Страница:
Обычно POP3 работает в паре с протоколом SMTP, что позволяет организовать эффективную систему отсылки и приема электронных сообщений.
Интерфейс протокола еще более простой, чем интерфейс SMTP, и с этим связаны определенные неудобства. Так, отсутствует возможность выборочного скачивания письма или просмотра содержимого письма непосредственно на почтовом сервере.
IMAP
1.7. SLIP, РРР, HTTP и FTP
SLIP и PPP
HTTP
FTP
Глава 2
2.1. Архитектура беспроводных сетей
Независимая конфигурация (Ad-Hoc)
Инфраструктурная конфигурация
2.2. Методы и технологии модуляции сигнала
Метод DSSS
Метод FHSS
Метод OFDM
Метод PBCC
Технология кодирования Баркера
Технология CCK
Технология CCK-OFDM
Технология QAM
2.3. Стандарты Radio Ethernet
IEEE 802.11
IEEE 802.11a
Интерфейс протокола еще более простой, чем интерфейс SMTP, и с этим связаны определенные неудобства. Так, отсутствует возможность выборочного скачивания письма или просмотра содержимого письма непосредственно на почтовом сервере.
IMAP
IMAP (Interactive Mail Access Protocol, протокол интерактивного доступа к электронной почте) – наиболее «продвинутый» почтовый протокол, предназначенный для приема электронных сообщений с почтового сервера. В большинстве случаев более удобным и эффективным является использование протокола IMAP, чем POP3.
К достоинствам протокола относится возможность частичного скачивания письма, разбития принимаемого письма на части с последующим склеиванием и многое другое.
К достоинствам протокола относится возможность частичного скачивания письма, разбития принимаемого письма на части с последующим склеиванием и многое другое.
1.7. SLIP, РРР, HTTP и FTP
Данные протоколы предназначены для организации выхода в Интернет и работы в нем с использованием различных браузеров, менеджеров закачек и др.
SLIP и PPP
С протоколами SLIP (Serial Line Internet Protocol, протокол последовательного подключения к Интернету) и PPP (Point-to-Point Protocol, протокол двухточечной связи) в основном работают провайдеры, которые используют для организации доступа в Интернет выделенные телефонные линии или другие каналы.
SLIP и PPP используются для организации постоянного подключения к Интернету с помощью модема. Для обычного пользователя наличие постоянного соединения с Интернетом является достаточно дорогим, поскольку при этом нужно платить как за время пребывания в Интернете, так и за используемую телефонную линию. Это могут позволить себе только достаточно крупные компании и интернет-провайдеры. Первые из них, как правило, в этом случае располагают одним или несколькими серверами с данными, а также личными веб-страницами, которые должны быть постоянно доступны через Интернет. Вторые используют постоянное подключение, поскольку это их работа.
Протоколы SLIP и PPP работают на нижних уровнях модели взаимодействия открытых систем, что позволяет специальным образом готовить пакеты данных для передачи их другими протоколами, например TCP/IP или IPX/SPX. Главное отличие протокола SLIP от протокола PPP заключается в том, что первый работает только на компьютерах с установленной операционной системой Unix и протоколом TCP/IP, а второй используется на компьютерах, работающих под управлением системы класса Windows NT, которая умеет обращаться практически с любыми протоколами передачи данных.
SLIP и PPP используются для организации постоянного подключения к Интернету с помощью модема. Для обычного пользователя наличие постоянного соединения с Интернетом является достаточно дорогим, поскольку при этом нужно платить как за время пребывания в Интернете, так и за используемую телефонную линию. Это могут позволить себе только достаточно крупные компании и интернет-провайдеры. Первые из них, как правило, в этом случае располагают одним или несколькими серверами с данными, а также личными веб-страницами, которые должны быть постоянно доступны через Интернет. Вторые используют постоянное подключение, поскольку это их работа.
Протоколы SLIP и PPP работают на нижних уровнях модели взаимодействия открытых систем, что позволяет специальным образом готовить пакеты данных для передачи их другими протоколами, например TCP/IP или IPX/SPX. Главное отличие протокола SLIP от протокола PPP заключается в том, что первый работает только на компьютерах с установленной операционной системой Unix и протоколом TCP/IP, а второй используется на компьютерах, работающих под управлением системы класса Windows NT, которая умеет обращаться практически с любыми протоколами передачи данных.
HTTP
HTTP (HyperText Transport Protocol, гипертекстовый транспортный протокол) – протокол, предназначенный для организации пересылки данных веб-страниц по Интернету или локальной сети. За время своего существования этот протокол претерпел значительные изменения; известно несколько его версий.
Особенностью протокола HTTP является то, что он может передавать любую информацию – текстовую и графическую. Это позволяет использовать при разработке веб-страниц дополнительные средства, которые делают их анимированными и красиво оформленными.
