Разработка мультисервисной сети на основе беспроводного доступа

 

 

 

 

 

 

 

НАУЧНАЯ   РАБОТА

 

ТЕМА: «Разработка мультисервисной сети на основе беспроводного доступа»

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011 г.

 

 

 

Содержание

Реферат………………………………………………………………….3 Список сокращений…………………………………………………….4 Введение ……………………………………………….……………..…5 1 Исторический очерк развития сетевых технологий ………………………..8 2 Анализ беспроводных сетевых технологий………………………………19 2.1 Технология Bluetooth..…………………………………………........19 2.2 Технология WiMAX………………………………………………..21 2.3 Технология GSM…………………………………………………..26 2.4 Технология WI-FI………………………………………………......29 2.4.1 Стандарт 802.11a……………………………………………......33 2.4.2 Стандарт 802.11 b/g………………………………………….........34 2.4.3 Стандарт 802.11n…………………………………………….…….35 2.4.4 Топология  сети Wi-Fi………………………………………….....35 2.4.4.1 Беспроводная сеть каждый с каждым…………………….…....35 2.4.4.2 Беспроводная сеть инфраструктурной  топологии…………....36 2.4.4.3 Беспроводная сеть сложной  топологии с ретрансляцией         сигнала………………………………………………………………………...37 3 Разработка мультисервисной сети на кафедре…………………………..37 Заключение…………………………………………………………....41 Приложение 1………………………………………………………... Список используемой литературы

 

 

 

 

 

Реферат

 

Представленная конкурсная работа посвящена разработке мультисервисной сети с использованием средств беспроводного доступа.

Актуальность темы представленной работы определяется спецификой современного этапа развития систем беспроводной связи.

 Новизна работы состоит в подходе к построению облика перспективной системы беспроводной связи на основе использования технологии Wi-Fi.

Научная и практическая значимость полученных результатов заключается  в том, что разработка системы беспроводного доступа существенно увеличит скорость обмена информации  между пользователями .

Работа включает введение, три раздела, заключение и список используемой литературы. Введение раскрывает актуальность проведенных исследований.

Первый раздел посвящен истории развития технологий беспроводного доступа.

Второй раздел работы посвящен анализу беспроводных сетевых технологий.

Третий раздел работы посвящен разработке мультисервисной сети на кафедре.

Результаты работы имеют несомненное  военно-прикладное значение и планируются  к использованию в учебном  процессе кафедры, что позволит повысить наглядность при изучении вопросов связанных с применением перспективных беспроводных сетей.

 

 

 

Список сокращений

 

Wi-Fi - Wireless Fidelity

GSM - Global System for Mobile Communications

WIMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access

CCITT - Международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии

АТС - автоматическая телефонная станция

ЛВС - локальная вычислительная сеть

ЕСС - единая сеть связи

DSL - digital subscriber line цифровая абонентская линия

МС - мобильная станция

BSS - базовая зона обслуживания

Batelco - Bahrain Telephone Company

AMPS - Advanced Mobile Phone Service

NCP - NetWare Core Protocol — сетевой протокол

ATM - Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В последние годы беспроводные сети передачи информации становятся одним  из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии. Однако отметим, что беспроводная передача информации существует столько  же, сколько существует человеческая цивилизация. Гонцы, стрелы, сигнальные костры, телеграф, искровые передатчики, спутниковые системы связи —  все это звенья одной цепи.

          Изменялись  технологии, но суть сетей передачи  оставалась неизменной, организовать взаимодействие нескольких различных элементов так, чтобы информация в заданное время поступала из одной точки в другую. Исторически цифровая (дискретная) передача на шаг опережала аналоговую (письмо написать проще, чем сохранить на каком-либо носителе речь). В конце XIX века окончательно оформились две ветви единого телекоммуникационного древа передача голоса (телефония) и данных (телеграф). Примерно в то же время началось разделение на проводные и беспроводные технологии передачи. Проводная связь в ту эпоху оказалась проще, надежнее, защищенное. Начался век проводных телекоммуникаций. Тысячи километров кабелей опутали Землю, как паутина. Человечество потребляло все больше информации и все больше увязало в путах медной проволоки и кварцевого оптического волокна.

