Вопрос: Какие существуют стандарты беспроводных сетей?
Ответ:
802.11b - Работает в полосе частот 2,4 ГГц и может передавать данные на скоростях до 11 Мбит/с в радиусе 30-50 м. На радиус действия беспроводной сети могут оказывать влияние препятствия, отражающие или не пропускающие радиоволны, такие как зеркала, стены, различные устройства, а также местонахождение сетевых устройств ( в помещении или на открытом воздухе).
802.11a - Работает в полосе частот 5 ГГц, менее загруженной, чем 2,4 ГГц, где возможны помехи со стороны телефонов и микроволновых печей. Хотя скорость передачи достигает 54 Мбит/с, радиус действия сети не превышает 20 м. 802.11a несовместим ни с 802.11b, ни с 802.11g, так как они работают на разных частотах.
802.11g - имеет те же преимущества, что и 802.11b, но в 5 раз более высокую скорость передачи (54 Мбит/с). В настоящее время 802.11g имеет наилучшее соотношение производительности и стоимости. Можно использовать оборудование 802.11b и 802.11g совместно, но при этом более высокая скорость 802.11g будет потеряна.
Wireless-N (802.11n) - это стандарт следующего поколения высокоскоростных беспроводных сетей, обладающий характеристиками дальности и пропускной способности, достаточными для удовлетворения потребностей приложений, предъявляющих самые высокие требования к пропускной способности из существующих на сегодняшний день, например, для передачи потокового видео высокого разрешения, речи и музыки. В основе стандарта Wireless-N лежит технология MIMO (Multiple Input, Multiple Output — прием и передача с использованием нескольких антенн), в которой одновременно осуществляются передача и прием нескольких потоков данных по нескольким каналам.
Вопрос: Как работает беспроводная сеть?
Ответ: Беспроводная сеть - это просто два или большее число компьютеров, соединенных невидимыми радиоволнами для передачи данных и совместного использования ресурсов. Конфигурация сети похожа на беспроводную телефонную сеть с одной базовой станцией и несколькими трубками в разных местах дома тем, что последние могут совместно использовать одну телефонную линию. Беспроводная сеть является отличным решением, так как нет необходимости в кабелях, и расширение сети производится без особых усилий.
Есть два типа беспроводных сетей:
Одноранговый режим: Каждый компьютер сети с беспроводным сетевым адаптером может связываться непосредственно с каждым другим без помощи маршрутизатора или точки доступа. С помощью этого метода можно совместно использовать файлы и принтеры. Однако подключится к сетям - как проводным, так и беспроводным - сложнее. Этот режим также известен как режим "точка-точка".
Инфраструктурный режим: Каждый компьютер сети использует маршрутизатор или точку доступа для обработки всех операций передачи данных и сетевого трафика. Можно легко подключиться к проводной сети, как к локальной, так и к Интернету.В большинстве случаев для домашней сети наилучшим выбором будет инфраструктурный режим.
Вопрос: Какова скорость связи в беспроводных сетях?
Ответ: Скорость связи в сети имеет отношение к тому, насколько быстро компьютеры в сети могут связываться и обмениваться информацией друг с другом. Например, насколько быстро файл с одного компьютера в сети может быть передан на другой. В проводной сети подключение к локальной сети может происходить на скоростях до 100 Мбит/с, так как данные передаются непосредственно по сетевому кабелю.
Скорости стандартов беспроводных сетей, например 11 Мбит/с и 54 Мбит/с, не имеют отношения к скорости подключения к Интернету или загрузки. Эти скорости определяются только провайдером Интернета (ISP). Пользователи кабельных и DSL модемов получают гораздо меньшую пропускную способность, которая зависит от скорости исходящей или входящей загрузки. Более подробные сведения можно получить у своего провайдера Интернета.
В беспроводной сети данные передаются с помощью радиоволн, так что на скорость передачи могут влиять помехи или препятствия наподобие стен и больших предметов. Беспроводной маршрутизатор автоматически определит силу сигнала и при недостаточной силе снизит скорость передачи с 11 Мбит/с до 5,5 Мбит/с, 2 Мбит/с и даже 1 Мбит/с. Ниже приведены советы по повышению производительности беспроводной сети.
- Поместите беспроводной маршрутизатор в центре дома – например, в обеденной комнате или в кабинете.
- Поверните антенну настольного или портативного компьютера так, чтобы она смотрела на беспроводной маршрутизатор.
- Не располагайте антенну близко от внешней стены дома (если вы не находитесь вне дома). Кроме того, если необходимо подключаться к сети извне дома, поместите беспроводной маршрутизатор около окна.
- Приобретите продукт для расширения радиуса действия беспроводной сети.
Скорость передачи сетевых продуктов обычно измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с), которые отличаются от мегабайтов в секунду (МБ/с).
Вопрос: На что обратить внимание при установке антенны?