Особенностью протокола HTTP является то, что он может передавать любую информацию – текстовую и графическую. Это позволяет использовать при разработке веб-страниц дополнительные средства, которые делают их анимированными и красиво оформленными.
FTP
FTP (File Transfer Protocol, протокол передачи файлов) – протокол, изначально разработанный и применяемый для передачи файлов с помощью Интернета. Без этого протокола было бы невозможным скачивание из Сети музыки, фильмов и других объемных данных, без которых современный пользователь компьютера не может представить свою жизнь. Существует множество программ, которые, используя протокол FTP, позволяют скачивать значительные объемы информации даже в условиях плохого соединения и низкой скорости передачи данных.
Глава 2
Топология и стандарты
• Архитектура беспроводных сетей.
• Методы и технологии модуляции сигнала.
• Стандарты Radio Ethernet.
• Преимущества и недостатки беспроводной сети.
Итак, вы уже знаете, что сеть и все, что с ней связано, основывается на модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, разработанной международной организацией по стандартам. Однако для создания сети этого недостаточно. Главной задачей при проектировании сети является использование правильной сетевой топологии и стандарта, который описывает скорость передачи данных, радиус действия сети, тип оборудования и многое другое.
• Методы и технологии модуляции сигнала.
• Стандарты Radio Ethernet.
• Преимущества и недостатки беспроводной сети.
Итак, вы уже знаете, что сеть и все, что с ней связано, основывается на модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, разработанной международной организацией по стандартам. Однако для создания сети этого недостаточно. Главной задачей при проектировании сети является использование правильной сетевой топологии и стандарта, который описывает скорость передачи данных, радиус действия сети, тип оборудования и многое другое.
2.1. Архитектура беспроводных сетей
Развитие беспроводных сетей, как и многое другое, проходит под неусыпным контролем соответствующих организацией. Самой главной среди них является IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers, Международный институт инженеров электротехники и электроники). В частности, беспроводные стандарты, сетевое оборудование и все, что относится к беспроводным сетям, контролирует рабочая группа WLAN (Wireless Local Area Network, беспроводная локальная вычислительная сеть), в которую входят более 100 представителей различных университетов и компаний-разработчиков сетевого оборудования. Эта комиссия собирается несколько раз в год с целью совершенствования существующих стандартов и создания новых, базирующихся на последних исследованиях и компьютерных достижениях.
В России также существует ассоциация беспроводных сетей передачи данных – «Беседа», которая занимается ведением единой политики в области беспроводных сетей передачи данных. Эта организация контролирует развитие рынка беспроводных сетей, предоставляет разные услуги при подключении, организует создание и развитие новых центров беспроводного доступа и т. д.
Обратимся к архитектуре беспроводных сетей. На сегодняшний день используется два варианта беспроводной архитектуры или, проще говоря, варианта построения сети: независимая конфигурация (Ad-Hoc) и инфраструктурная конфигурация. Отличия между ними незначительные, однако они кардинально влияют на такие показатели, как количество подключаемых пользователей, радиус сети, помехоустойчивость и т. д.
Какая бы конфигурация сети ни была избрана, стандарты определяют один тип протокола доступа к носителю и разные спецификации для физических каналов.[2]
Пакеты данных, передаваемых протоколом по физическому каналу, разбиваются на несколько блоков:
• контрольные и адресные данные – 30 байт;
• информационные данные – 2 Кбайт;
• контрольная сумма информационных данных – 4 байт.
В России также существует ассоциация беспроводных сетей передачи данных – «Беседа», которая занимается ведением единой политики в области беспроводных сетей передачи данных. Эта организация контролирует развитие рынка беспроводных сетей, предоставляет разные услуги при подключении, организует создание и развитие новых центров беспроводного доступа и т. д.
Обратимся к архитектуре беспроводных сетей. На сегодняшний день используется два варианта беспроводной архитектуры или, проще говоря, варианта построения сети: независимая конфигурация (Ad-Hoc) и инфраструктурная конфигурация. Отличия между ними незначительные, однако они кардинально влияют на такие показатели, как количество подключаемых пользователей, радиус сети, помехоустойчивость и т. д.
Какая бы конфигурация сети ни была избрана, стандарты определяют один тип протокола доступа к носителю и разные спецификации для физических каналов.[2]
Пакеты данных, передаваемых протоколом по физическому каналу, разбиваются на несколько блоков:
• контрольные и адресные данные – 30 байт;
• информационные данные – 2 Кбайт;
• контрольная сумма информационных данных – 4 байт.
Независимая конфигурация (Ad-Hoc)
Режим независимой конфигурации (рис. 2.1) (IBSS – Independent Basic Service Set, независимый базовый набор служб), котрый часто называют «точка-точка», – самый простой в применении. Соответственно, самым простым является построение и настройка сети с использованием независимой конфигурации.
