект протоколов для передачи информации в виртуальных частных сетях. Обеспечивает аутентификацию, проверку целостности и шифрование IP-пакетов.

В связи с улучшением экономической ситуации фирмы в России хотят получить комплексное решение своих телекоммуникационных проблем. Для связи с другими фирмами им нужны телекоммуникационные каналы с высокой пропускной способностью (в среднем 256 Кбит/с). Для решения своих производственных задач им нужны корпоративные сети с пропускной способностью каналов примерно 2 Мбит/с. Корпоративная сеть должна объединять несколько офисов, складов или других подразделений фирмы, территориально разнесенных на значительные расстояния. Склады и другие вспомогательные подразделения фирмы могут находиться в области при расположении центрального офиса в городе.

В проводных корпоративных сетях наиболее распространены сети стандарта Х25. Этот стандарт был разработан в 1974 г. и назывался «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования». Сеть Х25 обеспечивает гарантированную доставку, целостность данных и контроль потока данных. Эти сети хорошо работают на ненадежных линиях благодаря применению протоколов с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях.

Перспективными для реализации беспроводного фиксированного радиодоступа являются технологии WLL (Wireless Local Loop—беспроводная абонентская линия) и FWBA (Fixed Broadband Wireless Access — фиксированный широкополосный беспроводный доступ), а также система спутниковой связи VSAT. К отечественным системам WLL относится система абонентского радиодоступа «Челнок-2400», разработанная ЗАО «ТЕЛСЕТ». Радиус зоны обслуживания этой системы составляет 60 км. Система позволяет создавать ведомственные сети, а также подходит для телефонизации небольших населенных пунктов. Системы, основанные на технологии FWBA, являются мультисервисными телекоммуникационными системами, например система WipLL. При помощи технологии VSAT (Very Small Apertute Terminal — терминал спутниковой сети связи) обеспечивается информационное взаимодействие широкого круга участников, в том числе физических лиц и малых компаний.

1.1 Схемы беспроводных корпоративных сетей

На рисунке 1.1 и 1.2 показаны две схемы организации корпоративных сетей.

Рисунок 1.1 — Схема беспроводной связи центрального офиса с филиалами Рисунок 1.2 — Cхема беспроводного канала типа «точка—точка»

На рисунке 1.1 представлена схема связи центрального офиса и двух филиалов. На рисунке 1.2 показана схема организации канала типа «точка-точка» для беспроводной связи двух филиалов.

На этих схемах в качестве точек доступа используются маршрутизаторы Revolution.

Маршрутизаторы серии 2000 предназначены для использования в качестве абонентского устройства, а также для организации точек ретрансляции. Радиомаршрутизатор RWR 2002 выполняется в виде настольного устройства. К нему подключается локальная вычислительная сеть (ЛВС) клиента. Модель RWR 2004 имеет всепогодное исполнение и его можно монтировать рядом с антенной. Маршрутизаторы серии 3000 предназначены для организации высокоскоростных магистралей и точек доступа, а также в качестве абонентских устройств для клиентов — крупных организаций. Серия 3000 отличается от серии 2000 использованием более мощной аппаратной платформы (более высокая тактовая частота процессора и вдвое большая оперативная память). При их помощи осуществляется подключение к локальным проводным сетям Ethernet офиса и филиалов. Новой разработкой компании CompTek является более мощный маршрутизатор серии 5000. Маршрутизаторы Revolution, выпускаемые компанией CompTek, используются в качестве:

¦ абонентского устройства, соединяющего локальную сеть (LAN) с глобальной сетью (WAN);

¦ точки доступа к сети для соединения абонентских устройств в сеть;

¦ ретранслятора беспроводного канала для увеличения расстояния между абонентскими устройствами и точкой доступа;

¦ магистралеобразующего устройства.

Доход компании от продажи этих устройств в 2002 г. составил 1 млн долл.

Кроме рассмотренных устройств, также используются следующие.

Wi-Lan ULTIMA3

Устройство предназначено для организации каналов связи передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и построения распределенных беспроводных сетей.

Avaya WireLess

Полная линейка оборудования для построения корпоративных беспроводных сетей масштаба офиса, предприятия, а также для объединения удаленных филиалов в единую сеть. Основываются на стандарте IEEE 802.1 lb, что позволяет им интегрироваться в существующую инфраструктуру. Точка доступа Avaya Wireless Access Point 1 (AP-1) предназначена для расширения рамок проводной сети. Имеет механизм защиты радиосреды — алгоритм RC4 со 128-битным ключом. Точка доступа АР-3 позволяет в несколько раз увеличить производительность беспроводной сети. К клиентскому оборудованию Avaya Wireless относятся радиокарты PC Card USB Client. Радиокарта Avaya Wireless PC Card является основой серии и представляет собой радиомодуль формата PCMCIA, который может применяться вместе со всеми модулями доступа Avaya Wireless в любых сочетаниях. Устройство USB Client предназначено для подключения компьютера, оборудованного портом USB, к беспроводной сети стандарта IEEE 802.11b.

