Информационные технологии в юридической деятельности

На рисунке 2 показано, что  сигнал, встретившись с препятствием, может распространяться в соответствии с тремя механизмами: отражением, дифракцией и рассеиванием.

Когда сигнал встречается  с препятствием, которое частично прозрачно для данной длины волны  и в то же время размеры которого намного превышают длину волны, то часть энергии сигнала отражается от такого препятствия. Волны микроволнового диапазона имеют длину несколько сантиметров, поэтому они частично отражаются от стен домов при передаче сигналов в городе. Если сигнал встречает непроницаемое для него препятствие (например, металлическую пластину) также намного большего размера, чем длина волны, то происходит дифракция — сигнал как бы огибает препятствие, так что такой сигнал можно получить, даже не находясь в зоне прямой видимости. И наконец, при встрече с препятствием, размеры которого соизмеримы с длиной волны, сигнал рассеивается, распространяясь под различными углами.

Рисунок 2. Распространение  электромагнитной волны

В результате подобных явлений, которые повсеместно встречаются  при беспроводной связи в городе, приемник может получить несколько копий одного и того же сигнала. Такой эффект называется многолучевым распространением сигнала. Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отрицательным, поскольку один из сигналов может прийти с обратной фазой и подавить основной сигнал.

Так как время распространения  сигнала вдоль различных путей  будет в общем случае различным, то может также наблюдаться и  межсимвольная интерференция, ситуация, когда в результате задержки сигналы, кодирующие соседние биты данных, доходят до приемника одновременно.

Искажения из-за многолучевого  распространения приводят к ослаблению сигнала, этот эффект называется многолучевым замиранием. В городах многолучевое замирание приводит к тому, что ослабление сигнала становится пропорциональным не квадрату расстояния, а его кубу или даже четвертой степени!

Все эти искажения сигнала  складываются с внешними электромагнитными  помехами, которых в городе довольно много. Достаточно сказать, что в  диапазоне 2,4 ГГц работают микроволновые  печи.

Проблема высокого уровня помех беспроводных каналов решается различными способами. Важную роль играют специальные методы кодирования, распределяющие энергию сигнала в широком  диапазоне частот. Кроме того, передатчики  сигнала (и приемники, если это возможно) стараются разместить на высоких  башнях, чтобы избежать многократных отражений. Еще одним способом является применение протоколов с установлением  соединений и повторными передачами кадров уже на канальном уровне стека протоколов. Эти протоколы позволяют быстрее корректировать ошибки, так как работают с меньшими значениями тайм-аутов, чем корректирующие протоколы транспортного уровня, такие как TCP.

Л

Л

Л

Л

2 Характеристика беспроводных  систем

2.1 Двухточечная  связь

Типичная схема проводного двухточечного канала является популярной и для беспроводной связи. По двухточечной схеме могут работать беспроводные каналы различного назначения, использующие различные диапазоны частот.

В телекоммуникационных первичных  сетях такая схема уже долгое время используется для создания так называемых радиорелейных линий  связи.Радиорелейная линия связи изображена на рисунке 3. Такую линию образуют несколько башен, на которых установлены параболические направленные антенны. Каждая такая линия работает в микроволновом диапазоне на частотах в несколько гигагерц. Направленная антенна концентрирует энергию в узком пучке, что позволяет передавать информацию на значительные расстояния, обычно до 50 км. Высокие башни обеспечивают прямую видимость антенн.

Пропускная способность  линии может быть достаточно высокой, обычно она находится в пределах от нескольких до сотен мегабит в  секунду. Такие линии могут быть как магистральными, так и линиями  доступа (в последнем случае они имеют чаще всего один канал). Операторы связи часто используют такие линии, когда прокладка оптического волокна либо невозможна (из-за природных условий), либо экономически невыгодна.

Рисунок 3. Радиорелейная  линия связи

Радиорелейная линия связи  может использоваться в городе для  соединения двух зданий. Так как  высокая скорость в таком случае не всегда нужна (например, нужно соединить  небольшой сегмент локальной  сети с основной локальной сетью  предприятия), то здесь могут применяться  радиомодемы, работающие в АМ-диапазоне. Для связи двух зданий может также использоваться лазер, обеспечивая высокую информационную скорость (до 155 Мбит/с), но только при соответствующем состоянии атмосферы.

