Моделирование сети в среде NetCracker

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство просвещения ПМР

Тираспольский Техникум Информатики и Права

Дипломная работа

Тема: Моделирование сети в среде NetCracker

Тирасполь 2014 г.

РЕФЕРАТ

В данной дипломной работе рассмотрено применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT.

Редкий серьезный деловой человек, профессиональный программист или системный оператор не может представить себе полноценную работу без использования такого мощного, оперативного и удобного сочетания как обычная телефонная линия, модем и компьютерная сеть.

Сейчас, в условиях многократно возрастающих каждый год информационных потоков, уже практически невозможно вообразить четкое взаимодействие банковских структур, торговых и посреднических фирм, государственных учреждений и других организаций без современной вычислительной техники и компьютерных сетей. В противном случае пришлось бы содержать гигантский штат обработчиков бумажных документов и курьеров, причем надежность и быстрота функционирования такой системы все равно была бы значительно ниже предоставляемой модемной связью и компьютерными сетями.

Результатом эволюции компьютерных технологий явились вычислительные сети. Вычислительная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.

В основе любой сети лежит аппаратный слой, который включает компьютеры различных классов. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.

Второй слой составляет разнообразное сетевое оборудование, необходимое для создания локально-вычислительных сетей, и коммуникационное оборудование для связи с глобальными сетями.

Третьим слоем являются операционные системы, которые составляют программную основу сети. При построении сетевой структуры важно учитывать насколько эффективно данная операционная система может взаимодействовать с другими операционными системами сети, насколько она способна обеспечить безопасность и защиту данных и т. д.

Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных и др. Важно знать совместимость различных сетевых приложений.

В настоящее время использование вычислительных сетей даёт предприятию многочисленные возможности. Конечной целью использования вычислительных сетей на предприятии является повышение эффективности его работы, которое может выражаться, например, в увеличении прибыли предприятия.

Концептуальным преимуществом распределённых систем и, следовательно, сетей перед централизованными системами является их способность выполнять параллельные вычисления, что увеличивает производительность. Следующее преимущество - это совместное использование пользователями данных и устройств: цветных принтеров, графопостроителей, модемов, оптических дисков. В последнее время стал преобладать другой побудительный мотив развертывания сетей, гораздо более важный, чем экономия средств при разделении дорогостоящих ресурсов. Этим мотивом стало стремление обеспечить пользователям сети оперативный доступ к обширной корпоративной информации.

Использование сети приводит к совершенствованию коммуникаций, т.е. к улучшению процесса обмена информацией и взаимодействия между сотрудниками предприятия, а также его клиентами и поставщиками. Сети снижают потребность предприятий в других формах передачи информации, таких как телефон или обычная почта.

Безусловно, вычислительные сети имеют и свои проблемы (сложности с совместимостью программного обеспечения, проблемы с транспортировкой сообщений по каналам связи с учётом обеспечения надежности и производительности), но главным доказательством эффективности является бесспорный факт их повсеместного распространения. Всё больше и больше появляются крупные сети с сотнями рабочих станций и десятками серверов.

В результате проведенной работы рассмотрены отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных; технологии WiMAX, WI-FI, Bluetooth, RadioEthernet; преимущества и недостатки этих технологий; обзор стандарта DECT; классификация DECT систем.

В программах Visio и NetCracker разработана спроектирована беспроводная сеть; рассмотрен обзор программ для проектирования сети; проанализированы основные технические характеристики сетевого оборудования. Также описаны типы сетей Ethernet; рассмотрены типы кабелей, с помощью которых были связаны рабочие станции, топологии и коммутаторы; произведен обзор топологии сетей «Шина» и «Звезда».

В части диплома, связанной с охраной труда, рассмотрены мероприятия по охране труда и пожарной безопасности: требования к освещению производственного помещения, методы и средства контроля воздушной среды, защита от шума, техника безопасности при работе с электронной техникой, разработка защитных мероприятий на рабочем месте, требования пожарной безопасности.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА I. Теоретическая часть. Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