Рис. 2.1. Режим независимой конфигурации.
Чтобы объединить компьютеры в беспроводную сеть, достаточно оборудовать каждый компьютер адаптером беспроводной связи. Как правило, такими адаптеры изначально комплектуются переносные компьютеры, что сводит построение сети к настройке соответствующих ресурсов и ограничений.
Обычно такой способ используется для организации хаотичной или временной сети, а также в том случае, если другой способ построения сети по каким-либо причинам не подходит.
Хотя режим независимой конфигурации прост в построении, он обладает некоторыми недостатками, главными из которых являются малый радиус действия сети и низкая устойчивость к помехам, что накладывает определенные ограничения на месторасположение компьютеров сети. Кроме того, подключиться к внешней сети или к Интернету в таком случае очень непросто.
Чтобы объединить компьютеры в беспроводную сеть, достаточно оборудовать каждый компьютер адаптером беспроводной связи. Как правило, такими адаптеры изначально комплектуются переносные компьютеры, что сводит построение сети к настройке соответствующих ресурсов и ограничений.
Обычно такой способ используется для организации хаотичной или временной сети, а также в том случае, если другой способ построения сети по каким-либо причинам не подходит.
Хотя режим независимой конфигурации прост в построении, он обладает некоторыми недостатками, главными из которых являются малый радиус действия сети и низкая устойчивость к помехам, что накладывает определенные ограничения на месторасположение компьютеров сети. Кроме того, подключиться к внешней сети или к Интернету в таком случае очень непросто.
Примечание.
При соединении двух компьютеров с использованием узконаправленных антенн радиус действия сети увеличивается и может достигать 30 км и более.
Инфраструктурная конфигурация
Инфраструктурная конфигурация, или, как ее еще часто называют, «режим клиент/сервер», – более перспективный и быстроразвивающийся вариант беспроводной сети.
Инфраструктурная конфигурация имеет много преимуществ, среди которых возможность подключения достаточно большого количества пользователей, хорошая помехоустойчивость, высокий уровень контроля подключений и многое другое. Кроме того, имеется возможность использования комбинированной топологии и проводных сегментов сети.
Помимо того, что на компьютерах должны быть установлены адаптеры беспроводной связи, для организации беспроводной сети с использованием инфраструктурной конфигурации необходимо иметь как минимум одну точку доступа (Access Point) (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Точка доступа.
В этом случае конфигурация называется базовым набором служб (BSS – Basic Service Set). Точка доступа может работать автономно или в составе проводной сети и может выполнять функцию моста между проводным и беспроводным сегментами сети. При такой конфигурации сети компьютеры «общаются» только с точкой доступа, которая управляет передачей данных между компьютерами (рис. 2.3).
Конечно, одной точкой доступа сеть может не ограничиваться, что и случается по мере роста сети. В этом случае базовые наборы служб образуют единую сеть, конфигурация которой носит название расширенного набора служб (ESS – Extended Service Set). При такой конфигурации сети точки доступа обмениваются между собой информацией, передаваемой с помощью проводного соединения (рис. 2.4) или с помощью радиомостов. Это позволяет эффективно организовывать трафик между сегментами сети (фактически – точками доступа).
Рис. 2.3. Базовый набор служб инфраструктурной конфигурации.
Рис. 2.4. Расширенный набор служб инфраструктурной конфигурации.
Инфраструктурная конфигурация имеет много преимуществ, среди которых возможность подключения достаточно большого количества пользователей, хорошая помехоустойчивость, высокий уровень контроля подключений и многое другое. Кроме того, имеется возможность использования комбинированной топологии и проводных сегментов сети.
Помимо того, что на компьютерах должны быть установлены адаптеры беспроводной связи, для организации беспроводной сети с использованием инфраструктурной конфигурации необходимо иметь как минимум одну точку доступа (Access Point) (рис. 2.2).
В этом случае конфигурация называется базовым набором служб (BSS – Basic Service Set). Точка доступа может работать автономно или в составе проводной сети и может выполнять функцию моста между проводным и беспроводным сегментами сети. При такой конфигурации сети компьютеры «общаются» только с точкой доступа, которая управляет передачей данных между компьютерами (рис. 2.3).
Конечно, одной точкой доступа сеть может не ограничиваться, что и случается по мере роста сети. В этом случае базовые наборы служб образуют единую сеть, конфигурация которой носит название расширенного набора служб (ESS – Extended Service Set). При такой конфигурации сети точки доступа обмениваются между собой информацией, передаваемой с помощью проводного соединения (рис. 2.4) или с помощью радиомостов. Это позволяет эффективно организовывать трафик между сегментами сети (фактически – точками доступа).
