Беспроводные сетевые технологии

Беспроводные  сетевые технологии

Джефф Ньюман

Выбор беспроводной сетевой технологии зависит от нужд вашего предприятия, его бюджета и планов на будущее. Предположим, прямое соединение объектов вашего предприятия медным или волоконно-оптическим кабелем невозможно (например, из-за отсутствия соответствующего разрешения), или слишком дорого, или нагрузка на вашу сеть увеличилась до такой степени, что использование ее полосы пропускания достигло критического уровня, или менеджер по маркетингу предлагает вам соединить сеть центрального офиса с сетями разбросанных по большой территории магазинов. Какой бы трудной ни была ситуация со связью на вашем предприятии, беспроводные сетевые технологии помогут вам найти нужное решение.

Беспроводные сетевые технологии можно поделить на три основных типа: мобильная связь, беспроводная связь  между зданиями и связь внутри них. Мы проанализируем достоинства  и недостатки технологии каждого  типа, дадим информацию о ценах  на соответствующее коммуникационное оборудование и рассмотрим возможные  приложения беспроводной связи.

Мобильная связь

Беспроводные сетевые технологии для мобильных пользователей  широко распространены и недороги в  реализации. Примерами таких технологий являются пакетная радиосвязь, пакетная цифровая передача данных по сотовой  сети (Cellular Digital Packet Data — CDPD) и сотовая связь с коммутацией каналов. Хотя эти технологии обеспечивают наименьшую скорость передачи данных (по сравнению с другими беспроводными сетевыми технологиями), однако реализующие их системы действуют по всему миру. Ряд технологий, например усовершенствованная специализированная мобильная радиосвязь (Enhanced Specialized Mobile Radio — ESMR), служба персональной связи (Personal Communications Services — PCS) и двусторонняя спутниковая связь, еще только начинают появляться на рынке.

Каждая из упомянутых технологий имеет  свои достоинства и недостатки. Рассмотрим пакетную радиосвязь, которая предполагает использование коммуникационной инфраструктуры поставщика услуг пакетной радиосвязи. Эта технология работает следующим  образом. Портативный ПК пользователя оснащают пакетным радиомодемом, который  разбивает поток данных на небольшие  цифровые пакеты. Радиомодем связывается  с радиосетью на частоте в диапазоне  от 800 до 900 МГц, а поставщик услуг  обеспечивает передачу этих пакетов  по назначению. На противоположном  конце канала другой пакетный радиомодем принимает пакеты и передает их программному обеспечению, запущенному на ПК.

Доступная цена средств пакетной радиосвязи — это одно из наиболее привлекательных  достоинств данной технологии. Пакетные радиомодемы можно приобрести за 200—500 долл.*, а стоимость обслуживания абонента составляет от 25 до 300 долл. в  месяц. Плата за пользование радиосетью зависит от объема передаваемых данных и равна 25—40 центам за килобайт. Как  самая зрелая технология, пакетная радиосвязь получила более широкое  распространение, чем другие технологии беспроводной передачи данных. Пакетная радиосвязь доступна почти на 90% территории США, и еще 17 стран мира так или иначе внедрили ее у себя. Рассматриваемая технология практически избавляет пользователя от забот по обеспечению информационной безопасности, поскольку поставщик услуг может обеспечить шифрование данных, используя алгоритмы различных типов. Однако для достижения наибольшей безопасности необходимо, чтобы приложение пользователя само шифровало данные, например по технологии с открытым ключом.

Пакетная радиосвязь имеет и  недостатки. Наиболее заметные из них  — малая скорость передачи данных и отсутствие общепринятых стандартов. Данные передаются на скорости от 4,8 до 19,2 Кбит/с, но верхнего ее предела можно  достичь не во всех регионах, в которых  действуют системы, реализующие  эту технологию. Отсутствие же общепринятых стандартов привело к тому, что  различные поставщики услуг применяют разные протоколы передачи данных, а в результате их коммуникационные инфраструктуры становятся полностью или частично несовместимыми. В большинстве случаев, чтобы использовать службы другого поставщика, пакетный радиомодем надо заменять.

Технология пакетной радиосвязи наилучшим  образом подходит для приложений электронной почты или других быстрых операций, например таких, как  транзакции с кредитными карточками. Поскольку пакетная радиосвязь не обеспечивает прямого канала по схеме "точка—точка", то для передачи файлов она неэффективна. Еще один ее недостаток — поддержка  весьма ограниченного числа коммуникационных средств прикладного уровня.

CDPD

Пакетная цифровая передача данных по сотовой сети, или CDPD, — это  новейшая технология мобильной связи. Как и в пакетной радиосвязи, здесь  передаются пакетизированные данные. Отличие ее от пакетной радиосвязи состоит в том, что она использует существующую инфраструктуру аналоговой сотовой телефонной связи, а не отдельную коммуникационную инфраструктуру. При этом для передачи данных задействуется свободная емкость сотовой сети.

Сеть CDPD совместима с Интернет. При  работе в такой сети программное  обеспечение на портативном ПК пользователя "упаковывает" данные в стандартные IP-пакеты и направляет их в сотовую  систему, которая передает их в промежутки времени, свободные от телефонных переговоров.

