А. Щербаков - Wi-Fi: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить

• Название: Wi-Fi: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить
• Автор: А. Щербаков
• Жанр: Интернет

Жизнь современного человека — это движение. Мобильность для нас становится одним из самых важных моментов для работы, для общения, для жизни. Многие из нас сейчас уже не представляют жизнь без сотовых телефонов, которые из средства роскоши превратились в предмет, без которого жизнь современного человека стала просто немыслима. Многие уже оценили все преимущества Bluetooth, GPRS. Эти устройства превратили наши телефоны из средств связи в незаменимых помощников в работе. К сожалению, один из самых главных недостатков этих беспроводных технологий — малый радиус действия и низкая скорость передачи данных, что сейчас становится очень важным фактором для всех нас. Поэтому к нам на помощь приходит активно развивающийся во всем мире и в России стандарт Wi-Fi. Особенно радует, что в крупных городах России, особенно в Москве и Санкт-Петербурге, начинается массовое внедрение беспроводных сетей Wi-Fi в публичных местах (так называемых Hot Spot) — отелях, аэропортах, ресторанах, торговых центрах и кафе.

Что же такое Wi-Fi? Очередной мыльный пузырь IT-индустрии, который изо всех сил надувают производители и поставщики телекоммуникационного оборудования или новая технология, призванная в очередной раз изменить наш привычный мир, как это случилось когда-то с появлением Интернет и сотовой связи?

---

Специалисты конструируют и остронаправленные антенны, которые фокусируют электромагнитную энергию в узкий луч. К таким антеннам относятся большие параболические антенны, с помощью которых организуют наземные радиолинии длиной до 40 км и более. Названные антенны имеют КУ до 25 дБ и выше.

Варианты реализации антенн

Для оптимизации радиопокрытия к точкам доступа нередко подключают внешние антенны. Возможность их подключения имеется во многих точках доступа, предназначенных для корпоративных сетей. Однако Федеральная комиссия по связи США запрещает применение внешних антенн с устройствами, работающими в некоторых частотных полосах диапазона частот 5 ГГц. Поэтому работающие в этих полосах точки доступа вам придётся использовать с имеющимися у них антеннами.

Ведущие производители точек доступа, такие, как компании Cisco Systems, Proxim и Symbol Technologies, предлагают несколько видов антенн для своих продуктов. Другие же производители, включая большинство компаний, недавно вышедших на рынок БЛВС со своими беспроводными коммутаторами, оснащают свои точки доступа фиксированными всенаправленными антеннами. Точка доступа компании Airespace поддерживает внешние антенны и работает с интегрированной направленной пластинчатой антенной, что обеспечивает большую дальность действия, чем конкурирующие продукты.

Ноутбуки оснащают беспроводными сетевыми адаптерами PC Card или Mini-PCI. Первые имеют простую всенаправленную антенну. В корпусе ноутбука такой адаптер расположен горизонтально, и, как правило, так же ориентирована его антенна, которая в основном излучает вверх и вниз, а не по сторонам, что уменьшает дальность связи. Стоит отметить адаптер FriendlyNET AL1511 фирмы Asante, оснащённый выдвижными антеннами Xwing. Это устройство обладает самой большой дальностью связи. Оно не самое прочное, но его вертикально ориентированные антенны работают хорошо, помогая обеспечить надёжную связь в тех случаях, когда компьютер находится на границе зоны действия сети. Некоторые 2,4-ГГц беспроводные сетевые адаптеры имеют гнездо для подключения внешней антенны.

Беспроводной сетевой адаптер Mini-PCI обычно работает с расположенной в ноутбуке антенной. Как правило, эти антенны — двухдиапа-зонные, т.е. имеют элементы, функционирующие в диапазонах частот 2,4 и 5 ГГц. Антенну лучше всего размещать по периметру дисплея ноутбука, но тогда для связи её с беспроводным сетевым адаптером потребуется использовать кабель, в котором радиосигнал будет затухать (потери в антенном кабеле ноутбука составляют 3 дБ и более). Поэтому многие производители размещают антенну рядом с адаптером Mini-PCI, который расположен под клавиатурой ноутбука. К сожалению, при такой компоновке антенна этого адаптера работает хуже, чем антенна платы PC Card.

Антенны становятся «интеллектуальнее»

Хорошей новостью для пользователей БЛВС является то, что антенны устройств этих сетей становятся «интеллектуальнее» и эффективнее в работе.

Простейшие «интеллектуальные» антенны, предназначенные для разнесённого приёма радиосигналов, широко используются в точках доступа и адаптерах БЛВС. Такая антенна состоит из двух элементов (излучателей) и внутреннего коммутатора, подсоединяющего к приёмнику тот элемент, который принимает более мощный сигнал. Она помогает уменьшить негативный эффект многолучевого распространения радиоволн, вызванного их отражением от разных предметов, в результате чего один и тот же переданный радиосигнал многократно (с разной временной задержкой) поступает на вход приёмника точки доступа, что приводит к сильному ослаблению принимаемого сигнала.

Для увеличения зоны действия БЛВС требуются ещё более «интеллектуальные» антенны, к которым относятся фазированные антенные решётки. Такой решёткой, состоящей из большого числа излучателей, оборудован коммутатор Wi-Fi компании Vivato. Он функционирует как точка доступа, а его решётка наводит радиолуч на клиентское устройство стандарта 802.11. Данная антенная система увеличивает дальность связи (особенно на улице). Однако фазированные антенные решётки, как правило, имеют значительные габаритные размеры и стоят дорого.

