Сети Wi-Fi

Вс, 12/14/2014 - 23:32

Чтобы WiFiдоступ в Интернет стал быстрее и надежнее, инженеры должны наделить беспроводные сети способностью приспосабливаться к изменчивой окружающей среде и справляться со все возрастающим количеством пользователей.

Чтобы WiFiдоступ в Интернет стал быстрее и надежнее, инженеры должны наделить беспроводные сети способностью приспосабливаться к изменчивой окружающей среде и справляться со все возрастающим количеством пользователей

1. Источником помех, искажающих радиосигнал, может быть различное электрооборудование: микроволновые печи, холодильники, люминесцентные лампы и т.п.
2. Чем дальше от базовой станции находится приемник пользователя, тем слабее принимаемый сигнал. Радиоволны также ослабляются предметами, находящимися на пути их распространения.
3. Интерференция сигналов, переотраженных от стен, мебели и бытовых приборов, ухудшает качество приема

Сеть Smart WiFi может обслуживать множество пользователей, равномерно распределяя их по доступным базовым станциям. Загруженная точка доступа откажет пользователю в соединении, если в радиусе действия его WiFiустройства найдется более свободная станция, с которой он и будет связан. Такой алгоритм выравнивания нагрузки позволяет повысить общую производительность сети.
При изменении условий прохождения радиосигнала WiFiстанция может уменьшить или увеличить свою соту. В приведенном примере базовые станции обслуживают определенную территорию (1). Если одна станция неожиданно выходит из строя, в зоне покрытия возникает брешь и соседние станции расширяют свои соты, чтобы закрыть ее (2).


Люди все чаще пользуются технологией Wi-Fi для выхода в Интернет в кафе, залах аэропортов и дома. Беспроводное подключение кажется чем-то непостижимым, поскольку делает Сеть доступной в любое время в любом месте. Пользователи получают быструю, надежную связь с той непринужденной легкостью, которая когда-то обеспечила сотовым телефонам бешеную популярность. Специалисты компании Pyramid Research, занимающейся исследованиями в области телекоммуникаций, предсказывают, что общее количество пользователей Wi-Fi к 2009 г. может достичь 271 млн. человек. Маркетинговая компания In-Stat оценивает годовой оборот Wi-Fi-индустрии в $3 млрд. Однако столь бурное развитие технологии и возрастающий спрос на нее сопряжены со множеством проблем. Увеличение нагрузки на Wi-Fi-сети приводит к снижению надежности и скорости связи. Беспроводные радиоканалы принципиально уступают оптоволоконным, Ethernet и ADSL линиям по скорости и степени безопасности. Это было очевидно еще в 1993 г., когда я руководил исследовательской группой в Университете Карнеги-Меллона. Мы работали над проектом первой крупномасштабной беспроводной локальной вычислительной сети (ЛВС) Wireless Andrew, которая стала предшественницей нынешних Wi-Fi-сетей. С 1999 г. она связывает все компьютеры университетского городка. Минуло чуть больше десятка лет с начала нашей работы, а в мире беспроводной связи произошли большие перемены. Рост популярности Wi-Fi привел к возникновению целого ряда сложных проблем, в решении которых был достигнут существенный прогресс.
Основы Wi-Fi

Wi-Fi-сети объединяют ноутбуки, КПК и телефонные аппараты, оснащенные специальными радиомодулями. Связь осуществляется через так называемые точки доступа, т.е. базовые станции (БС), подключенные к Интернету с помощью обычных проводов. Область действия каждой БС представляет собой сферу радиусом от 20 до 50 м и называется сотой (этот термин позаимствован из мобильной телефонной связи). Любое мобильное устройство в пределах соты получает доступ в Интернет. Раньше не было единого стандарта на беспроводное сетевое оборудование, и устройства разных производителей не понимали друг друга. Но в 1997 г. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) принял стандарт IEEE 802.11, которому сегодня соответствует большая часть оборудования для беспроводных ЛВС. В народе он получил название Wi-Fi. Этот стандарт определяет не все аспекты работы беспроводной сети, но гарантирует совместную работу различных типов устройств. Проектировщики Wi-Fi-сетей должны обеспечить надежное соединение, высокую скорость приема и передачи данных, непрерывную зону покрытия, безопасность и конфиденциальность информации. Трудность заключается в том, что беспроводные ЛВС всецело полагаются на радиосвязь, которая сама по себе имеет определенные отрицательные стороны. Качество сигнала, приходящего на базовую станцию или мобильное устройство клиента, ухудшается по следующим причинам:

Радиосигнал ослабляется с расстоянием, даже если на пути его распространения нет физических преград.

