Компьютерные сети Wi-Fi и WiMax

метки: Технология, Стандарт, Скорость, Покрытие, Втора, Совместимость, Наиболее, Зарезервировать

Сегодня завоевывают все более важные позиции в жизни человека. Во второй половине 20 века, на заре компьютерной эры, мало кто из неспециалистов хотя бы примерно представлял себе, что такое ЭВМ. Теперь компьютеры получили громадное распространение — от домашних рабочих станций до огромных вычислительных комплексов промышленных предприятий. С развитием вычислительной техники, ростом потребностей пользователей и разработчиков все больше становилась ясна потребность объединения ресурсов отдельных ЛВС для увеличения количества операций, выполняемых в секунду, организации совместного доступа к данным. Так родилась идея создания компьютерных сетей. Преодолев несколько этапов развития, сети настолько прочно вошли в жизнь, что многие уже не представляют свою жизнь без Интернета – самой большой глобальной компьютерной сети, дающей много возможностей. Способов получить доступ в эту сеть придумано и разработано множество – от самых простеньких модемов до Wi-Fi – точек доступа. Но совсем недавно появилась новая сетевая технология доступа – WiMax. Так как я обладаю начальными знаниями сетей, меня заинтересовал данный стандарт как альтернатива Wi – Fi, которым я пользуюсь уже полгода. В своей курсовой работе я проведу экскурс в историю сетей (прошлое забывать все-таки нельзяJ), а затем расскажу о двух новейших стандартах беспроводных сетей – уже существующем Wi-Fi и перспективном WiMax.

История компьютерных сетей.

Самая первая компьютерная сеть появилась в 1969 году в Соединенных Штатах во время «холодной войны». По заказу агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (ARPA) силами нескольких институтов была создана сеть ARPANET.

Фото 1. Создатели ARPANET.

К ней подключались компьютеры ведущих, в том числе, и невоенных лабораторий и исследовательских центров США. Среди целей создания сети, помимо основных, можно отметить проведение экспериментов в области компьютерных коммуникаций, объединение научного потенциала исследовательских учреждений, изучение способов поддержания устойчивой связи в условиях возможного ядерного нападения, разработка концепции распределённого управления военными и гражданскими структурами в период ведения войны.

Разработка системы контроля и управления доступом к охраняемым объектам

... удобства работы с самой системой. Данная компьютерная система должна иметь простой и наглядный интерфейс, который будет понятен любому пользователю. 1. Анализ существующих компьютерных систем контроля и управления доступом (СКУД) ...

Фото 2. Операторы APRANET и одна из первых машин сети

Время шло, APRANET расширяла территорию своего присутствия, но появлялись новые сети, новые стандарты передачи данных. Будущее оказалось за конкурентами APRANET — в 1991 году она перестала существовать. Период сверхактивного развития компьютерных, и, в частности, сетевых технологий пришелся на последнее десятилетие 20 века. В результате жесткой конкуренции одна из сетевых технологий — Ethernet — получила массовое распространение и до сих пор является основой архитектуры большинства ЛВС. Ниже приведены технические стандарты данной технологии:

Документация: стандарты IEEE) 802.3xx

Среда передачи данных: коаксиальный кабель, витая пара 3к и выше, оптоволокно, радиоволны

Топология: «шина», «звезда»

Скорость передачи данных: 10Мб/с – 10Гб/с

Недостатки технологии Ethernet.

Wi-Fi

Технология Wi-Fi только кажется одной из новейших. На самом деле первыми Wi-Fi-устройствами были… кассовые аппараты марки WaveLAN 1991 года выпуска. Данные устройства, имевшие скорость передачи данных 1-2 Мбит/с, не получили широкого распространения, и в 2004 году компания Agere Systems, осуществлявшая их выпуск, ушла с рынка. А в начале 2007 года Wi-Fi получила новую жизнь, и на сегодня только в Москве насчитывается более 4000 точек доступа, часть из которых бесплатны. Производители мобильных «гаджетов» добавляют в свои устройства Wi-Fi адаптеры, провайдеры начинают предоставлять услуги доступа в Интернет через Wi-Fi, и «простые смертные» из числа обычных пользователей покупают точки доступа для объединения устройств с Wi-Fi адаптерами в одну маленькую ЛВС.

Рис. 1. Карта распространения WiFi (Восточная Европа)

Посмотрим на суть технологии, так быстро завоевавшей место под солнцем в жестких условиях конкуренции с существующей проводной инфраструктурой.

