Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

Министерство просвещения ПМР Тираспольский Техникум Информатики и Права Отделение Информационных технологий Дипломная работа Тема: Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

Исполнитель:

Бахарова Александра Павловна, гр. 415

Специальность: ВМКСиС Тирасполь 2014 г.

Реферат В данной дипломной работе рассмотреноприменение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT.

В результате проведенной работы рассмотрены отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных; технологии WiMAX, WI-FI, Bluetooth, RadioEthernet; преимущества и недостатки этих технологий; обзор стандарта DECT; классификация DECT систем.

В программах Visio и NetCracker разработана и спроектирована беспроводная сеть; рассмотрен обзор программ для проектирования сети; проанализированы основные технические характеристики сетевого оборудования. Также описаны типы сетей Ethernet; рассмотрены типы кабелей, с помощью которых были связаны рабочие станции, топологии и коммутаторы; произведен обзор топологии сетей «Шина» и «Звезда».

В части диплома, связанной с охраной труда, рассмотрены мероприятия по охране труда и пожарной безопасности: требования к освещению производственного помещения, методы и средства контроля воздушной среды, защита от шума, техника безопасности при работе с электронной техникой, разработка защитных мероприятий на рабочем месте, требования пожарной безопасности.

Содержание Введение Глава I. Теоретическая часть. Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

1.1 Аналитический обзор по теме

1.1.1 Беспроводные системы связи

1.1.2 Отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных

1.1.3 Классификация беспроводных сетей

1.1.4 Преимущества между WiMAX и WI-FI

1.1.5 Технологии беспроводных сетей GPRS, ZigBeeи LTE

1.1.6 Обзор беспроводных технологий связи

1.1.7 Применение беспроводных сиcтем связи на примере стандарта DECT

1.2 Практическая часть

1.2.1 Обзор программ для проектирования сети

1.2.2 Проектирование сети в программе NetCracker

Глава II. Охрана труда. Мероприятия по охране труда и пожарной безопасности

2.1 Производственная санитария и гигиена труда

2.2 Техника безопасности при работе с электронной техникой

2.3 Разработка защитных мероприятий на рабочем месте Заключение Список используемой литературы Список литературы (по индивидуальному заданию)

Введение

Во всем мире стремительно растет потребность в беспроводных соединениях, особенно в сфере бизнеса и ИT технологий. Пользователи с беспроводным доступом к информации всегда и везде могут работать более производительно и эффективно, чем их коллеги, привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям, так как существует привязанность к определенной инфраструктуре коммуникаций.

Данная тема является актуальной, так как беспроводные сети обладают, по сравнению с традиционными проводными сетями, немалыми преимуществами, главным из которых, конечно же, является:

— Простота развёртывания;

— Гибкость архитектуры сети, когда обеспечивается возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени;

— Быстрота проектирования и реализации, что критично при жестких требованиях к времени построения сети;

— Так же, беспроводная сеть не нуждается в прокладке кабелей (часто требующей дробления стен).

В то же время беспроводные сети на современном этапе их развития не лишены серьёзных недостатков. Прежде всего, это зависимость скорости соединения и радиуса действия от наличия преград и от расстояния между приёмником и передатчиком. Один из способов увеличения радиуса действия беспроводной сети заключается в создании распределённой сети на основе нескольких точек беспроводного доступа. При создании таких сетей появляется возможность превратить здание в единую беспроводную зону и увеличить скорость соединения вне зависимости от количества стен (преград). Аналогично решается и проблема масштабируемости сети, а использование внешних направленных антенн позволяет эффективно решать проблему препятствий, ограничивающих сигнал.

Целью данной дипломной работы является исследование программ автоматизированного проектирования, моделирования и анализа компьютерных сетей, разработка локальной сети, описывающей применение беспроводных стандартов построения сетей, разработка проекта сети на примере стандарта DECT.

Для решения поставленных целей нужно решить следующие задачи:

рассмотреть литературных данных по теме диплома, провести исследования по данной тематике (разработать схемы, спроектировать сеть, проанализировать рабочие характеристики устройства), привести инженерные расчеты данного разрабатываемой сети.

Для реализации поставленных целей нужно решить следующие задачи:

рассмотреть литературных данных по теме диплома, провести исследования по данной тематике, построить локальную вычислительную сеть. Проанализировать основные технические характеристики сетевого оборудования и исследовать обеспечение безопасности при групповой обработке информации.

Охрана труда Предметом исследования является разработка локальной беспроводной сети на примере стандарта DECT. Объектом исследования является изучение беспроводных систем связи.

Использованы следующие методы сбора материала: 1) анализ литературы; 2) интерпретация данных; 3) отбор необходимого материала; 4) разработка схемы; 5) проектирование устройства.

Глава I. Теоретическая часть. Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

1.1 Аналитический обзор по теме

1.1.1 Беспроводные системы связи В качестве среды передачи данных используются как беспроводные (GSM/GPRS, ZigBee, WiFi, WiMax, LTE), так и проводные (ISDN, xDSL) сети.