Ответ : Если Вы приняли решение о подключении к сети по технологии беспроводного доступа, то первое, что можно рекомендовать - обратитесь за помощью к профессионалам. Дело в том что, перед установкой оборудования специалистами центра, который Вами выбран в качестве поставщика услуг Интернет, как правило, проводятся тестовые промеры. Это позволяет определить, с какой базовой станции Вам лучше предоставить сигнал, какова должна быть высота подъема антенны или вообще можно обойтись без мачты. Специалисты центра имеют больший опыт и знания по эксплуатации беспроводного оборудования. Эта услуга, как правило, предоставляется бесплатно. Если Вы устанавливаете комплект оборудования самостоятельно, то особое внимание необходимо уделить герметизации СВЧ-разъемов на кабеле снижения, если они подвержены воздействию атмосферных осадков. Следует помнить, попадание воды через соединительные разъемы в кабель приводит к ухудшению качества приемопередачи. Можно рекомендовать заказывать кабель снижения требуемой длины с тем, чтобы соединение радиомодема и антенны выполнялось только с использованием пигтейла, т.е. исключаются дополнительные соединения. На сайте http://www.comptek.ru приводятся данные о рекомендуемой специальной герметизирующей ленте обладающей устойчивость к температурным воздействиям, остающейся мягкой при любой температуре. Кроме того, лента не разрушает пластиковую оболочку СВЧ кабеля в отличие от химических герметиков Принимая во внимание то, что направленные антенны имеют узкую диаграмму направленности, следует также обеспечить достаточно жесткое крепление мачты, на которую устанавливается антенна. В противном случае, при высоких ветровых нагрузках может наблюдаться снижение качества связи.
Вопрос: Как обеспечить связь при отсутствии прямой видимости?
Ответ: Во-первых, следует попытаться ее обеспечить, подняв антенны на большую высоту. Если это невозможно - выбрать точку на трассе, видимую обоими абонентами, и установить там ретранслятор, состоящий из двух антенн и точки доступа или радиомоста (для сети на радиомостах). Возможно, потребуются дополнительные усилители. Вместо точки доступа или радиомоста при небольших дальностях пролетов (до 2 км) может быть использован специальный ретрансляционный усилитель.
Вопрос: Каковы последствия неправильного монтажа аппаратуры?
Ответ: Выход аппаратуры из строя. Если только это не оборудование ORiNOCO производства Lucent Technologies, которое продолжает нормально функционировать даже после подачи на корпус ~220В и полного выгорания антенного гнезда.
Вопрос: Какую дальность связи обеспечивают антенны, выпускаемые Вашим предприятием?
Ответ: Приводимые ниже данные по дальности связи получены в условиях :
в точках приема соблюдено условие “прямой видимости”; кабель снижения не использовался, т.е. подключение компьютера проводилось с использованием пигтейла непосредственно к антенне.
Для соединения точка-точка :
антенны АР-17 - 18-20 км;
антенны АР-24 - 35-40 км;
антенны АР-27 - 43-45 км.
антенны АР-35 - 49-52 км.
При работе с базовой станцией, на которой используется антенна АО-12, были получены следующие результаты:
антенны АР-17 - 8-10 км;
антенны АР-24 - 18-19 км;
антенны АР-27 - 22-24 км.
В реальной жизни для обеспечения связи на большие расстояния можно рекомендовать применение усилителей, в зависимости от их мощности указанные выше дальности связи увеличиваются на 30-40%.
Вопрос: Какова максимально допустимая длина СВЧ кабеля снижения?
Ответ: Кабель снижения вносит дополнительное затухание, поэтому при организации беспроводной связи следует стремиться применять кабель, как можно меньшей длины. При изготовлении антенн нами используется высокочастотный кабель Belden 9913 . Эта марка кабеля на частоте 2,4ГГц имеет достаточно низкий коэффициент затухания 0,23 dB на метр. Применение ста метров такого кабеля даст затухание -23 dB, что практически сведет к нулю эффект применения антенны с коэффициентом усиления 24 bB. На практике нам в интересах заказчиков доводилось изготавливать антенны с кабелем снижения 35 метров. В тех случаях, когда необходимо обеспечить максимальную дальность связи или когда нет возможности расположить устройство ближе к антенне можно рекомендовать применение антенного усилителя, который компенсирует затухание сигнала в кабеле.
Вопрос: Какие разрешительные документы необходимы для применения беспроводного оборудования диапазона 2,4 Ггц?
Ответ: Диапазон 2,4 ГГц в Украине подлежит лицензированию. Поэтому любое незаконное использование радиооборудования влечет за собой административную ответственность с конфискацией оборудования согласно ст. 144,145,146,148-4,188-7 кодекса об административной ответственности. Если Вы собираетесь подключиться к интернету с использованием беспроводной связи, то выбранный Вами интернет-провайдер уже имеет такую лицензию. Если Вы собираетесь применить беспроводную связь для построения локальной сети предприятия, фирмы, то необходимо получить лицензию госинспекции электросвязи
Вопрос: Теоретическая оценка пропускной способности Wi-Fi (802.11b)?
Ответ: Tе, кто уже пробовал работать с Wi-Fi, знают, что в стандарте 802.11b, обещанные 11 Мбит/с недостижимы. Интересно почему? Причина не в том, что рядом стоит микроволновка и не втом, что вас обманули...я бы скорее сказал - вас ввели в заблуждение.