1.1 Аналитический обзор по теме

1.2 Беспроводные системы связи

1.3 Отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных

1.4 Классификация беспроводных сетей

1.5 Преимущества между WiMAX иWI-FI

1.6 Технологии беспроводных сетей GPRS, ZigBeeи LTE

1.7 Обзор беспроводных технологий связи

1.8 Применение беспроводных сиcтем связи на примере стандарта DECT

1.9 Практическая часть. Обзор программ для проектирования сети

1.10 Проектирование сети в программе NetCracker

ГЛАВАII. Охрана труда. Мероприятия по охране труда и пожарной безопасности

2.1 Производственная санитария и гигиена труда

2.2 Требования к освещению производственного помещения

2.3 Методы и средства контроля воздушной среды. Защита от шума

2.4 Техника безопасности при работе с электронной техникой

2.5 Защита от электромагнитных полей и статического электричества

2.6 Требования электробезопасности

2.7 Разработка защитных мероприятий на рабочем месте

2.8 Требования пожарной безопасности

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире стремительно растет потребность в беспроводных соединениях, особенно в сфере бизнеса и ИT технологий. Пользователи с беспроводным доступом к информации всегда и везде могут работать более производительно и эффективно, чем их коллеги, привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям, так как существует привязанность к определенной инфраструктуре коммуникаций.

Данная тема является актуальной, так как беспроводные сети обладают, по сравнению с традиционными проводными сетями, немалыми преимуществами, главным из которых, конечно же, является:

- Простота развёртывания;

- Гибкость архитектуры сети, когда обеспечивается возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени;

- Быстрота проектирования и реализации, что критично при жестких требованиях к времени построения сети;

- Так же, беспроводная сеть не нуждается в прокладке кабелей (часто требующей дробления стен).

В то же время беспроводные сети на современном этапе их развития не лишены серьёзных недостатков. Прежде всего, это зависимость скорости соединения и радиуса действия от наличия преград и от расстояния между приёмником и передатчиком. Один из способов увеличения радиуса действия беспроводной сети заключается в создании распределённой сети на основе нескольких точек беспроводного доступа. При создании таких сетей появляется возможность превратить здание в единую беспроводную зону и увеличить скорость соединения вне зависимости от количества стен (преград). Аналогично решается и проблема масштабируемости сети, а использование внешних направленных антенн позволяет эффективно решать проблему препятствий, ограничивающих сигнал.

Целью данной дипломной работы является исследование программ автоматизированного проектирования, моделирования и анализа компьютерных сетей, разработка локальной сети, описывающей применение беспроводных стандартов построения сетей, разработка проекта сети на примере стандарта DECT.

Для решения поставленных целей нужно решить следующие задачи:

рассмотреть литературных данных по теме диплома, провести исследования по данной тематике (разработать схемы, спроектировать сеть, проанализировать рабочие характеристики устройства), привести инженерные расчеты данного разрабатываемой сети.

Для реализации поставленных целей нужно решить следующие задачи:

рассмотреть литературных данных по теме диплома, провести исследования по данной тематике, построить локальную вычислительную сеть. Проанализировать основные технические характеристики сетевого оборудования и исследовать обеспечение безопасности при групповой обработке информации.

Предметом исследования является разработка локальной беспроводной сети на примере стандарта DECT. Объектом исследования является изучение беспроводных систем свзяи.

Использованы следующие методы сбора материала: 1)анализ литературы;2)интерпретация данных;3)отбор необходимого материала; 4)разработка схемы; 5)проектирование устройства.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ НА ПРИМЕРЕ СТАНДАРТА DECT

1.1 Аналитический обзор по теме

беспроводной связь сеть локальный

Адресация пакетов в локальных вычислительных сетях

Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор или MAC-адрес), для того чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов).

Первая система сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту пользователь присваивает индивидуальный адрес по порядку, к примеру, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства:

2n > Nmax

где n - количество разрядов адреса, а Nmax - максимально возможное количество абонентов в сети. Например, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес (обычно 1111....11) отводится для широковещательной передачи, то есть он используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно.

Именно такой подход применен в известной сети Arcnet. Достоинства данного подхода - малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток - трудоемкость задания адресов и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес). Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети.

Второй подход к адресации был разработан международной организацией IEEE, занимающейся стандартизацией сетей. Именно он используется в большинстве сетей и рекомендован для новых разработок. Идея этого подхода состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено.

С тем чтобы распределить возможные диапазоны адресов между многочисленными изготовителями сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса (рис. 1.1.1):

Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) - организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из зарегистрированных производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить 16 миллионов сетевых адаптеров.

Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) - организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI, это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей. Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) - универсально управляемый адрес или IEEE-адрес.

Два старших разряда адреса управляющие, они определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L

(Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко.

Рис. 1.1.1 Структура 48-битного стандартного MAC-адреса

Для широковещательной передачи (то есть передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.

Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки - высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт).

Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим.

В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним.

1.2 Коммутирующие концентраторы в локальных вычислительных сетях

Сетевой коммутатор -- устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Принцип работы состоит в том , что коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Существует три способа коммутации. Каждый из них -- это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

1.С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

2.Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

3.Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные -- по технологии cut-through).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

В качестве среды передачи данных используются как беспроводные (GSM/GPRS, ZigBee, WiFi, WiMax, LTE), так и проводные (ISDN, xDSL)сети.

Беспроводная связь - это передача информации на расстояние без использования электрических проводников или «проводов». Это расстояние может быть как малой (несколько метров, как в телевизионном дистанционном управлении), так и очень большим (тысячи или даже миллионы километров для телекоммуникаций). Беспроводная связь обычно рассматривается как отрасль телекоммуникаций.

Популярность беспроводной связи растет взрывообразными темпами, открывая для операторов новые рынки - от сетевых игр на экранах сотовых телефонов до служб экстренной помощи.

Это связано с распространением блокнотных компьютеров, систем поискового вызова (так называемых пейджеров) и появлением систем класса «персональный секретарь», расширением функциональных возможностей сотовых телефонов. Такие системы должны обеспечить деловое планирование, расчет времени, хранение документов и поддержание связи с удаленными станциями. Девизом этих систем стало anytime, anywhere, т.е. предоставление услуг связи вне зависимости от места и времени. Кроме того, беспроводные каналы актуальны там, где невозможна дорога прокладки кабельных линий и значительные расстояния. До недавнего времени большинство беспроводных компьютерных сетей передавали данные со скоростью от 1.2 до 14.0 Кбит / с, зачастую только короткие сообщения (передача файлов больших размеров или длинные сеансы интерактивной работы с базой данных были недоступны). Новые технологии беспроводной передачи оперируют со скоростями в несколько десятков мегабит в секунду.

Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. На рынке действуют два важных фактора, стимулирующих переход к повсеместной беспроводной связи (pervasivewireless). Первый фактор - это "демократизация" беспроводной технологии, которая стала заметна на мобильном рынке с появлением стандарта 802.11 или Wi-Fi. Мы видим быстрый рост количества мобильных устройств и мобильных сетей в домах, квартирах, на предприятиях и в городах. Сегодня мы можем легко и просто построить беспроводную сеть и обеспечить широкополосную мобильность в интересах крупных корпораций и индивидуальных пользователей.

К настоящему времени люди уже привыкли к технологии Wi-Fi. Эта технология стала частью повседневной жизни, и теперь настало время для повсеместного распространения широкополосной беспроводной связи. Сегодня многие студенты и даже школьники имеют мобильные компьютеры и сотовые телефоны. Для них это главные средства связи. Таким образом, растет новое поколение, воспринимающее широкополосные беспроводные технологии как нечто само собой разумеющееся. Они ожидают, что мобильный Интернет, игры и коммуникации будут доступны везде и повсюду.

Еще одна интересная область применения мобильных технологий - городские mesh-сети, которые делают технологию Wi-Fi действительно повсеместной. Предоставление доступа всем жителям города на всей его территории - замечательный пример демократизации беспроводных технологий. Наша сетевая архитектура и технология унифицированных коммуникаций не только объединяет проводную и беспроводную связь, но и сводит воедино сетевые услуги, предоставляемые в помещениях и на открытой местности. В результате вы остаетесь подключенными к сети, где бы ни находились, в здании или за его пределами, что очень важно для городской связи».

Беспроводные сети позволяют предоставить подключение пользователей там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. При этом беспроводные сети взаимодействуют с проводными сетями. В настоящее время необходимо принимать во внимание беспроводные решения при проектировании любых сетей - от малого офиса до предприятия. Это, возможно, сэкономит и средства и трудозатраты и время.

Существует много случаев и причин, по которым беспроводные сети являются единственным или же самым удобным вариантом организации доступа к сети связи или интернету:

Если требуется организовать возможность кочевого доступа к сети и Интернету случайным пользователям в кафе, аэропортах, вокзалах, магазинах и других общественных местах.

Если необходимо организовать локальную сеть в зданиях, не имеющих возможностей прокладывания кабельной проводки (например, в исторических зданиях) или в зданиях, в которых прокладывания кабеля является весьма сложной, трудоёмкой и затруднительной задачей

При организации временной локальной сети, в том числе и локальной сети для общего доступа, например, для проведения каких-либо событий, конференций и тому подобного.

