Разработка мультисервисной сети на основе беспроводного доступа

В стандарте GSM применяется GMSK модуляция  с величиной нормированной полосы ВТ — 0,3, где В — ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т — длительность одного бита цифрового сообщения.

GSM на сегодняшний день является  наиболее распространённым стандартом  связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82 % мирового рынка мобильной связи, 29 % населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.

Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц. Существуют также, и довольно распространены, мультидиапазонные телефоны, способные работать в диапазонах 900/1800 МГц, 850/1900 МГц,(Dual Band), 900/1800/1900 МГц(Multi Band), 850/900/1800/1900(Quad Band). Стоит отметить, что в настоящее время производство однодиапазонных телефонов практически прекращено.

Поговорим более подробно о преимуществах  и недостатках.

Преимущества стандарта GSM:

• Меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450, AMPS-800) размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Это достигается в основном за счёт аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, на сотовый телефон автоматически подаётся команда снизить излучаемую мощность.

• Хорошее качество связи при достаточной плотности размещения базовых станций.

• Большая ёмкость сети, возможность большого числа одновременных соединений.

• Низкий уровень индустриальных помех в данных частотных диапазонах.

• Максимальная защита от подслушивания и нелегального использования, что достигается путём применения алгоритмов шифрования с открытым ключом. EFR-технология являет собой усовершенствованную систему кодирования речи. Эта система была разработана фирмой Nokia и впоследствии стала промышленным стандартом кодирования/декодирования для технологии GSM.

• Широкое распространение, особенно в Европе, большой выбор оборудования. На сегодняшний день стандарт GSM поддерживают 228 операторов, официально зарегистрированных в Ассоциации операторов GSM из 110 стран.

• Возможность роуминга. Это означает, что абонент одной из сетей GSM может пользоваться сотовым телефонным номером не только у себя «дома», но и перемещаться по всему миру переходя из одной сети в другую не расставаясь со своим абонентским номером. Процесс перехода из сети в сеть происходит автоматически, и пользователю телефона GSM нет необходимости заранее уведомлять оператора ( в сетях некоторых операторов, могут действовать ограничения на предоставление роуминга своим абонентам, более детальную информацию можно получить обратившись непосредственно к своему GSM оператору ) Недостатки стандарта GSM:

• Искажение речи при цифровой обработке и передаче.

• Связь на расстоянии не более 120 км[1] от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн. Поэтому для покрытия определённой площади необходимо большее количество передатчиков, чем вNMT-450 и AMPS.

• Серьёзная мощность излучения носимыми трубками — потенциальный вред здоровью. В настоящее время не подтверждено, даже после проведения множества экспериментов.

Производители оборудования GSM постепенно повышают чувствительность выпускаемых  устройств, что ведёт к снижению требуемой мощности излучения телефонов, но принципиально ситуация не меняется.

Рассмотрим структуру GSM.

Система GSM состоит из трёх основных подсистем:

• подсистема базовых станций (BSS — Base Station Subsystem),

• подсистема коммутации (NSS — Network Switching Subsystem),

• центр технического обслуживания (OMC — Operation and Maintenance Centre).

В отдельный класс оборудования GSM выделены терминальные устройства —  подвижные станции (MS — Mobile Station), также известные, как мобильные (сотовые) телефоны.

Остановлюсь подробнее на технологии Wi-Fi т.к. именно её мы будем использовать для организации беспроводного доступа.

 

2.4 Технология WI-FI.

 

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на оборудование Wireless LAN.

Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.

Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определенных условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. При этом, при смене точек доступа происходит кратковременный разрыв связи, за исключением использования оборудования Cisco.

Мобильные устройства (КПК, смартфоны  и ноутбуки), оснащённые клиентскими  Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хотспоты. Рассмотрим принцип работы:

Обычно схема Wi-Fi (рис.1) сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую».

 

Рис.1 Организация Wi-Fi сети

 

Точка доступа передаёт свой идентификатор  сети (SSID) с помощью специальных  сигнальных пакетов на скорости 0.1 Мбит/с  каждые 100 мс. Так что 0.1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними одну на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

Поговорим более подробно о преимуществах  и недостатках:

Преимущества Wi-Fi:

• Позволяет развернуть сеть без  прокладки кабеля, может уменьшить  стоимость развёртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить  кабель, например, вне помещений  и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными  сетями.

• Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов.

• Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру.

Недостатки Wi-Fi:

• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах  неодинаковы; во многих европейских  странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в  верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают  использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Италия, требуют регистрации всех Wi-Fi сетей, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.

• Высокое по сравнению с другими  стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни  батарей и повышает температуру  устройства.

• Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения.

• Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний Wi-Fi маршрутизатор (рис.2) стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи.

Рисунок 2 - Маршрутизатор

 

Микроволновка или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты.