Стандарты 802.11b предусматривает пропускную способность до 11Мбит/с, однако разработчиками стандарта подразумевается не пропускная способность канала Wi-Fi, а скорость передачи данных в таких сетях. К сожалению для конечного пользователя, между "пропускной способностью канала" и "скоростью передачи данных" есть очень значительная разница. Так как Wi-Fi это всё-таки пакетная передача данных заданная скорость не может работать полную секунду, поэтому пропускная способность такой сети, с точки зрения пользователя, окажется ниже обещанной. Аналогичная ситуация будет при работе стандартов 802.11a/g.
В 1990 году комитет Института инженеров электротехники и радио-электроники США IEEE 802 сформировал рабочую группу по стандартам для беспроводных локальных сетей 802.11. Эта группа занялась разработкой всеобщего стандарта для радиооборудования и сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, со скоростями доступа 1 и 2 Мбит/с. Работы по созданию стандарта были завершены через 7 лет, и в июле 1997 года была ратифицирована первая спецификация 802.11. Однако к тому времени заложенная первоначально скорость передачи данных в беспроводной сети уже не удовлетворяла потребностям пользователей. Для того, чтобы сделать технологию WLAN популярной, дешёвой и удовлетворяющей современным жёстким требованиям бизнес-приложений. Разработчики были вынуждены заняться разработкой новых стандартов.
IEEE 802.11 – «Спецификация физического уровня и уровня контроля доступа к каналу передачи беспроводных локальных сетей»
Прошу обратить внимание - 802.11 и 802.11b разные стандарты. Читаем ниже
(кому не интересно, пропускаем и читаем "Ближе к теме")
Стандарт IEEE 802.11 являлся первым стандартом для продуктов WLAN от независимой международной организации, разрабатывающей большинство стандартов для проводных сетей. Он определял архитектуру сети и вытекающие из этого требования к функциям устройств, принципы доступа устройств к каналам связи, формат пакетов передачи, способы аутентификации и защиты данных. Хотя стандарт изначально задумывался как инвариантный по отношению к какому-либо частотному диапазону, на физическом уровне он определял три способа работы: два радиочастотные и один оптический. В инфракрасном диапазоне предусматривалась импульсно позиционная модуляция, в диапазоне 2,400-2,4835 ГГц – режимы модуляции сигнала с псевдослучайной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spead Spectrum – FHSS) и технология расширения спектра методом прямой последовательности. (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS). Скорости устанавливались на уровне 1 и 2 Мбит/с.
На сегодняшний день, лично я считаю стандарт 802.11 мёртворождённым. Он, вроде как, был, но, в то же время, для большинства, его, как бы, небыло.
Тем не менее, официально стандарт был, я хочу это подчеркнуть, потому что именно поэтому и возникли падения скорости. В дальнейшем все новые стандарты обязательно были и будут совместимы с этим стандартом.
802.11b
В сентябре 1999 года IEEE ратифицировал расширение предыдущего стандарта. Названное IEEE 802.11b (также известное, как 802.11 High rate), оно определяет стандарт для продуктов беспроводных сетей, которые работают на скоростях до 11 Мбит/с, что позволяет успешно применять эти устройства в крупных организациях. Совместимость продуктов различных производителей гарантируется независимой организацией, которая называется Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). Эта организация была создана лидерами индустрии беспроводной связи в 1999 году. В настоящее время членами WECA являются более 100 компаний, в том числе такие известные производители, как Cisco, Lucent, 3Com, IBM, Intel, Apple, Compaq, Dell, Fujitsu, Siemens, Sony, AMD и пр.(полный список).
Ближе к теме
Для тех, кто не понимает, оговорюсь, что при работе радиопередатчиков нет "провода А" и "провода Б", нет "воздуха один" и "воздуха два", есть только одна общая среда передачи в которой работают все сетевые устройства. И никогда два рядом стоящие устройства не смогут передавать данные на одной частоте одновременно. (то есть принцип работы таких устройств как у Ethernet на коаксиальном кабеле - общая шина)
Для передачи данных пользователя, информация предварительно разбивается на блоки и формируется в пакеты, в которых, кроме данных пользователя присутствует также служебная информация, которая составляет незначительную часть от общего объёма пакета. Однако беспроводные сети стандартов 802.11b предусматривают ряд правил для передачи одного пакета, которые приводят к дополнительным потерям пропускной способности. Эти правила передачи служебной информации появились не с чистого листа, а из соображений совместимости с предидущим стандартом 802.11
Как уже написано выше, стандарт 802.11 предусматривал работу на скоростях 1, 2 Мбит/с. Соответственно и вся служебная информация передавалась на этих скоростях. И именно на этих скоростях передающие станции сообщали другим станциям, что с момента времени X до момента времени Y станция занимает радиоэфир и будет передавать свои данные. Другие станции в это время молчат, чтобы не создавать помехи станции, занявшей эфир.
Прежде чем начать подробно рассказывать, оговорюсь, что стандарт 802.11b предусматривал совместную работу со стандартом 802.11 и учитывал, что для того, чтобы рядом работающее устройство стандарта 802.11 поняло его намерение передавать данные с момента времени X до момента времени Y, 802.11b устройство должно дать в эфир служебные данные, которые были бы понятны устройству 802.11 - это значило, что устройство 802.11b вынуждено передавать служебные данные со скоростью 1 или 2 Мбит/с. В противном случае, рядом работающее устройство 802.11 стало бы считать, что рядом нет никакого 802.11b и приняло бы решение о передаче своих данных.