К концу XX века в технологии связи  возникла новая волна — цифровая обработка. Вскоре практически любую  информацию перед трансляцией, будь то речь или телевизионная картинка, стали преобразовывать в поток  нулей и единиц. Настала эпоха  цифровой связи. Благодаря цифровой обработке начали все теснее переплетаться  развивавшиеся параллельно технологии телефонии и передачи данных, чтобы  с появлением пакетных сетей слиться  практически воедино. Появился даже термин «мультимедиа», означающий объединение  самых различных информационных технологий (голос, аудио/видео, данные) в единой технологической среде  обработки и передачи. Взрывоподобное развитие Интернета лишь подтвердило  тот факт, что цифровые сети передачи для современной цивилизации стали столь же необходимы, как автострады, трубопроводы и линии электропередачи.

Локальные и региональные сети проникли во все сферы человеческой деятельности, включая экономику, науку, культуру, образование, промышленность и т.д. Технологию Ethernet (10 Мбит/с) сменили Fast Ethernet/Gigabit Ethernet (100/1000 Мбит/с), в глобальных сетях свершился переход от неторопливой, но сверхнадежной технологии Х.25 к методу Frame Relay, применению стека протоколов TCP/IP, к технологиям ATM и GigaEthernet. Без них невозможны столь привычные сегодня электронная почта, факсимильная и телефонная связь, доступ к удаленным базам данных в реальном масштабе времени, службы новостей, дистанционное обучение, телемедицина, телеконференции, телебиржи и телемагазины и т. д. Исчезни сегодня сети связи и воцарит хаос. А ведь проводные линии связи так просто разрушить.

Наконец, в конце XX - начале XXI века человечество начало вырываться из плена  проводов. Уровень развития микроэлектроники позволил выпускать массовые дешевые  средства беспроводной связи. Бум сотовой  связи, сравнимый разве что с  ростом производства персональных компьютеров, не замедляется вот уже четверть века. Мобильных телефонов во всем мире уже больше, чем обычных проводных  телефонных аппаратов, и это только начало. Фантастическими темпами  развиваются технологии беспроводных локальных сетей, их догоняют персональные беспроводные сети и сети регионального  масштаба. Видимо, все возвращается на круги своя — человечество тысячелетиями  жило без проводов, хочет без них  жить и впредь.

Бурное развитие беспроводных сетей  передачи информации в России и во всем мире, о котором многие говорят  как о беспроводной революции  в области передачи информации [13,100,193], связано с такими их достоинствами, как:

• гибкость архитектуры, т. е. возможности динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени;

• высокая скорость передачи информации (1-10 Мбит/с и выше);

• быстрота проектирования и развертывания;

• высокая степень защиты от несанкционированного доступа;

• отказ от дорогостоящей и не всегда возможной прокладки или аренды оптоволоконного кабеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исторический очерк развития сетевых технологий

 

         Беспроводные сети передачи информации, как следует из их названия, базируются на совокупности двух групп технологий беспроводной передачи информации и сетевого взаимодействия. Исторически эти технологии зародились еще в позапрошлом веке. Родоначальником всех электронных сетей (систем) передачи данных, видимо, следует считать американского художника Самуэля Финли Бриза Морзе. В 1837 году он разработал свою систему электросвязи по металлическому проводу и дал ей название «телеграф». Годом позже он дополнил ее знаменитой азбукой Морзе, т. е. механизмом кодирования источника, обязательным элементом всех современных сетей. 24 мая 1844 года между Балтимором и Вашингтоном состоялся первый публичный сеанс телеграфной связи. Уже через 14 лет был проложен первый трансатлантический кабель, правда, просуществовал он лишь 26 дней.

В 1874 году французский инженер Жан  Морис Эмиль Бодо (Baudot) изобрел телеграфный мультиплексор, позволявший по одному проводу передавать до шести телеграфных каналов. Значимость этого изобретения и авторитет Бодо были столь высоки, что, когда в 1877 году другой французский инженер Томас Муррей разработал первый в истории символьный телеграфный код с фиксированным размером символа (5 бит на символ), он назвал его кодом Бодо. Известный также под названием телексный код, он с незначительными изменениями применяется и сегодня (наиболее распространенная версия — стандартизированный Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (CCITT) Международный алфавит № 2). В честь Бодо названа и единица измерения скорости передачи телекоммуникационных символов (бод).