Беспроводная связь — это передача информации на расстояние без использования электрических проводников или «проводов». Это расстояние может быть как малой (несколько метров, как в телевизионном дистанционном управлении), так и очень большим (тысячи или даже миллионы километров для телекоммуникаций). Беспроводная связь обычно рассматривается как отрасль телекоммуникаций.

Популярность беспроводной связи растет взрывообразными темпами, открывая для операторов новые рынки — от сетевых игр на экранах сотовых телефонов до служб экстренной помощи.

Это связано с распространением блокнотных компьютеров, систем поискового вызова (так называемых пейджеров) и появлением систем класса «персональный секретарь», расширением функциональных возможностей сотовых телефонов. Такие системы должны обеспечить деловое планирование, расчет времени, хранение документов и поддержание связи с удаленными станциями. Девизом этих систем стало anytime, anywhere, т. е. предоставление услуг связи вне зависимости от места и времени. Кроме того, беспроводные каналы актуальны там, где невозможна дорога прокладки кабельных линий и значительные расстояния. До недавнего времени большинство беспроводных компьютерных сетей передавали данные со скоростью от 1.2 до 14.0 Кбит / с, зачастую только короткие сообщения (передача файлов больших размеров или длинные сеансы интерактивной работы с базой данных были недоступны). Новые технологии беспроводной передачи оперируют со скоростями в несколько десятков мегабит в секунду.

Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. На рынке действуют два важных фактора, стимулирующих переход к повсеместной беспроводной связи (pervasivewireless). Первый фактор — это «демократизация» беспроводной технологии, которая стала заметна на мобильном рынке с появлением стандарта 802.11 или Wi-Fi. Мы видим быстрый рост количества мобильных устройств и мобильных сетей в домах, квартирах, на предприятиях и в городах. Сегодня мы можем легко и просто построить беспроводную сеть и обеспечить широкополосную мобильность в интересах крупных корпораций и индивидуальных пользователей.

К настоящему времени люди уже привыкли к технологии Wi-Fi. Эта технология стала частью повседневной жизни, и теперь настало время для повсеместного распространения широкополосной беспроводной связи. Сегодня многие студенты и даже школьники имеют мобильные компьютеры и сотовые телефоны. Для них это главные средства связи. Таким образом, растет новое поколение, воспринимающее широкополосные беспроводные технологии как нечто само собой разумеющееся. Они ожидают, что мобильный Интернет, игры и коммуникации будут доступны везде и повсюду.

Еще одна интересная область применения мобильных технологий — городские mesh-сети, которые делают технологию Wi-Fi действительно повсеместной. Предоставление доступа всем жителям города на всей его территории — замечательный пример демократизации беспроводных технологий. Наша сетевая архитектура и технология унифицированных коммуникаций не только объединяет проводную и беспроводную связь, но и сводит воедино сетевые услуги, предоставляемые в помещениях и на открытой местности. В результате вы остаетесь подключенными к сети, где бы ни находились, в здании или за его пределами, что очень важно для городской связи".

Беспроводные сети позволяют предоставить подключение пользователей там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. При этом беспроводные сети взаимодействуют с проводными сетями. В настоящее время необходимо принимать во внимание беспроводные решения при проектировании любых сетей — от малого офиса до предприятия. Это, возможно, сэкономит и средства и трудозатраты и время.

Существует много случаев и причин, по которым беспроводные сети являются единственным или же самым удобным вариантом организации доступа к сети связи или интернету:

Если требуется организовать возможность кочевого доступа к сети и Интернету случайным пользователям в кафе, аэропортах, вокзалах, магазинах и других общественных местах.

Если необходимо организовать локальную сеть в зданиях, не имеющих возможностей прокладывания кабельной проводки (например, в исторических зданиях) или в зданиях, в которых прокладывания кабеля является весьма сложной, трудоёмкой и затруднительной задачей При организации временной локальной сети, в том числе и локальной сети для общего доступа, например, для проведения каких-либо событий, конференций и тому подобного.

При расширении локальной вычислительной сети в том случае, если необходимо подключить какой-либо удалённый изолированный сегмент, содержащий небольшое количество рабочих станций.

Если необходим мобильный доступ к сетевым ресурсам, например, при перемещении по квартире или организации с ноутбуком, при посещении различных больных врачом в больнице для связи с центральной базой данных или же для связи и координации механиков в больших зданиях, насыщенных современными средствами обеспечения их жизнедеятельности.

Для организации дополнительных каналов связи, которые могут предоставлять альтернативные операторы связи, создающие беспроводные локальные сети в различных районах.

На рисунке 1 представлена классификация традиционных видов беспроводной связи, которая включает в себя:

— наземную радиосвязь в диапазоне частот от 30 МГц до нескольких десятков ГГц;

— радиорелейную связь (PPC) в диапазоне частот от 1 до 300 ГГц;

— спутниковую связь в диапазоне частот от 1 до 100 ГГц;

— лазерную связь (на ИКлучах) в диапазоне частот от 300 до 400 ГГц.

