В девяностых годах прошлого века было принято решение привести все уже известные локальные вычислительные сети (ЛВС), поддерживающие беспроводное соединение, к единому стандарту. Такое решение было принято, чтобы определить многообразие технологий на тот момент и разработать общую концепцию дальнейшего развития. Эта задача была дана институту IEEE, непосредственно занимавшемуся подобного рода стандартами проводных ЛВС.
Беспроводной стандарт был назван 802.11, или привычнее говоря Wi-Fi
8022.11 не стал покупать лицензию на какой-то конкретный диапазон частот, предпочитая функционировать на частотах ISM-организаций (используется для некоммерческого применения в промышленности и на различных научных и медицинских предприятиях).
Характеристики стандартов Wi-Fi:
При этом 802.11a функционирует на частоте 5Ггц и имеет пропускную способность до 54 Мбит/с, тогда как 802.11b и 802.11g действуют на частоте 2,4 Ггц, имея способность пропускать до 11 и до 54 Мбит/с соответственно. В свою очередь, 802.11n обладает пропускной способностью в несколько раз больше, а именно до 600 Мбит/с, радиус действия до 300 метров и такие же рабочие частоты, как и вышеизложенные стандарты.
Всем устройствам в России разрешается использовать эти частоты при условии, что они ограничивают свою мощность передачи, чтобы не создавать помех в работе других устройств.
Следовательно, 802.11-передатчики могут помешать работе домашних беспроводных телефонов, устройств открывания двери и микроволновых печей.
Структура и архитектура сети
802.11-сети образуются различной вычислительной техникой, в том числе телефонами, КПК и AP-инфраструктурами (устройствами с точками доступа (access point)), располагаемых в помещениях. Точки доступа также принято называть базовые станции (БС). Точки доступа связываются по проводной сети, таким образом, что для связи клиентам между собой приходится проходить через эту точку.
Кроме того, клиенты сети могут передавать информацию между собой напрямую, к примеру, пара офисных компьютеров может обмениваться информацией без точки доступа в здании. Подобная конфигурация называется беспроводной локальной сетью (ad hoc network). Она используется более редко, чем режим с точкой доступа.
Передача сигналов осуществляется по воздуху, а обстоятельства передачи в значительной мере зависят от окружающего пространства. 802.11 использует частоты, на которых радиосигналы отражаются от твердых объектов, поэтому адресат может получить как свой истинный сигнал, так и множественное эхо с нескольких направлений одновременно.
Такое переотражение сигналов приводит к тому, что они начинают заглушать или, наоборот, усиливать друг друга, из-за чего ухудшается полученный сигнал вследствие колебания его уровня. Этот эффект носит название замирание, полученное в результате многолучевого распространения.
Существует метод, который позволяет справиться с изменяющимися условиями беспроводной передачи, — передача сигнала несколькими суверенными путями. Таким образом, информация будет получена в большей мере, даже в том случае, если один из путей может попадет под эффект замирания. Суверенные пути зачастую встраиваются в цифровую схему модуляции на физическом уровне.
Возможны следующие варианты:
- Использование нескольких частот в пределах разрешенной полосы
- Варьирование путей трансляции между разными парами антенн
- Воспроизведение битов спустя некоторые промежутки времени.
Различные версии 802.11 использовали все эти методы. Согласно начальному стандарту (1997 года), беспроводная ЛВС имела пропускную способность от 1 до 2 Мбит/с, скачкообразно меняя частоты или «размазывая» сигнал по разрешенному частотному диапазону. Это оказалось слишком медленно, и началась разработка более быстрого стандарта. Вариант с широкополосными сигналами стал стандартом в 1999 году, 802.11b работал со скоростью до 11 Мбит/с.
Стандарты 802.11a (1999 года) и 802.11g (2003 года) стали использовать другую схему модуляции – OFDM. Схема мультиплексирования сигналов с ортогональным частотным разделением.
Такая схема делит широкую полосу спектра на множество узких фрагментов, по которым параллельно передаются различные биты. Улучшенная схема повысила скорость передачи 802.11a/g до 54 Мбит/с. Это было существенным, но недостаточным увеличением. Последняя версия — 802.11n (2009 год) использует более широкие диапазоны частот и имеет до четырех антенн на один комплект. Это дает возможность передавать информацию со скоростью до 450 Мбит/с.
Так как беспроводная передача считается широковещательной, wi-fi-передатчики встречаются с вопросом синхронной передачи большого количества сигналов, часть из которых непременно будет интерферировать друг друга, оказывая влияние на прием. Беспроводная точка доступа Mikrotik sextant с повышенной мощностью http://spw.ru/equipment/routerswifi/sxt_5hpndr2/ решит многие задачи в организации сети!
Для предотвращения проблем, в 802.11 существует схема CSMA, применяющая концепции классического Ethernet, берущие свои корни из беспроводной сети — ALOHA, организованной намного ранее на Гавайях.
Устройства находятся в режиме ожидания передачи в течение короткого случайного промежутка времени и задерживают сигнал, в случае если другое устройство начинает передачу информации. Такая система работы уменьшает вероятность возникновения обстоятельств, когда несколько устройств отправят сигналы в одно и то же время.
Компьютер A передает сигнал, предназначенный компьютеру B, но мощности передачи А мало, для того чтобы сигнал достиг устройства C. Устройство С хочет передать данные B; то, что он не «слышит» сигналов, передаваемых устройством А, не означает, что его данные примут. Такая «глухота» компьютера C влечет за собой появление проблем. После любого конфликта отправитель делает паузу на более длительный случайный интервал времени и повторно передает пакет. Несмотря на трудности и изредка возникающие проблемы, схема работает хорошо.
Еще один проблемный вопрос – перемещение, если движущийся объект отходит от используемой точки доступа и оказывается в зоне действия другой точки. В wi-fi сети есть возможность связать множество ячеек, каждая из которых так же имеет свою точку, а управляющая система объединяет ячейки.
Такая система часто подключается к Ethernet, но может использовать любые другие подходящие технологии. При перемещении устройства могут попадать в область воздействия точек с более высокой степенью сигнала и автоматически переключаться на данные точки. Этим такая система сильно напоминает построение локальной проводной сети. Подвижность клиентов в 802.11 сильнее ограничена, чем в мобильных телефонных сетях. Наиболее часто, 802.11 применяется теми людьми, кому важно иметь возможность перемещения между различными стационарными рабочими местами, для такого использования нет нужды в полной мобильности.
Будущие схемы должны обеспечивать возможность передвижения клиентов при использовании устройств в разных сетях и с использованием различных технологий (например, 802.21).
Существует также проблема безопасности. Так как беспроводная передача является широковещательной, соседние компьютеры могут случайно получить пакеты данных, не предназначающиеся им. Во избежание этого используется схема шифрования WEP. Главная идея – создать в беспроводной сети защиту, близкую проводной, но схема содержала в себе большое количество минусов. Позднее появились новые методы шифрования, зафиксированные в стандарте 802.11i, получившие название WiFi Protected Access (WPA). Сегодня большинство людей пользуется версией WPA2.
Стандарт Wi-Fi зародил начало революции в сетевых беспроводных технологиях, продолжающуюся и по сей день. Wi-Fi сети теперь используются не только в закрытых помещениях, но и на транспорте, а именно в поездах, авиатранспорте, кораблях и городском автотранспорте, давая возможность выхода в интернет в любом месте.