2.2. Методы и технологии модуляции сигнала
Каждый новый стандарт использует новые, более быстрые и надежные спецификации для физического уровня:
• спецификация для работы в инфракрасном диапазоне;
• DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum, расширение спектра прямой последовательностью) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра методами прямой псевдослучайной последовательности;
• FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, расширение спектра за счет скачкообразного изменения частоты) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией со скачкообразной перестройкой частоты псевдослучайными методами;
• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ортогональное мультиплексирование с разделением частот) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с использованием подканалов с разными несущими частотами;
• PBCC (Packet Binary Convolutional Coding, двоичное пакетное свёрточное кодирование) – метод двоичного пакетного свёрточного кодирования;
• технология кодирования Баркера – описывает способ кодирования данных с помощью последовательностей Баркера;
• CCK (Complementary Code Keying, кодирование с помощью комплементарных кодов) – описывает способ дополнительного кодирования битов передаваемой информации;
• CCK-OFDM – описывает способ кодирования данных с помощью гибридного метода, что позволяет увеличить скорость передачи сигнала при невысокой избыточности данных;
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation, квадратурная амплитудная модуляция) – описывает способ квадратурной амплитудной модуляции сигнала, который работает на скорости выше 48 Мбит/с.
Первые образцы оборудования работали в диапазоне частот 902–928 МГц. Данные передавались со скоростью 215–860 Кбит/с при использовании метода расширения спектра прямой последовательностью (DSSS). Указанный диапазон частот разбивался на каналы шириной около 5 МГц (при скорости передачи данных 215 Кбит/с таких каналов получалось пять). При максимальной скорости передачи информации спектр сигнала достигал 19 МГц, в результате чего получался только один частотный канал шириной 26 МГц.
Когда появилось подобное оборудование, то используемой скорости передачи данных было достаточно для выполнения многих задач, если сеть состояла из нескольких компьютеров. Однако чем больше компьютеров подключалось к сети, тем ниже становилась скорость передачи данных. Например, при подключении к сети пяти компьютеров реальная скорость передачи данных в пять раз меньше теоретической. Таким образом, чем больше компьютеров в сети, тем с меньшей скоростью передавались данные, а при теоретической скорости передачи данных 860 Кбит/с возможная скорость передачи вообще составляет «крохи».
Конечно, скорость можно было бы со временем увеличить. Однако начали проявляться последствия других негативных факторов, самым главным из которых стало использование диапазона 900 МГц операторами мобильной связи. Именно этот факт привел к тому, что подобное оборудование для беспроводных сетей не прижилось среди пользователей. В результате анализа сложившейся ситуации было принято решение использовать диапазон частот 2400–2483,5 МГц, а позже – 5,150-5,350 ГГц, 5150–5350 МГц и, наконец, 5725–5875 МГц. Это позволило добиться не только большей пропускной способности таких сетей, но и достаточной защищенности от помех.
• спецификация для работы в инфракрасном диапазоне;
• DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum, расширение спектра прямой последовательностью) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра методами прямой псевдослучайной последовательности;
• FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, расширение спектра за счет скачкообразного изменения частоты) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с широкополосной модуляцией со скачкообразной перестройкой частоты псевдослучайными методами;
• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ортогональное мультиплексирование с разделением частот) – определяет работу устройств в диапазоне радиочастот по радиоканалам с использованием подканалов с разными несущими частотами;
• PBCC (Packet Binary Convolutional Coding, двоичное пакетное свёрточное кодирование) – метод двоичного пакетного свёрточного кодирования;
• технология кодирования Баркера – описывает способ кодирования данных с помощью последовательностей Баркера;
• CCK (Complementary Code Keying, кодирование с помощью комплементарных кодов) – описывает способ дополнительного кодирования битов передаваемой информации;
• CCK-OFDM – описывает способ кодирования данных с помощью гибридного метода, что позволяет увеличить скорость передачи сигнала при невысокой избыточности данных;
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation, квадратурная амплитудная модуляция) – описывает способ квадратурной амплитудной модуляции сигнала, который работает на скорости выше 48 Мбит/с.
Первые образцы оборудования работали в диапазоне частот 902–928 МГц. Данные передавались со скоростью 215–860 Кбит/с при использовании метода расширения спектра прямой последовательностью (DSSS). Указанный диапазон частот разбивался на каналы шириной около 5 МГц (при скорости передачи данных 215 Кбит/с таких каналов получалось пять). При максимальной скорости передачи информации спектр сигнала достигал 19 МГц, в результате чего получался только один частотный канал шириной 26 МГц.