Другой пример беспроводной двухточечной линии связи показан  на рисунке 4. Здесь она используется для соединения двух компьютеров. Такая  линия образует простейший сегмент  локальной сети, поэтому расстояния и мощности сигнала здесь принципиально  иные.

Для расстояний в пределах одного помещения могут использоваться как диапазон инфракрасных волн (рисунок 4, а), так и микроволновый диапазон (рисунок 4, б). Большинство современных ноутбуков оснащено встроенным инфракрасным портом, поэтому такое соединение может быть образовано автоматически, как только порты двух компьютеров окажутся в пределах прямой видимости (или видимости отраженного луча).

Микроволновый вариант работает в пределах нескольких десятков или  сотен метров — предельное расстояние предсказать невозможно, так как  при распространении микроволнового сигнала в помещении происходят многочисленные отражения, дифракции  и рассеивания, к которым добавляются  эффекты проникновения волн через  стены и межэтажные перекрытия.

Рисунок 4. Беспроводная связь  двух компьютеров

2.2 Связь одного  источника и нескольких приемников

Схема беспроводного канала с одним источником и несколькими  приемниками характерна для такой  организации доступа, при которой  многочисленные пользовательские терминалы  соединяются с базовой станцией (Base Station, BS).

Базовая станция — распространенный компонент инфраструктуры. Она обеспечивает передачу информационных сигналов беспроводных сетей, распространяющихся через воздушную  среду, в проводную сеть, ее иногда называют распределительной системой.

Беспроводные линии связи  для схемы одного источника и  нескольких приемников используются как  для фиксированного доступа, так  и для мобильного.

Фиксированный беспроводной доступ с помощью микроволновых  линий связи показан в Приложении Г. Оператор связи использует высокую  башню (возможно, телевизионную), чтобы  обеспечить прямую видимость с антеннами, установленными на крышах зданий своих  клиентов. Фактически такой вариант  может представлять собой набор  двухточечных линий связи — по количеству зданий, которые необходимо соединить с базовой станцией. Однако это достаточно расточительный вариант, так как для каждого  нового клиента нужно устанавливать  новую антенну на башне. Поэтому  для экономии обычно применяют антенны, захватывающие определенный сектор, например в 45°. Тогда за счет нескольких антенн оператор может обеспечить связь  в пределах полного сектора в 360°, конечно, на ограниченном расстоянии (обычно в несколько километров).

Пользователи линий доступа  могут обмениваться информацией  только с базовой станцией, а она, в свою очередь, транзитом обеспечивает взаимодействие между отдельными пользователями.

Базовая станция обычно соединяется  проводной связью с проводной  частью сети, обеспечивая взаимодействие с пользователями других базовых  станций или пользователями проводных  сетей. Поэтому базовая станция  также называется точкой доступа (Access Point, АР). Точка доступа представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Точка доступа включает не только DCE-оборудование, необходимое для образования линии связи, но и чаще всего является коммутатором сети, доступ к которой она обеспечивает — телефонным коммутатором или коммутатором пакетов.

В большинстве схем мобильного доступа используется сегодня принцип  сот, которые представляют собой  небольшие по площади территории, обслуживаемые одной базовой  станцией. Идея сот родилась не сразу, первые мобильные телефоны работали по другому принципу, обращаясь к  одной базовой станции, покрывающей  большую территорию. Идея небольших  сот была впервые сформулирована еще в 1945 году, с тех пор прошло довольно много времени, пока заработали первые коммерческие сотовые телефонные сети — пробные участки появились  в конце 60-х, а широкое коммерческое применение началось в начале 80-х.

Принцип разбиения всей области  охвата сети на небольшие соты дополняется  идеей многократного использования  частоты.