Ещё один вариант реализации «интеллектуальной» антенны — адаптивная решётка. Такие решётки разрабатывают фирма Motia и другие производители. В них принятые элементами решётки сигналы умножаются на определённые весовые коэффициенты, а затем суммируются. Адаптивная решётка может быть реализована в виде дополнительной подсистемы, подсоединяемой к имеющемуся устройству Wi-Fi.

Этот подход является довольно перспективным, но, чтобы потенциальные заказчики смогли воспользоваться всеми преимуществами того или иного варианта построения «интеллектуальной» антенны, необходимо внести существенные изменения в стандарты на БЛВС. Рабочая группа IEEE 802.11n разрабатывает стандарт на БЛВС следующего поколения, обеспечивающую скорость передачи данных до 100 Мбит/с. В действующих сегодня стандартах 802.11a и 802.11g определена максимальная скорость передачи 54 Мбит/с, а её реальные значения составляют 25-30 Мбит/с.

Аналитики предполагают, что в стандарте 802.11n будет предусмотрена возможность использования устройств типа MIMO (Multiple Input, Multiple Output), работающих с несколькими антеннами. Такой продукт уже разработан компанией Airgo.

В упомянутом стандарте должны появиться и другие новшества. Так, для поддержки 100-Мбит/с скорости передачи данных на значительные расстояния потребуется существенно изменить MAC-уровень 802.11, что чревато возникновением проблем с обратной совместимостью беспроводных устройств. Следите за развитием стандарта 802.11n и за появлением на рынке поддерживающих его устройств. Они будут высокопроизводительными и (благодаря некоторым перспективным антеннам) «интеллектуальными».

Функционирование устройств Wi-Fi на физическом уровне

Осенью 1999 г. была создана организация Wireless Ethernet Compatibility Alliance (сейчас её название Wi-Fi Alliance), которой принадлежит бренд Wi-Fi. На проведённой ею в то время пресс-конференции представитель этой организации назвал технологию Wi-Fi беспроводным аналогом Ethernet (wireless Ethernet). Когда же один из журналистов усомнился в правильности такого сравнения, ему было сказано, что технологии Wi-Fi и Ethernet очень похожи, поскольку в них предусмотрен конкурентный доступ узлов сети к среде передачи данных и имеется много общего в реализации канального уровня.

Однако сходство названных технологий на этом и заканчивается. Они существенно отличаются друг от друга на физическом уровне. Если трафик сетей Ethernet локализован в более или менее защищённых от воздействия внешней среды электрических и оптических кабелях, то трафик систем Wi-Fi передаётся по радиоволнам и при этом подвержен влиянию помех и атмосферных осадков, которые могут парализовать работу системы.

Производители средств Wi-Fi стараются не афишировать возможные проблемы в их работе, связанные с их физическим уровнем. Вместо этого они подчёркивают простоту инсталляции и сетевой интеграции оборудования Wi-Fi. Вам следует знать об этих проблемах и, чтобы успешно управлять большими беспроводными ЛВС (БЛВС), нужно ещё разбираться в основах радиотехники. Здесь вполне уместно провести аналогию с сетями Ethernet, для эффективного администрирования которых необходимы знания в области структурированных кабельных систем.

Основы радиосвязи

Подобно модемам для коммутируемых линий и кабельным модемам, устройства Wi-Fi модулируют передаваемые сигналы. С помощью разных методов модуляции они преобразуют получаемые от компьютера цифровые сигналы в аналоговые радиочастотные. Скорость передачи данных с помощью модулированной несущей зависит от ряда факторов, в том числе от ширины полосы пропускания канала связи и типа используемого метода модуляции. По сравнению с простыми методами (или схемами) модуляции (например, BPSK, реализуемый 1-Мбит/с устройствами БЛВС), сложные методы модуляции (например, 64-QAM, поддерживаемый 54-Мбит/с оборудованием) обеспечивают более высокую скорость передачи данных. Но при использовании сложных методов модуляции устойчивость работы радиосистемы к воздействию шума снижается.

Поскольку по мере распространения в атмосфере радиосигнал затухает, разработчикам и пользователям радиосистем приходится искать компромисс между скоростью передачи данных и дальностью связи. Радиоволны в атмосфере затухают быстрее, чем радиочастотные сигналы, передаваемые кабельными модемами по гибридным (оптоволоконным и коаксиальным) кабельным системам.

Сети Wi-Fi работают в нелицензируемых (в США) частотных диапазонах 2,4-2,4835 (ISM-диапазон); 5,15-5,35 и 5,725-5,825 ГГц (UNII-диапазоны). Ширина полосы пропускания радиоканала систем Wi-Fi равна 22 МГц.

Устройства, предназначенные для работы в нелицензируемых диапазонах, должны быть спроектированы таким образом, чтобы сводить к минимуму вероятность негативного влияния (на их функционирование) взаимных помех. По этой причине устройства Wi-Fi имеют небольшую выходную мощность и устойчивы к воздействию не очень сильных помех, которые создаются другими устройствами, функционирующими в том же диапазоне.