Рис. 1. Виды беспроводной связи

1.1.2 Отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных Беспроводные сети выглядят предпочтительнее сетей проводных, ввиду наличия следующих преимуществ:

— мобильность пользователей. Технология позволяет пользователям перемещаться внутри зоны охвата беспроводной сети без перерыва в пользовании ресурсами сети;

— скорость и простота развертывания. В отличие от проводных систем передачи информации, беспроводные сети не требуют прокладки кабелей, занимающей, обычно, основное время при внедрении проводных сетей;

— гибкость. Быстрая реструктуризация, изменение размеров и конфигурации сети, подключение новых пользователей;

— сохранение инвестиций. Беспроводные сети удобно использовать, если необходимо развернуть сеть на небольшой отрезок времени или есть вероятность переезда;

— возможность развертывания там, где нельзя воспользоваться кабельными сетями.

Но, как и у любой другой сложной технологии, у беспроводных компьютерных сетей есть не только положительные, но и отрицательные стороны. Одна из самых главных проблем — возможное наличие на пути радиоволн препятствий, что приходится учитывать при размещении точки доступа и клиентских станций. Металлические конструкции могут создавать отражения сигнала, создавая так называемый эффект многолучевого приема, когда на антенну, расположенную на приемной стороне, приходит несколько вариантов переданного сигнала, сдвинутых по фазе один относительно другого. Многолучевой прием значительно увеличивает коэффициент ошибок. Еще одна проблема — «свободный статус» диапазона 2,4 ГГц.

В нем могут работать, например, генераторы микроволновых печей или медицинские приборы. Информацию, передаваемую по беспроводной сети, относительно легко перехватить. Да, сейчас используются алгоритмы, которые можно «вскрыть» прямым перебором, разве что используя суперкомпьютер. Но и производительность вычислительной техники растет с большой скоростью. Не исключено, что через несколько лет системы защиты информации, используемые в беспроводных компьютерных сетях, можно будет взломать, используя персональный компьютер. А вот на то, что за это время алгоритмы шифрования, разрешенные для массового применения, будут адекватно улучшены, надеяться не приходится, поскольку в США поставили перед миром вопрос об ограничении совершенствования массовых средств криптозащиты информации.

Таблица 1. Характеристика

1.1.3 Классификация беспроводных сетей В зависимости от технологий и передающих сред, которые используют, можно определить следующие классы беспроводных сетей:

— сети на радиомодемах;

— сети на сотовых модемах;

— инфракрасные системы;

— системы VSAT;

— системы с использованием низкоорбитальных спутников;

— системы с технологией SST;

— радиорелейные системы;

— системы лазерной связи.

Федеральная комиссия по электросвязи США (FCC) определила следующие категории PCS (PersonalCommunicationServices) и соответствующие полосы частот:

— узкополосные PCS (диапазон 900−901, 930−931, 940−941 МГц) для скоростных пейджерных сетей, двунаправленного передачи сообщений, передача сообщений вещания;

— широкополосные PCS (120, 1850−2200 МГц);

— сотовую связь;

— цифровое передачи речи и данных;

— нелицензированные PCS (40 МГц, от 1890 до 1930 МГц);

— беспроводные ЛМ и АТС организаций в ближайшем радиусе действия;

— в пределах одного здания или группы зданий.

Спутниковые технологии:

1. Технология VSAT (VerySmallApertureTerminal) использует для передачи данных геостационарные спутники, размещенные над экватором Земли на высоте 40 тыс. км. Наземные станции для связи со спутником применяют эллиптические антенны диаметром 3 м.

Канал VSAT:

— обеспечивает скорость передачи данных до 2 Мбит / с;

— позволяет реализовать сочетание на большие расстояния с переходом государственных границ.

2. Технология SST (SpreadSpectrumTechnology) -в ней использовано распределение сигнала по спектру частот. Это позволяет значительно повысить пропускные способности канала благодаря большей помехоустойчивости. Технологию SST уже длительный период применяли в военных целях. Есть две разновидности сетей SST:

1. FH-SS — приемник и передатчик синхронно перескакивают с частоты на частоту;

2. DH-SS — в каждый момент времени сигнал «размазано» по широкому диапазону частот. Технология SST позволяет не только увеличить пропускные способности сети, но и лучше реализовать защиту информации от прослушивания. Внешний наблюдатель такую информацию воспринимает как «белый шум».

Сети на сотовых модемах:

Сети на сотовых модемах используют существующую инфраструктуру сотовой телефонии. Они работают в особо тяжелых условиях больших помех, периодического пропадания сигнала.

Среди методов доступа выделяют аналоговые, использующие для передачи аналоговый сигнал. Этоклассическиеметодыдоступавсотовыхсетях FDMA (Frequency Division Multiple Access), TACS (Total Access Communication System).

Главный ресурс сотовой сети — это предназначенный для нее диапазон частот. Аналоговые методы доступа выделяют для каждого передачи отдельный канал — полосу частот в предназначенном для сети диапазоне. В этом случае соседние сотовые ячейки не могут работать в одном и том же диапазоне частот (иначе передачи в соседних ячейках мешали бы друг другу). Частотный диапазон делят на семь частей.