Когда появилось подобное оборудование, то используемой скорости передачи данных было достаточно для выполнения многих задач, если сеть состояла из нескольких компьютеров. Однако чем больше компьютеров подключалось к сети, тем ниже становилась скорость передачи данных. Например, при подключении к сети пяти компьютеров реальная скорость передачи данных в пять раз меньше теоретической. Таким образом, чем больше компьютеров в сети, тем с меньшей скоростью передавались данные, а при теоретической скорости передачи данных 860 Кбит/с возможная скорость передачи вообще составляет «крохи».
Конечно, скорость можно было бы со временем увеличить. Однако начали проявляться последствия других негативных факторов, самым главным из которых стало использование диапазона 900 МГц операторами мобильной связи. Именно этот факт привел к тому, что подобное оборудование для беспроводных сетей не прижилось среди пользователей. В результате анализа сложившейся ситуации было принято решение использовать диапазон частот 2400–2483,5 МГц, а позже – 5,150-5,350 ГГц, 5150–5350 МГц и, наконец, 5725–5875 МГц. Это позволило добиться не только большей пропускной способности таких сетей, но и достаточной защищенности от помех.
Метод DSSS
Смысл метода расширения спектра прямой псевдослучайной последовательностью (DSSS) заключается в приведении узкополосного спектра сигнала к его широкополосному представлению, что позволяет увеличить устойчивость передаваемых данных к помехам.
При использовании метода широкополосной модуляции с прямым расширением спектра диапазон 2400–2483,5 МГц делится на 14 перекрывающихся или три неперекрывающихся канала с промежутком в 25 МГц. Фактически это означает, что разное оборудование может параллельно использовать три канала, при этом не мешая друг другу работать.
Для пересылки данных используется всего один канал. Чтобы повысить качество передачи и снизить потребляемую при этом энергию[3] (за счет снижения мощности передаваемого сигнала), используется последовательность Баркера, которая характеризуется достаточно большой избыточностью. Избыточность кода позволяет избежать повторной передачи данных, даже если пакет частично поврежден.
При использовании метода широкополосной модуляции с прямым расширением спектра диапазон 2400–2483,5 МГц делится на 14 перекрывающихся или три неперекрывающихся канала с промежутком в 25 МГц. Фактически это означает, что разное оборудование может параллельно использовать три канала, при этом не мешая друг другу работать.
Для пересылки данных используется всего один канал. Чтобы повысить качество передачи и снизить потребляемую при этом энергию[3] (за счет снижения мощности передаваемого сигнала), используется последовательность Баркера, которая характеризуется достаточно большой избыточностью. Избыточность кода позволяет избежать повторной передачи данных, даже если пакет частично поврежден.
Метод FHSS
При использовании метода широкополосной модуляции со скачкообразной перестройкой (FHSS) частотный диапазон 2400–2483,5 МГц делится на 79 каналов шириной по 1 МГц. Данные передаются последовательно по разным каналам, создавая некоторую схему переключения между каналами. Всего существует 22 такие схемы, причем схему переключения согласовывают отправитель и получатель данных. Схемы переключения разработаны таким образом, что шанс использования одного канала разными отправителями минимален.
Переключение между каналами происходит очень часто, что обусловлено малой шириной канала (1 МГц). Поэтому метод FHSS в своей работе использует весь доступный диапазон частот, а значит, и все каналы.
Переключение между каналами происходит очень часто, что обусловлено малой шириной канала (1 МГц). Поэтому метод FHSS в своей работе использует весь доступный диапазон частот, а значит, и все каналы.
Метод OFDM
Метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) является одним из «продвинутых» и скоростных методов передачи данных. В отличие от методов DSSS и FHSS, с его помощью можно параллельно передавать данные по нескольким частотам радиодиапазона. При этом информация разбиваются на части, что позволяет не только увеличить скорость, но и улучшить качество передачи.
Данный метод модуляции сигнала может работать в двух диапазонах – 2,4 и 5 ГГц.
Данный метод модуляции сигнала может работать в двух диапазонах – 2,4 и 5 ГГц.
Метод PBCC
Метод двоичного пакетного свёрточного кодирования (BCC) используется при скорости передачи данных 5,5 и 11 Мбит/с. Этот же метод, только слегка модифицированный, используется и при скорости передачи данных 22 Мбит/с.
Принцип PBCC основан на том, что каждому биту информации, который нужно передать, назначаются соответствующие два выходных бита (так называемый дибит), созданные в результате преобразований с помощью логической функции XOR и нескольких запоминающих ячеек.[4] Поэтому этот метод называется свёрточным кодированием со скоростью 1/2, а сам механизм кодирования – свёрточным кодером.
Чтобы отправить готовый дибит, используется фазовая модуляция сигнала. При этом в зависимости от скорости передачи применяется определенный метод модуляции – двоичная фазовая модуляция (BPSK, скорость передачи – 5,5 Мбит/с) или квадратичная фазовая модуляция (QPSK, скорость передачи – 11 Мбит/с).