Пример процедуры отправки одного кадра в стандарте 802.11b отображён на рисунке:
Пояснение к рисунку:
На рисунке наглядно отображена передача ряда предварительных служебных пакетов, а также пакетов подтверждения получения информационного пакета.
Базовый алгоритм соединения для передачи данных содержит два действия: передачу кадра данных от источника и передачу подтверждения приёма (ACKnowledge, ACK) от получателя источнику сообщения. Для повышения надёжности передачи данных имеется алгоритм с обменом четырьмя кадрами. Здесь AC-источник передаёт кадр запроса передачи (Request to Send, RTS) и тем самым оповещает все АС в зоне радио-видимости о том, что происходит обмен информацией. Все станции, принявшие кадр RTS, воздерживаются от передачи для исключения конфликтов. AC-получатель отвечает AC-источнику кадром готовности к приёму (Clear to Send, CTS). После приёма кадра CTS AC-источник передаёт кадр данных, а AC-получатель после приёма кадра данных передаёт кадр подтверждения приёма (ACK)
[конец пояснения к рисунку :)]
Для того, чтобы отобразить реальную пропускную способность сети стандарта 802.11b подробно рассмотрим временную диаграмму доступа к среде с использованием режима передачи DCF (Distributed coordination function).
Что мы видим на этом рисунке:
После того, как среда освободилась, станция STA1 ждёт интервал DIFS (DCF inter-frame space) и включает таймер отката. Таймер отсчитывает случайное число, выбранное в пределах окна состязания CW (contention windows) и начинает передачу. Если станция STA2 или STA3 сгенерирует случайное число равное числу STA1 – станции попытаются одновременно начать передачу и создадут коллизию, в результате которой данные всех станций переданы не будут. После того, как значение таймера стало равным нулю, станция STA1 посылает фрейм RTS. Станция STA2, получив пакет от STA1, ждёт интервал SIFS (short interframe space) и посылает фрейм готовности CTS. Приняв CTS, станция STA1 также ждёт интервал SIFS и начинает передачу информации. В итоге STA2 подтверждает приём пакета данных пакетом ACK.
То есть, объяснение попроще:
На картинке, на первой линии, вы видите, что происходит в среде передачи - отображены все данные, которые попали в радиоэфир.
На второй линии видно, то, что передала первая станция STA1
На третьей и четвёртой линии станции STA2 и STA3 соответственно.
В данном случае, станция STA1 пытается передать данные станции STA2. Для этого, она дожидается когда эфир освободится и выждав интервал DIFS (по стандарту все станции обязаны выждать этот интервал) начинает бороться за право передачи (ведь не только STA1 желает передать данные, а передача возможна только по очереди). Получив право передачи STA1 начинает процедуру, отображённую на предидущем рисунке с AC получателем и AC источником: Сперва посылает пакет RTS и сообщает, что готова передать данные. STA2 получатель, получает пакет RTS и отправляет пакет CTS - сообщает о том, что готова принять данные. STA1 передаёт данные и в ответ получает пакет подтверждения от STA2, который говорит, о том, что данные были успешно переданы.
Между всеми кадрами присутствует интервал SIFS - маленькая пауза, для того чтобы один пакет не наложился на другой.
Теперь, когда сложилось представление о передаче данных в сети Wi-Fi, приступаем к чистому математическому расчёту:
Посчитаем, какой объём данных передаётся во время такой процедуры и сколько времени она занимает:
- Пакет готовности передачи RTS. Его длина составляет 20 байт. При битовой скорости 1 Мбит/с длительность пакета готовности передачи, с учётом уровня PHY, равна TRTS=(20*8+192)/1000000=352мкс.
- Пакет готовности приёма CTS. Его длина составляет 14 байт. При битовой скорости 1 Мбит/с длительность пакета готовности приёма, с учётом уровня PHY, равна TCTS=(14*8+192)/1000000=304мкс.
- Пакет подтверждения ACK. Его длина составляет 14 байт. При битовой скорости 1 Мбит/с длительность пакета подтверждения, с учётом уровня PHY, равна TACK=(14*8+192)/1000000=304мкс.
- Пакет данных станции, принимающей видео. Его длительность составляет 1536 байт. При битовой скорости 11 Мбит/с длительность пакета данных станции с учётом уровня PHY TVID=192/1000000+1536*8/11000000=1309мкс.
- Пакет данных станции, принимающей данные. Его длина составляет 1024 байт. При битовой скорости 11Мбит/с длительность пакета данных станции с учётом уровня PHY TDATA=192/1000000+1024*8/11000000=937мкс.
Между всеми пакетам существует промежуток SIFS, длительность которого в стандарте 802.11b TSIFS=10мкс.