Среди методов доступа, которые используют цифровые передачи, популярны различные модификации TDMA (TimeDivisionMultipleAccess). Они применяют известный принцип распределения времени передачи на отдельные временные слоты. К этой группе методов относятся AMPS (AdvancedMobilePhoneService) (частотные каналы шириной 30 кГц делятся на три временные слоты), NAMPS (Narrowband AMPS), PDC (каналы по 25 кГц, три слота), GSM (диапазон 200 кГц, восемь слотов).

1. Технология CDMA (CodeDivisionMultipleAccess) — технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию.

2. Технология CDPD (CellularDigitalPacketData) — реализует как пакетные передачи (протокол TCP / IP), так и модемный интерфейс (АТ-команды). В отличие от радиомодемов, сотовые модемы используют не специальные антенны и приемники-передатчики, а соответствующие устройства сотового телефона. При передаче данных применяют протоколы MNP-10 или ETC. Протокол MNP-0 динамически оптимизирует скорость передачи данных и уровень сигнала, имеет развитые средства предотвращения ошибок.

Системы на базе инфракрасных каналов

Системы на базе инфракрасных каналов отличаются небольшой стоимостью приемников и передатчиков, высокими скоростями передачи. Однако инфракрасные каналы работают только в условиях прямой видимости. Ассоциация InfraredDataCommunications разработала стандарт передачи инфракрасным каналом со скоростью 115.2 Кбит / с.

Радиорелейная связь

Радиорелейные станции (РРС) используют для передачи аналогового сигнала в телевидении и цифрового в последовательном коде по стандарту ITU G.703 в телефонии. Канал G.703 имеет пропускной способностью 2 Мбит / с. Его можно использовать, например, для соединения сегментов Ethernet. Современные цифровые РРС имеют полосу перепуска 2−34 Мбит / с. Поэтому часто ее разделяют на несколько каналов. Максимальное расстояние для связи РРС — 60−80 км. Для наземных РРС используют частотные диапазоны 1, 5, 7, 15, 23, 34 ГГц. Взаимодействия маршрутизатора и РРС постигают при помощи конвертера V.35/G.703.

Сети на радиомодемах

Для передачи данных используют полосы частот радио и ультракоротковолнового диапазона. Каждый радиомодем имеет антенну и передатчик для направленной передачи сигналов. Самыми популярными технологиями беспроводной передачи этого класса является:

- радио Ethernet (IEEE 802.11);

— HIPERLAN;

— Bluetooth.

— WiMAX

1. HIPERLAN (HighPerformanceRadioLocalAreaNetwork) разработана Европейским институтом стандартов по телекоммуникационным технологиям. Она является аналогом IEEE 802.11, который используется в Европе, и бывает таких разновидностей:

а) HiperLAN / 1 — скорость до 20 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц;

б) HiperLAN / 2 — скорость до 54 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц.

2. Bluetooth — это интерфейсная беспроводная технология. Диаметр сети 10−30 м (в перспективе — 100 м). Использует радиоволны для передачи данных на небольших расстояниях и заменяет кабель для соединения мобильных и/или фиксированных электронных устройств. Работает не обязательно в зоне прямой видимости.

Работы по созданию Bluetooth начал производитель телекоммуникационного оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную альтернативу кабелям RS-232. Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Спецификация Bluetooth была разработана группой BluetoothSpecialInterestGroup, которая была основана в1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1.

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как: персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Новые технологии беспроводной передачи (UltraWideband (UWB)) предлагают скорости передачи, превышающие 100 Мбит / с, и требуют минимальных затрат энергии.

Достоинства технологии:

— использует нелицензируемый диапазон частот ISM;

— легкость в использовании;

— возможность замены любых кабелей;

— гальваническая развязка соединений;

— возможность соединения мобильных компьютеров с другими мобильными устройствами;

— автоматическая конфигурация «plugandplay»;

— поддержка передачи голоса и данных;

— возможность создания наращиваемых микросетей;

— устойчивость к помехам, что обеспечивается передачей сигналов методом FrequencyHoppingSpreadSpectrum;

— малые габариты и легкость интеграции;

— низкое энергопотребление по сравнению с используемыми устройствами;

— использование по всему миру;

— открытый стандарт;

— возможность работы разных устройств между собой;

— надежность и стойкость к внешним воздействиям.

Этот стандарт позволяет соединять друг с другом при минимальном пользовательском участии практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Технология также предлагает домашним приборам и портативным устройствам беспроводный доступ к различного типа сетям, в том числе: LAN, PSTN, сотовым сетям мобильных телефонов и Интернет.

За счет использования технологии Bluetooth формируется широкий набор новых сервисов.

3. Радио Ethernet (IEEE 802.11)

Беспроводная связь, или связь по радиоканалу, сегодня используется и для построения магистралей (радиорелейные линии), и для создания локальных сетей, и для подключения удаленных абонентов к сетям и магистралям разного типа. Весьма динамично развивается в последние годы стандарт беспроводной связи RadioEthernet. Изначально он предназначался для построения локальных беспроводных сетей, но сегодня все активнее используется для подключения удаленных абонентов к магистралям. RadioEthernet сейчас обеспечивает пропускную способность до 54 Мбит/с и позволяет создавать защищенные беспроводные каналы для передачи мультимедийной информации.