При расширении локальной вычислительной сети в том случае, если необходимо подключить какой-либо удалённый изолированный сегмент, содержащий небольшое количество рабочих станций.

Если необходим мобильный доступ к сетевым ресурсам, например, при перемещении по квартире или организации с ноутбуком, при посещении различных больных врачом в больнице для связи с центральной базой данных или же для связи и координации механиков в больших зданиях, насыщенных современными средствами обеспечения их жизнедеятельности.

Для организации дополнительных каналов связи, которые могут предоставлять альтернативные операторы связи, создающие беспроводные локальные сети в различных районах.

На рисунке 1 представлена классификация традиционных видов беспроводной связи, которая включает в себя:

наземную радиосвязь в диапазоне частот от 30 МГц до нескольких десятков ГГц;

радиорелейную связь (PPC) в диапазоне частот от 1 до 300 ГГц;

спутниковую связь в диапазоне частот от 1 до 100 ГГц;

лазерную связь (на ИК- лучах) в диапазоне частот от 300 до 400 ГГц.



Рис. 1. Виды беспроводной связи

1.3 Отличия беспроводных технологий передачи данных от проводных

Беспроводные сети выглядят предпочтительнее сетей проводных, ввиду наличия следующих преимуществ:

мобильность пользователей. Технология позволяет пользователям перемещаться внутри зоны охвата беспроводной сети без перерыва в пользовании ресурсами сети;

скорость и простота развертывания. В отличие от проводных систем передачи информации, беспроводные сети не требуют прокладки кабелей, занимающей, обычно, основное время при внедрении проводных сетей;

гибкость. Быстрая реструктуризация, изменение размеров и конфигурации сети, подключение новых пользователей;

сохранение инвестиций. Беспроводные сети удобно использовать, если необходимо развернуть сеть на небольшой отрезок времени или есть вероятность переезда;

возможность развертывания там, где нельзя воспользоваться кабельными сетями.

Но, как и у любой другой сложной технологии, у беспроводных компьютерных сетей есть не только положительные, но и отрицательные стороны. Одна из самых главных проблем - возможное наличие на пути радиоволн препятствий, что приходится учитывать при размещении точки доступа и клиентских станций. Металлические конструкции могут создавать отражения сигнала, создавая так называемый эффект многолучевого приема, когда на антенну, расположенную на приемной стороне, приходит несколько вариантов переданного сигнала, сдвинутых по фазе один относительно другого. Многолучевой прием значительно увеличивает коэффициент ошибок. Еще одна проблема - «свободный статус» диапазона 2,4 ГГц. В нем могут работать, например, генераторы микроволновых печей или медицинские приборы. Информацию, передаваемую по беспроводной сети, относительно легко перехватить. Да, сейчас используются алгоритмы, которые можно «вскрыть» прямым перебором, разве что используя суперкомпьютер. Но и производительность вычислительной техники растет с большой скоростью. Не исключено, что через несколько лет системы защиты информации, используемые в беспроводных компьютерных сетях, можно будет взломать, используя персональный компьютер. А вот на то, что за это время алгоритмы шифрования, разрешенные для массового применения, будут адекватно улучшены, надеяться не приходится, поскольку в США поставили перед миром вопрос об ограничении совершенствования массовых средств криптозащиты информации.

Таблица 1. Характеристика

Характеристика	Проводные	Беспроводные
Среда передачи	Кабель (медный, оптический)	Кабель не требуется, передача при помощи электромагнитных волн
Пропускная способность	Высокая	Ограниченная
Расстояния между точками	Большие	Как правило, ограничены
Мобильность абонентов	Не обеспечивается	Может быть обеспечена

1.4 Классификация беспроводных сетей

В зависимости от технологий и передающих сред, которые используют, можно определить следующие классы беспроводных сетей:

сети на радиомодемах;

сети на сотовых модемах;

инфракрасные системы;

системы VSAT;

системы с использованием низкоорбитальных спутников;

системы с технологией SST;

радиорелейные системы;

системы лазерной связи.

Федеральная комиссия по электросвязи США (FCC) определила следующие категории PCS (PersonalCommunicationServices) и соответствующие полосы частот:

узкополосные PCS (диапазон 900-901, 930-931, 940-941 МГц ) для скоростных пейджерных сетей, двунаправленного передачи сообщений, передача сообщений вещания;

широкополосные PCS (120, 1850-2200 МГц);

сотовую связь;

цифровое передачи речи и данных;

нелицензированные PCS (40 МГц, от 1890 до 1930 МГц);

беспроводные ЛМ и АТС организаций в ближайшем радиусе действия;

в пределах одного здания или группы зданий.