При расчёте пропускной способности, будем считать, что данные физического уровня передавались со скоростью 2 Мбит/с, кроме режима работы 1 Мбит/с. Результаты расчёта приведены в табл:
Ну вобщем, разделим время на байты получи пропускную способность сети Wi-Fi. Как видим из непредвзятого математического расчёта, пропускная способность сети Wi-Fi не добирается до скорости 7 Мбит/с при этом, нас никто не обманул - данные в самом деле передаются со скоростью 11 Мбит/с, ни больше и не меньше, независимо от того, работает рядом микроволновка или нет.
напоследок
В сети Wi-Fi передачу может вести одновременно только одна станция. Поэтому, когда в сети ведут передачу сразу несколько станций, пропускная способность сети делится на количество этих передающих станций:
Если в вашей сети два компьютера передают данные третьему, то скорость передачи на каждом компьютере будет лишь 1/2 от пропускной способности.
Если станция 1 будет передавать данные станции 2, а станция 2 будет передавать данные станции 3, то скорость на каждом компьютере будет 1/2 от пропускной способности сети. Это происходит потому, что у сети Wi-Fi единая среда передачи - фактически воздух. Я это всё к тому, что....некоторые почему-то считают, что повторитель (Repeater), который может использоватся в сети Wi-Fi - это не станция, а что-то особенное. Некоторые не хотят признать, что при ретрансляции скорость упадёт в двое - потому что во один момент времени повторитель будет принимать данные, а в другой момент времени передавать их дальше
Были когда-то в продаже устройства, созданные на чипе PRISM 2, при соединении в режиме Ad-Hoc, они могли работать без передачи кадра ACK - что позволяло работать с большей скоростью =) Правда, такие сетевухи плохо дружили с иными сетевухами, вернее не дружили совсем.
P.S.
Большое Спасибо Рыжкову Александру Евгеньевичу - преподавателю СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, который не просто рассказал это, а помог осознать, что от Wi-Fi даже в идеальных условиях не стоит ждать пропускной способности, которую я ждал =)
P.S.S.
Я иногда слышу: "Wi-Fi хорошо, но провода лучше", дык вот, хочу сказать, это тоже самое, что: "Камаз хорошо, но вертолёт лучше". Я сторонник использования проводов, там где их можно использовать, но я пользуюсь Wi-Fi. Я сделал сетку на 500 метров по Wi-Fi. И, когда с сеткой что-то не так, я не бегу 500 метров, осматривая кабель, я знаю, что причина может быть либо в точке А, либо в точке Б. Я не кидал 500 метров кабеля, а то и все 600 метров с учётом особенностей трассы. Моя сетка, вполне нормально работает - пинги в моей сетке на 500 метров:
C:>ping 192.168.0.10
Pinging 192.168.0.10 with 32 bytes of data:
Reply from 192.168.0.10: bytes=32 time=1ms TTL=64
Reply from 192.168.0.10: bytes=32 time=2ms TTL=64
Reply from 192.168.0.10: bytes=32 time=2ms TTL=64
Reply from 192.168.0.10: bytes=32 time=1ms TTL=64
Ping statistics for 192.168.0.10:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 1ms, Maximum = 2ms, Average = 1ms
Вопрос: Как повысить пропускную способность беспроводной сети
Ответ: Соответствующая стандартам беспроводная локальная сеть с пропускной способностью 54 Мбит/с едва ли еще способна привлечь покупателей. Производители настойчиво рекламируют продукты с большей пропускной способностью: на коробке указана как минимум скорость в 108 Мбит/с, а порой даются и более щедрые обещания. Однако эти параметры очень часто подгоняются или достигаются при помощи определенных приемов, поддерживать которые в состоянии далеко не всякое аппаратное обеспечение. Как и во многих других технических областях, в беспроводных локальных сетях главным параметром является максимальная скорость передачи данных.
Беспроводные локальные сети с пропускной способностью 54 Мбит/с (стандарта 802.11a или 801.11g) присутствуют на рынке уже три года, следующий — более высокий — уровень будет утвержден в стандарте 802.11n. Между тем различные производители выпускают собст-венные решения, где уже поддерживается повышенная пропускная способность. Предприятия с крупными инсталляциями редко приобретают подобные специальные решения (это объясняется необходимостью защиты инвестиций), а вот домашним пользователям, покупающим комплект оборудования WLAN, они представляются привлекательным вариантом.
В случае беспроводных локальных сетей в глаза бросается большая разница между номинальной скоростью передачи данных (ранее — 11 Мбит/с, сегодня — 54 Мбит/с) по радиоканалу и фактической скоростью передачи данных. В то время как кабельные сети позволяют достичь свыше 90% от номинальной скорости передачи, в беспроводных сетях нередко приходится довольствоваться половиной номинала, и даже меньше. Причина заключается в необходимости переговоров о доступе, поскольку беспроводные сети являются «разделяемой средой».
Эфир — и, соответственно, радиоканал — в качестве среды передачи существует лишь в единственном экземпляре и ведет себя так же, как раньше концентратор в сети Ethernet: при попытке передачи данных несколькими сторонами одновременно сигналы мешают друг другу. Поэтому стандартами WLAN предусматривается, что перед передачей станция проверяет, свободна ли среда. Однако это отнюдь не исключает ситуацию, когда две станции одновременно идентифицируют среду как свободную и начинают передачу. В «разделяемом» Ethernet соответствующий эффект называется коллизией.