Данная технология соответствует стандарту 802.11, разработанному Международным институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) в 1997 году и описывающему протоколы, которые позволяют организовать локальные беспроводные сети (WirelessLocalAreaNetwork, WLAN).

4.WiMAX (WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN.

WiMAX подходит для решения следующих задач:

— соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

— обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

— предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

— создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSLи выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

1.1.4 Преимущества между WiMAX и Wi-Fi

Часто сравнивают такие современные технологии передачи данных, как WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на то, что обе технологии имеют созвучные названия и WiMAX технология появилась позже, то можно предположить, что WiMAX это усовершенствованная модель Wi-Fi, но это не так. Эти технологии имеют различные области применения. Wi-Fi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология WiMAX, в свою очередь, предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей. WiMAX разрабатывался как городская вычислительная сеть (MAN). Рассмотрим некоторые другие различия между этими технологиями. У WiMAX лучше качество связи, чем у Wi-Fi. Когда несколько пользователей подключены к точке доступа Wi-Fi, они буквально «дерутся» за доступ к каналу связи. В свою очередь, технология WiMAX обеспечивает каждому пользователю постоянный доступ. Построенный на технологии WiMAX алгоритм устанавливает ограничение на число пользователей для одной точки доступа. Когда базовая станция WiMAX приближается к максимуму своего потенциала, она автоматически перенаправляет «избыточных» пользователей на другую базовую станцию.

Предприятия с огромными площадями, возможно, захотят перейти на WiMAX, чтобы избежать покупки большого количества репитеров, требуемых при установке Wi-Fi сети. На данный момент, в России такое оборудование отсутствует в широкой продаже.

Wi-Fi технология является более зрелой нежели WiMAX и сегодня Вы вряд ли найдете новый ноутбук без встроенного Wi-Fi модуля. Также, возможно только временным недостатком является то, WiMAX оборудование стоит дороже Wi-Fi оборудования и ассортимент WiMAX оборудования более скудный. Это вызвано тем, что технология WiMAX более молодая. Производство устройств, оборудованных WiMAX модулем, только начало развиваться и до уровня оборотов Wi-Fi устройств ему еще далеко. Стоимость базовых станций WiMAX также выше из-за дополнительных дорогостоящих компонентов.

Как и во многих других областях, в беспроводной передачи данных нет универсальной технологии. Под каждые конкретные задачи больше подходит WiMAX или Wi-Fi. Если стоит задача предоставить широкополосный доступ к сети для пользователей — то больше, конечно подходит WiMAX, так как эта технология изначально была разработана именно с этой целью. Однако если стоит задача предоставить широкополосный доступ в ограниченном помещении, то технологии WIFI и WiMAX одинаково хорошо подходят для решения, при условии что низкий уровень помех или помехи вовсе отсутствуют. А для внедрения беспроводных систем безопасности или видеонаблюдения больше подходит Wi-Fi, так как это направление уже достаточно неплохо развито.

Преимущества Wi-Fi и WiMAX технологий:

— беспроводное подключение к Wi-Fi сети любых устройств, включая принтеры, коммуникаторы, ноутбуки;

— выход в Интернет с мобильных устройств в любой точке покрытия Wi-Fi сети;

— при совместном применении этих двух технологий получается высокоскоростной WiMAX Интернет и локальнаяWi-Fi сеть;

— высокая степень защищенности передачи данных и самой беспроводной сети от постороннего вмешательства.

1.1.5 Технологии беспроводных сетей GPRS, ZigBeeи LTE

1. GPRS (GeneralPacketRadioService — «пакетная радиосвязь общего пользования») — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн.

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом, что именно является приоритетом передачи — голосовой трафик или передача данных — выбирается оператором связи. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink; DL) — от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) — от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 кбит/с по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из 8) таймслотов на частоте, итого — до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай — пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота (class 10) или 4+4 (class 12).

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1—CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала. По той же схеме и используя то же самое оборудование, работает и технология EDGE. Но внутри таймслота EDGE используется другая, более плотная, упаковка информации (модуляция 8PSK).

Применение:

— мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных;

— мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удалённым базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий;

— телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефтеи газопроводов);

— спутниковый мониторинг транспорта.

2. ZigBee — спецификация сетевых протоколов верхнего уровня, использующих сервисы нижних уровней — уровня управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, регламентированных стандартом IEEE 802.15.4. ZigBee и IEEE 802.15.4 описывают беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). Спецификация ZigBee ориентирована на приложения, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания (батарей).

Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при малом энергопотреблении поддерживает не только простые топологии сети («точка-точка»,"дерево" и «звезда»), но и самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую (mesh) топологию с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Кроме того, спецификация ZigBee содержит возможность выбора алгоритма маршрутизации, в зависимости от требований приложения и состояния сети, механизм стандартизации приложений — профили приложений, библиотека стандартных кластеров, конечные точки, привязки, гибкий механизм безопасности, а также обеспечивает простоту развертывания, обслуживания и модернизации.

Основными областями применения технологии ZigBee являются беспроводные сенсорные сети, автоматизация жилья («Умный дом» и «Интеллектуальное здание»), медицинское оборудование, системы промышленного мониторинга и управления, а также бытовая электроника и «периферия» персональных компьютеров.

Способность к самоорганизации и самовосстановлению, ячеистая (mesh-) топология, защищённость, высокая помехоустойчивость, низкое энергопотребление и отсутствие необходимости получения частотного разрешения делают ZigBee-сеть подходящей основой для беспроводной инфраструктуры систем позиционирования в режиме реального времени (RTLS).

Существуют три различных типа устройств ZigBee:

— Координатор ZigBee (ZC) — наиболее ответственное устройство, формирует пути древа сети и может связываться с другими сетями. В каждой сети есть один координатор ZigBee. Он и запускает сеть от начала. Он может хранить информацию о сети, включая хранилище секретных паролей производства компании TrustCentre.

— Маршрутизатор ZigBee (ZR). Маршрутизатор может выступать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные с других устройств. Он также может запускать функцию приложения.

— Конечное устройство ZigBee (ZED) — его функциональная нагруженность позволяет ему обмениваться информацией с материнским узлом (или координатором, или с маршрутизатором), он не может передавать данные с других устройств. Такое отношение позволяет узлу часть времени пребывать в спящем состоянии, что позволяет экономить энергоресурс батарей. ZED требует минимальное количество памяти, и поэтому может быть дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

3. LTE Advanced — стандарт мобильной связи. LTE Advanced стандартизирован 3GPP как главное улучшение стандарта LongTermEvolution (LTE). Официально представлен в конце 2009 года сектору стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи в качестве кандидата на систему 4G. LTE Advanced был утверждён ITU и завершён 3GPP в марте 2011 года.

Технология LTE-Advanced вместе с WiMAX 2 была официально признана беспроводным стандартом связи четвёртого поколения 4G Международным союзом электросвязи на конференции в Женеве в 2012 году^[2].

LTEAdvanced — это название спецификации 3GPP 10 версии, которым Международный союз электросвязи присвоил сертификат «IMT-Advanced» — официальный статус сетей четвёртого поколения. Предыдущие версии LTE не являются технологией 4G.

1.1.6 Обзор беспроводных технологий связи В настоящее время технология беспроводной связи переживает настоящий бум своего развития. В основном это связано с прочным входом в нашу жизнь смартфонов, планшетных компьютеров и нетбуков, которые для полноценного использования требуют постоянный доступ к сети интернет, в том числе и при движении.

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, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.

1. По дальности действия:

— Беспроводные персональные сети (WPAN — WirelessPersonalAreaNetworks). Примеры технологий — Bluetooth;

Беспроводные персональные сети — сети, стандарт которых разработан рабочей группой IEEE 802.15.

WPAN применяются для связи различных устройств, включая компьютерную, бытовую и оргтехнику, средства связи. Физический и Канальный уровни регламентируются стандартом IEEE 802.15.4. Радиус действия WPAN составляет от нескольких метров до нескольких десятков сантиметров. WPAN используется как для объединения отдельных устройств между собой, так и для связи их с сетями более высокого уровня, например, глобальной сетью интернет.

— Беспроводные локальные сети (WLAN — WirelessLocalAreaNetworks). Примеры технологий — Wi-Fi;

При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир; объединение устройств в сеть происходит без использования кабельных соединений.

— Беспроводные сети масштаба города (WMAN — WirelessMetropolitanAreaNetworks). Примеры технологий — WiMAX;

— Беспроводные глобальные сети (WWAN — WirelessWideAreaNetwork). Примеры технологий — CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.

2. По топологии:

— «Точка-точка» — простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком — соединить таким образом можно только 2 компьютера и не больше.

— «Точка-многоточка» — позволяет обеспечить доступ к сети одновременно многих пользователей. В такой беспроводной сети существует центральное устройство, обычно называемое базовой станцией или точкой доступа, создающее радиопокрытие на некоторой территории, к которому подключаются все пользователи сети.

Рис. 2. Классификация по дальности действия

3. По области применения:

— Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые компаниями для собственных нужд;

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

Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

1.1.7 Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

DECT (англ. DigitalEnhancedCordlessTelecommunication) — технология беспроводной связи на частотах 1880—1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), используется в современныхрадиотелефонах. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире, благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. По оценкам 1999 года DECT принят более чем в 100 странах, а число абонентских устройств DECT в мире приближается к 50 миллионам. В Европе DECT практически полностью вытеснил беспроводные телефоны стандартов CT2, CT3; на других континентах DECT успешно конкурирует с американским стандартом PACS и японским PHS.

Цифровой стандарт DECT первоначально разрабатывался для Европы и утверждался в 1992 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). Стандарт описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами) при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных.