Cisco Systems

Точка доступа Cisco Aironet 1100 предназначена для построения защищенных беспроводных сетей предприятия стандарта IEEE 802.11b. Беспроводный мост Cisco Aironet AIRBR350 позволяет объединить территориально удаленные сегменты сетей между собой и используется в топологиях «точка — точка» и «звезда».

Alvarion

Точка доступа АР-10 PRO.11 обеспечивает доступ к кабельной сети Ethernet 802.3 для беспроводных клиентов.

Компанией Ericsson выпускается серия концентраторов MINI-LINK:

¦ концентратор MINI-LINK позволяет осуществлять соединение типа «точка—точка». При этом используются микроволновые решения на базе PDH (европейский стандарт для волоконнооптических сетей);

¦ MINI-LINK BAS позволяет организовать связь между одной и несколькими точками («точка — много точек»). При этом может использоваться технология ATM с высокоскоростной аппаратурой SDH;

¦ MINI-LINK Manager используется для управления сетью.

1.2 Корпоративные сети малого и среднего бизнеса на основе оборудования фирмы LinkSys

Корпоративные сети малого и среднего бизнеса могут строиться с помощью оборудования LinkSys Instant Wireless фирмы LinkSys по одной из приводимых ниже схем с соответствующим набором оборудования для них. Ниже рассмотрены варианты «Удаленный офис-1, 2, 3» .

Комплект «Удаленный офис-1». Традиционное применение этого комплекта — подключение удаленного филиала (или нескольких филиалов) к центральному офису (рисунок 1.3).

Основной офис Филиал Рисунок 1.3 Схема беспроводного соединения при помощи комплекта «Удаленный офис-1»

В данном случае необходимо применять внешние направленные и секторные антенны, устанавливаемые на крышах зданий для обеспечения прямой оптической видимости между ними.

Комплект состоит из сетевой платы, устанавливаемой в шлюз сети центрального офиса, и точки доступа, связанной с кабельной сетью филиала.

Комплект «Удаленный офис-2». Второй вариант подключения удаленного филиала (или нескольких филиалов) к центральному офису показан на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 Схема беспроводного соединения при помощи комплекта «Удаленный офис-2»

В отличие от предыдущего варианта используются две карты беспроводного доступа. Данный комплект стоит дешевле, но требует наличия шлюзов в обеих точках соединения. Как и в предыдущем варианте, в данном случае необходимо применять внешние направленные и секторные антенны, устанавливаемые на крышах зданий для обеспечения прямой оптической видимости между ними.

Комплект «Удаленный офис-3». Третий вариант подключения удаленного филиала к центральному офису показан на рисунке 1.5.

В отличие от предыдущих вариантов используются две точки доступа. Одна точка доступа устанавливается в сети центрального офиса, вторая — в сети филиала. Данный комплект стоит дороже предыдущих, но он не требует постоянно включенных компьютеров в местах работы радиооборудования. Как и в предыдущих вариантах, в данном случае необходимо применять внешние направленные и/или секторные антенны, устанавливаемые на крышах зданий для обеспечения прямой оптической видимости между ними.

Рисунок 1.5. Схема беспроводного соединения при помощи комплекта «Удаленный офис-3»

1.3 Корпоративные сети и КПК

Подключение КПК к корпоративной сети может осуществляться различными способами. При выборе конкретного способа подключения оцениваются как экономические затраты, так и получаемые результаты. При этом учитываются особенности работы КПК в корпоративной сети:

¦ КПК используется как мощное средство хранения и обработки информации. Для обмена информацией с другими компьютерами его следует подключить к сети;

¦ при подключении КПК к корпоративной сети пользователь получает возможность работать с информацией, хранимой и обрабатываемой в корпоративной сети;

¦ пользователи КПК имеют возможность использовать эту информацию независимо от времени и места расположения.

¦ Особенностями работы КПК в корпоративной сети являются:

¦ хранимая и обрабатываемая корпоративной сетью информация является коллективной собственностью сотрудников фирмы. Фирма прилагает дополнительные усилия по защите своей информации. В качестве мер защиты могут использоваться проксисерверы и др. Программное обеспечение многих КПК рассчитано на работу в сети интернет и не рассчитано на обеспечение безопасности в корпоративной сети. Последние модели КПК (например, Dell X50v) поддерживают стандарт безопасности WPA, который считается надежным в отличие от стандарта WEP;

¦ ограниченные скорости передачи информации по сетям сотовой связи класса 2,5G;

¦ сложность синхронизации данных при использовании КПК на базе различных операционных систем.

Если пользователь КПК находится в офисе, то ему не приходится беспокоиться о безопасности информации. С целью повышения скорости обмена данными ему в этом случае целесообразно отказаться от услуг оператора сотовой связи, а выходить в корпоративную сеть непосредственно.

При нахождении пользователя КПК вне офиса ему следует позаботиться об обеспечении безопасности информации и с целью сокращения затрат на мобильную связь ограничить объем передаваемой и принимаемой информации.

