Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи Российской Федерации

Московский Технический Университет Связи и Информатики

Автореферат на тему: Технология Wi-Fi

Выполнил: Демура Э.С.

Группа МИТ 1201

Москва 2014



Содержание

Введение

Основные принципы построения и работы

Основные стандарты, Структурная схема, оборудование

Совместимость со старыми системами

Экономическое обоснование

Типы антенн

Достоинства и недостатки

Внедрение технологий Wi-fi в России

Развитие технологии Wi-Fi за рубежом

Сравнение беспроводных технологий WI-FI WIMAX

Сравнительный анализ спектральной эффективности

Методы разделения доступа к радиоканалу

Нормативно-правовые вопросы

Заключение

Список литературы



Введение

В эпоху проходящей информатизации, данное явление приходит даже в самые отдаленные уголки нашей планеты. Мы часто слышим в СМИ о проведении новых проектов по информатизации общества. Так, например, можно услышать от наших политиков, что происходит снабжение компьютерной техникой и услугами Интернет деревенских школ и школ малых городов. Но данный процесс проходит очень медленно. Гораздо быстрее происходит развитие компьютерных технологий.

В настоящее время существует безграничный по своей насыщенности источник знаний и различных данных. Это Интернет. С помощью него люди могут выполнять ряд нужных и полезных функций. Одно из этих функций является образование. И не только для школьников и студентов, но и для людей, занятых в разных отраслях производства, науки и общественной жизни страны. Так подсчитано, что для того, чтобы человеку ознакомиться со всеми нововведениями в его области труда необходимо затратить 75% рабочего времени. Но, к сожалению, данный ресурс не доступен для большинства населения страны. Это обусловлено многими причинами, о которых мы говорить не будем. Поговорим же непосредственно о том, как можно связаться с Интернет и вообще передать информацию. В настоящее время данные можно передавать по проводным и беспроводным линиям телекоммуникаций. Каждый из данных способов имеет свои плюсы и минусы. В данной работе будет рассмотрена беспроводная технология. Она будет рассмотрена с разных аспектов. А именно мы поговорим о Wi-Fi.

Данная технология сейчас развивается гигантскими темпами. Внедрение Wi-Fi происходит повсеместно во всем развитом мире. Это обусловлено большим количеством плюсов данной технологии, хотя она имеет и ряд минусов.



Основные принципы построения и работы

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID (англ.)русск.) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта. wi-fi wimax технология

Однако, стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

· Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)

· Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)

· Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

· Со статическими настройками радиоканалов

· С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов

· Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов



Основные стандарты

В настоящее время широко используется преимущественно три стандарта группы IEEE 802.11 (представлены в таблице 1.1)

Таблица 1.1 - Основные характеристики стандартов группы IEEE 802.11

Стандарт	802.11g	802.11a	802.11n
Частотный диапазон, ГГц	2,4-2,483	5,15-5,25	2,4 или 5,0
Метод передачи	DSSS,OFDM	DSSS,OFDM	MIMO
Скорость, Мбит/с	1-54	6-54	6-300
Совместимость	802.11 b/n	802.11 n	802.11 a/b/g
Метод модуляции	BPSK, QPSK OFDM	BPSK, QPSK OFDM	BPSK, 64-QAM
Дальность связи в помещении, м	20-50	10-20	50-100
Дальность связи вне помещения, м	250	150	500

Структурная схема, состав сети, назначение элементов сети



Беспроводное оборудование, применяемое в Wi-Fi сетях

Сегодня беспроводные сети позволяют предоставить подключение пользователей там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. При этом беспроводные сети без проблем взаимодействуют с проводными сетями.



Точки доступа Wi-Fi

Все точки доступа можно разделить по способу подключения: через USB порт и порт подключения Ethernet - RJ45. Последние пользуются наибольшим успехом, так как наиболее просты в настройке и управлении, а также обладают большей скоростью передачи в локальную сеть. Точки доступа могут быть комнатного (in door) и всепогодного (out door) исполнения. Для создания беспроводной сети внутри помещений используют комнатный вариант прибора. Он обладает меньшей стоимостью и, как правило, большим эстетическим видом. Работают такие точки доступа в пределах одной или нескольких комнат. На открытых участках местности (прямая видимость) возможна работа на расстоянии до 300 метров с использованием стандартных всенаправленных антенн. Точки доступа всепогодного исполнения предназначены для создания радиосети между зданиями. В зависимости от типов антенн такие устройства способны организовывать каналы связи на расстоянии порядка 3-5 км. Максимальная дальность беспроводного канала связи заметно увеличивается при использовании усилителей. В этом случае длина радиоканала достигает 8-10 км.



Комбинированные устройства

Большой интерес вызывают беспроводные точки доступа, объединяющие в себе функции других устройств, например, высокоскоростного беспроводного широкополосного маршрутизатора со встроенным коммутатором Fast Ethernet. Маршрутизатор позволяет быстро и легко настроить общий доступ к Интернет для проводной или беспроводной сети или организовать совместное использование широкополосного канала связи и кабельного/DSL модема дома или в офисе.



Wi-Fi адаптеры

Для подключения к беспроводной сети Wi-Fi достаточно обладать ноутбуком или карманным персональным компьютером (КПК) с подключенным Wi-Fi адаптером.