Диапазон радиочастот, используемых для приёма/передачи — 1880—1900 МГц в Европе.

Рабочий диапазон (20 МГц) разделён на 10 радиоканалов, каждый по 1728 КГц.

Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом — 10 мВт.

DECT относится к системам пакетной радиосвязи с частотно-временным разделением каналов (информация передаётся по радиоканалу в виде пакетов, организованных в кадры) и основана на технологиях:

— TDMA — Timedivisionmultipleaccess (множественный доступ с временным разделением);

— FDMA — Frequencydivisionmultipleaccess (множественный доступ с частотным разделением);

— TDD — Timedivisionduplex (дуплексный канал с временным разделением).

Каждая DECT-система состоит из базового блока и трубки. Но от других систем она отличается наличием большого количества каналов, образуемых комбинированием частотных каналов и технологии временного разделения. DECT использует 10 несущих частот в диапазоне от 1880 МГц до 1900 МГц. При этом все время работы DECT-системы разбивается на 10-миллисекундные кадры, состоящие, в свою очередь из 24-х тайм слотов. Каждому абоненту в кадре выделяется один тайм-слот на передачу и один на прием. Таким образом, каждая базовая станция (и соответственно любая абонентская трубка) в любой момент времени имеет выбор из 120 каналов — 12 временных и 10 частотных.

Передача соединения мобильного абонента от одной базовой радиостанции к другой во время разговора абсолютно незаметна для абонента (режим handover). При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приёма.

Существует дополнительное расширение стандарта DECT — стандарт GAP (GenericAccessProfile), принятое летом 1996 года, означающее совместимость радиотелефона с оборудованием других производителей, имеющим тот же стандарт DECT/GAP. Например, с теми телефонами, которые поддерживают стандарт DECT/GAP, можно использовать трубки от любой другой модели, поддерживающей этот стандарт. Специфика этого стандарта в том, что при взаимодействии трубок разных производителей некоторые функции могут быть неактивными.

Реализация беспроводной связи (по стандарту DECT) происходит как в рамках аналоговой телефонии, так и IP-телефонии. Корпоративные радиотелефоны, работающие по принципу Voiceover IP, являются одним из самых востребованных и быстрорастущих сегментов рынка IP-телефонии.

Основные достоинства DECT:

— хорошая (в сравнении с аналоговыми системами) помехоустойчивость канала связи, благодаря цифровой передаче сигнала; вследствие этого — отсутствие множества помех во время разговора, которые присутствовали в аналоговых системах;

— хорошая интеграция (соединение) с системами стационарной корпоративной телефонии;

— меньшее по сравнению с мобильными телефонами облучение абонента — уровень сигнала радиотелефона в соответствии со стандартом составляет 10 мВт (из-за многократно меньшей мощности передатчика (как трубки, так и базы)).

Основные недостатки DECT:

— относительно небольшая дальность связи (из-за ограничения мощности самим стандартом);

— невысокая (относительно Wi-Fi) скорость передачи данных Системы DECT для корпоративной и домашней связи выпускаются порядка 45 производителями телекоммуникационного оборудования, такими как:

— Avaya

— Alcatel

— DeTeWe

— Ericsson

— Goodwin Matra

— Nortel

— Panasonic

— Gigaset

Следовательно существует проблема её стандартизации, которую решают используя понятия профилей DECT. Все профили обеспечивают защиту системы от несанкционированных пользователей и шифрацию сообщений, которая, однако, успешно обходится. Основной профиль — профиль общего доступа GAP (GenericAccessProfile) обеспечивает передачу телефонии со скоростью 32 кбит/с и потоков данных по «прозрачному» каналу со скоростями 32, 16 и 8 кбит/с, без дополнительной защиты информации. Также существует профиль радиодоступа RAP (RadioLocalloopAccessProfile), который специально разработан для аппаратуры радиодоступа. Из новых профилей следует отметить DMAP (DECT MultimediaAccessProfile), ориентированный на предоставление мультимедийных услуг.

Классификация DECT систем по типу архитектуры:

Системы DECT различаются по размерам и количеству подключаемых абонентских устройств. Основными являются три типа: HomeSystem (домашние системы), BusinessSystem (системы уровня предприятия) и EnterpriseSystem (системы уровня крупного предприятия).

1. Классическая HomeSystem состоит из одного базового блока, подключаемого обычно через обыкновенную аналоговую линию. Устанавливается обычно в частных квартирах. Доступно к подключению до 8 мобильных трубок. Обеспечивают в рамках одной базы 2 соединения между 2 трубками и 1 соединение между одной трубкой и аналоговой линией одновременно. Имеют расширенный сервис, такой как автоответчик. Часто интегрируется с факсимильным аппаратом. Классический пример такой системы: SiemensGigaset — самая известная и распространенная DECT система в России и GoodwinLund — сделанная в России и неплохо себя зарекомендовавшая.