IEEE 802.11 — Изначальный 1 Мбит/с и 2 Мбит/c, 2,4 ГГц и ИК стандарт (1997) IEEE 802.11a — 54 Мбит/c, 5 ГГц стандарт (1999, выход продуктов в 2001) IEEE 802.11b — Улучшения к 802.11 для поддержки 11 Mbit/s и 5.5 MB/s (1999) IEEE 802.11c — Процедуры операций с мостами; включен в стандарт IEEE 802.1D (2001) IEEE 802.11d — Интернациональные роуминговые расширения (2001) IEEE 802.11e — Улучшения: QoS, включение packet bursting (2005) IEEE 802.11F — Inter-Access Point Protocol (2003) IEEE 802.11g — 54 Мбит/c, 2,4 ГГц стандарт (обратная совместимость с b) (2003) IEEE 802.11h — Распределенный по спектру 802.11a (5 GHz) для совместимости в Европе (2004) IEEE 802.11i — Улучшенная безопасность (2004) IEEE 802.11j — Расширения для Японии (2004) IEEE 802.11k — Улучшения измерения радио ресурсов IEEE 802.11l — (зарезервирован) IEEE 802.11m — Поддержание эталона; обрезки IEEE 802.11n — Увеличение скорости передачи данных (300 Мбит/c).

2,4-2,5 или 5 ГГц. Обратная совместимость с 802.11a/b/g. Особенно распространён на рынке в США в устройствах Cisco и Apple. IEEE 802.11o — (зарезервирован) IEEE 802.11p — WAVE — Wireless Access for the Vehicular Environment (Беспроводной Доступ для Транспортной Среды, такой как машины скорой помощи или пассажирский транспорт) IEEE 802.11q — (зарезервирован, иногда его путают с 802.1q VLAN trunking) IEEE 802.11r — Быстрый роуминг IEEE 802.11s — ESS Mesh Networking IEEE 802.11T — Wireless Performance Prediction (WPP, Предсказание Производительности Беспроводного Оборудования) — методы тестов и измерений IEEE 802.11u — взаимодействие с не-802 сетями (например, сотовые сети) IEEE 802.11v — Управление беспроводными сетями IEEE 802.11x — зарезервирован и не будет использоваться. Не нужно путать со стандартом контроля доступа IEEE 802.1x IEEE 802.11w — Protected Management Frames (Защищенные Управляющие Фреймы)

Наиболее популярными в России являются стандарты IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g. Первый – наиболее скоростной – не используется не только простыми пользователями, но и серьезными предприятиями из-за чрезвычайной дороговизны оборудования. Среди простых пользователей широко известны стандарты 802.11b и IEEE 802.11g. Многие Wi-Fi адаптеры настроены на автоматическое переключение между ними и поддерживают оба стандарта. Так устроен и мой Wi-Fi адаптер на КПК. Приходя в институт, во время перерыва я путешествую по просторам сети, сидя в холле на третьем этаже. Меня заинтересовали параметры Wi-Fi сети нашего института, и я их нашла на сайте http://wi-fi. *****/.

ASUS WL-500g – беспроводной роутер с питанием от внешнего БП

поддерживаемые стандарты и скорости	802.11b	802.11g
11, 5, 2, 1 Mbit/sec	54, 48, 36, 18, 12, 11, 9, 6, 5.5, 2, 1 Mbit/sec
возможность ручного задания скорости	да
Практическая максимальная скорость при работе по протоколу 802.11 g	35 МБит /c
Рабочая частота	ГГц
Шифрование	64/128-bit WEP, TKIP, AES, WPA, WPA-PSK
Адаптер	AC Input: 100V~240V(50~60HZ); DC Output: 5V with max. 2 A
Размеры	185 mm (L)* 205 mm (W)* 36 mm (H) excluding one external antennas

Должна сказать, что скорость доступа в Интернет в нашем институте оказалась выше, чем дома, несмотря на то, что у меня не модем, а выделенная линия.

Конечно, WiFi освободил своих пользователей от лишних проводов, но он имеет два существенных минуса. Первый заключается в том, что канал доступа, его пропускная способность делится по принципу «на всех поровну», так же, впрочем, как и скорость доступа в Интернет у меня дома. Особенно хорошо это можно почувствовать, сидя в Интернете в МИЭМе во время начала перерыва: как только народу в сети начинает прибавляться, серьезно падает скорость загрузки информации. Второй «минус» — не особо большая зона покрытия одной точки доступа. По сути дела, пользователи снова оказываются «привязанными», но не к своим компьютерам, а к точкам доступа. Наглядный пример: если я захочу выйти в Интернет из 488 аудитории, то я этого сделать не смогу – эта аудитория находится вне зоны покрытия нашей сети.

Решить эти две проблемы возможно, используя новейшую сетевую технологию – WiMax.