Любой беспроводной Wi-Fi адаптер должен соответствовать нескольким требованиям:

1. необходима совместимость со стандартами;

2. работа в диапазоне частот 2,4 ГГц - 2,435 ГГц (или 5 ГГц);

3. поддерживать протоколы WEP и желательно WPA;

4. поддерживать два типа соединения "точка-точка", и "компьютер сервер";

5. поддерживать функцию роуминга.

Существует три основных разновидности Wi-Fi адаптеров, различаемых по типу подключения:

Подключаемые к USB порту компьютера. Такие адаптеры компактны, их легко настраивать, а USB интерфейс обеспечивает функцию "горячего подключения";

Подключаемые через PCMCIA слот (CardBus) компьютера. Такие устройства располагаются внутри компьютера (ноутбука) и поддерживают любые стандарты, позволяющие передавать информацию со скоростью до 108 Мбит/с;

Устройства, интегрированные непосредственно в материнскую плату компьютера. Самый перспективный вариант. Такие адаптеры устанавливаются на ноутбуки серии Intel Centrino. И, в настоящее время используются на подавляющем большинстве мобильных компьютеров.



Совместимость со старыми стандартами 802.11

Рабочая группа IEEE гарантирует обратную совместимость новых устройств 802.11n с

оборудованием 802.11a/b/g при условии использования одного и того же частотного диапазона

и канала. Другими словами, как мы уже говорили, поддержка 20-мегагерцовых каналов

пригодится для обратной совместимости.

Совместимость с существующим оборудованием 802.11a/b/g будет обеспечиваться средствами

MAC-уровня. То есть все существующие устройства стандартов 802.11a/b/g смогут

подключаться к точкам доступа 802.11n. На уровне MAC также будет обеспечена

совместимость схем модуляции для соответствующих частотных диапазонов. Естественно,

придётся решить проблемы, возникающие при взаимодействии оборудования различны



Стоимость внедрения данной технологии

Какой бы передовой ни была данная технология, не стоит забывать и о финансовой стороне вопроса. Можно привести множество примеров создания прекраснейших устройств, которые из-за своей дороговизны так и не входили в массовое использование. Вспомним хотя бы память RIMM.

Минимальный набор оборудования для установки системы Wi-Fi - это точка доступа (access point) и Wi-Fi-адаптеры для всех компьютеров с беспроводным подключением, стоящие примерно $30. А у современных ноутбуков устройство, необходимое для работы в Wi-Fi, входит в стандартную комплектацию.

Создание точки доступа для одного или нескольких смежных помещений - довольно простая и недорогая задача. Нужный комплект оборудования обходится в $100-1500. Если к этому прибавить стоимость организации внешнего канала доступа в Интернет, к которому будет подключено беспроводное оборудование, то затраты на создание сети составляют от $500 до $2000 .

Немаловажно и то, что обслуживание Wi-Fi-сети примерно на 75% дешевле обслуживания сети обычной. Ежемесячные затраты состоят из оплаты используемого интернет-канала и заработной платы сотрудников, задействованных в техническом сопровождении проекта. Впрочем, больших трудозатрат обслуживание Wi-Fi сети не требует, поэтому часто с ним может справиться технический персонал, уже имеющийся в компании. Однако, к сожалению, все сказанное верно для больших помещений, пространство которых не разделено перегородками и высокой мебелью. В случае если офис имеет более сложную планировку, его нужно оборудовать несколькими точками доступа, объединенными между собой кабелями. Кроме этого, стоит позаботиться и о системе безопасности внутрикорпоративной информации, исключающей вторжение в сеть нежелательных пользователей.

Многие Wi-Fi операторы активно разворачивают свои хот-споты и предоставляют услуги, так же, как и обычные интернет-провайдеры, за месячную или разовую плату. Техасский провайдер беспроводного интернета Wayport, владеющий точками доступа в 500 отелях и большинстве крупных аэропортов, берет за одно подключение из аэропорта $7 и $10 из гостиницы, также возможна и ежемесячная абонентская плата. Нелимитированное пользование беспроводной сетью в кофейнях Starbucks стоит 50 долларов в месяц или 3 доллара за одноразовый доступ плюс помегабайтная оплата за трафик. Оператор NYCWireless реализовал Wi-Fi зоны во многих городских парках Нью-Йорка. McDonald's планирует предоставить своим посетителям беспроводной Wi-Fi доступ примерно в трёхстах своих заведениях. Каждый посетитель, заказавший обед, получит час работы в интернете бесплатно, а если поработать нужно больше, то каждый дополнительный час будет стоить клиенту $3.

И все же, несмотря на дешевизну оборудования, в большинстве случаев выгода от Wi-Fi определяется такими сложнооцениваемыми факторами, как экономия времени менеджеров, получающих более быстрый доступ к информации, и благоприятное впечатление, произведенное на клиента. Последнее имеет решающее значение по большей части для IT-компаний, желающих продемонстрировать потенциальным клиентам свои передовые позиции. А вот по поводу сэкономленного времени западные маркетологи приводят такие цифры: если благодаря просмотру почты во время совещаний менеджеру удается сэкономить полчаса в день, то при стоимости рабочего времени $50/час годовая экономия составит более $5000 на человека. Если мобильных сотрудников хотя бы пятеро, а монтаж сети обошелся в $10 тыс., то срок ее окупаемости составит пять месяцев. Попытки переложить эти расчеты на российские реалии показывают, что и у нас небольшой беспроводной сегмент сети, работающий на топ-менеджеров, окупится за три-пять месяцев.