• Наложение сигналов закрытой или  использующей шифрование точки доступа  и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах  может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может  возникнуть при большой плотности  точек доступа, например, в больших  многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа  Wi-Fi.

• Неполная совместимость между  устройствами разных производителей или  неполное соответствие стандарту может  привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости.

• Уменьшение производительности сети во время дождя.

• Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения  большого количества служебной информации.

• Малая пригодность для работы приложений использующих медиа-потоки в реальном времени (например протокол RTP, применяемый в IP-телефонии): качество медийного потока непредсказуемо из-за возможных высоких потерь при передаче данных, обусловленных целым рядом неконтролируемых пользователем факторов (атмосферные помехи, ландшафт и иное, в частности перечисленное выше). Несмотря на данный недостаток, выпускается масса VoIP оборудования на базе устройств 802.11b\g, которое ориентировано в том числе и на корпоративный сегмент: однако в большинстве случаев документация к подобным устройствам содержит оговорку, гласящую, что качество связи определяется устойчивостью и качеством радио канала.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Стандарты Wi-Fi.

Стандарт	802.11	802.11a	802.11b	802.11g
Дата сертификации стандарта	1997	1999	1999	2003
Доступная полоса пропускания	83.5 МГц	300 МГц	83.5 МГц	83.5 МГц
Частота операций	2.4 – 2.4835 ГГц	5.15 – 5.35 ГГц	2.4 – 2.4835 ГГц	2.4 – 2.4835 ГГц
Типы модуляции	DSSS, FHSS	OFDM	DSSS	DSSS, OFDM
Скорость передачи данных по каналу	2, 1 Мбит\с	54, 48, 36, 24, 18, 12, 9 , 6 Мбит\с	11, 5.5, 2, 1 Мбит\с	54, 36, 33, 24, 22, 12, 11, 9, 6, 5.5, 2, 1 Мбит\с
Совместимость	802.11	Wi-fi5	Wi-Fi	Wi-Fi со скоростью 11 Мбит\с ниже

2.4.1 Стандарт 802.11a

 

Благодаря использованию частоты 5 ГГц и модуляции OFDM у этого  стандарта есть два ключевых преимущества перед стандартом 802.11b. Во-первых, это  значительно увеличенная скорость передачи данных по каналам связи. Во-вторых, увеличилось число не накладывающихся каналов. Диапазон 5 ГГц (также известный как UNII) фактически состоит из трех субдиапозонов: UNII1 (5.15 – 5.25 ГГц), UNII2 (5.25 – 5.35 ГГц) и UNII3 (5.725 – 5.825 ГГц). При использовании одновременно двух субдиапозонов UNII1 и UNII2 получаем до восьми непересекающихся каналов против всего лишь трех в диапазоне 2.4 ГГц. Также у этого стандарта гораздо больше доступная полоса пропускания. Таким образом, с использованием стандарта 802.11а можно поддерживать большее число одновременных, более продуктивных, неконфликтных беспроводных соединений.

Стоит отметить, что т.к. стандарты 802.11а и 802.11b работают в различных  диапазонах, то и продукты, разработанные  под эти стандарты не совместимы. Например, точка доступа WiFi, работающая в диапазоне 2.4 ГГц, стандарта 802.11b, не будет работать с беспроводной сетевой картой, рабочий диапазон которой 5 ГГц. Однако, оба стандарта могут и сосуществовать. К примеру, пользователи, подключенные к точкам доступа, применяющим разные стандарты, также могут использовать любые внутренние ресурсы этой сети, но при условии, что эти точки доступа подключены к одной опорной сети.

Еще важно знать, что в Европе и России диапазон 5 ГГц применяется  исключительно в военных целях, соответственно в любых иных целях  он запрещен к использованию.

2.4.2 Стандарт 802.11b/g

 

Стандарт 802.11g несет с собой более  высокие скорости передачи данных, при этом поддерживая совместимость  с продуктами стандарта 802.11b. Стандарт работает с применением модуляции DSSS на скоростях до 11Мбит\с, но при этом дополнительно используется модуляция OFDM на скоростях выше 11Мбит\с. Таким образом, оборудование стандартов 802.11b и 802.11g совместимо на скоростях, не превышающих 11Мбит\с. Если в диапазоне 2.4 ГГц необходима скорость выше, нежели 11Мбит\с, то нужно использовать оборудование стандарта 802.11g.

Можно сказать, что стандарт 802.11g соединил в себе все лучшее от стандартов 802.11b и 802.11a.

2.4.3 Стандарт 802.11n

 

Стандарт еще не утвержден организацией IEEE, хотя устройства, применяющие этот стандарт уже доступны на рынке. Ожидается  что тест, сертифицирующий этот стандарт, будет проводиться ближе к  концу 2009 года.

Стандарт 802.11n использует совершенно новые технологии, повышающие скорость передачи данных и увеличивающие  радиус покрытия. Так, например, заявленная скорость передачи данных для этого  стандарта – около 300 Мбит\с.