Смысл модуляции заключается в том, чтобы ужать выходной дибит до одного символа, не теряя при этом избыточность кода. В результате скорость поступления данных будет соответствовать скорости их передачи, но при этом они будут обладать сформированной избыточностью кода и более высокой помехозащищенностью.
Метод PВCC также предусматривает работу со скоростью передачи данных 22 и 33 Мбит/с. При этом используется пунктурный кодер и другая фазовая модуляция.
Для примера рассмотрим скорость передачи данных 22 Мбит/с (вдвое выше скорости 11 Мбит/с). В этом случае согласно алгоритму своей работы свёрточный кодер переводит каждые два входящих бита в четыре исходящих. Это приводит к слишком большой избыточности кода, что не всегда приемлемо при определенном уровне помех. Поэтому, чтобы уменьшить лишнюю избыточность, используется пунктурный кодер, задача которого – удаление лишнего бита в группе из четырех битов, выходящих из свёрточного кодера.
Таким образом, каждым двум входящим битам соответствуют три бита, обладающие достаточной избыточностью. Эти три бита проходят через модернизированную фазовую модуляцию (восьмипозиционная фазовая модуляция 8-PSK), которая упаковывает их в один символ, готовый к передаче.
Принцип PBCC основан на том, что каждому биту информации, который нужно передать, назначаются соответствующие два выходных бита (так называемый дибит), созданные в результате преобразований с помощью логической функции XOR и нескольких запоминающих ячеек.[4] Поэтому этот метод называется свёрточным кодированием со скоростью 1/2, а сам механизм кодирования – свёрточным кодером.
Примечание.Использование свёрточного кодера позволяет добиться избыточности кода, что, в свою очередь, повышает надежность приема данных.
При скорости входных битов N бит/с скорость выходной последовательности (после свёрточного кодера) составляет 2N бит/с. Отсюда и понятие скорости – один к двум (1/2).
Чтобы отправить готовый дибит, используется фазовая модуляция сигнала. При этом в зависимости от скорости передачи применяется определенный метод модуляции – двоичная фазовая модуляция (BPSK, скорость передачи – 5,5 Мбит/с) или квадратичная фазовая модуляция (QPSK, скорость передачи – 11 Мбит/с).
Смысл модуляции заключается в том, чтобы ужать выходной дибит до одного символа, не теряя при этом избыточность кода. В результате скорость поступления данных будет соответствовать скорости их передачи, но при этом они будут обладать сформированной избыточностью кода и более высокой помехозащищенностью.
Метод PВCC также предусматривает работу со скоростью передачи данных 22 и 33 Мбит/с. При этом используется пунктурный кодер и другая фазовая модуляция.
Для примера рассмотрим скорость передачи данных 22 Мбит/с (вдвое выше скорости 11 Мбит/с). В этом случае согласно алгоритму своей работы свёрточный кодер переводит каждые два входящих бита в четыре исходящих. Это приводит к слишком большой избыточности кода, что не всегда приемлемо при определенном уровне помех. Поэтому, чтобы уменьшить лишнюю избыточность, используется пунктурный кодер, задача которого – удаление лишнего бита в группе из четырех битов, выходящих из свёрточного кодера.
Таким образом, каждым двум входящим битам соответствуют три бита, обладающие достаточной избыточностью. Эти три бита проходят через модернизированную фазовую модуляцию (восьмипозиционная фазовая модуляция 8-PSK), которая упаковывает их в один символ, готовый к передаче.
Технология кодирования Баркера
Чтобы повысить помехоустойчивость передаваемого сигнала, то есть увеличить вероятность безошибочного распознавания сигнала на приемной стороне в условиях шума, можно воспользоваться методом перехода к широкополосному сигналу, добавляя в исходный сигнал избыточность. Для этого в каждый передаваемый информационный бит «встраивают» определенный код, состоящий из последовательности так называемых чипов.
Итак, после подбора специальных сочетаний последовательности чипов и превращения исходящего сигнала практически в нераспознаваемый шум при приеме сигнал умножается на специальную корреляционную функцию (код Баркера). В результате этого все шумы становятся в 11 раз слабее, так как остается только полезная часть сигнала – непосредственно данные.
Казалось бы, что можно сделать с сигналом, который состоит из сплошного шума? Оказывается, применив код Баркера, можно достичь гарантированного качества доставки данных.
Итак, после подбора специальных сочетаний последовательности чипов и превращения исходящего сигнала практически в нераспознаваемый шум при приеме сигнал умножается на специальную корреляционную функцию (код Баркера). В результате этого все шумы становятся в 11 раз слабее, так как остается только полезная часть сигнала – непосредственно данные.