Спутниковые технологии:

Технология VSAT (VerySmallApertureTerminal) использует для передачи данных геостационарные спутники, размещенные над экватором Земли на высоте 40 тыс. км. Наземные станции для связи со спутником применяют эллиптические антенны диаметром 3 м.

Канал VSAT:

обеспечивает скорость передачи данных до 2 Мбит / с;

позволяет реализовать сочетание на большие расстояния с переходом государственных границ.

Технология SST(SpreadSpectrumTechnology) -в ней использовано распределение сигнала по спектру частот. Это позволяет значительно повысить пропускные способности канала благодаря большей помехоустойчивости. Технологию SST уже длительный период применяли в военных целях. Есть две разновидности сетей SST:

FH-SS - приемник и передатчик синхронно перескакивают с частоты на частоту;

DH-SS - в каждый момент времени сигнал «размазано» по широкому диапазону частот. Технология SST позволяет не только увеличить пропускные способности сети, но и лучше реализовать защиту информации от прослушивания. Внешний наблюдатель такую информацию воспринимает как «белый шум».

Сети на сотовых модемах:

Сети на сотовых модемах используют существующую инфраструктуру сотовой телефонии. Они работают в особо тяжелых условиях больших помех, периодического пропадания сигнала.

Среди методов доступа выделяют аналоговые, использующие для передачи аналоговый сигнал. Это классические методы доступа в сотовых сетях FDMA (Frequency Division Multiple Access), TACS (Total Access Communication System).

Главный ресурс сотовой сети - это предназначенный для нее диапазон частот. Аналоговые методы доступа выделяют для каждого передачи отдельный канал - полосу частот в предназначенном для сети диапазоне. В этом случае соседние сотовые ячейки не могут работать в одном и том же диапазоне частот (иначе передачи в соседних ячейках мешали бы друг другу). Частотный диапазон делят на семь частей.

Среди методов доступа, которые используют цифровые передачи, популярны различные модификации TDMA (TimeDivisionMultipleAccess). Они применяют известный принцип распределения времени передачи на отдельные временные слоты. К этой группе методов относятся AMPS (AdvancedMobilePhoneService) (частотные каналы шириной 30 кГц делятся на три временные слоты), NAMPS (Narrowband AMPS), PDC (каналы по 25 кГц, три слота), GSM (диапазон 200 кГц, восемь слотов).

Технология CDMA (CodeDivisionMultipleAccess) - технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но разную кодовую модуляцию.

Технология CDPD (CellularDigitalPacketData) - реализует как пакетные передачи (протокол TCP / IP), так и модемный интерфейс (АТ-команды). В отличие от радиомодемов, сотовые модемы используют не специальные антенны и приемники-передатчики, а соответствующие устройства сотового телефона. При передаче данных применяют протоколы MNP-10 или ETC. Протокол MNP-0 динамически оптимизирует скорость передачи данных и уровень сигнала, имеет развитые средства предотвращения ошибок.

Системы на базе инфракрасных каналов

Системы на базе инфракрасных каналов отличаются небольшой стоимостью приемников и передатчиков, высокими скоростями передачи. Однако инфракрасные каналы работают только в условиях прямой видимости. Ассоциация InfraredDataCommunications разработала стандарт передачи инфракрасным каналом со скоростью 115.2 Кбит / с.

Радиорелейная связь

Радиорелейные станции (РРС) используют для передачи аналогового сигнала в телевидении и цифрового в последовательном коде по стандарту ITU G.703 в телефонии. Канал G.703 имеет пропускной способностью 2 Мбит / с. Его можно использовать, например, для соединения сегментов Ethernet. Современные цифровые РРС имеют полосу перепуска 2-34 Мбит / с. Поэтому часто ее разделяют на несколько каналов. Максимальное расстояние для связи РРС - 60-80 км. Для наземных РРС используют частотные диапазоны 1, 5, 7, 15, 23, 34 ГГц. Взаимодействия маршрутизатора и РРС постигают при помощи конвертера V.35/G.703.

Сети на радиомодемах

Для передачи данных используют полосы частот радио и ультракоротковолнового диапазона. Каждый радиомодем имеет антенну и передатчик для направленной передачи сигналов. Самыми популярными технологиями беспроводной передачи этого класса является:

радио Ethernet ( IEEE 802.11 );

HIPERLAN;

Bluetooth.