В CDPD также поддерживается шифрование передаваемых данных. Максимальная скорость передачи соответствует 19,2 Кбит/с, что  в реальных условиях составляет примерно 10 Кбит/с. Чтобы воспользоваться  сетью CDPD, вы должны подписать договор  с поставщиком услуг CDPD и подключить к своему портативному ПК специальный  модем PC Card (CDPD-модем).

Стоимость соответствующего связного оборудования может варьироваться  в очень широких пределах. Модемы CDPD стоят от 300 до 1500 долл., тариф за пользование сетью составляет от 12 до 58 центов за килобайт, а месячная плата — от 15 до 140 долл.

Преимущество технологии CDPD перед  пакетной радиосвязью состоит в  том, что она основана на открытом стандарте и совместима с протоколами TCP/IP. Это значит, что при помощи одного и того же набора коммуникационных средств вы можете передавать данные по сетям CDPD разных поставщиков и "прозрачно" работать с приложениями Интернет.

Теперь о недостатках рассматриваемой  технологии. Перемещаясь по обслуживаемой  территории, мобильные пользователи могут столкнуться с ухудшением качества связи. Как и в случае с сотовым телефоном, в некоторых  районах проблемой являются помехи, которые образуются базовыми станциями  соседних зон. Однако более серьезный  недостаток — ограниченность зоны действия. По данным на конец 1996 г., услуги CDPD были доступны только для пользователей в отдельных крупных городах.

Сотовая связь с коммутацией каналов

Как и CDPD, сотовая связь с коммутацией  каналов использует существующие аналоговые сотовые сети. Отличие состоит  в том, что в данном случае вместо коммутации пакетов данных используется обычная коммутация каналов сотовой  сети. Для передачи данных пользователь подключает сотовый модем к своему ПК и сотовому телефону, поддерживающему  передачу данных, и устанавливает  коммутируемое соединение точно  так же, как при работе со старым добрым аналоговым модемом.

Если вам необходимо передавать длинные файлы, то лучший выбор —  сотовая связь с коммутацией  каналов; пакетная радиосвязь и CDPD больше подходят для пересылки коротких сообщений. Сотовая связь с коммутацией каналов — довольно медленный вид связи. Данные передаются на скоростях до 14,4 Кбит/с и лишь в отдельных зонах обслуживания скорость увеличивается до 20 Кбит/с. В крупных городах и при удалении от базовой станции скорость передачи может снижаться. Рассматриваемая технология — самая доступная, ведь более 95% территории США охвачено сотовыми сетями.

Цены на услуги и средства сотовой  связи с коммутацией каналов  ниже соответствующих цен других технологий. Одна минута сотового доступа  стоит 20—40 центов, а сотовый модем  — 300—400 долл., специальный кабель для  подключения к сотовому телефону обойдется вам в 60—70 долл., и, наконец, сотовый телефон с поддержкой передачи данных можно купить за 150 долл. Месячный тариф на пользование  сотовым телефоном колеблется от 15 до 25 долл.

Служба  персональной связи

Служба персональной связи PCS —  новинка на рынке коммуникационных средств и услуг. Основная особенность PCS состоит в том, что телефонный номер пользователя становится его  персональным коммуникационным номером (Personal Communication Number — PCN), который "привязан" к самому пользователю, а не к его телефону или радиомодему. Путешествующий по миру пользователь с помощью PCS может свободно принимать телефонные звонки и электронную почту по своему PCN.

По сравнению с традиционной сотовой связью служба PCS имеет ряд  преимуществ. Во-первых, она полностью  цифровая, что обеспечивает более  высокую скорость передачи данных и  облегчает применение технологий сжатия данных. Во-вторых, частотный диапазон, используемый для PCS (1850—2200 МГц), позволяет  снизить стоимость коммуникационной инфраструктуры. (Поскольку габаритные размеры антенн базовых станций PCS меньше габаритных размеров антенн базовых станций сотовых сетей, то производство и установка их обходятся  дешевле.)

И наконец, последнее преимущество: после полного развертывания PCS мобильность  связи станет абсолютной, т. е. одна компания-оператор будет в состоянии  обеспечить доставку информации пользователю, где бы он ни находился. PСS предусматривает использование как частной, так и общественной инфраструктуры связи, что позволяет успешно решать "вечную" проблему систем сотовой связи — ухудшение качества связи внутри зданий. Когда абонент PCS входит в какое-либо здание, его телефон регистрируется в частной проводной телефонной сети, и в дело вступают ее средства. Вызовы с телефона PCS, находящегося в здании, маршрутизируются по проводной телефонной сети.

Хотя PCS развернута еще не полностью, она является одной из наиболее интересных услуг радиосвязи для сетевых  администраторов. С помощью PCS администратор  глобальной сети может, например, посылать сообщения, передавать файлы или  звонить техникам, проводящим какие-либо ремонтные работы в удаленных  частях сети. Цены на услуги PCS пока неизвестны, но ожидается, что сначала они  не будут сильно отличаться от цен  на услуги сотовой связи, а после  полного развертывания PCS заметно  упадут.