В проводной сети отправители могут распознать коллизии уже в процессе передачи, прервать ее и повторить попытку после случайного интервала времени. Однако в радиосети таких мер недостаточно. Поэтому 802.11 вводит «пакет подтверждения» (ACK), который получатель передает обратно отправителю; на эту процедуру отводится дополнительное время ожидания. Если сложить все предусмотренные протоколом периоды ожидания — короткие межкадровые интервалы (Short Inter Frame Space, SIFS) и распределенные межкадровые интервалы функции распределенной координации (Distributed Coordination Function Inter Frame Space, DIFS) для беспроводной сети стандарта 802.11а, то накладные расходы составляют 50 мкс на пакет (см. Рисунок 1).
Рисунок 1. Если станция WLAN собирается начать передачу и находит среду занятой, то ей придется подождать некоторое время. Доступ к среде регулируется при помощи «межкадровых интервалов» разной длины (DIFS и SIFS).
Помимо этого, при вычислении издержек следует учесть, что каждый пакет данных содержит не только полезные данные, но и необходимые заголовки для многих протокольных уровней (см. Рисунок 2). В случае пакета длиной 1500 байт, передаваемого по стандарту 802.11 со скоростью 54 Мбит/с, появляются «лишние» 64 байт с издержками в 20 мкс. Пакет АСК обрабатывается физическим уровнем так же, как и пакет данных, в нем отсутствуют лишь части от порядкового номера до контрольной суммы. Вдобавок заголовок укорочен, поэтому для пакета АСК необходимо всего 24 мкс.
В общей сложности передача 1500 байт полезной нагрузки со скоростью 54 Мбит/с занимает 325 мкс, поэтому фактическая скорость передачи составляет 37 Мбит/с.
С учетом издержек на ТСР/IP (еще 40 байт на пакет, пакеты подтверждения TCP) и повторов из-за сбоев в передаче достигаемая на практике скорость будет равна 25 Мбит/с — такое же соотношение значений номинальной/фактической скоростей получается и при использовании 802.11b (от 5 до 6 при 11 Мбит/с).
Для 802.11g, наследника 11b, принцип работы которого мало чем отличается от 802.11а, требование обратной совместимости с IEEE 802.11b может привести к тому, что скорость передачи окажется еще меньше. Проблема возникает, когда в диалог двух станций 11g может вмешаться карта 802.11b: последняя не способна распознать, что среда в данный момент занята, поскольку в 802.11g используется отличный от 11b метод модуляции.
Рисунок 2. В пакете данных WLAN полезные данные обрамляют преамбула, заголовок и контрольная сумма. Эта служебная информация является причиной того, что номинальная скорость передачи данных существенно отличается от фактической.
Во избежание коллизий станции 11g (при наличии аппаратного обеспечения 11b) отправляют перед своим пакетом 11g совместимый с 11b управляющий пакет разрешения на отправку (Clear To Send, CTS), при помощи которого и резервируется на определенное время среду передачи. Однако дополнительный пакет CTS имеет почти такую же длину, как и пакет данных, вследствие чего скорость снижается до 15 Мбит/с. Издержки возникают преимущественно тогда, когда на одном канале работает аппаратное обеспечение, поддерживающее сразу два стандарта — 11b и 11g. По этой причине старая базовая станция 11b у соседа способна тормозить перекрывающуюся с ней сеть 11g, даже если в той применяется исключительно аппаратное обеспечение стандарта 802.11g. Хотя многие g-карты могут работать в так называемом «режиме только g», когда допускается отключение отправки пакетов CTS, прибегать к нему не рекомендуется, поскольку велика вероятность того, что потери данных вследствие коллизии приведут к большему снижению пропускной способности, чем стандартная процедура.
НАСТРОЙКА
Для производителя простейшую возможность настройки представляет собой, очевидно, время ожидания. Даже если достигаемый выигрыш равен нескольким процентам, это все равно дает небольшое улучшение (см. Рисунок 3).
Рисунок 3. Различные способы экономии времени при передаче данных по беспроводной сети: пакетная передача, подтверждение пакета и агрегация пакетов.
Уже через некоторое время после введения 802.11g ряд компаний начал предлагать «пакетную передачу» (bursting). В этом случае после последнего пакета АСК отправитель до отсылки следующего ждет лишь окончания недолгого периода SIFS. Таким образом, он выигрывает борьбу за среду, и в занятом радиоканале отсрочка передачи не происходит. Для стандарта 802.11а пакетная передача дает выигрыш всего от 10 до 15%, но для 802.11g в описанном режиме совместимости с 802.11b он может быть намного большим, поскольку один пакет CTS в состоянии защищать целую группу пакетов 11g. Недостаток пакетной передачи очевиден: она в высшей степени «асоциальна», ведь станция отнимает львиную долю ограниченной пропускной способности у других участников.