Следующий шаг сделали изобретатели телефона — профессор физиологии органов речи Бостонского университета Александр Грэйхем Белл при участии Томаса Ватсона (1875 год, приоритет от 14 февраля 1876 года) и независимо от них — Элайша Грей в Чикаго. Последнему также принадлежит немалая роль в развитии сетевых технологий. Именно он в 1888 году запатентовал Telautograph — первое устройство передачи факсимильных сообщений. Но это были лишь предпосылки сетей, а именно способы формирования канала связи и работы в нем. Сеть — это совокупность многих каналов, которыми необходимо управлять. В первых сетях начиная с 1880 года этим занимались телефонистки (вернее телефонисты) методом установки штекеров в коммутационном поле.

С 1889 года начался новый этап в  развитии сетевых технологий — владелец бюро похоронных услуг из Канзас-Сити Элмон Браун Строуджер разработал систему автоматической коммутации канатов. Именно ему принадлежит приоритет в создании шагового искателя и декадно-шаговых АТС. Предание гласит, что Строуджер столкнулся с промышленной диверсией — жена его конкурента по цеху в Канзас-Сити работала телефонисткой и все звонки гробовщику направляла своему мужу — видимо, это один из первых случаев электронного шпионажа. Изобретение Строуджера оказалось столь удачным, что в 1891 году он основал компанию Strowger Automatic Exchange (с 1901 года — Automatic Electric, сегодня — отделение компании General Telephone and Electronics — GTE). Первая АТС этой компании емкостью 99 номеров была запущена в коммерческую эксплуатацию в 1892 году (г. Jla-Порт, шт. Индиана). Примечательно, что на первых телефонных аппаратах для работы с АТС номер набирался посредством кнопок. В 1897 году компания Строуджера представила прототип первого аппарата с дисковым номеронабирателем.

В 1885 году произошло еще одно ключевое для сетевых технологий событие. Первые АТС обеспечивали одновременное соединение всех возможных пар абонентов. Очевидно, что при росте номерной емкости коммутационные матрицы становились невероятно дорогими и сложными. Впервые возникла проблема доступа к ограниченному коммутационному ресурсу. Ее разрешил российский инженер М.Ф. Фрейденберг, показавший, что для 10 тыс. абонентов достаточно обеспечить возможность одновременного соединения любых 500 пар. Отметим, что результат Фрейденберга справедлив и сегодня, для современных АТС: на 10 тыс. номеров допустимая вероятность предоставления соединения составляет 0,125. В 1895 году М.Ф. Фрейденберг совместно с другим русским инженером С.М. Бердичевским-Апостоловым разработали и запатентовали в Великобритании АТС с так называемым предыскателем, выбиравшим свободный комплект линейных искателей при снятии абонентом трубки. Предыскатель и его принцип свободного поиска стал основой для проектирования всех будущих АТС. Примерно с 1910 года (к окончанию срока действия патента Строуджера) началось массовое внедрение электромеханических АТС. Работу, начатую М.Ф. Фрейденбергом, до логического завершения довел датский математик А.К. Эрланг, опубликовавший в 1909 году ставшую классической работу «The Theory of Probabilities and Telephone Conversations» («Теория вероятностей и телефонные переговоры»), в которой предложил формулы для вычисления числа абонентов АТС, желающих одновременно вести разговоры.

Работы А.К. Эрланга положили начало нового научного направления — теории очередей (теории массового обслуживания), широко используемой первоначально для расчетов в телефонии, а затем при проектировании сетей передачи информации. Значительный вклад в развитие теории очередей внес выдающийся российский математик Александр Яковлевич Хинчин Математическая теория стационарной очереди Математический сборник. Т. 39, № 4. 1932; О формулах Эрланга в теории массового обслуживания Теория вероятностей и ее применения. Т. 7. Вып.3.1962), выполнивший ряд оригинальных исследований для Московской телефонной сети.