Для того чтобы беспроводная инфраструктура начала всерьез экономить время и средства, нужно, чтобы в фирме использовалась некая критическая масса мобильных компьютеров. Грубо говоря, переводить на беспроводные рельсы стоит отделы, где более трети сотрудников используют мобильные компьютеры, а рабочее время стоит дорого. Наиболее заметен эффект экономии с помощью Wi-Fi в компаниях, занимающихся логистикой и страхованием.



Типы антенн для Wi-Fi - устройств

В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor). Отличаются эти антенны прежде всего своими габаритами и коэффициентом усиления. Естественно, антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают форму крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу.

Антенны для внутреннего использования меньше по размерам и обладают более низким коэффициентом усиления. Такие антенны либо устанавливаются на столе, либо крепятся к стене или непосредственно к точке доступа.

К самой точке доступа антенны могут подсоединяться либо напрямую, либо с помощью кабеля. При этом для подсоединения антенны или кабеля к точке доступа предназначен специальный миниатюрный SMA-разъем. На точках доступа применяется разъем типа Male, а на самой антенне или антенном кабеле -- разъем типа Female

Штыревая антенна

Все точки доступа стандарта 802.11b/g комплектуются штатными миниатюрными штыревыми антеннами, которые могут быть как съемными, так и стационарными. Штыревая антенна представляет собой самый простой вариант антенны. Ее часто называют также несимметричным вибратором.

Если штыревую антенну расположить вертикально, то в горизонтальной плоскости она будет излучать энергию во все стороны равномерно, поэтому в горизонтальной плоскости такая антенна является всенаправленной и, естественно, говорить о преимущественном излучении в определенном направлении не приходится. В то же время в вертикальной плоскости такая антенна излучает неравномерно. В частности, излучение вдоль оси антенны вообще отсутствует. Именно поэтому даже в случае простейшей штыревой антенны можно выделить направления, соответствующие максимальному усилению. Для штыревых антенн максимальное усиление достигается в плоскости, перпендикулярной антенне и проходящей через ее середину.

Отметим, что в силу изотропного характера излучения штыревой антенны, в горизонтальной плоскости точку доступа с такой антенной оптимально устанавливать в центре офиса или квартиры, чтобы максимально охватить беспроводной сетью все пространство квартиры или офиса.

Штыревая антенна c перпендикулярным рефлектором

Конструкцию штыревой антенны можно несколько улучшить, использовав перпендикулярный к антенне рефлектор -- металлическую поверхность (экран), выполняющую функцию идеальной заземляющей поверхности. Подобные антенны не производятся промышленностью (во всяком случае, в продаже их нет), однако такую антенну несложно изготовить самостоятельно.

Как и в случае обычной штыревой антенны, штыревую антенну с перпендикулярным рефлектором наиболее целесообразно устанавливать в центре помещения (квартиры или офиса).

Штыревая антенна с параллельным рефлектором

Еще один способ модифицирования штыревой антенны заключается в том, чтобы использовать не перпендикулярный, а параллельный антенне рефлектор. В этом случае существенно меняется ее диаграмма направленности и в горизонтальной плоскости такая антенна перестает быть изотропной.

Такую антенну целесообразно располагать возле стены.

Итак, все направленные антенны устроены примерно одинаково и очень просто. Если антенна относится к панельному типу, то ее конструкция включает экран и излучатель, выполненный в форме прямоугольника и установленный на некотором расстоянии от экрана. Различия между антеннами заключаются лишь в размерах излучателя и экрана, а также в расстоянии между ними. В антеннах, предназначенных для использования внутри помещений, имеется один излучатель, а антенны, предназначенные для применения вне помещений, могут содержать несколько излучателей



Преимущества Wi-Fi

· Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

· Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

· Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

· Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.

· В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.

· Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона



Недостатки Wi-Fi

· В диапазоне 2,4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

· Производителями оборудования указывается скорость на L1 (OSI), в результате чего создаётся иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi весьма высоки служебные «накладные расходы». Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.

· Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Белоруссия и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.

· Как было упомянуто выше -- в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.

· Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенные протоколы шифрования данных WPA и WPA2. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало возможным применение более безопасной схемы связи, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифробуквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.

· В режиме точка-точка (Ad-hoc) стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA(2) недоступно, только легко взламываемый WEP.



Внедрение технологии Wi-Fi в России

В России технология Wi-Fi только начинает отвоевывать себе пространство. В основном ее используют крупные компании, такие, как РАО «ЕЭС России», аэропорты «Шереметьево-2», «Домодедово», сеть отелей Marriott, отель Ararat Park Hyatt, сеть магазинов «Рамстор», ТК «Мега». Всемирно известная служба доставки UPS в прошлом году инвестировала около $120 млн. в оснащение всех своих офисов, в том числе и московского, специализированными беспроводными терминалами для грузчиков, упаковщиков и курьеров.

Как только их терминалы сканируют штрих-код на упаковке, информация молниеносно поступает во всемирную информационную сеть UPS. За счет этого достигается рост производительности труда на 35%.

Для московских ресторанов American Bar&Grill, Santa Fe, T.G.I. Fridays, интернет-салона TimeOnline точки доступа Wi-Fi - дополнительный источник дохода. С их помощью они предоставляют возможность пользоваться Интернетом своим клиентам - владельцам ноутбуков. Посетитель, желающий подключиться к всемирной паутине по высокоскоростному каналу связи, платит их владельцам $10 за час доступа (средняя цена услуги по Москве), в то время как расходы на предоставление этого часа не превысят $1. Мелкий и средний бизнес пока только начинает осваивать эту технологию. По мнению экспертов, массовое шествие Wi-Fi по офисам начнется лишь после того, как эта технология завоюет сектор специализированной техники, например промышленных кондиционеров и ресторанных фритюрниц. Ну а пока даже в странах, где внедрение Wi-Fi идет более гладко, чем в России, количество корпоративных точек доступа отстает от показателей частного сектора: для установки дома приобретается 34% оборудования, в то время как для офиса - 27%. Остаток приходится на публичные точки доступа, установленные в интернет-кафе, аэропортах, гостиницах.

Впрочем, достижение «критической массы» мобильных устройств уже не за горами. По прогнозам корпорации Intel, к концу 2005 года в Европе более 80% парка мобильных компьютеров будет состоять из беспроводных. А значит, еще через два-три года Wi-Fi-волна дойдет и до российского рынка.

1 марта 2005г. компания ArtCommunications в рамках проекта «Яндекс. WIFI» объявила о запуске публичной зоны беспроводного доступа (хот - спот) в Интернет в третьем московском ресторане «Старина Мюллер», расположенной по адресу: Бакунинская ул. д 7.

Первые два ресторана были подключены еще в 2004 г. Время показало, что предлагаемая услуга беспроводного доступа пользуется спросом - суммарный трафик, используемый посетителями ресторанов, растет из месяца в месяц. Услуга интересна как для деловых людей, проводящих встречи и переговоры, так и для молодежи, любящей отдохнуть с комфортом.

Помещение ресторана оборудовано системой WI-FI. WI-FI действует в радиусе до ста метров, гарантируя устойчивую одновременную работу большого числа пользователей. При реализации проекта использовалось канальное оборудование InfiNet Wireless, а организация точек доступа осуществлялась на оборудовании Linksys. Для получения доступа в сеть достаточно просто включить ноутбук или КПК. Услуга для посетителей ресторана предоставляется бесплатно.

Крупнейшие отечественные сотовые операторы МТС и Вымпелком также проявляют активный интерес к этой технологии. Известно, что ВымпелКом намеревается вложить в построение беспроводных сетей на основе Wi-Fi более миллиона долларов. В планах у компании создание точек присутствия в ряде бизнес-центров.

Развитие технологии Wi-Fi за рубежом

Технология Wi-Fi имеет более чем 20-летнюю историю развития. Разработанная в 1991 году компанией NCR Corporation/AT&T (впоследствии -- Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн (Нидерланды) для применения в торговых кассовых аппаратах, технология Wi-Fi в настоящее время нашла широкое применение в системах доступа в Интернет, беспроводной передачи аудио- и видеоинформации, промышленной и коммунальной телеметрии, транспортных беспроводных сетях и т.п. Для применения этой технологии изначально выделялись нелицензируемые полосы радиочастот в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц.

Несмотря на широкомасштабное развертывание сетей IMT/UMTS и LTE, основной прирост трафика выхода пользователей в Интернет в 2011 году с использованием популярных сейчас планшетов, по данным исследовательской компании NPD Group, осуществлялся именно с использованием технологии Wi-Fi. Так, например, в апреле 2011 года 60 процентов обладателей планшетников использовали для выхода в Интернет только Wi-Fi подключение, при этом 5 процентов из них сообщили, что планируют в ближайшие 6 месяцев подключиться и к сотовому оператору, чтобы пользоваться еще и услугами широкополосного мобильного доступа. Через полгода, в конце 2011 года результаты опроса показали, что количество владельцев планшетников, использующих для выхода в сеть только Wi-Fi, выросло до 65 процентов, причем в большей степени за счет той доли опрошенных, которые ранее пользовались еще и услугами передачи данных через сотовые сети.

В настоящее время семейство стандартов Wi-Fi 802.11 разрабатывает Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Другая организация - технологический консорциум производителей беспроводного сетевого оборудования Wi-Fi Alliance (также известная как WECA), проводит сертификационные испытания для обеспечения совместимости устройств. Альянс уже выдал более 10 тысяч сертификатов для разных аппаратов (на них нанесен фирменный логотип Wi-Fi). Разработка все новых стандартов технологии Wi-Fi продолжается.

На прошедшей 10 - 13 января 2012 года в Лас-Вегасе выставке Consumer Electronics Show (CES-2012) компания Broadcom продемонстрировала возможности технологии стандарта IEEE 802.11ac, а также предложила производителям оборудования серию микросхем, реализующих этот стандарт. О подготовке микросхем, соответствующих стандарту IEEE 802.11ac, заявляла и компания Qualcomm Atheros. Несмотря на то, что официально сертификация оборудования на соответствие 802.11ac будет осуществляться Wi-Fi Alliance в четвертом квартале 2012 года, некоторые образцы оборудования могут появиться в продаже уже в середине 2012 года. Ожидается, что стандарт обеспечит скорость передачи данных до 1,1 Гбит/с (теоретически до 1,3 Гбит/с). Стандарт предусматривает передачу данных для мобильных устройств по одному радиоканалу со скоростью до 350 Мбит/с. Максимальная заявленная скорость реализуется для стационарных и подвижных устройств путем синхронной передачи данных по трем радиоканалам. Такие скорости достигаются вследствие использования широкой полосы радиочастот 80 МГц или 160 МГц в диапазоне 5 ГГц, более свободном от помех по сравнению с 2,4 ГГц и увеличению созвездия модуляции QAM до 256 . Ключевой особенностью нового IEEE 802.11ac станет и поддержка многопользовательской технологии MU-MIMO (multiple user MIMO), предусматривающей возможность передачи информации в несколько параллельных потоков нескольким пользователям в пределах одного частотного канала. Разработчики стандарта намерены достичь спектральной эффективности 7,5 бит/с/Гц.

На выставке CES-2012 Али Садри, президент альянса WiGig Alliance, подтвердил информацию об активной работе над новым стандартом Wireless Gigabit (или WiGig), который будет соответствовать спецификации IEEE 802.11ad. Этот стандарт, используя диапазон частот 60 ГГц, должен обеспечить скорость передачи данных 2 Гбит/с (теоретически, до 7 Гбит/с) и предназначен заменить проводные интерфейсы обмена данными вычислительных и бытовых устройств на малых расстояниях, такие как USB и HDMI. Дальность действия используемого оборудования не превысит нескольких метров, т.е. устройства будут работать в пределах одного помещения. Объявленная разработчиком стандарта цель - обеспечить беспроводную передачу HD- видео в потоковом режиме.

Продолжаются работы по внедрению технологии Wi-Fi и в других диапазонах. Внедрению Wi-Fi в диапазонах «белых пятен» была посвящена значительная часть выставки - форума SuperWiFi Summit, проходившей 1 - 3 февраля 2012 года в Майами (шт. Флорида, США) под девизом «Белые пятна открыты для бизнеса». В ходе выставки обсуждались варианты использования радиочастот, высвободившихся при переходе на цифровое телерадиовещание. Разрабатывается стандарт IEEE 802.11af (White-Fi). предназначенный для работы в этих диапазонах. Системные требования спецификации 802.11af только формируются, но известно, что стандарт будет использовать принципы «когнитивного радио». Необходимо отметить, что для применения в этом диапазоне разрабатывается и стандарт IEEE 802.22. Сравнительную проверку этих стандартов можно ожидать в недалеком будущем.

Одновременно с завершением разработки стандартов IEEE 802.11af и 802.22 в рабочих группах IEEE, наблюдается появление все новых внесистемных стандартов Wi-Fi. Так, например, в городском парке Вилмингтона (шт. Северная Каролина, США) развернута первая коммерческая сеть Super Wi-Fi. Скорость передачи данных в сети Super Wi-Fi составляет до 22 Мбит/с на канал. Радиус действия такой сети может превышать 100 км. Сеть пока работает в режиме свободного доступа. В ней подключены видеокамеры для контроля службы безопасности за порядком в зоне отдыха. К некоторым камерам возможен свободный доступ через Интернет для наблюдения за парком. В последующем такие же сети муниципалитет города планирует использовать для управления городским освещением, контроля датчиков протечки воды и появления пожаров.

В 2010 году консорциум Wi-Fi Alliance объявил о разработке спецификации Wi-Fi Direct и начале сертификации оборудования на соответствие этой спецификации. Фактически речь идет о программе (протоколе), позволяющей реализовать прямую одноуровневую сеть между Wi-Fi - устройствами, без организации точек доступа (аналогично технологии «Bluetooth»). Для повышения безопасности в сети применяется протокол шифрования WPA2 и специальный алгоритм работы с ключами WPS (Wi-Fi Protection Setup). На сайте альянса Wi-Fi Alliance опубликован список устройств, позволяющих после обновления программного обеспечения работать в таком режиме.

По мнению специалистов альянса Wireless Broadband Alliance (WBA)., количество общественных точек доступа Wi-Fi будет расти довольно высокими темпами и к 2015 году увеличится в 3,5 раза, составив 5,8 млн. по всему миру. В настоящее время число таких точек составляет 1,3 миллиона. Однако есть несколько барьеров на пути внедрения общественных Wi-Fi точек доступа: обременительные процедуры аутентификации, неудобная и разнотипная система оплаты доступа, а также проблемы ограниченной безопасности передачи данных через Wi-Fi.

Решение этих проблем будет найдено в результате разработки точек доступа Wi-Fi нового поколения (Next Generation Hotspot или Hotspot 2.0, NGH). В основе создания NGH лежит разрабатываемый стандарт IEEE 802.11u. Кроме того, предусматривается применение более устойчивых алгоритмов авторизации, аутентификации и защиты пользователя с использованием SIM-карт 802.1X/EAP-SIM, -AKA, -TLS и -TTLS, а также обеспечение бесшовного хэндовера оборудования пользователя между точками доступа NGH, в том числе и в движении.

Таким образом, с развитием технологий мобильного широкополосного доступа, типа WiMAX и LTE, технология Wi-Fi остается актуальной и продолжает свое развитие.

Потенциал для дальнейшего развития технологии Wi-Fi составляют 20-летняя история ее развития и применения и широкомасштабное производство микросхем, реализующих эту технологию.

Высвобождение частот «цифрового дивиденда» может придать новый импульс развитию технологии Wi-Fi, сделав возможным развертывание крупных сетей.



СРАВНЕНИЕ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ WIFI И WIMAX

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. WiFi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология Wi MAX, 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 WiFi. 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.

Но Wi Max по-прежнему находится в зачаточном состоянии, и потребуются значительные вложения в данную инфраструктуру для получения коммерческой выгоды. Wi-Fi является уже самодостаточной системой и быстрое развертывание сетей WiFi не проблема сейчас.

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.

Стоимость устройств

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 WIFI 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 WiFi устройств ему еще далеко. Стоимость базовых станций WiMAX также выше из-за дополнительных дорогостоящих компонентов.

Области применения

Как и во многих других областях, в беспроводной передачи данных нет универсальной технологии. Под каждые конкретные задачи больше подходит WiMAX или WIFI. 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 WiFi, так как это направление уже достаточно неплохо развито.

Охват и масштабы

Wi-Fi (IEEE 802.11)	WiMAX (IEEE 802.16)
беспроводные решения внутри зданий	беспроводные решения вне зданий
Точка - точка (PtP -Point to point)	Точка - много точек (PtMp - Point to multipoint)
сети небольшого масштаба (примерно 100м)	огромные беспроводные сети (7-10 км)
проблема «скрытого» узла (CSMA\CA)	Отсутствие проблемы «скрытого» узла (DAMA-TDMA)
Простые модуляции (64 бит) в стандартах a,g	Комплексная техника модуляции (256 бит)
Построение беспроводных мостов на дальние расстояния с применением множества ретрансляторов	Дальние беспроводные мосты без применения множества ретрансляторов

Масштабируемость и пропускная способность

Wi-Fi (IEEE 802.11)	WiMAX (IEEE 802.16)
Фиксированная ширина полосы пропускания канала (20МГц)	Гибкая ширина полосы пропускания (1.5 - 20 МГц)
Несколько непересекающихся каналов (3-5)	Множество непересекающихся каналов
Максимальная скорость передачи данных - 54Мбит\с (зависит от ширины полосы)	Максимальная скорость передачи данных - 70Мбит\с при ширине полосы 20 МГц

IEEE 802.11 (Wireless LAN) представляет собой семейство стандартов "Wireless Ethernet". WiMAX (802.16) призван стать технологией широкополосного доступа вне помещений, в то время как стандарт WiFi (802.11) предназначен для Беспроводных решений, в основном внутри помещений.



СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ UMTS И LTE С КОНКУРИРУЮЩИМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ И ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА.

Для проведения корректного сравнительного анализа спектральной эффективности необходимо учесть, что набор параметров по умолчанию (диапазон, ширина полосы частот, разнос сот и т.д.) сравниваемых систем должен быть более и менее идентичен.

Такой подход обуславливается тем, что при изменении (увеличении) ширины полосы частот изменяется и предельные теоретические показатели Шенона по скорости передачи информации по линиям связи³. Например, при ширине полосы частот в 10 МГц теоретический предел передачи информации выше, чем в канале 5 МГц.

В настоящее время наиболее интересным представляется сравнительный анализ спектральной эффективности эволюции ниже приведенных технологий.

· UMTS-LTE (3GPP/ETSI);

· CDMA-EV-DO (3GPP2);

· 802.16a-802.16.m (IEEE)

Технология Wi-Fi (802.11 х) рассматривается телекоммуникационным сообществом больше как дополнительная сеть доступа для сетей фиксированной и мобильной связи. Однако данные по данной технологии будут также приняты во внимание и приведены ниже.

Стандарты семейства CDMA-EV-DO (3GPP2). CDMA-EV-DO Релиз 0 позволяет получать информацию по прямому каналу со скоростью 2,4 Мбит/с, а по обратному 153 Кбит/с. При этом спектральная эффективность линии связи составит 1,9 и 0,12 бит/с/Гц для прямого и обратного каналов соответственно.

CDMA-EV-DO Версия А (Revision A) позволит операторам предоставлять усовершенствованные мультимедиа услуги (включающие передачу голоса, данных и вещание) посредством IP сетей. Ширина полосы частот в Revision A составляет 1.25 МГц как и в сетях, работающих на основе стандарта CDMA2000. скорость передачи информации по прямому и обратному канал составляет соответственно 3,1 и 1,8 Мбит/с. При этом спектральная эффективность линии связи составит 2,48 и 1,44 бит/с/Гц для прямого и обратного каналов соответственно.

CDMA-EV-DO Версия Б (Revision В) является эволюционным продолжением предыдущей версии. Новшество Revision В состоит в способности системы агрегировать сразу несколько каналов используемых в Revision A. Так в 20 МГц полосе можно использовать до 15 каналов по 1,25 МГц каждый. Это позволяет увеличить пропускную способность прямого и обратного каналов сети CDMA-EV-DO до 46,5 и 27 Мбит/с соответственно. При использовании модуляции 64 QAM пропускная способность прямых каналов в 1,25, 5 и 20 МГц составит соответственно 4,9, 14,7 и 73,5 Мбит/с.