Радиоволны отражаются от стен, мебели и оборудования и идут от передатчика к приемнику сразу несколькими путями. В результате интерференции волн в точке приема могут возникать замирания сигнала.

Сигнал искажается радиопомехами от микроволновых печей, стартеров автомобильных двигателей, ламп дневного света и другого электрооборудования.
Связистам хорошо знакомы эти проблемы, но, к сожалению, их решение связано со снижением скорости передачи данных.

В обычных ЛВС скорость передачи данных лежит в пределах от 100 до 1000 Мб/с, а в соответствующих стандарту IEEE 802.11b беспроводных не превышает 11 Мб/с. Оборудование, в котором реализованы новые протоколы IEEE 802.11a и IEEE 802.11g, позволяет достигать скорости 54 Мб/с. Сейчас готовится новый стандарт IEEE 802.11, предусматривающий передачу данных со скоростью до 108 Мб/с. Однако названные цифры отражают весьма оптимистичный взгляд на возможности Wi-Fi. На самом деле скорость приходится снижать, чтобы компенсировать затухание радиосигнала, интерференцию переотраженных волн и влияние радиопомех. Например, согласно протоколу IEEE 802.11b, скорость связи может падать до 1 Мб/с. Необходимость передачи контрольных битов для снижения вероятности ошибок приводит к дополнительному снижению скорости. С момента появления технологии Wi-Fi мы с коллегами работаем над проблемой обеспечения надежности связи, повышения ее скорости и информационной безопасности. В ходе разработки технологии беспроводных ЛВС второго поколения (мы назвали ее Smart Wi-Fi) нам удалось успешно решить многие проблемы, повысив интеллектуальность Wi-Fi-систем.

Разгрузка сети

Smart Wi-Fi порадует пользователей Интернета качественной беспроводной связью, которая избавлена от недостатков, связанных с перегрузкой радиоканала, влиянием радиопомех и низкой информационной безопасностью. Перегрузка сети возникает, когда к базовой станции обращается слишком много пользователей. В результате резко падает скорость связи, а соединение становится неустойчивым. Поскольку базовая станция и ее абоненты используют один радиоканал и не могут передавать информацию одновременно, в современных Wi-Fi-сетях конфликты между клиентами одной соты разрешаются по протоколу CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance, множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов). Любой участник сети, будь то клиент или базовая станция, перед посылкой сигнала слушает эфир. Если устройство слышит, что кто-то из его коллег посылает сигнал, оно ждет, пока канал не освободится. Если две станции попытаются послать сигнал одновременно, то не услышат друг друга: их передачи «столкнутся» (т.е. будут получены с ошибками) и потребуется повторный обмен сигналами. Когда к базовой станции обращается множество портативных компьютеров с разьемом usb 3.0 128gb, подобные «столкновения» и повторные передачи происходят очень часто, в результате чего возникают задержки связи. В местах, где собирается множество пользователей, проблема перегрузки базовой станции может быть весьма серьезной.
Протокол CSMA/CA иногда не работает в тех случаях, когда две точки доступа используют один и тот же радиоканал. Если одна базовая станция «услышит» сигнал другой, она может принять его за сигнал своего клиента и отсрочить передачу. Подобное наложение каналов является еще одной причиной снижения производительности сети. Предположим, что мобильные устройства Джейн и Джо используют один радиоканал, но находятся в различных частях здания и соединены с разными базовыми станциями. Всякий раз, когда устройство Джо будет «слышать» сигналы передатчика Джейн, оно будет откладывать передачу данных. То же самое касается устройства Джейн. Качество связи ухудшается для обоих пользователей, что особенно заметно, когда Wi-Fi используется для телефонии.