WiMax

Основа стандарта Wi-Max, получившего от IEEE кодовое «имя» 802.16, была заложена в 2001 году. Она предполагала единую для всех производителей технологию беспроводной передачи информации на скоростях до нескольких десятков Мбит/с в диапазоне частот от 10 ГГц до 66 ГГц на расстояние до нескольких десятков километров. Но на данных частотах на сильное затухание сигнала не позволяло строить сети с большими зонами покрытия. В результате доработки основного стандарта в года был принят подстандарт 802.16a, который уже относился к более эффективному диапазону от 2 ГГц до 11 ГГц.

Но стандарт получился очень «общим», размытым в формулировках, в его рамках было бы трудно добиться прямой и обратной совместимости оборудования разных производителей. Поэтому компания Intel решила выбрать из стандарта 802.16 наиболее интересные функции и технологии и назвать это подмножество WiMax . Ниже приведены технические характеристики WiMax, начиная с первоначальных:

Название стандарта	802.16	802.16a	802.16e
Дата принятия		январь 2003
Частотный диапазон	10-66 ГГц	2-11 ГГц	2-6 ГГц
Быстродействие	32-135 Мбит/с для 28МГц-канала	до 75 Мбит/с для 28МГц-канала	до 15 Мбит/с для 5МГц-канала
Модуляция	QPSK, 16QAM, 64QAM	OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM	OFDM 256, QPSK, 16QAM, 64QAM
Ширина канала	20, 25 и 28 МГц	Регулируемая 1,5-20МГц	Регулируемая 1,5-20МГц
Радиус действия	2-5 км	7-10 км макс. радиус 50 км	2-5 км
Условия работы	Прямая видимость	Работа на отражениях	Работа на отражениях

На сегодня стандарт WiMAX делится на два несовместимых между собой субстандарта — фиксированный и мобильный.

Категория сравнения	Фиксированный (802.16d)	Мобильный (802.16e)
Предназначение	Стационарное подключения к интернету квартиры или офиса	Поддержка мобильных пользователей, передвигающихся со скоростью до 120 км/ч
Конфигурация приемных устройств
Используемая частота	3,5-5 ГГц	2-6 ГГц
Преимущества	— большие скорости передачи данных — совместимость оборудования различных фирм	-поддержка функций handover (бесшовной передачи клиента от одной базовой станции к другой) и роуминга, — лучшее покрытие внутри помещений, в условиях расположения в экранирующих сигнал железобетонных зданиях — более эффективное использование частотного ресурса, весьма ограниченного российским законодательством.

Недостатки WiMax

Первый недостаток — дороговизна отдельно взятой точки доступа. Несмотря на обширную зону покрытия, высокая цена отпугивает небольшие компании-потенциальных покупателей. Многие крупные поставщики услуг доступа в Интернет уже успели осуществить крупные инвестиции в технологию Wi-Fi и пока не планируют инвестиции пусть в даже очень перспективную технологию WiMax, ожидая прибыли от Wi-Fi.

Второй недостаток – ограничения на используемые частотные диапазоны, введенные властями. Узкий частотный диапазон означает стремительное падение скорости доступа и качества связи. Есть мнение, что это связано с тем, что в городах — основных потребителях услуг доступа во Всемирную Сеть, спектр уже поделен между другими организациями, среди которых видное место занимает Министерство обороны. Оно требует от сетевиков деньги на модернизацию устаревшего оборудования, занимающего большую часть спектра. Помимо Министерства обороны, придется «уплотнить» свои частотные диапазоны и радиостанциям, и много кому еще… Естественно, просто так это делать никто не станет. Отрадно, что совсем недавно технология WiMax получила поддержку, пусть пока только словесную, от президента Дмитрия Медведева, в рамках общероссийского Инновационного Конвента – ежегодного мероприятия, представляющего самые перспективные отечественные разработки, созданные молодыми учеными, изобретателями и предпринимателями. Остается лишь надеяться, что перспективной технологии дадут «путевку в жизнь».

Заключение.

Выскажу свое мнение по поводу будущего радиосетей в России. Несмотря на сравнительное экономическое благополучие Москвы и СПб, мне кажется, что проводная инфраструктура пока слишком сильна для того, чтобы WiMax получил глобальное распространение. Наиболее актуальное эта технология, после удешевления оборудования, станет для отдаленных от центра районов, поскольку обеспечивает большую дальность передачи информации. Wi-Fi уже успел отвоевать свою долю рынка услуг доступа к Интернет, и, если WiMax все-таки не начнет развиваться огромными темпами, Wi-Fi окончательно упрочит свои позиции и некоторое время будет их стабильно удерживать. Но потом и ему придеться «подвинуться» — время не стоит на месте… И будущее во многом зависит от нас.