Приложения  мобильной связи

Приложения мобильной связи  по типу передачи данных делятся на три большие категории: транзакционные, интерактивные и пакетные. В транзакционных приложениях, подобных авторизации  кредитных карточек, имеют место  короткие сеансы передачи данных, для  этого наилучшим образом подходят CDPD и пакетная радиосвязь. В интерактивных  приложениях, например при работе с  базами данных, обычно используются более  длинные сеансы связи с эпизодической  передачей данных, которая проводится с применением любой из вышерассмотренных  технологий. В пакетных приложениях, таких, как передача файлов или загрузка баз данных, обычно используются продолжительные  сеансы связи, которые лучше всего  проводить при помощи средств  сотовой связи с коммутацией  каналов.

Перечислим наиболее типичные приложения мобильной связи.

· Удаленный доступ к ЛВС и  хост-ЭВМ, например для передачи срочной  корпоративной информации.

· Удаленный контроль систем безопасности офиса, торговых автоматов, трубопроводов.

· Учет потребления энергии и  других ресурсов.

· Доставка информации.

· Диспетчерская служба, включая  контроль за движением транспорта.

· Финансовые службы, например авторизация  кредитных карточек.

· Информационное обслуживание врачей, в том числе удаленный доступ к информации о пациентах и  базам данных.

· Службы перевозок, включая оформление билетов.

Беспроводная  связь между зданиями

Иногда для коммуникаций на небольшие  расстояния сетевой администратор  может рассматривать системы  беспроводной связи как альтернативу прямым кабельным соединениям или  арендованным линиям. Эта альтернатива привлекательна по нескольким причинам: такие системы обеспечивают довольно высокую скорость передачи данных, имеют хорошую расширяемость  и дешевле в эксплуатации. Арендованные линии почти всегда представляют собой узкие места для трафика  растущих сетей, а их стоимость, особенно в Европе, быстро возрастает по мере того, как компании-операторы переходят  от технологий арендованных линий к  технологиям пакетных сетей, например Frame Relay. Обычно системы беспроводной связи дают существенную экономию затрат по сравнению с арендованными линиями. Более того, в ситуациях, когда арендованные линии или прямые кабельные соединения реализовать нельзя, беспроводная система является эффективным способом соединения двух сетей предприятия, например находящихся в разных зданиях.

Технологии беспроводной связи  — такие, как инфракрасная, лазерная, узкополосная микроволновая (СВЧ) и  широкополосная (с использованием спектральной модуляции), — обеспечивают передачу данных на скоростях до 155 Мбит/с. Затраты  на приобретение оборудования для беспроводных линий связи обычно ниже затрат, связанных с использованием арендованной линии, и намного ниже затрат на прокладку  волоконно-оптического или коаксиального  кабеля.

Число производителей систем беспроводной связи для соединения частных  сетей быстро растет. Для работы этих систем требуется прямая видимость  между антеннами, находящимися на противоположных  концах радиоканала. С помощью антенн осуществляются прием и передача радиосигналов. Обычно их крепят на крыше  или на стене и затем подключают к коммуникационному электронному оборудованию, обеспечивающему интерфейс  арендованной линии или функционирующему как мост, маршрутизатор или мультиплексор.

Технология спектральной модуляции (Spread-Spectrum) обеспечивает защиту от помех и подслушивания. Известны два метода реализации спектральной модуляции: "прямой последовательности" (Direct Sequence) и "скачущей частоты" (Frequency Hopping). Системы, реализующие метод "прямой последовательности", кодируют каждый передаваемый бит с помощью последовательности битов, именуемых чипами. Код известен только передающему и приемному устройствам. Передающее устройство передает чипы по всем выделенным ему частотам.

Оба метода реализации спектральной модуляции минимизируют неблагоприятные  воздействия радиопомех. Системы, использующие метод "прямой последовательности", передают данные по всем выделенным частотам одновременно, поэтому при появлении  помех на одной частоте приемное устройство просто поймает полезный сигнал на другой. При использовании  метода "скачущей частоты" происходит скачкообразная перестройка частоты  радиотехнической системы, при этом время ее работы на каждой возможной  частоте очень мало: например, некоторые  устройства "перескакивают" на новую  рабочую частоту каждые 100 мс. В  результате этого помехи, которые  возникли на одной частоте, не окажут негативного влияния на информационный обмен в целом.

Рассмотрим общие свойства систем беспроводной связи между зданиями. При благоприятных условиях лазерные и инфракрасные системы обеспечивают полосу пропускания канала АТМ ОС-3 (155 Мбит/с). Дальность действия этих систем составляет от нескольких сотен метров до 4 км. (За дальнюю связь придется дорого платить; устройство, обеспечивающее передачу данных на расстояние до 4 км, стоит 210 000 долл.). Цена комплекта оборудования для лазерной или инфракрасной связи обычно находится в пределах от 15 000 до 25 000 долл., причем плата за установку и настройку в нее не входит.