Казалось бы, что можно сделать с сигналом, который состоит из сплошного шума? Оказывается, применив код Баркера, можно достичь гарантированного качества доставки данных.
Технология CCK
Технология шифрования с использованием комплементарных кодов (CCK) применяется для сжатия битов данных, что позволяет достичь повышения скорости передачи информации.
Изначально эта технология использовалась в стандарте IEEE 802.11b, что позволило достичь скорости передачи данных 5,5 и 11 Мбит/с. С помощью CCK можно кодировать несколько битов в один символ. В частности, при скорости передачи данных 5,5 Мбит/с 1 символ равняется четырем битам, а при скорости 11 Мбит/с один символ равен 8 битам данных.
Данный способ кодирования можно описать достаточно сложными системами – математическими уравнениями, в основе которых лежат комплементарные восьмиразрядные комплексные последовательности. Коснемся этой темы лишь поверхностно.
Изначально эта технология использовалась в стандарте IEEE 802.11b, что позволило достичь скорости передачи данных 5,5 и 11 Мбит/с. С помощью CCK можно кодировать несколько битов в один символ. В частности, при скорости передачи данных 5,5 Мбит/с 1 символ равняется четырем битам, а при скорости 11 Мбит/с один символ равен 8 битам данных.
Данный способ кодирования можно описать достаточно сложными системами – математическими уравнениями, в основе которых лежат комплементарные восьмиразрядные комплексные последовательности. Коснемся этой темы лишь поверхностно.
Технология CCK-OFDM
Технология гибридного кодирования CCK-OFDM используется при работе оборудования как с обязательными, так и с возможными скоростями передачи данных.
Как ранее упоминалось, при передаче информации применяются пакеты данных, имеющих специальную структуру. Эта структура содержит, как минимум, служебный заголовок. При использовании гибридного кодирования CCK-OFDM служебный заголовок пакета строится с помощью CCK-кодирования, а сами данные – с помощью OFDM-кодирования.
Как ранее упоминалось, при передаче информации применяются пакеты данных, имеющих специальную структуру. Эта структура содержит, как минимум, служебный заголовок. При использовании гибридного кодирования CCK-OFDM служебный заголовок пакета строится с помощью CCK-кодирования, а сами данные – с помощью OFDM-кодирования.
Технология QAM
Технология квадратурной амплитудной модуляции (QAM) используется при высоких скоростях передачи данных (начиная со скорости 24 Мбит/с). Ее суть заключается в том, что скорость передачи данных повышается за счет изменения фазы сигнала и изменения его амплитуды. При этом используются модуляции 16-QAM и 64-QAM, которые позволяют кодировать 4 бита в одном символе при 16 разных состояниях сигнала (в первом случае) и 6 битов в одном символе при 64 разных состояниях сигнала (во втором).
Обычно 16-QAM используется при скорости передачи данных 24 и 36 Мбит/с, а модуляция 64-QAM – при скорости передачи данных 48 и 54 Мбит/с.
Обычно 16-QAM используется при скорости передачи данных 24 и 36 Мбит/с, а модуляция 64-QAM – при скорости передачи данных 48 и 54 Мбит/с.
2.3. Стандарты Radio Ethernet
Рассмотрим все существующие стандарты IEEE 802.11, которые предписывают использование определенных методов и скоростей передачи данных, методов модуляции, мощности передатчиков, полос частот, на которых они работают, методов аутентификации, шифрования и многое другое.
C самого начала сложилось так, что некоторые стандарты работают на физическом уровне, некоторые – на уровне среды передачи данных, а остальные – на более высоких уровнях модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.
Существуют следующее группы стандартов:
• IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g описывают работу сетевого оборудования (физический уровень);
• IEEE 802.11d, IEEE 802.11e, IEEE 802.11i, IEEE 802.11j, IEEE 802.11h и IEEE 802.11r – параметры среды, частоты радиоканала, средства безопасности, способы передачи мультимедийных данных и т. д.;
• IEEE 802.11f и IEEE 802.11c – принцип взаимодействия точек доступа между собой, работу радиомостов и т. п.
C самого начала сложилось так, что некоторые стандарты работают на физическом уровне, некоторые – на уровне среды передачи данных, а остальные – на более высоких уровнях модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.
Существуют следующее группы стандартов:
• IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g описывают работу сетевого оборудования (физический уровень);
• IEEE 802.11d, IEEE 802.11e, IEEE 802.11i, IEEE 802.11j, IEEE 802.11h и IEEE 802.11r – параметры среды, частоты радиоканала, средства безопасности, способы передачи мультимедийных данных и т. д.;
• IEEE 802.11f и IEEE 802.11c – принцип взаимодействия точек доступа между собой, работу радиомостов и т. п.