Рис. 3. HomeSystem

Подобные системы выпускают и фирма LG и фирма Sagem, выпустившая достаточно известный сотовый телефон, поддерживающий DECT стандарт. Все эти системы объединяет одно неприятное свойство — это HomeSystem, а значит, эти системы не поддерживают главной функции, отличающей HomeSystem от BusinessSystem — это хандовер. Хандовер — это способность системы «передавать» мобильного абонента от одной базовой станции к другой. Но это не только свойство базы, но и свойство мобильной трубки — способность перейти из базы в базу при ухудшении сигнала. Способность DECT трубок регистрироваться во многих системах это функция, отличная от функции хандовер. Да, действительно, если вы на мобильной трубке от HomeSystem «положите трубку», а точнее разорвете соединение в зоне действия одной базы и установите соединение в зоне действия другой базы, то соединение установится. Однако это не функция хандовера. Также еще имеются иногда проблемы с тем, что производители HomeSystem встраивают в системы свои характерные функции, например функции доступа к автоответчику или списку звонивших абонентов и т. д. Эти функции естественно также уникальны для каждого отдельно взятого производителя телекоммуникационного оборудования стандарта DECT.

2. Стандартная Business System состоит из одного DECT контроллера (часто контроллер интегрирован в УАТС и состоит из многих плат) и достаточно большого количества базовых станций. Базовые станции подключаются к контроллеру по разным протоколам и разным линиям. Так, к примеру, компания MatraTelecom подключает свои базовые станции по ISDN-BRI. Одна такая линия обеспечивает скорость 128 Кбит/c и, поскольку в системах DECT используется кодирование ADPCM G.726 (32 Кбит/с), поддерживает четыре речевых канала. Компания DeTeWe подключает базовые станции по своему собственному протоколу, но по аналогу ISDN-BRI. К базовой станции возможно подключить до 2 таких линий, обеспечивающих в сумме 8 одновременных соединений на базу. Компания Philips разработала базы 6 и 12 канальные базы, подключающиеся к контроллеру по G.703. То есть по 2 Мбит/c. Максимальное удаление БС от контроллера определяется характеристиками интерфейса соединительной линии и может быть различным от 1,7 км до 5 км в решениях, предлагаемых разными производителями. Неодинаковы и способы электропитания базовых станций. В некоторых случаях оно подается дистанционно, а в других от отдельного источника.

Рис. 4. Business System

3. Основное отличие Business System от Enterprise System — это отсутствие роуминга. Роуминг — это способность системы передавать вызов в другую систему и присваивать класс обслуживания роуминговому абоненту. Обычно переход мобильного абонента из системы в систему не сопровождается необходимостью поддерживать непрерывное соединение. В стандартной ситуации разные контроллеры удалены друг от друга на значительное расстояние и переход абонента в новую систему сопровождается разрывом связи. Казалось бы абонент с мобильной трубкой стандарта DECT может быть без труда зарегистрирован в новой системе, однако возникают следующие трудности: вызовы, поступающие на номер мобильного абонента первой системы, должны быть перемаршрутизированы в новую систему. Однако решать эту проблему средствами АТС редко удается. Часто сама АТС не поддерживает подобных функций, а часто этот сервис стоит значительных финансовых средств и владелец систем покупку этого сервиса считает нецелесообразным.

Также наиболее часто заказчики сталкиваются со следующими проблемами: крупное предприятие установило АТС, имеющую несколько выносов, причем в настоящее время выносы АТС обычно устанавливаются с соединением с основной АТС по оптоволокну, и никаких медных кабелей в нужном направлении нет. Часто вынос по оптоволокну устанавливается на расстоянии свыше 10 км, и вынос базовой станции по медному кабелю в этом случае в принципе невозможен. И таких выносов может быть более 5. При таких схемах установка нескольких DECT контроллеров и организация между ними роуминга в принципе невозможна. Ведь каждой мобильной трубке придется прописывать свой отдельный номер в каждом DECT контроллере, а потом организовывать сложную структуру поиска этой трубки в разных DECT контроллерах. Это во-первых. А во-вторых, в этом случае придется прописывать класс обслуживания исходной мобильной трубки (категорию, номер, права на выход междугородние каналы связи и т. д.) всем «клонам» этой мобильной трубки во всех контроллерах и т. д.

Гораздо лучше, когда сама система микросотовой связи поддерживает роуминг. То есть она умеет, когда это необходимо, по прописанным маршрутам начать отыскивать нужную трубку среди указанных контроллеров и обеспечить передачу класса обслуживания необходимой трубки нужному контроллеру. На настоящий момент подобных систем существует немного. Правильно будет отметить, что заказчиков подобных систем на мировом рынке и на российском в частности немного. Бурное развитие сотовой связи и удешевление ее тарифов сильно сдерживает активное развитие этого направления. На данный момент производители телекоммуникационного оборудования решают эту проблему средствами программного обеспечения АТС, имеющих встроенные интегрированные DECT контроллеры. Сейчас компания AvayaCommunication с продуктом АТС Definity версии программного обеспечения выше 8,4 и компания NortelNetwork c продуктом Meridian 1 версии программного обеспечения 25 уже решили эту проблему.