CDMA-EV-DO Версия С (Revision C) находиться в стадии перспективной разработки. Задачи, поставленные перед разработчиками Версии С, состоят в увеличении пропускной способности каналов с 73,5 Мбит/с до 200 Мбит/с.

В таблице 4 приведены сводные данные по спектральной эффективности системы CDMA-EV-DO.

Таблица 4

Стандарт	Ширина полосы частот, МГц	Спектральная эффективность (бит/с/Гц)
		DL	UL
CDMA-EV-DO Релиз 0	1,25	1,9	0,12
CDMA-EV-DO Rev A	1,25	2,48	1,44
CDMA-EV-DO Rev B	1,25	3,92	-
	5	2,94	-
	20	2,3-3,67	1,35

Стандарты семейства IEEE 802.11 (Wi-Fi), 802.16 (WiMAX) и 802.20 (mobile WiMAX)

Стандарт IEEE 802.11, разработка которого была завершена в 1999 г., является базовым стандартом и определяет протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей (WLAN).В основу стандарта 802.11 положена сотовая архитектура построения. Для обеспечения перехода мобильных рабочих станций из зоны действия одной точки доступа к другой в многосотовых сетях предусмотрены специальные процедуры сканирования (активного и пассивного прослушивания эфира) и присоединения, однако строгих требований по реализации роуминга стандарт 802.11 не предусматривает.

Стандарт 802.11a является наиболее "широкополосным" из семейства стандартов 802.11, предусматривая скорость передачи данных до 54 Мбит/с (редакцией стандарта, утвержденной в 1999 г., определены три обязательных скорости - 6, 12 и 24 Мбит/с и пять необязательных - 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с).В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802.11а предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное разделение (OFDM). Наиболее существенное различие между этим методом и радиотехнологиями DSSS и FHSS заключается в том, что OFDM предполагает параллельную передачу полезного сигнала одновременно по нескольким частотам диапазона, в то время как технологии расширения спектра передают сигналы последовательно. В результате повышается пропускная способность канала и качество сигнала.

Стандарт 802.11 b обладает высокой скорости передачи данных (до 11 Мбит/с), практически эквивалентной пропускной способности обычных проводных линий связи Ethernet, а также ориентации на "освоенный" диапазон 2,4 ГГц, этот стандарт завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования для беспроводных сетей.

Спецификации 802.11g представляют собой развитие стандарта 802.11b и позволяют повысить скорость передачи данных в беспроводных ЛС до 22 Мбит/с (а возможно, и выше) благодаря использованию более эффективной модуляции сигнала (OFMD). 802.11g предусматривает скорость передачи данных до 54 Мбит/с.

Стандарт IEEE 802.16a учитывает тонкости распределения спектра в диапазоне 10-66 ГГц. Он определяет три режима "физического уровня" соединений. Предусмотрен режим с одной несущей для специальных нужд, но при этом добавлено OFDM.

Цель разработки стандарта IEEE 802.20 схожа с целью разработки стандарта IEEE 802.16e, призванного решить проблему мобильности в сетях, называемых WiMAX. В таблице 5 приведены сводные данные спектральной эффективности сетей стандартов IEEE 802.11 и IEEE 802.16.

Таблица 5

Стандарт	Ширина полосы частот, МГц	Спектральная эффективность (бит/с/Гц)
		DL	UL
802.11a	20	2,7	-
802.11b	20	0,55	-
802.11g	20	2,7	-
802.16	20	до 3,75	-
802.16e	5	до 3,1	до 2,28
	10	до 3,1	до 2,3

На рис 1-3 приведено сравнение спектральной эффективности трех различных систем мобильной связи и систем беспроводного широкополосного доступа с шириной полосы используемых каналов связи 5, 10 и 20 МГц Рис.

1 Сравнительный анализ систем с шириной полосы канала 5МГц.

Рис. 2 Сравнительный анализ систем с шириной полосы канала 10 МГц.

Рис. 3 Сравнительный анализ систем с шириной полосы канала 20 МГц.

Стоит отметить, что технология MIMO потенциально может увеличить общую информационную нагрузку во столько раз, сколько использовано антенн настроенных на прием и/или передачу.

При определении пути технического усовершенствования сети необходимо отметить, что физический уровень в HSDPA, HSUPA, 1xEV-DO, 2xEVDO, IEEE 802.16e-2005, 802.16e уже достаточно оптимизирован. Показатели физического уровня уже близки к предельным теоретическим показателям Шеннона по скорости передачи информации по линиям связи (теоретический возможный показатель передачи информации по линии связи (ширине полосы частот). Все технологии представляют более или менее сопоставимые параметры работы физических уровней систем. Проведенный выше анализ показывает, что сравнение беспроводных систем связи лучше осуществлять на базе параметров работы систем, т.е. определение пути технического усовершенствования сети должно быть сконцентрировано на улучшении доступности, качества услуг, ценообразования, роуминга и непосредственно терминального оборудования.