На рисунке 5 показан вариант  организации сот при наличии  всего трех частот, при этом ни одна из соседних пар сот не задействует  одну и ту же частоту. Многократное использование частот позволяет  оператору экономно расходовать  выделенный ему частотный диапазон, при этом абоненты и базовые станции  соседних сот не испытывают проблем  из-за интерференции сигналов. Конечно, базовая станция должна контролировать мощность излучаемого сигнала, чтобы  две соты (несмежные), работающие на одной и той же частоте, не создавали  друг другу помех.

При гексагональной форме  сот количество повторяемых частот может быть больше, чем 3, например 4, 7, 9, 12, 13 и т. д.

Если известно минимальное  расстояние D между центрами сот, работающих на одной и той же частоте, то число  сот (N) можно выбрать по формуле:

N- D2/3R2, где R — радиус  соты.

Рисунок 5. Многократное использование  частот в сотовой сети

Небольшие по величине соты обеспечивают небольшие габариты и  мощность терминального устройства пользователя. Именно это обстоятельство (а также общий технологический  прогресс) позволяет современным  мобильным телефонам быть такими компактными.

Мобильные компьютерные сети пока не получили такого распространения, как телефонные, но принципы организации  беспроводных линий связи в них  остаются теми же.

Важной проблемой мобильной  линии связи является переход  терминального устройства из одной  соты в другую. Эта процедура, которая  называется эстафетной передачей, отсутствует при фиксированном доступе и относится к протоколам более высоких уровней, нежели физический.

2.3 Связь нескольких  источников и нескольких приемников

В случае схемы с несколькими  источниками и несколькими приемниками  беспроводная линия связи представляет собой общую электромагнитную среду, разделяемую несколькими узлами. Каждый узел может использовать эту  среду для взаимодействия с любым  другим узлом без обращения к  базовой станции. Так как базовая  станция отсутствует, то необходим децентрализованный алгоритм доступа к среде.

Чаще всего такой вариант  беспроводного канала применяется  для соединения компьютеров. На рисунке 6 показана беспроводная многоточечная  линия связи. Для телефонного  трафика неопределенность в доле пропускной способности, получаемой при  разделении среды, может резко ухудшить качество передачи голоса. Поэтому  они строятся по ранее рассмотренной  схеме с одним источником (базовой  станцией) для распределения полосы пропускания и несколькими приемниками.

Собственно, первая локальная  сеть, созданная в 70-е годы на Гавайях, в точности соответствовала приведенной  на рисунке схеме. Ее отличие от современных  беспроводных локальных сетей состоит  в низкой скорости передачи данных (9600 бит/с), а также в весьма неэффективном  способе доступа, в результате использовалось только 18 % полосы пропускания.

Рисунок 6. Беспроводная многоточечная  линия связи

Сегодня такие сети передают данные со скоростью до 52 Мбит/с в микроволновом или инфракрасном диапазоне. Для связи каждого с каждым используются ненаправленные антенны. Для того чтобы инфракрасный свет распространялся в разных направлениях, применяются диффузные передатчики, которые рассеивают лучи с помощью системы линз.

Заключение

Беспроводная связь делится  на мобильную и фиксированную. Для организации мобильной связи беспроводная среда является единственной альтернативой. Фиксированная беспроводная связь обеспечивает доступ к узлам сети, расположенным в пределах небольшой территории, например здания.

Каждый узел беспроводной линии связи оснащается антенной, которая одновременно является передатчиком и приемником электромагнитных волн.

Электромагнитные волны  могут распространяться во всех направлениях или же в пределах определенного  сектора. Тип распространения зависит  от типа антенны.

Беспроводные системы  передачи данных делятся на четыре группы в зависимости от используемого  диапазона электромагнитного спектра: широковещательные (радио-) системы, микроволновые системы, системы инфракрасных волн, системы видимого света.

Из-за отражения, дифракции  и рассеивания электромагнитных волн возникает многолучевое распространение  одного и того же сигнала. Это приводит к межсимвольной интерференции  и многолучевому замиранию.

Передача данных в диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц, которые получили название ISM, не требует лицензирования, если мощность передатчика не превышает 1 Ватт.

Беспроводные двухточечные линии связи используются для  создания радиорелейных линий, соединения зданий, а также двух компьютеров.