Комитетам IEEE, ответственным за 802.11, известны как выгоды, так и недостатки пакетной передачи. Они постарались их учесть в стандарте 802.11е (качество услуг), что позволяет надеяться на скорое улучшение сложившейся ситуации. 802.11е предусматривает также возможность того, что занимающий полосу пропускания пакет АСК будет передаваться лишь после группы пакетов или вообще будет проигнорирован. Это имеет смысл в случае мультимедийных данных, когда потеря отдельных пакетов предпочтительнее задержки вследствие их повторной передачи.
ОБЪЕДИНЕНИЕ ПАКЕТОВ И СЖАТИЕ
Используемые методы позволяют видоизменить пакеты данных еще до их отправки без обращения к уровню МАС. В отличие от «кабельного Ethernet» беспроводные сети позволяют передавать кадры гораздо большего размера (2304 вместо 1518 байт), благодаря чему накладные расходы можно уменьшить, объединив несколько пакетов Ethernet в один пакет WLAN (агрегация или конкатенация кадров).
Некоторые производители наборов микросхем увеличили длину кадра настолько, что в него полностью умещаются два кадра Ethernet, что дает выигрыш около 30%. У этого подхода два недостатка. С одной стороны, возрастает вероятность того, что такие кадры станут жертвами радиопомех. С другой — агрегация увеличивает задержку, поскольку отправитель должен сначала собрать пакеты или все же отправить один пакет, если за отведенное на ожидание время ни одного пакета не поступит.
Параллельно с агрегацией кадров в наборах микросхем WLAN активно используется сжатие. Оно функционирует аналогично тому, как это происходит в известных программах Zip, но точно так же дает преимущество лишь в отношении несжатых данных, а не в случае, к примеру, аудио- и видеопотоков. Однако наибольший выигрыш составляет всего несколько десятков процентов. Поскольку потеря кадра в беспроводных сетях возможна в любой момент, набор микросхем может сжать в лучшем случае один-единственный пакет WLAN. Распространенные алгоритмы, к примеру Lempel-Ziv, при использовании таких малых блоков никогда не достигнут своего теоретического максимума сжатия.
IEEE пока не собирается добавлять перечисленные выше методы в семейство стандартов 802.11. Поэтому и агрегация пакетов, и сжатие в ближайшее время будут доступны лишь при использовании карт с одним и тем же набором микросхем.
МОДУЛЯЦИИ
Наряду с перечисленными возможностями тонкой настройки протокола WLAN в качестве следующего шага можно подумать о более высокоуровневой модуляции для повышения фактической пропускной способности. При передаче данных необходимо различать скорость передачи битов и скорость передачи символов. Последняя показывает, сколько раз изменяется состояние сигнала в среде передачи, в результате чего начинает передаваться новая информация.
Высокая скорость передачи битов достигается благодаря тому, что, с од-ной стороны, по каналу на разных поднесущих одновременно передается множество символов (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов — Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), а с другой — используются сложные методы модуляции, с помощью которых передается более одного бита на сигнал.
При самой низкой скорости OFDM (6 Мбит/с) каждый символ несет лишь 1 бит на каждом шаге и имеет 24 поднесущих OFDM. Но при этом кодировка очень надежна и может применяться для передачи данных даже на радиосоединениях со слабым сигналом. Передача со скоростью 54 Мбит/с предполагает модуляцию QAM64 — квадратурную амплитудную модуляцию (Quadrature Amplitude Modulation), когда в каждом символе передается 6 бит (при 36 поднесущих). В случае очень хороших соединений — к примеру в пределах одной комнаты — отношение уровня сигнала к уровню шума оставляет место для модуляции еще более высокого уровня, в частности для QAM256, где используется 8 бит на символ, что соответствует скорости передачи в 72 Мбит/с.
Модуляцию нельзя увеличивать чрезмерно, тогда необходимое отношение уровня сигнала к уровню шума становится настолько высоким, что диаметр беспроводной сети сжимается до размера одной комнаты. Вместе с тем, при высоких номинальных скоростях передачи разница между номинальным и фактическим значениями постоянно растет, так как протокол МАС и прочие медленные преамбулы не изменяются.
ОБЪЕДИНЕНИЕ КАНАЛОВ
Еще один метод ускорения предлагает производитель наборов микросхем Atheros. Он представляет собой объединение каналов, когда сигнал занимает двойной частотный диапазон (40 ГГц вместо 20 ГГц) в радиоканале, а значит, и вдвое больше поднесущих OFDM. Скорость передачи полезных данных также увеличивается вдвое. Решение Super-A/G от Atheros — это комбинация объединения каналов со сжатием и группировкой пакетов (быстрые кадры — Fast Frames) и пакетной передачи, благодаря чему скорость передачи полезных данных вполне можно увеличить до 60 Мбит/с и даже более того.
Однако объединение каналов обладает не только преимуществами, но и серьезными недостатками: доступный для использования частотный блок в диапазоне 2,4 ГГц едва ли оставляет место хотя бы для одной «турбосети». Кроме того, функционирование беспроводной сети всегда проходит под знаком взаимных радиопомех, а одновременная эксплуатация клиентов с объединением каналов и без оного в одной радиоячейке затруднительна, поскольку применяемая модуляция не совместима с обычной, используемой в стандартах 802.11a/g. Поэтому точка доступа в режиме смешанной эксплуатации должна постоянно переключать процессор для обработки немодулированных данных своего модуля WLAN или возвращать всю радиоячейку в обычный режим каждый раз, когда доступ запрашивает клиент, не поддерживающий объединение каналов.