Методы разделения доступа к радиоканалу

CDMA

Code Division Multiple Access (CDMA) -- это другой метод доступа к каналу, который используется в мобильной телефонии третьего поколения (3G). CDMA является расширением нескольких технологий доступа, использующим уникальную схему кодирования, позволяющую нескольким пользователям одновременно общаться по одному физическому каналу. Таким образом, каждой группе пользователей предоставляется уникальный общий код, причем не может быть, чтобы в одном и том же канале работали несколько пользователей с разными кодами, и общаться и понимать друг друга может единственная группа пользователей, имеющих один и тот же код. Основная особенность этой технологии в том, что она позволила увеличить количество сигналов для заданной частотной полосы. Первоначальный стандарт CDMA, известный также как IS-95 или cdmaOne, до сих пор используется в сетях мобильной телефонии 2G.CDMA обеспечивает более высокую по сравнению с другими методами доступа скорость передачи данных. Чтобы продемонстрировать различия в работе трех методов разделения доступа к каналу, допустим, что в одной комнате находится две группы абонентов. Используя FDMA, члены каждой группы располагают различными частотными полосами голосовой связи, т.е. осуществляется разделение по частоте. В системе TDMA каждой группе отводится для разговора свой временной интервал, т.е. осуществляется разделение по времени. И, наконец, CDMA предоставляет обеим группам возможность общаться на разных языках, на одинаковых частотах в одно и то же время, т.е. реализуется разделение по коду.



CSMA

Carrier Sense Multiple Access (CSMA) -- вероятностный сетевой протокол канального(МАС) уровня. Узел, желающий передать пакет данных, выполняет процедуру оценки чистоты канала, то есть в течение заранее заданного времени определяет уровень шума в передающей среде. Если передающая среда оценивается как чистая, узел может передать пакет данных. В противном случае, если выполняется другая передача, узел «отстраняется», то есть, прежде чем опять предпринять процедуру отправки пакета, узел ждёт определённое время. На практике более распространена модификация этой технологии -- CSMA/CD, предусматривающая контроль коллизий. Существует также технология CSMA/CA, в которой предпринимаются меры по исключению коллизий. На рис. 3 представлен один кадр для метода доступа устройств в сеть CSMA



TDMA

TDMA Time Division Multiple Access -- множественный доступ с разделением по времени -- способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, причем для передачи разным абонентам отведены разные временные интервалы (слоты). Это приложение метода временного мультиплесирования (TDM --Time Division Multiplexing) к радиосвязи. Таким образом, TDMA предоставляет каждому пользователю полный доступ к частотному интервалу в течение короткого промежутка времени (в GSM один частотный интервал делится на 8 временных слотов). В настоящее время TDMA является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136),PDC.

FDMA Frequency Division Multiple Access -- множественный доступ с разделением каналов по частоте -- способ использования радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, а разные абоненты в пределах соты используют разные частоты. Является приложением частотного мультиплексирования (FDM) в радиосвязи. Пока начальный запрос не закончен, канал для других сеансов связи закрыт. При полном дуплексном режиме (Full-Duplex) по методу FDMA требуется два канала -- один для передачи, а другой для приема. FDMA использовался в аналоговой связи первого поколения (1G): этот принцип реализован в стандартах AMPS, N-AMPS, NMT, ETACS (американский стандарт). На рис. 5 проводится сравнение методов разделения канала TDMA и FDMA. Можно заметить зависимость появления сигналов в канале от времени и частоты для каждого из методов разделения. В случае TDMA основной служит ось времени, в случае FDMA -- ось частоты.



OFDM

OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) -- ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием) является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (быстрое преобразование Фурье). Все приведенные методы разделения доступа к каналу применяются в беспроводных сетях с множественным доступом. При этом сети могут иметь разную топологию



Нормативно-правовые вопросы

Юридический статус Wi-Fi различен в разных странах. В США диапазон 2,5 ГГц разрешается использовать без лицензии, при условии, что мощность не превышает определённую величину, и такое использование не создаёт помех тем, кто имеет лицензию.

Россия

Разрешение на использование частот

В России, в соответствии с решениями Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) от 7 мая 2007 г. № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» и от 20 декабря 2011 г. № 11-13-07-1, использование Wi-Fi без получения частного разрешения на использование частот возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий в полосах 2400--2483,5 МГц (стандарты 802.11b и 802.11g; каналы 1--13) и 5150-5350 МГц (802.11a и 802.11n; каналы 34-64). Для легального использования вне офисной беспроводной сети Wi-Fi (например, радиоканала между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот (как в полосе 2,4 ГГц, так и 5 ГГц) на основании заключения экспертизы о возможности использования заявленных РЭС и их электромагнитной совместимости (ЭМС) с действующими и планируемыми для использования РЭС.

Регистрация оборудования

Радиоэлектронные средства подлежат регистрации в Роскомнадзоре в соответствии с установленным порядком. В соответствии c Постановлением Правительства Российской Федерации от 13 октября 2011 г. № 837 «О внесении изменений в Постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539» не подлежат регистрации, в частности, (из п. 13, 23, 24 приложения):

· Пользовательское (оконечное) оборудование передающее, включающее в себя приемное устройство, малого радиуса действия стандартов IEEE 802.11, IEEE 802.11.b, IEEE 802.11.g, IEEE 802.11.n (Wi-Fi), работающее в полосе радиочастот 2400--2483,5 МГц, с допустимой мощностью излучения передатчика не более 100 мВт, в том числе встроенное либо входящее в состав других устройств;