IEEE 802.11
Стандарт IEEE 802.11 был «первенцем» среди стандартов беспроводной сети. Работу над ним начали еще в 1990 году. Как и полагается, этим занималась рабочая группа из IEEE, целью которой было создание единого стандарта для радиооборудования, которое работало на частоте 2,4 ГГц. При этом ставилась задача достичь скорости 1 и 2 Мбит/с при использовании методов DSSS и FHSS соответственно.
Работа над созданием стандарта закончилась через 7 лет. Цель была достигнута, но скорость, которую обеспечивал новый стандарт, оказалась слишком малой для современных потребностей. Поэтому рабочая группа из IEEE начала разработку новых, более скоростных, стандартов.
Разработчики стандарта 802.11 учитывали особенности сотовой архитектуры системы. Почему сотовой? Очень просто: достаточно вспомнить, что волны распространяются в разные стороны на определенный радиус. Получается, что внешне зона напоминает соту. Каждая такая сота работает под управлением базовой станции, в качестве которой выступает точка доступа. Часто соту называют базовой зоной обслуживания.
Чтобы базовые зоны обслуживания могли общаться между собой, существует специальная распределительная система (Distribution System, DS). Недостатком распределительной системы стандарта 802.11 является невозможность роуминга.
Стандарт IEEE 802.11 предусматривает работу компьютеров без точки доступа, в составе одной соты. В этом случае функции точки доступа выполняют сами рабочие станции.
Этот стандарт разработан и ориентирован на оборудование, функционирующее в полосе частот 2400–2483,5 МГц. При этом радиус соты достигает 300 м, не ограничивая топологию сети.
Работа над созданием стандарта закончилась через 7 лет. Цель была достигнута, но скорость, которую обеспечивал новый стандарт, оказалась слишком малой для современных потребностей. Поэтому рабочая группа из IEEE начала разработку новых, более скоростных, стандартов.
Разработчики стандарта 802.11 учитывали особенности сотовой архитектуры системы. Почему сотовой? Очень просто: достаточно вспомнить, что волны распространяются в разные стороны на определенный радиус. Получается, что внешне зона напоминает соту. Каждая такая сота работает под управлением базовой станции, в качестве которой выступает точка доступа. Часто соту называют базовой зоной обслуживания.
Чтобы базовые зоны обслуживания могли общаться между собой, существует специальная распределительная система (Distribution System, DS). Недостатком распределительной системы стандарта 802.11 является невозможность роуминга.
Стандарт IEEE 802.11 предусматривает работу компьютеров без точки доступа, в составе одной соты. В этом случае функции точки доступа выполняют сами рабочие станции.
Этот стандарт разработан и ориентирован на оборудование, функционирующее в полосе частот 2400–2483,5 МГц. При этом радиус соты достигает 300 м, не ограничивая топологию сети.
IEEE 802.11a
IEEE 802.11a – наиболее перспективный стандарт беспроводной сети, который рассчитан на работу в двух радиодиапазонах – 2,4 и 5 ГГц. Используемый метод OFDM позволяет достичь максимальной скорости передачи данных 54 Мбит/с. Кроме этой, спецификациями предусмотрены и другие скорости:
• обязательные – 6, 12 и 24 Мбит/с;
• необязательные – 9, 18, 36, 48 и 54 Mбит/с.
Этот стандарт также имеет свои преимущества и недостатки. Из преимуществ можно отметить следующие:
• использование параллельной передачи данных;
• высокая скорость передачи;
• возможность подключения большого количества компьютеров.
Недостатки стандарта IEEE 802.11a такие:
• меньший радиус сети при использовании диапазона 5 ГГц (примерно 100 м);
• большая потребляемая мощность радиопередатчиков;
• более высокая стоимость оборудования по сравнению с оборудованием других стандартов;
• для использования диапазона 5 ГГц требуется наличие специального разрешения.
Для достижения высоких скоростей передачи данных стандарт IEEE 802.11a использует в своей работе технологию квадратурной амплитудной модуляции QAM.
• обязательные – 6, 12 и 24 Мбит/с;
• необязательные – 9, 18, 36, 48 и 54 Mбит/с.
Этот стандарт также имеет свои преимущества и недостатки. Из преимуществ можно отметить следующие:
• использование параллельной передачи данных;
• высокая скорость передачи;
• возможность подключения большого количества компьютеров.
Недостатки стандарта IEEE 802.11a такие:
• меньший радиус сети при использовании диапазона 5 ГГц (примерно 100 м);
• большая потребляемая мощность радиопередатчиков;
• более высокая стоимость оборудования по сравнению с оборудованием других стандартов;
• для использования диапазона 5 ГГц требуется наличие специального разрешения.
Для достижения высоких скоростей передачи данных стандарт IEEE 802.11a использует в своей работе технологию квадратурной амплитудной модуляции QAM.