Обозрение подготовлено при поддержке 

Стандарты и диапазоны

802.11a, 802.11b, 802.11g
Частотный диапазон 5 ГГц — новый этап в развитии беспроводных сетей

Как уже указывалось, единого стандарта для беспроводных фиксированных сетей доступа не существует, и производители выпускают оборудование, основываясь на различных (в том числе и собственных) технологиях. Тем не менее, кратко рассмотрим группу стандартов 802.11 — ведь им, как пророчат аналитики, сулит светлое будущее на быстрорастущем рынке WLAN (к сожалению, последнее пока России не касается).

Спецификация IEEE 802.11 была ратифицирована в июне 1997 г. Стандарт 802.11 предусматривал применение технологии с расширением спектра (диапазоны 900 МГц и 2,4 ГГц) и ограничивался скоростью передачи данных 2 Мбит/с.

Затем появились патентованные технологии, которые обеспечивали пропускную способность до 10 Мбит/с. Для этого использовались либо один из вариантов технологии с расширением спектра (точнее, метод прямой последовательности Direct Sequence Spread Spectrum — DSSS), либо узкополосная передача и диапазон 5,8 ГГц. В то же время потребность в открытом стандарте была столь велика, что European Telecommunications Standard Institute (ETSI) приступил к разработке стандарта высокоскоростной беспроводной технологии под названием High Performance LAN — HIPERLAN. Спецификация была ратифицирована в 1996 г. и стала обозначаться, как HIPERLAN Type 1 (Type 2 относится к сетям ATM). Она предусматривает узкополосную радиосвязь между узлами в диапазоне 5,2 GHz и обеспечивает скорость передачи 23,5 Mbps.

Как сетевая технология, HIPERLAN определяет операции на физическом уровне и на MAC-подуровне (Medium Access Control) канального уровня в терминах эталонной модели OSI. Физический уровень отвечает за кодирование данных и передачу их в виде радиосигналов. Что касается МАС-уровня, то его функции стандарт подразделяет на две части: непосредственно управление доступом к среде (МАС) и управление и доступ к каналу Channel Access and Control (CAC). МАС-уровень реализует набор протоколов, которые обеспечивают безопасность, маршрутизацию, энергосберегающие функции и обмен данными с протоколами вышележащих уровней.

САС описывает процедуру доступа к каналу в случаях, когда он занят или свободен, и механизм разрешения конфликтов в зависимости от приоритетов. Именно этот уровень реализует иерархически независимый невытесняющий (без прерывания обслуживания при поступлении более высокоприоритетного запроса) приоритетный доступ. Приведем краткий алгоритм его работы. Сначала МАС-уровень выбирает и передает из очереди пакет с наиболее высоким приоритетом уровню САС. Тот определяет, какой уровень приоритета необходимо использовать для доступа к каналу. Затем «прослушивает» канал и ждет, пока пройдут пакеты с более высоким приоритетом. Если другое устройство имеет пакет с приоритетом выше, чем выбранный, то он пропускается вперед, а САС откладывает передачу до следующего цикла. Если же более приоритетного конкурента не существует, то САС выдает команду физическому уровню начать передачу сигнала.

В отношении методов модуляции разработчики HIPERLAN пошли проторенным путем и использовали схему, такую же, как и в GSM, — наиболее распространенного стандарта цифровой радиопередачи. Это — гауссова модуляция с минимальным сдвигом (Gaussian Minimum Shift Keying — GMSK). В ней амплитуда передаваемого сигнала остается постоянной, что позволяет предъявлять не очень жесткие требования к линейности усилителя. GMSK дает возможность достичь весьма высокой скорости передачи при более низкой стоимости реализации, по сравнению с альтернативными схемами, например с ортогональным мультиплексированием с разделением по частотам (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — OFDM).

На физическом уровне технология обеспечивает скорость передачи сигналов до 23,53 Мбит/с. Поскольку кроме пользовательских данных, пакет содержит также и необходимую служебную информацию, то реальная скорость будет меньше. При использовании длинных пакетов HIPERLAN может поддерживать скорость до 18 Мбит/с на один канал, которых обычно бывает несколько.

Простейшей топологией для взаимосвязи беспроводных систем является сотовая модель. В ней весь трафик проходит через «контроллер», реализующий механизм продвижения данных к получателю. Каждое HIPERLAN-устройство настраивается таким образом, чтобы выбрать один и только один близлежащий контроллер, и через него передается весь трафик. Если получатель находится вне соты, контроллер будет искать ближайший транзитный узел на пути к нему. В случае одноранговых коммуникаций такой контроллер не требуется. При расположении всех узлов в зоне радиовидимости связь между ними осуществляется по протоколу точка-точка либо с помощью широковещательных пакетов. В противном случае необходимо реализовать некоторый протокол продвижения пакетов к узлу, находящемуся на значительном удалении.

Для поддержания динамических систем любого типа терминальное устройство (к примеру, ноутбук или КПК) должно объявить о своем присутствии соседям или сотовому контроллеру в случае фиксированной инфраструктуры. Обычно это выполняется двумя путями: динамическим опросом (polling) или сообщением, идентифицирующим отправителя. В технологии HIPERLAN реализуется второй способ, известный как «приветствие» («Hello» function). Каждое устройство периодически, примерно через 30 с, посылает своим соседям соответствующий широковещательный пакет, который содержит всю необходимую информацию для построения «карты» сети.