Основными способами подключения КПК к корпоративной сети являются:

¦ подключение при помощи радиосвязи с использованием технологий Wi-Fi или Bluetooth. Технология Home RF в настоящее время не используется. Недостатком такого вида соединения является более высокая стоимость по сравнению с проводной сетью;

¦ использование для связи с КПК стационарного компьютера корпоративной сети с установленным на нем программным обеспечением. Подключение КПК к стационарному компьютеру осуществляется либо при помощи специального кабеля, либо при помощи ИК-порта. Скорость обмена информацией при этом не может быть больше 115 200 бит/с. В этом соединении КПК доступны файлы не всей сети, а лишь установленные на стационарном компьютере, к которому произведено подключение. Для того чтобы можно было использовать всю сеть, необходимо на ПК, к которому произведено подключение КПК, организовать сервер удаленного доступа через прямое кабельное соединение, установив дополнительное программное обеспечение, например DS Link;

¦ полноценный доступ к корпоративной сети может быть организован при помощи модема. Программное обеспечение для организации такого вида связи имеют практически все КПК. Используется семейство протоколов интернета. Подключение происходит по технологии удаленного доступа через последовательный com-порт.

В качестве модема могут быть:

¦ внешний модем, подключаемый через последовательный порт;

¦ специальный модем, подключаемый через ИК-порт;

¦ адаптер PC Card modem adapter;

¦ сотовый GSM-телефон с поддержкой технологии GPRS.

В зависимости от возможностей GPRS-терминала и компьютера используются следующие варианты соединения:

1. Соединение с помощью специального кабеля, подключаемого в 9-контактный разъем RS-232 последовательного порта.

2. Соединение с помощью кабеля, подключаемого в USB-разъем компьютера. При таком способе соединения предварительно требуется установить устройство, которое будет создавать в операционной системе последовательный (СОМ) порт. Это делается с помощью программных средств и инструкций, предоставленных производителем соединительного кабеля. В некоторых случаях одновременно может производиться и установка модема.

3. Соединение с помощью кабеля, подключаемого в 9-контактный разъем специального кабеля-переходника «RS-232-USB». Он необходим, если в компьютере отсутствует разъем RS-232.

4. Через встроенное в компьютер устройство ИК-связи. Обычно указанное устройство уже установлено (или может быть установлено автоматически) в операционной системе. Необходимо лишь убедиться, что оно не отключено ни в BIOS, ни в самой операционной системе.

5. Через внешнее устройство ИК-связи. Соединение производится с помощью дополнительного оборудования, подключаемого к компьютеру в разъем USB или RS-232. В этом случае требуется предварительно установить устройство, которое будет создавать в операционной системе виртуальный последовательный ИК-порт. Реализуется при помощи программных средств и инструкций, предоставленных производителем внешнего устройства ИК-связи.

6. Через устройство Bluetooth. Устройство подключается в гнездо PCMCIA или в USB-разъем компьютера. В этом случае в операционной системе требуется предварительно установить устройство, которое будет создавать логический последовательный порт. Это можно сделать с помощью программных средств и инструкций, предоставленных производителем изделия Bluetooth-связи.

7. Непосредственное подключение терминала в гнездо PCMCIA.

На основе опроса 400 американских предприятий, выполненного NOP World Technology, в 2005 г. свыше 40% предприятий в своих бизнес-процессах будут использовать КПК. По мнению аналитиков Gartner, с 2005 г. будет возрастать роль смартфонов. Эти устройства позволяют принимать цифровые данные и голос. Однако их широкому применению мешает излишняя по сравнению с КПК громоздкость, низкая продолжительность работы от батарей, сложность обеспечения безопасности. При этом будет возрастать роль электронной почты, как ключевого средства организации бизнеса. Исследования последних лет показали, что беспроводная электронная почта является одним из основных сервисов, оказываемых при работе КПК в корпоративной сети. Он позволяет оперативно реагировать на деловые почтовые сообщения. КПК BlackBerry фирмы Research InMoution имеют встроенные средства поддержки беспроводной почты. Это вызвало повышенный спрос на эти изделия.

1.4 Мобильный выход в глобальную сеть интернет через проводную сеть

Наиболее распространенные схемы подключения мобильных пользователей локальных и небольших корпоративных сетей к глобальной сети интернет с использованием технологии Ethernet представлены на рисунке 1.6 — 1.8.

На рисунке 1.6 показано подключение мобильных пользователей (ноутбуки и КПК) к локальной сети Ethernet при помощи точек доступа. Сеть Ethernet может иметь файловый сервер и сервер печати. Интернет-сервер с функциями прокси-сервера и брандмауэра соединен с маршрутизатором. При помощи маршрутизатора осуществляется соединение с провайдером сети интернет.

На рисунке 1.7 показано интернет-соединение пользователей локальной или корпоративной сети при использовании компьютера, который подключен к сети интернет. Подключение может осуществляться при помощи модема, выделенной линии, адаптера или маршрутизатора. Этот компьютер должен находиться во включенном состоянии во время возможной работы любого

Рисунок 1.6 — Выход в интернет при помощи интернет-сервера пользователя сети.

Если на компьютере установлена операционная система Windows ХР, то должно быть запущено приложение NAT (Network Address Translation — трансляция сетевых адресов). При этом используется методика ICS (Internet Connection Sharing — общий доступ к интернет-соединениям), позволяющая при помощи одного компьютера выходить в сеть интернет нескольким компьютерам.

Рисунок 1.7 — Выход в интернет при помощи модема, адаптера или маршрутизатора На рисунке 1.8 показано подключение к провайдеру сети интернет при помощи маршрутизатора. В этом случае отпадает необходимость в использовании постоянно включенного компьютера.

Рисунок 1.8 — Выход в интернет при помощи маршрутизатора На рисунке 1.9 показано подключение отдельного компьютера к провайдеру сети интернет при помощи модема, кабельной линии, адаптера или маршрутизатора.

Рисунок 1.9 Выход в интернет при помощи модема, адаптера или маршрутизатора

1.5 Характеристика основных типов локальных сетей

Таблица 1.1 — Характеристики основных типов локальных сетей

Характеристики основных типов локальных сетей приведены в табл. 1.1.

В табл. 1.1 для сравнения с беспроводными сетями приведены характеристики проводной сети стандарта Fast Ethernet 100 Мбит/с. Для этой сети характерным является возможность работы в полудуплексном режиме (передача данных ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени), необходимость использования концентраторов или коммутаторов для совместной работы более двух компьютеров, максимальное удаление взаимодействующих компьютеров 100 м. Сеть также характеризуется невысокой стоимостью применяемого оборудования.

Беспроводные сети характеризуются малым сроком установки, быстротой развертывания и свертывания сети, отсутствием медных проводов для прокладки сети, отсутствием необходимости в монтажных работах по прокладке кабеля (нарушение стен, сверление отверстий и др.).

Сети стандарта IEEE 802.1 lb являются в настоящее время наиболее распространенными среди беспроводных локальных сетей. Стоимость их оборудования приближается к стоимости проводных сетей. Недостатком является невысокая скорость передачи данных, которая не превышает 11 Мбит/с. Однако расширение этого стандарта 802.11Ь+ уже позволяет передавать данные со скоростью 22 МБит/с. Стандарт поддерживает архитектуру как одноранговых сетей, так и сетей с фиксированной структурой, у которых весь трафик проходит через точку доступа (режим Infrastructure Mode).

Оборудование сетей нового стандарта 802.11g совместимо с оборудованием сетей стандартов 802.11b/b+. Любое устройство, поддерживающее стандарт 802.11g, будет работать и в сетях стандартов 802.11b/b+, а устройства стандартов 802.11b/b+ будут работать в сетях стандарта 802.11g. Стандарт предусматривает максимальную скорость передачи данных 54 Мбит/с, а расширения этого стандарта 802.11g+, 108 МБит/с, Turbo Mode, Super G, Nitro ХМ могут обеспечить максимальные скорости от 108 до 140 МБит/с.

Сети стандарта 802.11а по скорости обмена данными сопоставимы с проводными сетями. Их максимальная скорость составляет 54 Мбит/с. Использование нового оборудования, как сетевая карта Proxim Harmony 802.11a CardBus Card, позволяет повысить скорость обмена данными в два раза и сравняться со скоростями обмена данными в проводных сетях. Ниже приведено время в минутах на передачу файла объемом 700 Мбайт по сетям различных стандартов.

Время на передачу файла по различным сетям, кроме Bluetooth, оказалось вполне приемлемым. Сети Bluetooth из-за малого быстродействия нецелесообразно применять в качестве транспортной среды для передачи данных. Их целесообразно использовать для синхронизации контактов между различными PDA и ПК, КПК, ноутбуками.

1.6 Территориально распределенные сети

Сети этого типа предназначены для развертывания территориально распределенных сетей масштаба города или района, сетей провайдеров, больших корпоративных сетей. Такие сети строят операторы связи либо фирмы в случае корпоративных сетей. Оператор предоставляет абонентам обмен данными и голосовую связь либо связь с головной фирмой и ее филиалами. Работа мобильных клиентов в глобальной сети интернет при использовании распределенных сетей возможна при наличии у них КПК, смартфона или ноутбука, оснащенного сетевым адаптером WWAN PC-Card.

Одной из компаний, занимающихся на территории СНГ реализацией таких сетей, является компания CompTek. По данным этой компании, в 114 городах развернуты 152 городские беспроводные сети передачи данных. Пропускная способность таких сетей может превосходить 10 Мбит/с. Они предназначены для обеспечения пользователям голосовой беспроводной связи, передачи данных, выхода в интернет. В качестве пользователей могут быть организации и их филиалы со своей инфраструктурой и своими локальными сетями. На базе таких сетей работают абоненты малого и среднего бизнеса и филиалы крупных предприятий.

1.7 Беспроводные сети масштаба города (WMAN)

К беспроводным сетям масштаба города WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks, Wireless MAN) относятся корпоративные сети предприятий и фирм, филиалы которых разнесены территориально и могут располагаться в различных частях города, а также сети образовательных, медицинских и муниципальных учреждений и организаций. Большинство существующих в настоящее время сетей WMAN основано на стандарте IEEE 802.11 либо на фирменных технологиях. Некоторые из них были описаны выше в данной главе. В апреле 2002 г. опубликован стандарт IEEE 802.15, который описывает радиоинтерфейс для широкополосных беспроводных городских сетей (сети BWA, WMAN). Под системами широкополосной передачи данных BWA понимаются системы, обеспечивающие скорость передачи данных более 100 Кбит/с. Созданием и продвижением этого стандарта занимается консорциум WiMAX. Основной задачей этого консорциума является обеспечение выпуска недорогих устройств для сетей WMAN и совместимость беспроводных средств разных производителей на базе стандарта IEEE 802.15 для различных сетевых технологий. К ним относятся сетевые технологии ATM, Ethernet, SDH.

В настоящее время наметилась тенденция передавать по локальным, глобальным и распределенным сетям масштаба города одновременно голос, видеоизображения, графику. Эти проблемы решаются различными способами. Одним из них является применение технологии ATM (Asynchronous Transfer Mode) — технологии передачи различного типа трафиков. Технология применима как к локальным, так и к глобальным сетям. Скорости передачи данных в глобальных сетях нового поколения, использующих технологию ATM, могут составлять 622 Мбит/с. Эта технология позволяет наиболее полно использовать полосы пропускания каналов связи при передаче разных видов информации.

В России технология ATM признана одной из самых перспективных для построения высокоскоростных сетей связи. Проект таких сетей разработан ОАО «Гипросвязь», АО «РосТелекоМ», «Радиотел».

Одним из направлений работы компании Intel является участие в разработке стандарта широкополосной беспроводной связи

WiMAX. На основе этого стандарта в первой половине 2005 г. планируется выпуск устройств связи вне помещений, а во второй половине года — для связи внутри помещений. В 2006 г. планируется использование этого стандарта в ноутбуках.

Технология WiMax будет сосуществовать с технологией Wi-Fi. Она обеспечит доступ к беспроводным сетям стандарта 802.11 и заменит проводные системы связи, в том числе и цифровые DSLлинии связи.

Такие сети не требуют привязки к базовой проводной инфраструктуре города и могут быть установлены где угодно. В дальнейшем предполагается, что сеть WMAN будет фиксированной беспроводной сетью масштаба города, которая соединит беспроводной связью здания и другие объекты города. При этом будут использоваться радиоканалы типа «точка—точка», «точка — много точек» и другие, более сложные топологии. Стандарт IEEE 802.15d, основанный на технологии TDMA, включает спецификации 802.15а, 802.15b и 802.15с. Этот стандарт определяет радиотехнологию, поддерживающую сотни соединений одновременно при дальности соединения до 50 км и скорости передачи данных 75 Мбит/с. Такая скорость достаточна для обеспечения широкополосной связи 50 предприятий.

Расширение стандарта IEEE 802.15е предусматривает поддержку наряду с офисными фиксированными устройствами беспроводные устройства (КПК, ноутбуки, сотовые телефоны и др.). Мобильные сети этого стандарта позволяют работать со скоростью до 15 Мбит/с в диапазоне 5 МГц на расстояниях до 5 км.

На рисунке 1.10 показана примерная схема беспроводной сети городского масштаба (источник — InfiNet Wireless) на основе технологии WiMAX.

Применение технологии WiMax целесообразно в случаях:

¦ построения территориально распределенных сетей, когда цифровые линии DSL не могут использоваться по техническим или экономическим причинам;

¦ беспроводного решения «последней мили», где использование проводных подключений обошлось бы слишком дорого;

¦ мобильного доступа к сети при помощи КПК, ноутбуков и мобильных телефонов, дополняющего технологии GSM/EDGE, Wi-Fi, 3G;

Рисунок 1.10 Сеть WiMAX масштаба города

— подключения к сети интернет базовых станций стандарта 802.11 и корпоративных сетей Ethernet;

¦ подключения к сети миллионов новых пользователей интернета при кардинальном снижении стоимости подключения.

В 2004 г. в России реализован самый крупный в Европе проект по внедрению беспроводной сети стандарта 802.15 для обеспечения широкополосной связью сотрудников одной из крупнейших в мире нефтяных компаний ТНК-BP. Сеть обеспечивает обмен данными между местами проживания сотрудников и самими нефтяными месторождениями, имеет восемь базовых станций, расположенных в крупных городах региона на расстоянии 35−40 км.

1.8 Сеть городского масштаба 5G

Построением беспроводной мультисервисной сети 5G для предоставления высококачественных услуг связи в Москве и ближайшем Подмосковье занимается компания ArtCommunications. Сеть предназначена для удовлетворения потребностей в высококачественной связи как корпоративных заказчиков, так и частных лиц. Сеть использует диапазон частот 5,25—5,35 ГГц. В качестве основного радиооборудования для построения сети использованы радиомаршрутизаторы Revolution 5000, выпускаемые отечественной компанией CompTek. Они обладают⁴полной функциональностью, способны управлять пропускной способностью и другими параметрами каналов, осуществлять приоритезацию трафика. Топология сети показана на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 Топология сети 5G

Сеть состоит из трех слоев. Ядро сети состоит из систем пограничных маршрутизаторов, подсистем, предназначенных для предоставления дополнительных услуг, системы связи с базовыми станциями первого уровня. При помощи ядра осуществляется подключение к другим сетям передачи данных и сети интернет. Ядро представляет первый слой сети. Второй слой образован базовыми станциями первого уровня, которые при помощи оптоволоконных линий подключаются к ядру. Используется технология MEN (Metropolitan Ethernet Network). Пропускная способность этих каналов связи от 10 до 100 Мбит/с. Третий слой образован базовыми станциями второго уровня, которые при помощи радиоканалов с пропускной способностью 54 Мбит/с подключаются к базовым станциям первого уровня. Базовые станции второго, уровня осуществляют сервисные услуги связи конечным терминалам. С увеличением числа абонентов рост сети осуществляется путем увеличения мощности базовых станций и расширением каналов связи между ее слоями.

Планируется развитие сети с использованием технологии WiMAX путем расширения подсистем, предоставления дополнительных услуг и развертывания на базе основной сети локальных подсетей и хот-спотов.

1.9 Общие принципы организации радиосвязи

Совокупность технических средств и среды распространения радиоволн, обеспечивающих передачу сигналов от источника к приемнику информации, называется радиоканалом (каналом радиосвязи). Радиоканал, обеспечивающий радиосвязь в одном азимутальном направлении, называется радиолинией.

Упрощенная структурная схема одноканальной радиолинии приведена на рис. 1.12.

Функционирование радиолинии осуществляется следующим образом. Передаваемое сообщение поступает в преобразователь (микрофон, телевизионная передающая камера, телеграфный или факсимильный аппарат и др.), который преобразует его в первичный электрический сигнал. Последний поступает на радиопередающее устройство радиостанции, которое состоит из модулятора М, синтезатора несущих частот СЧ и усилителя модулированных колебаний УМК. С помощью модулятора один из параметров несущей частоты (высокочастотного колебания) изменяется по закону первичного сигнала. С помощью антенны, А энергия радиочастот передатчика излучается в тракт распространения радиоволн.

Рисунок 1.12 Структурная схема радиолинии

На приемном конце радиоволны наводят ЭДС в приемной антенне А. Радиоприемное устройство радиостанции с помощью селективных (избирательных) цепей СЦ отфильтровывает сигналы от помех и сигналов других радиостанций. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции, выделение из модулированных колебаний исходного электрического сигнала. Далее в преобразователе этот сигнал преобразуется в сообщение, которое и поступает к абоненту.

Рассмотренная схема радиолинии обеспечивает одностороннюю радиосвязь, при которой передачу сообщений осуществляет одна из радиостанций, а другая или другие только прием. Для организации двусторонней радиосвязи, при которой радиостанции осуществляют прием и передачу, в каждом пункте необходимо иметь и передатчик (Пер) и приемник (Пр). Если при этом передача и прием на каждой радиостанции осуществляются поочередно, то такая радиосвязь называется симплексной (рис. 1.13, а).

Рисунок 1.13 Структурная схема организации радиосвязи:

а симплексной; б дуплексной

Симплексная радиосвязь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Такая радиосвязь может быть одночастотной (прием и передача на одной частоте) и двухчастотной (прием и передача на разных частотах).

Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями реализуется одновременно, называется дуплексной (рис. 1.13, б). При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направлениях ведется обычно на разных несущих частотах. Это делается для того, чтобы радиоприемник принимал сигналы только от радиопередатчика противоположного пункта и не принимал сигналы собственного радиопередатчика.

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом пунктов, то организуется радиосеть, представляющая совокупность радиолиний, работающих на одной общей для всех абонентов частоте или группе частот.

Структурные схемы радиосетей различной сложности приведены на рис. 1.14 для симплексной радиосвязи и на рис. 1.15 для дуплексной радиосвязи.

Сущность функционирования радиосети заключается в следующем. Одна радиостанция, называемая главной (ГР), может передавать сообщения как для одной, так и для нескольких подчиненных радиостанций.

Радист-оператор ГР следит за порядком в радиосети и устанавливает очередность работы на передачу подчиненным радиостанциям (ПР). Последние при соответствующем разрешении могут обмениваться сообщениями (информацией) не только с ГР, но и между собой. Связь может быть реализована как на основе сложного симплекса (рис. 1.14), так и сложного дуплекса (рис. 1.15).

Рисунок 1.14 Радиосеть на основе сложной симплексной радиосвязи

Рисунок 1.15 Радиосеть на основе сложной дуплексной радиосвязи

В первом случае возможно использование совмещенных приемопередающих радиоустройств и общей рабочей радиоволны (частоты). Во втором случае ГР ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций).

Отметим, что радиосеть может быть организована на основе полудуплексной радиосвязи, при которой на одной радиостанции (как правило, главной) передача и прием осуществляются одновременно, а на других радиостанциях попеременно.

Центры крупных промышленных регионов соединяются линиями радиосвязи со многими пунктами. Для чего радиопередатчики и передающие антенны располагают в так называемом передающем радиоцентре, а радиоприемник и приемные антенны располагают на приемном радиоцентре. Для соединения источников сообщения с радиопередатчиками и радиоприемниками и контроля качества радиосвязи в городах оборудуют радиобюро.

На радиосетях большой протяженности для увеличения дальности связи включаются ретрансляционные станции (ретрансляторы). Обобщенная структурная схема ретранслятора приведена на рис. 1.16. К уже известным обозначениям и понятиям здесь добавляется новое фидерный тракт, представляющий совокупность устройств передачи электромагнитной энергии от антенны к приемнику (Пр) и от передатчика (Пер) к антенне, содержащая фидер и ряд вспомогательных элементов.

Рисунок 1.16 Обобщенная структурная схема ретранслятора

К фидерному тракту предъявляются следующие требования: передача энергии должна осуществляться с малыми потерями; передающий фидер не должен излучать, а приемный принимать посторонние электромагнитные колебания; отражения в трактах, создающие попутные потоки, должны быть минимальными; не должны распространяться волны других (высших) типов.

В современных радиосистемах передачи разница уровней излучаемых и принимаемых антеннами радиосигналов весьма велика (150 дБ и более).

Для исключения возможности возникновения паразитных связей между передающими и приемными трактами ретранслятора необходимо использовать две несущие частоты для каждого направления передачи. При этом для передачи радиосигналов в противоположных направлениях может быть использована либо одна и та же пара частот (), либо две разные пары (и). В зависимости от этого различают два способа (плана) распределения частот приема и передачи в дуплексном режиме: двухчастотный () и четырехчастотный (и) планы.

Двухчастотный план экономичнее с точки зрения использования занимаемой полосы частот, однако, требует специальных мер для защиты от сигналов противоположного направления. Четырехчастотный план не требует указанных мер защиты, однако он неэкономичен с точки зрения использования полосы частот. Число радиоканалов (радиостволов), которое может быть организовано в выделенном диапазоне частот, при четырехчастотном плане вдвое меньше, чем при двухчастотном.

Схема комплекса средств радиосвязи, обслуживающего административный или хозяйственный центр, изображена на рис. 1.17. Здесь: 1 передающий радиоцентр с радиопередатчиками Пер 1, Пер 2, Пер N; 2 приемный радиоцентр с радиоприемниками Пр 1, Пр 2, Пр N; 3 город, который связан с радиоцентрами соединительными (проводными) линиями связи 4 и 5. По линиям 4 на радиоцентр 1 поступают передаваемые сигналы, а по линиям 5 в город передаются сигналы, принятые радиоцентром 2; по этим же линиям передаются сигналы дистанционного контроля работы радиоцентров и сигналы дистанционного управления оборудованием.

Рисунок 1.17 Схема комплекса средств радиосвязи

Радиобюро 6 соединено линиями связи с телеграфной и фототелеграфной (факсимильной) аппаратными центрального телеграфа 7 и 8, междугородной телефонной станцией 9, а также радиовещательной аппаратной 10. Радиовещательная аппаратная служит для обмена радиовещательными программами с другими городами или странами. Аппаратные связаны с источниками передаваемых сообщений, такими как сети абонентского телеграфа, телефонные и др.

2. Беспроводная связь третьего поколения

Целью систем беспроводной связи третьего поколения является предоставление скорости передачи данных, достаточно высокой для поддержки мультимедиа, передачи данных и видео, в дополнение к обычной телефонной связи. Инициатива союза ITU в области международных мобильных телекоммуникаций (International Mobile Telecommunications, IMT) в 2000 году определила позицию союза относительно возможностей систем третьего поколения следующим образом (IMT-2000):

качество голосовой связи, сопоставимое с общедоступной коммутируемой телефонной сетью;

скорость передачи данных 144 Кбит/с для пользователей, перемещающихся на большие расстояния в высокоскоростных транспортных средствах;

скорость передачи данных 384 Кбит/с для пользователей, медленно перемещающихся на небольшие расстояния (для пешеходов);

поддержка скорости передачи данных 2,048 Мбит/с для офисного использования;

поддержка услуг, предоставляемых системами коммутации и пакетов, и каналов;

адаптивный интерфейс с Интернетом, эффективно отражающий обычную асимметрию между входящим и исходящим трафиками;

более эффективное использование всего доступного частотного диапазона; 4- поддержка широкого спектра мобильного оборудования;

гибкость, позволяющая внедрять новые услуги и технологии.

Одной из движущих сил современной коммуникационной технологии является тенденция в сторону универсальных персональных средств связи и универсального доступа. Первая концепция означает способность пользователя легко идентифицировать себя и задействовать любую систему связи в пределах целого государства, континента или даже глобально с помощью всего одной учетной записи. Вторая концепция означает способность в любом окружении для получения информационных услуг применять один и тот же терминал (например, портативным терминалом с равным успехом можно пользоваться в офисе, на улице, в самолете). Очевидно, эта революция в области персональных компьютеров существеннейшим образом затронет беспроводную связь. Так, например, система сотовой телефонной связи GSM с ее модулем идентификации абонента представляет собой большой шаг по направлению к этой цели.

Эти концепции глобальной беспроводной связи нашли свое воплощение в персональных коммуникационных услугах (Personal Communications Services, PCS) и персональных коммуникационных сетях (Personal Communications Networks, PCN).

Вообще говоря, планируемая технология должна обеспечивать TDMAили CDMA-доступ, эффективное использование частотного диапазона и высокую пропускную способность.

Телефонные трубки PCS должны быть относительно небольшими и легкими и обладать низким энергопотреблением. Прилагаются специальные усилия для того, чтобы одними и теми же устройствами можно было пользоваться во всем мире. Для беспроводных телефонов второго поколения удалось достичь международных соглашений по вопросу выделения частотного диапазона примерно 800 МГц в области частот от 1,7 ГГц до 2,2 ГГц.

На состоявшейся в 1992 году всемирной административной радиоконференции (World Administrative Radio Conference, WARC) были решены вопросы о выделении частотных диапазонов для систем FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems — будущие мобильные наземные общедоступные коммуникационные системы). Эта идея подразумевает предоставление как наземных, так и спутниковых услуг. Кроме того, были выделены частоты для услуг, предоставляемых низкоорбитальными спутниками (Low-Earth-Orbiting Satellite, LEOS) и ориентированных на поддержку персональной связи.

Среди технологий, предложенных под общим названием PCS, можно назвать американскую и японскую цифровые сотовые системы, беспроводные телефоны второго поколения (Cordless Telephones-2, СТ-2), систему GSM (General Speciale Mobile — общая специальная система мобильной связи), предназначенную для Европейского сообщества и ориентированную на предоставление услуг цифровой сотовой связи, а также систему DECT (Digital European Cordless Telephone — европейский стандарт цифровой беспроводной связи). В этих передовых технологиях беспроводной телефонной связи могут использоваться низкоорбитальные или геостационарные спутники, а также наземные антенны. Технология развивается стремительно. Среди желательных характеристик системы третьего поколения можно назвать возможность доступа к услугам Интернета.

Протокол WAP

Протокол WAP (Wireless Application Protocol — прикладной протокол беспроводной связи) является универсальным открытым стандартом, разработанным WAP-форумом для предоставления мобильным пользователям беспроводных телефонов и других беспроводных терминалов, таких как пейджеры и карманные компьютеры, доступа к телефонным и информационным услугам, включая услуги Интернета и Всемирной паутины. Протокол WAP предназначен для работы со всеми беспроводными сетевыми технологиями (например, GSM, CDMA и TDMA). В его основу также были положены, насколько это возможно, существующие стандарты Интернета, такие как IP, XML, HTML и HTTP. Кроме того, протокол WAP поддерживает функции безопасности. WAP-форум был организован в 1997 году компаниями Ericsson, Motorola, Nokia и Phone.com. В настоящее время WAP-форум объединяет несколько сот членов. В июне 1999 года WAP-форум выпустил версию 2.1 протокола WAP.

Использование мобильных телефонов и терминалов для получения услуг цифровой связи существенным образом ограничено мощностью процессоров и объемами памяти подобных устройств, а также временем функционирования батарей. Пользовательский интерфейс также ограничен, а дисплей мал. Беспроводные сети обладают относительно низкой пропускной способностью, большой задержкой и непредсказуемыми параметрами доступности и устойчивости по сравнению с кабельными соединениями. Наконец, ожидания и потребности мобильных беспроводных пользователей отличаются от потребностей пользователей других информационных систем. Например, работать за мобильным терминалом должно быть значительно проще, чем за рабочей станцией или персональным компьютером. Протокол WAP призван решать все эти проблемы.

В спецификацию протокола WAP входят:

программная модель, основанная на программной модели Всемирной паутины;

язык разметки для беспроводной связи, напоминающий XML;

небольшой браузер для мобильного беспроводного терминала;

упрощенный стек протоколов;

архитектура для приложений беспроводной телефонии.

Программная модель WAP

Рисунок 2.1 — Программная модель WAP

Программная модель WAP основана на трех элементах: клиенте, шлюзе и оригинальном сервере (рисунок 2.1). Между шлюзом и оригинальным сервером содержимое переносится при помощи протокола HTTP. Шлюз действует как прокси-сервер для беспроводного домена. Его процессор (процессоры) предоставляет услуги, освобождающие от излишней загрузки мобильные беспроводные терминалы, мощности которых сильно ограничены. Например, шлюз предоставляет услуги DNS, осуществляет преобразование между стеками протоколов WAP и WWW (HTTP и TCP/IP), кодирует информацию, получаемую из Всемирной паутины, делая ее более компактной, чтобы минимизировать объем передаваемых по беспроводному каналу данных, а также декодирует данные, передаваемые в обратном направлении. Кроме того, шлюз кэширует часто запрашиваемую информацию.

Язык WML

Язык разметки для беспроводной связи (Wireless Markup Language, WML) не требует стандартной клавиатуры или мыши в качестве устройства ввода. Он предназначен для работы с телефонной клавиатурой, стилосом и другими устройствами подобного рода, обычными для мобильной беспроводной связи. WML-до-кументы состоят из небольших модулей, называемых картами, в которых точно определяются процедуры взаимодействия с пользователем. Пользователь работает с интерфейсом, переходя с одной карты на другую. Набор тегов разметки в языке WML небольшой, он специально предназначен для телефонных систем.