Чтобы устранить эту проблему, нужно тщательно настроить каналы и задействовать так называемое выравнивание нагрузки. Дело в том, что клиент обычно находится в зоне действия нескольких базовых станций. Оборудование Smart Wi-Fi стремится равномерно распределить пользователей по базовым станциям, что существенно разгружает сеть. Получив от мобильного устройства запрос на соединение, базовая станция может принять или отклонить его. Хотя в стандарте IEEE 802.11 не описан алгоритм осуществления такого выбора, базовые станции второго поколения при принятии решения учитывают и собственную нагрузку, и нагрузку своих ближайших коллег.

Перегруженная базовая станция отказывает новому клиенту в новом соединении, если «узнает», что в радиусе его действия есть более свободная точка доступа. В результате производительность сети повышается. Таким образом, выравнивание нагрузки позволит будущим Wi-Fi-сетям успешно справляться со своей задачей даже в местах большего скопления пользователей мобильных устройств.

Адаптация к условиям среды

Проблем, связанных с ослаблением радиосигнала, его переотражением и интерференцией, а также с помехами, можно избежать при правильном проектировании беспроводной сети. Исходя из предполагаемого места размещения клиентов, инженер должен решить, где разместить базовые станции, чтобы обеспечить непрерывную зону покрытия и требуемую производительность сети. Кроме того, нужно грамотно распределить радиоканалы по точкам доступа. При этом следует учитывать характеристики радиоокружения и геометрию здания, в котором разворачивается беспроводная ЛВС.

Базовые станции должны располагаться как можно дальше друг от друга, чтобы свести к минимуму расходы на оборудование и исключить наложение сот, использующих одинаковые радиоканалы, поскольку это снижает производительность сети. Распределение радиоканалов по станциям выполняется так, чтобы свести к минимуму взаимное влияние базовых станций, работающих на одном канале.

Изменяя мощность передатчика, базовая станция Smart Wi-Fi автоматически управляет размером своей соты и при необходимости увеличивает ее, чтобы она частично пересекалась с соседними сотами. Использование этой технологии позволяет сети самостоятельно восстанавливаться при сбоях.
Время от времени условия прохождения радиосигнала меняются, так что при отсутствии интеллектуальных функций даже тщательно продуманная сеть может дать сбой. К тому же может измениться первоначальное размещение оборудования. Скажем, перемещение металлических станков и агрегатов на фабрике может привести к образованию брешей в зоне охвата. Соответствующее расширение или сжатие размеров сот позволяет исправить ситуацию. Адекватная реакция базовых станций на изменения окружающей среды обеспечивает непрерывность зоны покрытия без избыточного наложения ячеек.
Автоматическое управление размером соты существенно облегчает проектирование беспроводных ЛВС: отпадает необходимость поиска оптимального расположения точек доступа. Кроме того, когда некоторые базовые станции выходят из строя, изменение размеров сот позволяет устранить бреши в зоне покрытия.

Динамическое назначение радиоканала

В сетях Smart Wi-Fi базовые станции в процессе работы могут динамически выбирать радиоканалы. Обычно проектировщики жестко назначают каналы, чтобы свести к минимуму их наложение. Однако окружающая радиообстановка может измениться, так что нет никакой гарантии, что изначальная конфигурация останется эффективной.

Второе поколение ЛВС Wi-Fi регистрирует бреши в зоне покрытия, а затем динамически подбирает каналы. В результате отпадает необходимость назначать каналы на этапе проектирования. Например, если из офиса убрали часть мебели, то станция может автоматически увеличить область охвата. Если другая станция вдруг расширила свою соту, то производительность сети может понизиться. В этом случае соседняя ячейка может переключиться на другой канал. Алгоритм выбора канала гарантирует, что наложение сот в целом по сети будет минимальным.
Системы Smart Wi-Fi периодически включают программу переключения каналов, чтобы базовые станции адаптировались к текущей радиообстановке. Производительность беспроводной ЛВС при этом увеличивается еще и потому, что базовые станции могут выбрать каналы, на которых меньше радиопомех.

Информационная безопасность

Наибольшее внимание уделяется вопросу конфиденциальности в Wi-Fi-сетях. Вряд ли кто захочет, чтобы посторонние лица получили доступ к его электронным письмам или даже файлам на его мобильном устройстве. Изначально стандарт IEEE 802.11 предусматривал шифрование посылаемых данных по протоколу WEP (Wired Equivalent Privacy, сетевой стандарт конфиденциальности). Информация преобразуется таким образом, чтобы обратное преобразование было возможно только при наличии ключа — специального шифра, который использовался при шифровании. Но большинству пользователей беспроводных ЛВС и в голову не приходит активировать в своем программном обеспечении функцию шифрования, поэтому сигнал посылается «открытым текстом» и без труда может быть перехвачен. Впрочем, компьютерным мошенникам неоднократно удавалось взломать защиту по протоколу WEP. Поэтому разработчики Wi-Fi серьезно занялись проблемой информационной безопасности.

Другая ахиллесова пята Wi-Fiсетей — авторизация доступа. Клиенты идентифицируются при помощи имени и пароля. Но если злоумышленник может получить доступ к содержанию чужих сообщений, то ему не составит труда разведать идентификационные параметры пользователя и получить неавторизованный доступ к сети. В 2004 г. появились стандарты IEEE 802.11i, WPA (Wi-Fi Protected Access, защищенный доступ к Wi-Fi) и IEEE 802.1X, регламентирующие усиленные методы шифрования и более надежные методы получения доступа к сети за счет применения шифровальных ключей. Таким образом, в сетях Smart Wi-Fi удается достигнуть принципиально нового уровня информационной защищенности.

Некоторые изготовители Wi-Fi оборудования принимают собственные меры безопасности. В качестве примера можно привести систему обнаружения вторжений. Беспроводные ЛВС существенно отличаются от обычных тем, что злоумышленнику нужно находиться в зоне покрытия сети. Поэтому некоторые типы Wi-Fi-систем позволяют определить местоположение сетевого взломщика и заблокировать его сетевое устройство.
С внедрением Smart Wi-Fi беспроводные ЛВС практически перестанут отличаться от традиционных сетей. Сейчас разрабатывается возможность автоматического определения местоположения любых мобильных Wi-Fi-устройств. В недалеком будущем операторы сети смогут быстро определять местонахождение людей (скажем, врачей в больнице) или предметов (например, изделий на сборочной линии).

Сейчас идет бурное развитие Wi-Fi и других беспроводных телекоммуникационных технологий. Например, в Филадельфии создается Wi-Fi-сеть, охватывающая весь город. Все большую популярность завоевывает сотовая телефония третьего поколения (3G), а также новая технология беспроводной связи WiMAX. С каждым годом мы все меньше зависим от проводов.

WiFiдоступ в Интернет становится все более популярным. Возрастание сетевого трафика отрицательно сказывается на производительности беспроводных ЛВС и приводит к досадным задержкам и перебоям в обслуживании. Беспроводная технология второго поколения Smart WiFi поможет решить эти проблемы.
WiFiсети должны обеспечивать надежную радиосвязь, высокую скорость передачи данных, непрерывную зону покрытия и необходимый уровень безопасности. Новое оборудование, соответствующее стандарту Smart WiFi, будет без труда справляться с этой задачей даже при большом количестве пользователей.

WI-FI ПРОТИВ WIMAX

Возможно, многие уже слышали о новой технологии беспроводной связи WiMAX. В отличие от Wi-Fi она основана на стандарте IEEE 802.16d, который был принят в 2004 г. для скоростного беспроводного обмена данными со стационарными пользователями на расстояниях до 50 км. Следует отметить, что максимальный радиус охвата Wi-Fi-сетей не превышает нескольких сотен метров. Станции WiMAX передают сигналы большой мощности, которая зависит от используемого радиодиапазона. Скорость передачи данных в сетях WiMAX достигает 75 Мб/с, правда, эта полоса пропускания распределяется по множеству пользователей.

Несмотря на первоначальное назначение технологии, сейчас разрабатывается стандарт для мобильных устройств IEEE 802.16e, который известен как mobile WiMAX. Беспроводные сети, соответствующие этому стандарту, будут предоставлять интернет­доступ для ноутбуков и карманных компьютеров в радиусе нескольких километров.

Сейчас идет много разговоров о mobile WiMAX, однако этот стандарт еще не принят. Пока не ясно, найдет ли эта технология свое место на рынке. WiMAX и Wi-Fi вряд ли будут соперниками. WiMAX скорее всего будет конкурировать с системой сотовой связи третьего поколения (3G), которая будет обеспечивать мобильный доступ к Интернету сначала в городах, затем и в сельской местности. Как и WiMAX, 3G работает на более высоких уровнях мощности и обеспечивает большую зону охвата, чем Wi-Fi.

Возможно, Wi-Fi, WiMAX и 3G будут сосуществовать и займут разные рыночные ниши. Поскольку 3G и WiMAX работают на более высоких уровнях мощности и используют не такую схему доступа, как в Wi-Fi, связанные с их использованием проблемы и их возможные решения не имеют ничего общего с описанными в этой статье. Вероятно, в будущем ноутбуки и КПК будут оснащены модулями, которые позволят им работать сразу в нескольких видах беспроводных сетей. Скажем, в помещениях ноутбук мог бы соединяться с Wi-Fi, а в других местах использовать WiMAX или 3G.

Источник

Другие материалы рубрики

  • Чемпион мира по игре в Го – Седол Ли из Южной Кореи – закончил второй матч в серии игр, которые он проводит с противником в виде искусственного интеллекта AlphaGo. Вторая игра закончилась в пользу компьютера. Таким образом, ещё одно поражение в серии игр может привести к полной победе искусственного интеллекта над человеком в данной стратегической игре.


  • Физики из России разработали и провели проверку первой логической системы, состоящей из 2-х кубитов, которую станет возможно в будущем применить в качестве основы для создания квантового компьютера и систем шифрования данных.



  • Флэш-память – это не только всем известные устройства хранения пользовательских данных, подключаемые к USB-порту компьютера. Существует много разнообразных видов и типов флэш-памяти.
    Появление термина «флэш», по одной из версий, связано с характерной особенностью первых типов этих носителей, использовавшихся спецслужбами для хранения секретной информации, — возможностью одновременного стирания всего ее объема. При хранении секретных данных использовались устройства, которые при попытке несанкционированного доступа автоматически и безвозвратно стирали всю хранимую информацию. Процесс стирания происходил мгновенно, поэтому устройства и назвали «Flash», что по-английски значит «мгновение» или «вспышка».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3

  • Это произошло, когда программисты из фирмы Sun решили разработать новейшую вычислительную систему, не имеющую недостатков, которые встречались в существовавших тогда подобных программах. Задача состояла в том, чтобы создать среду, которую можно было бы продавать производителям бытовой электроники.
    Для того, чтобы не создавать конкретную платформу для программы, разработчики решили сначала расширить компилятор С++. Но с течением времени стало понятно, что данное расширение не может полноценно работать. Поэтому в 1991 году был создан язык Oak, название которого и было позднее заменено на Java.
    Во время работы над Oak, основанном на базе С++, сам язык упростили до минимума, чтобы иметь возможность совместить его с ограничениями в чипах карманных устройств.


  • На MWC 2016 японская компания Kyocera представила новую модель смартфона. Его главная особенность заключается в Full HD дисплее с диагональю 5″, который способен выполнять функцию солнечной батареи. При нахождении на ярком свету каждые 3 минуты позволяют смартфону автономно работать ещё одну минуту.



  • Информацию об окружающем мире люди и животные получают с помощью органов чувств. Сигналы от них поступают в мозг и хранятся там зачастую до тех пор, пока жив его обладатель. Бóльшая часть этой информации никогда не используется, хотя о ней можно вспомнить, раздражая отдельные участки мозга. Обрабатывая и систематизируя ее, люди и животные совершают все свои поступки. Набор информации у каждой особи индивидуален, но есть и много общего. Малыш, уколовшись иголкой и поплакав, впоследствии будет вести себя с острыми предметами осторожно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Эфирное (наземное) телевидение является самым распространенным в мире, но и наименее качественным. Оно транслируется на ультракоротких радиоволнах (УКВ). Программа в эфир передается в виде двух радиоволн с разными частотами — волны, несущей изображение, и волны, несущей звук. Две таких волны называют телевизионным каналом и их частоты строго регламентированы.
    Приемная антенна телевизора может регистрировать поступающий сигнал, только если передающая антенна станции находится в зоне прямой видимости — в среднем, в зависимости от рельефа, эта зона имеет радиус 60-80 км. Для увеличения зоны трансляции используют ретрансляторы — телевизионные станции, которые принимают сигнал, усиливают и передают по другому каналу в эфир. Их радиус действия — 10-15 км. Чтобы обеспечить обмен программами на больших расстояниях, используются радиорелейные линии — цепочки приемно-передающих станций, располагающихся на расстоянии 40-60 км друг от друга.



  • Бурное развитие телекоммуникационной индустрии в мире во многом определяется конкуренцией и слиянием технологий, порождаемых лидерами двух исторически очень близких, но разделенных отраслей: вычислительной техники и связи. Связисты начинали свой путь от аналоговой телефонии и телефонных сетей на основе медных кабелей и пришли к цифровой и мобильной связи GSM, CDMA, далее к WCDMA1 и другим ЗG-технологиям, обеспечивая услугу голосовой связи как основную и удовлетворяя потребности передачи данных такими сервисами, как GPRS, EDGE и др. Компьютерная индустрия шла по пути объединения компьютеров для обмена данными, создала глобальное объединение сетей — Интернет и стала способна предоставлять услугу передачи голоса, как разновидность распределенного приложения. Компьютерная мобильность породила технологии беспроводной передачи данных сначала для локальных сетей и затем сетей масштаба предприятия и города. Конкуренция «связистов» и «компьютерщиков» является мощным двигателем инноваций в технологиях связи.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Современную жизнь невозможно представить без компьютеров — на работе и дома, в офисах и банках, в магазинах и на почте — везде мы видим мониторы, системные блоки, принтеры. Эпоха ПК подарила человечеству не только массу удобств и развлечений, но и одну большую опасность — компьютерные вирусы. Какие они бывают и как распространяются? Какой вред наносят компьютерам и мировой экономике? Как защитить свои бесценные файлы и секретные документы? Об этом и многом другом мы и поговорим.
    Время дискет и CD-дисков, на которых распространялись вирусы, осталось в прошлом тысячелетии. В XXI веке основную угрозу по заражению компьютера представляет Интернет, а 90% современных вирусов — это так называемые сетевые черви, «шпионы». Каждые полчаса создается один новый вирус — он может удалить файл, заполнить мусором все свободное место, загрузить память по-максимуму, а может уничтожить всю информацию на жестком диске или раскрыть ваши личные и деловые тайны врагам и конкурентам. Очень важно быть защищенным и не бояться никаких вирусов. А, как гласит старая пословица, вооружен (в нашем случае информацией) — значит защищен. Вот и будем вооружаться!
    Что ж за зверь ты такой страшный, компьютерный вирус?



  • Смартфон Panasonic Eluga Z стоит порядка 215 долларов США, но пока не спешит покидать территорию Японии. Его отличительная особенность — это экран с матрицей AMOLED, которая характеризуется низким уровнем потребления энергии и одновременно очень высоким качеством цветопередачи. Вместе с этим смартфон располагает корпусом толщиной менее 7 миллиметров, да еще и с металлической рамкой. Ради такой толщины, правда, пришлось пожертвовать нормальным аккумулятором и установить вместо него батарею емкостью всего 2050 мАч. Время автономной работы неизвестно, но надолго этой АКБ точно не хватит.