WiMAX

HIPERLAN(HighPerformanceRadioLocalAreaNetwork) разработана Европейским институтом стандартов по телекоммуникационным технологиям. Она является аналогом IEEE 802.11, который используется в Европе, и бывает таких разновидностей:

HiperLAN / 1 - скорость до 20 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц;

HiperLAN / 2 - скорость до 54 Мбит / с в диапазоне 5 ГГц.

Bluetooth - это интерфейсная беспроводная технология. Диаметр сети 10-30 м (в перспективе - 100 м). Использует радиоволны для передачи данных на небольших расстояниях и заменяет кабель для соединения мобильных и/или фиксированных электронных устройств. Работает не обязательно в зоне прямой видимости.

Работы по созданию Bluetooth начал производитель телекоммуникационного оборудования Ericsson в 1994 году как беспроводную альтернативу кабелям RS-232. Первоначально эта технология была приспособлена под потребности системы FLYWAY в функциональном интерфейсе между путешественниками и системой.

Спецификация Bluetooth была разработана группой BluetoothSpecialInterestGroup, которая была основана в1998 году. В неё вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стала частью стандарта IEEE 802.15.1.

Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как: персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, бесплатной, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Новые технологии беспроводной передачи (UltraWideband (UWB)) предлагают скорости передачи, превышающие 100 Мбит / с, и требуют минимальных затрат энергии.

Достоинства технологии:

использует нелицензируемый диапазон частот ISM;

легкость в использовании;

возможность замены любых кабелей;

гальваническая развязка соединений;

возможность соединения мобильных компьютеров с другими мобильными устройствами;

автоматическая конфигурация “plugandplay”;

поддержка передачи голоса и данных;

возможность создания наращиваемых микросетей;

устойчивость к помехам, что обеспечивается передачей сигналов методом FrequencyHoppingSpreadSpectrum;

малые габариты и легкость интеграции;

низкое энергопотребление по сравнению с используемыми устройствами;

использование по всему миру;

открытый стандарт;

возможность работы разных устройств между собой;

надежность и стойкость к внешним воздействиям.

Этот стандарт позволяет соединять друг с другом при минимальном пользовательском участии практически любые устройства: мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты и даже холодильники, микроволновые печи, кондиционеры. Технология также предлагает домашним приборам и портативным устройствам беспроводный доступ к различного типа сетям, в том числе: LAN, PSTN, сотовым сетям мобильных телефонов и Интернет.

За счет использования технологии Bluetooth формируется широкий набор новых сервисов.

Радио Ethernet ( IEEE 802.11 )

Беспроводная связь, или связь по радиоканалу, сегодня используется и для построения магистралей (радиорелейные линии), и для создания локальных сетей, и для подключения удаленных абонентов к сетям и магистралям разного типа. Весьма динамично развивается в последние годы стандарт беспроводной связи RadioEthernet. Изначально он предназначался для построения локальных беспроводных сетей, но сегодня все активнее используется для подключения удаленных абонентов к магистралям. RadioEthernet сейчас обеспечивает пропускную способность до 54 Мбит/с и позволяет создавать защищенные беспроводные каналы для передачи мультимедийной информации.

Данная технология соответствует стандарту 802.11, разработанному Международным институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) в 1997 году и описывающему протоколы, которые позволяют организовать локальные беспроводные сети (WirelessLocalAreaNetwork, WLAN).

4.WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN.

WiMAX подходит для решения следующих задач:

- соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

- обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

- предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

- создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

1.5 Преимущества между WiMAX и Wi-Fi

Часто сравнивают такие современные технологии передачи данных, как WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на то, что обе технологии имеют созвучные названия и WiMAX технология появилась позже, то можно предположить, что WiMAX это усовершенствованная модель Wi-Fi, но это не так. Эти технологии имеют различные области применения. Wi-Fi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология WiMAX, в свою очередь, предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей. WiMAX разрабатывался как городская вычислительная сеть (MAN). Рассмотрим некоторые другие различия между этими технологиями. У WiMAX лучше качество связи , чем у Wi-Fi. Когда несколько пользователей подключены к точке доступа Wi-Fi, они буквально «дерутся» за доступ к каналу связи. В свою очередь, технология WiMAX обеспечивает каждому пользователю постоянный доступ. Построенный на технологии WiMAX алгоритм устанавливает ограничение на число пользователей для одной точки доступа. Когда базовая станция WiMAX приближается к максимуму своего потенциала, она автоматически перенаправляет «избыточных» пользователей на другую базовую станцию.

Предприятия с огромными площадями, возможно, захотят перейти на WiMAX, чтобы избежать покупки большого количества репитеров, требуемых при установке Wi-Fi сети. На данный момент, в России такое оборудование отсутствует в широкой продаже.

Wi-Fi технология является более зрелой нежели WiMAX и сегодня Вы вряд ли найдете новый ноутбук без встроенного Wi-Fi модуля. Также, возможно только временным недостатком является то, WiMAX оборудование стоит дороже Wi-Fi оборудования и ассортимент WiMAX оборудования более скудный. Это вызвано тем, что технология WiMAX более молодая. Производство устройств, оборудованных WiMAX модулем, только начало развиваться и до уровня оборотов Wi-Fi устройств ему еще далеко. Стоимость базовых станций WiMAX также выше из-за дополнительных дорогостоящих компонентов.

Как и во многих других областях, в беспроводной передачи данных нет универсальной технологии. Под каждые конкретные задачи больше подходит WiMAX или Wi-Fi. Если стоит задача предоставить широкополосный доступ к сети для пользователей - то больше, конечно подходит WiMAX, так как эта технология изначально была разработана именно с этой целью. Однако если стоит задача предоставить широкополосный доступ в ограниченном помещении, то технологии WIFI и WiMAX одинаково хорошо подходят для решения, при условии что низкий уровень помех или помехи вовсе отсутствуют. А для внедрения беспроводных систем безопасности или видеонаблюдения больше подходит Wi-Fi, так как это направление уже достаточно неплохо развито.

Преимущества Wi-Fi и WiMAX технологий:

беспроводное подключение к Wi-Fi сети любых устройств, включая принтеры, коммуникаторы, ноутбуки;

выход в Интернет с мобильных устройств в любой точке покрытия Wi-Fi сети;

при совместном применении этих двух технологий получается высокоскоростной WiMAX Интернет и локальнаяWi-Fi сеть;

высокая степень защищенности передачи данных и самой беспроводной сети от постороннего вмешательства.

1.6 Технологии беспроводных сетей GPRS,ZigBeeи LTE

1. GPRS (GeneralPacketRadioService -- «пакетная радиосвязь общего пользования») -- надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн.

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом, что именно является приоритетом передачи -- голосовой трафик или передача данных -- выбирается оператором связи. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink; DL) -- от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) -- от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 кбит/с по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из 8) таймслотов на частоте, итого - до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай - пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота (class 10) или 4+4 (class 12).

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1--CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала. По той же схеме и используя то же самое оборудование, работает и технология EDGE. Но внутри таймслота EDGE используется другая, более плотная, упаковка информации (модуляция 8PSK).

Применение:

мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных;

мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удалённым базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий;

телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов);

спутниковый мониторинг транспорта.

ZigBee -- спецификация сетевых протоколов верхнего уровня, использующих сервисы нижних уровней -- уровня управления доступом к среде MAC и физического уровня PHY, регламентированных стандартом IEEE 802.15.4. ZigBee и IEEE 802.15.4 описывают беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). Спецификация ZigBee ориентирована на приложения, требующие гарантированной безопасной передачи данных при относительно небольших скоростях и возможности длительной работы сетевых устройств от автономных источников питания (батарей).

Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при малом энергопотреблении поддерживает не только простые топологии сети («точка-точка»,«дерево» и «звезда»), но и самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую (mesh) топологию с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Кроме того, спецификация ZigBee содержит возможность выбора алгоритма маршрутизации, в зависимости от требований приложения и состояния сети, механизм стандартизации приложений -- профили приложений, библиотека стандартных кластеров, конечные точки, привязки, гибкий механизм безопасности, а также обеспечивает простоту развертывания, обслуживания и модернизации.

Основными областями применения технологии ZigBee являются беспроводные сенсорные сети, автоматизация жилья («Умный дом» и «Интеллектуальное здание»), медицинское оборудование, системы промышленного мониторинга и управления, а также бытовая электроника и «периферия» персональных компьютеров.

Способность к самоорганизации и самовосстановлению, ячеистая (mesh-) топология, защищённость, высокая помехоустойчивость, низкое энергопотребление и отсутствие необходимости получения частотного разрешения делают ZigBee-сеть подходящей основой для беспроводной инфраструктуры систем позиционирования в режиме реального времени (RTLS).

Существуют три различных типа устройств ZigBee:

Координатор ZigBee (ZC) -- наиболее ответственное устройство, формирует пути древа сети и может связываться с другими сетями. В каждой сети есть один координатор ZigBee. Он и запускает сеть от начала. Он может хранить информацию о сети, включая хранилище секретных паролей производства компании TrustCentre.

Маршрутизатор ZigBee (ZR). Маршрутизатор может выступать в качестве промежуточного маршрутизатора, передавая данные с других устройств. Он также может запускать функцию приложения.

Конечное устройство ZigBee (ZED) -- его функциональная нагруженность позволяет ему обмениваться информацией с материнским узлом (или координатором, или с маршрутизатором), он не может передавать данные с других устройств. Такое отношение позволяет узлу часть времени пребывать в спящем состоянии, что позволяет экономить энергоресурс батарей. ZED требует минимальное количество памяти, и поэтому может быть дешевле в производстве, чем ZR или ZC.

LTE Advanced -- стандарт мобильной связи. LTE Advanced стандартизирован 3GPP как главное улучшение стандарта LongTermEvolution (LTE). Официально представлен в конце 2009 года сектору стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи в качестве кандидата на систему 4G. LTE Advanced был утверждён ITU и завершён 3GPP в марте 2011 года.

Технология LTE-Advanced вместе с WiMAX 2 была официально признана беспроводным стандартом связи четвёртого поколения 4G Международным союзом электросвязи на конференции в Женеве в 2012 году^[2].

LTEAdvanced -- это название спецификации 3GPP 10 версии, которым Международный союз электросвязи присвоил сертификат «IMT-Advanced» -- официальный статус сетей четвёртого поколения. Предыдущие версии LTE не являются технологией 4G.

1.7 Обзор беспроводных технологий связи

В настоящее время технология беспроводной связи переживает настоящий бум своего развития. В основном это связано с прочным входом в нашу жизнь смартфонов, планшетных компьютеров и нетбуков, которые для полноценного использования требуют постоянный доступ к сети интернет, в том числе и при движении.

Беспроводные технологии -- подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.

По дальности действия:

Беспроводные персональные сети (WPAN -- WirelessPersonalAreaNetworks). Примеры технологий -- Bluetooth;

Беспроводные персональные сети - сети, стандарт которых разработан рабочей группой IEEE 802.15.

WPAN применяются для связи различных устройств, включая компьютерную, бытовую и оргтехнику, средства связи. Физический и Канальный уровни регламентируются стандартом IEEE 802.15.4. Радиус действия WPAN составляет от нескольких метров до нескольких десятков сантиметров. WPAN используется как для объединения отдельных устройств между собой, так и для связи их с сетями более высокого уровня, например, глобальной сетью интернет.

Беспроводные локальные сети (WLAN -- WirelessLocalAreaNetworks). Примеры технологий -- Wi-Fi;

При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир; объединение устройств в сеть происходит без использования кабельных соединений.

Беспроводные сети масштаба города (WMAN -- WirelessMetropolitanAreaNetworks). Примеры технологий -- WiMAX;

Беспроводные глобальные сети (WWAN -- WirelessWideAreaNetwork). Примеры технологий -- CSD, GPRS, EDGE, EV-DO,HSPA.

По топологии:

«Точка-точка» - простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком -- соединить таким образом можно только 2 компьютера и не больше.

«Точка-многоточка» - позволяет обеспечить доступ к сети одновременно многих пользователей. В такой беспроводной сети существует центральное устройство, обычно называемое базовой станцией или точкой доступа, создающее радиопокрытие на некоторой территории, к которому подключаются все пользователи сети.

По области применения:

Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети -- создаваемые компаниями для собственных нужд;

Операторские беспроводные сети -- создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.

Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

Рис. 2. Классификация по дальности действия

1.8 Применение беспроводных систем связи на примере стандарта DECT

DECT (англ. DigitalEnhancedCordlessTelecommunication) -- технология беспроводной связи на частотах 1880--1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), используется в современныхрадиотелефонах. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире, благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. По оценкам 1999 года DECT принят более чем в 100 странах, а число абонентских устройств DECT в мире приближается к 50 миллионам. В Европе DECT практически полностью вытеснил беспроводные телефоны стандартов CT2, CT3; на других континентах DECT успешно конкурирует с американским стандартом PACS и японским PHS.