В сообщении, содержащем приветственный широковещательный пакет, находится, в частности, информация о соседях отправителя и коммуникационной роли каждого — кто из них является ретранслятором (Forwarder), а кто нет (Non-Forwarder). Ретрансляторы используют эту информацию для того, чтобы построить карту соединений и определить маршруты к каждому устройству. Пакеты передаются от ретранслятора к ретранслятору до тех пор, пока они не будут доставлены по назначению или пока не истечет время их жизни. Таким способом достигается самоорганизация системы.

Безопасность в HIPERLAN обеспечивается с помощью того же метода, что и в стандарте 802.11. Принципиально используется тот же алгоритм Wire Equivalent Privacy (WEP), однако его реализация в HIPERLAN несколько отлична. Каждый пакет содержит в заголовке двухбитовое поле, которое указывает, являются или нет данные зашифрованными. Если да, в заголовке определяется один из трех возможных ключей. Поскольку действительный ключ выбирается как результат интерпретации идентификатора, то в данном случае для ключей применима произвольная схема распределения.

Что касается спецификации 802.11, то вследствие низкой скорости передачи в таких сетях совместимые с ней устройства вряд ли завоюют широкую популярность — это было очевидно еще на заре появления новых устройств в этом стандарте. Действительно, не успело первое поколение подобных продуктов появиться на рынке, как индустрия спешно принялась за разработку более высокоскоростной версии 802.11b или Wi-Fi (wireless fidelity) , которая определяет скорость передачи данных до 11 Мбит/с. Она является, по сути, прямым продолжением стандарта 802.11 и совместима с ним на скоростях 1 и 2 Мбит/с. Очевидно, что поддерживающие этот стандарт устройства должны работать в диапазоне частот 2,4 ГГц, однако для обеспечения высокой скорости используют иную схему модуляции — некоторую модификацию метода DSSS (с 8-разрядными последовательностями Уолша). В окончательной редакции стандарт 802.11b был принят в 1999г. Как и в случае базового стандарта 802.11, четкие механизмы роуминга спецификациями 802.11b не определены.

Теперь же, как известно, и этой скорости 11 Мбит/с оказалось мало, и уже относительно давно в ходу аббревиатуры а и g. Как стало недавно известно, рабочая группа Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) окончательно утвердит стандарт IEEE P802.11g (TM) в июне этого года. Напомним, что 802.11g уже прошел два этапа одобрений, и вот теперь осталось пройти третий, последний этап. 802.11g обещает увеличить скорость передачи данных с существующих в теоретическом пределе 11 Мбит/c (стандарт IEEE 802.11b (TM)) до 54 Мбит/c. Таким образом, по скорости передачи данных новый стандарт, рассчитанный на частотный диапазон 2,4 ГГц, сравняется с предложенным ранее стандартом 802.11a (TM), который также обеспечивает до 54 Мбит/c, но разработан для диапазона 5 ГГц. А учитывая то, что на рынке преобладающим является стандарт 802.11b (подавляющая часть беспроводных локальных сетей построена именно на его основе), то можно прогнозировать, что 802.11g ждет большой успех, ведь одним из достоинств будущего стандарта является обратная совместимость с 802.11b.

Очевидно, что рост числа сетей сдерживается, в первую очередь, отсутствием свободных частот в диапазонах 2,4 ГГц. Поэтому участники рынка связывают большие надежды с освоением полосы 5 ГГц. Несмотря на то, что соответствующее оборудование фактически еще не поступило на российский рынок, передел этого диапазона в Москве и Петербурге практически завершен.

Комментируя ситуацию в России с диапазоном 5 ГГц, Петр Кочегаров отметил, что оборудование, в частности, для диапазона частот 5,2-5,3 ГГц, еще практически не представлено на рынке: «На сегодняшний день, по большому счету, все, что есть в диапазоне 5,2 ГГц, это только оборудование на 2,4 ГГц с конвертерами». Тем не менее, по его мнению — «это одно из направлений, частотная ниша, где будут возникать новые сети».

«В 5 ГГц есть также диапазон 5,7-5,8 ГГц, который довольно давно осваивается, но, тем не менее, там также есть некоторый потенциал. Будут появляться и новые диапазоны, в частности, недавним решением ГКРЧ выделен частотный интервал 5,6-5,7 ГГц под высокоскоростной фиксированный радиодоступ, под наше решение», — считает технический директор CompTek.

Что касается долгожданного радиомаршрутизатора Revolution 5000, то CompTek к его продаже еще не приступил, но надеется, что это будет сделано в самое ближайшее время. Что касается диапазона 5,7-5,8 ГГц, то в нем работает, в частности, оборудование WiLAN — новый для CompTek вендор, который, по словам Петра Кочегарова, «производит очень добротное оборудование». Для диапазонов 5,25-5,35 ГГц и 5,725-5,825 ГГц существует также решение Canopy от компании Motorola (оно пока только заявлено на сертификацию).

Подробнее о новом для России диапазоне 5 ГГц мы поговорим в следующем разделе.

Виталий Солонин / CNews.ru