В полосе 5 ГГц, которая с точки зрения частоты предоставляет заметно больше места, объединение каналов приносит больше пользы и успешно применяется, к примеру, в линиях радиорелейной связи. Здесь вопрос совместимости не стоит так остро, поскольку связь устанавливается лишь между двумя жестко сконфигурированными партнерами. Уже в нижнем блоке 5 ГГц (от 5,15 до 5,35 ГГц) помещаются сразу три независимых канала шириной 40 МГц. В полосе, разрешенной и для наружного применения (от 5,47 до 5,725 ГГц), можно разместить еще четыре.
МНОГО УШЕЙ
В последние годы выкристаллизовалась еще одна технология, отличная от «турбозагрузчика», которая войдет в следующий, более скоростной стандарт — 802.11n. Лежащая в ее основе технология множественного приема и множественной передачи (Multiple Input, Multiple Output, MIMO) позволяет добиться повышенной пропускной способности за счет «пространственного мультиплексирования». При этом станция использует несколько передатчиков с собственной антенной для каждого на одной и той же частоте одновременно.
То, что на первый взгляд выглядит как руководство к построению генератора помех, успешно функционирует, ведь распространение радиоволн внутри зданий происходит по особым законам. Помимо прямых соединений существует намного большее количество непрямых, по которым части сигнала попадают к получателю, к примеру, в результате отражения от стен и металлических предметов. Обычно такое многомаршрутное распространение нежелательно, поскольку один и тот же сигнал приходит неоднократно со сдвигом по времени и в случае неудачного времени задержки и малой силы может затухнуть.
Если же инсталлировано несколько приемников с собственными антеннами, то при умелой кодировке станция сможет распутать смесь разных потоков данных и их отражений. Тогда скорость передачи растет линейно вместе с количеством пар отправителей/приемников — однако всего лишь на 70%, поскольку на практике этот метод никогда не работает идеально. В случае трех пар отправителей/получателей, работающих со скоростью 54 Мбит/с каждая, была достигнута скорость в 0,7 х 3 х 54, т. е. примерно 113 Мбит/с. В качестве дополнительного преимущества перерасчет отдельного сигнала позволяет добиться увеличения радиуса действия.
Реализация MIMO была обещана еще в 2003 г. производителем наборов микросхем Airgo Networks. Первой же соответствующие устройства выпустила компания Belkin — осенью 2004 г.
При наличии трех антенн на стороне отправителя использовались только две. Максимальная номинальная скорость передачи в два раза выше, чем у 802.11g, что достигается и предлагаемым компанией Atheros объединением каналов. Недавно Airgo объявила о намерении добавить к технологии MIMO объединение каналов и таким образом еще раз удвоить пропускную способность.
Другое преимущество MIMO заключается в том, что по сравнению с традиционными технологиями WLAN высокая скорость передачи в зданиях обеспечивается на больших расстояниях именно потому, что неизбежные отражения здесь не мешают, а целенаправленно используются. И наоборот, на открытых пространствах MIMO не представляет особых преимуществ при направленной передаче, поскольку там практически нет отражений.
Довольно запутанным оказался вопрос о совместимости нового аппаратного обеспечения от Airgo с 802.11n, что предполагает использование Belkin приставки Pre-N. Ситуация хотя и напоминает ту, что сложилась с Pre-G незадолго до утверждения стандарта 802.11g летом 2003 г., однако не сравнима с ней: если тогда 802.11g был уже почти готов и появившиеся раньше времени устройства удавалось привести в соответствие со стандартом путем обновления драйверов или встроенного программного обеспечения, то в случае 802.11n лишь недавно стало окончательно известно, как именно будет выглядеть физический уровень. Поскольку он определяется преимущественно аппаратным обеспечением карты WLAN, его нельзя изменить путем обновления встроенного ПО.
Проводились ли климатические испытания антенн?
Ответ: Да, проводились. Результаты климатических испытаний:
Объект испытания: Антенны ASP-24 4 шт.
Рупора дюралевые 4 шт.
Цель испытаний: проверка герметизации и реакции герметиков на колебания температуры
Используемые герметики и клеи:
1. Полиуретановый клей-герметик черный, серый, белый
2. Особо прочный клей
Перед проведением испытаний были проверены технические параметры КУ и КСВ, а также испытания на герметичность.
КУ и КСВ в норме, герметиченость соблюдена.
Далее проводились климатические испытания по следующей программе:
Изделия помещались в камеру при температуре -50 градусов по Цельсию на 3 часа. После выдержки в камере в течении 5 минут изделия помещались в камеру тепла при +60 градусах по шкале Цельсия на 3 часа. С каждым изделием было проведено по 4 цикла таких испытаний.
По результатам испытаний нарушения герметизации и/или ухудшения характеристик КУ и КСВ не выявлено.
Примеры монтажа наших антенн:
Оборудование Motorola Canopy с комплектом увеличения дальности действия торговой марки SS&T:
