Передача данных и режимы работы беспроводного оборудования

Свойства беспроводных сетей

Беспроводные сети Wi-Fi (Wireless Fidelity) служат добавлением или заменой

Область применения

Внутриофисные сети
Домашние сети
Выставочные комплексы и конференц-залы
Доступ к интернет в гостиницах,

Оборудование

Для построения беспроводной сети используются:
Адаптеры
Точки доступа.

Адаптеры

Адаптер выполняет функцию сетевой карты, и служит для подключения компьютера пользователя

Точка доступа

Точка доступа -автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством.

Базовые понятия

Зона обслуживания (service set): логически сгруппированные устройства для подключения к

Термины аналоговый и цифровой приблизительно соответствуют терминам непрерывный и дискретный. В

Сигналы для передачи данных

Аналоговый сигнал
Интенсивность аналогового сигнала изменяется постепенно.
Цифровой сигнал
Интенсивность в

Пример аналогового сигнала

Пример цифрового сигнала

Периодический сигнал

Математическое определение: сигнал s(t) является периодическим тогда и только тогда,

Пример периодического аналогового сигнала - синусоида

Пример периодического цифрового сигнала - меандр

Синусоида – фундаментальный сигнал, его параметры:

Максимальная амплитуда А
Частота
Фаза

Влияние изменения

Основные параметры синусоидального сигнала

Основные параметры синусоидального сигнала

Основные параметры синусоидального сигнала

Основные параметры синусоидального сигнала

Длина волны

Расстояние между двумя точками равных фаз двух последовательных циклов

В вакууме

Анализ Фурье

Можно показать, что любой сигнал складывается из синусоидальных составляющих с

Реальный электромагнитный сигнал

Составлен из многих частот.
Пример

Первая составляющая

Вторая составляющая

Результирующий сигнал

Составляющие прямоугольного сигнала

Этот сигнал содержит бесконечное число частотных составляющих и следовательно,

Спектр

Спектром сигнала называется область частот, составляющих данный сигнал.
Для сигнала
спектр простирается от

Аналоговые и цифровые данные

Аналоговые данные принимают непрерывные значения из некоторого диапазона.

Аналоговые и цифровые сигналы

Аналоговый сигнал представляет собой непрерывно изменяющуюся электромагнитную волну
Цифровой

Цифровая передача

Передача цифровых данных
Используется аналоговый сигнал
Для передачи цифровых данных на большие

Модуляция

Данные передаются с помощью несущего сигнала
Модуляция – процесс кодирования исходных данных

Модуляция

Поступающий сигнал m(t) называется модулируемым или немодулированным сигналом
Результат модулирования несущего сигнала

Аналоговые данные, аналоговые сигналы

Исторически модуляция начала применяться для аналоговой информации
Необходимость в

Основные понятия

Длительность или длина бита – время, затрачиваемое передатчиком на излучение

Амплитудная модуляция

АМ (Amplitude Modulation)
Амплитуду высокочастотного несущего сигнала изменяют (модулируют) в соответствие

Пример амплитудной модуляции голосовым сигналом

Цифровые данные, аналоговые сигналы

Амплитудная модуляция
(Amplitude-Shift Keying – ASK)
Частотная модуляция
(Frequency-Shift

Модуляция цифровых данных аналоговым сигналом

Амплитудная модуляция

Два двоичных значения представляются сигналами несущей частоты с двумя различными

Частотная модуляция

Наиболее распространенной формой является бинарная частотная модуляция (Binary FSK)
Два двоичных

Многочастотная модуляция (Multiple FSK)

Используется более двух частот
Более эффективная, чем бинарная
Более подвержена

Пример 4-уровневой MFSK

T – длина бита
Ts – длина сигнальной посылки
Fс -

Бинарная фазовая модуляция

Для представления данных выполняется смещение несущего сигнала.
Для представления

Дифференциальная фазовая модуляция (DPSK)

Двоичный 0 представляется сигнальным пакетом, фаза которого совпадает

Дифференциальная фазовая модуляция

Квадратурная фазовая модуляция

QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying)
Используются сдвиги фаз кратные 90 градусов

QAM (Quadrature amplitude modulation)

Совмещает в себе амплитудную и фазовую модуляции
Использованы преимущества

Пропускная способность канала

Скорость передачи данных – это скорость в битах в

Уплотнение

Одна из основных проблем построения беспроводных систем — это решение задачи

Уплотнение с пространственным разделением

Основано на разделение сигналов в пространстве
Передатчик посылает сигнал,

Уплотнение с пространственным разделением

Получил широкое распространение
Адаптивная перестройка мощности передатчиков
Системы на

Уплотнение с частотным разделением

FDM (Frequency Division Multiplexing)
Каждое устройство работает на строго

Принцип частотного разделения каналов

Уплотнение с временным разделением

TDM (Time Division Multiplexing)
каждый передатчик транслирует сигнал на

Принцип временного разделения каналов

Уплотнение с кодовым разделением

все передатчики передают сигналы на одной и той

Механизм мультиплексирования посредством ортогональных несущих

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Весь частотный диапазон

Достоинства OFDM

Подавление негативных последствий многолучевого распространения, таких как межсимвольная интерференция и

Технология расширенного спектра

Изначально создавалась для разведывательных и военных целей
Идея состоит в

Технология расширенного спектра

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты
Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS
Метод

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты FHSS

Передача ведется с постоянной сменой несущей

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты FHSS

Последовательность перестройки частот:
F7-F3-F4-F1-F10-F6-F2-F8-F5-F9

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты FHSS

На каждой несущей частоте применяются стандартные

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты FHSS

Медленное расширение спектра – частота смены

Медленное расширение спектра

Быстрое расширение спектра

Быстрое расширение спектра

Достоинства
Высокая помехоустойчивость
Борьба с эффектом межсимвольной интерференции
Недостатки
Сложность реализации

Сети со скачкообразной перестройкой частоты FHSS

Скорость передачи 1 и 2 Мбит/с
79

Схема FHSS

Прямое последовательное расширение спектра DSSS

Используется весь частотный диапазон, выделенный для одной

Прямое последовательное расширение спектра DSSS

Расширяющая последовательность – код, которым заменяется двоичная

Расширяющая последовательность

Примером значения расширяющей последовательности служит последовательность Баркера
Последовательность Баркера: 10110111000
Двоичный нуль

Последовательность Баркера

Передача трех битов 110 заменяется на передачу следующих битов:
10110111000
10110111000
01001000111
Позволяет

Последовательность Баркера

Имеет небольшую разницу количества единиц и нулей
Обладает отличными автокорреляционными свойствами,

Сети с расширением спектра методом прямой последовательности DSSS

Скорость передачи данных 1

Сети с расширением спектра методом прямой последовательности DSSS

Технологии физического уровня

802.11 – Изначальный 1 и 2 Мбит/с, 2.4 ГГц
802.11a

Стандарт 802.11b

Скорости передачи данных 5.5 и 11 Мбит/с
Совместимость с 802.11g
Диапазон 2.4

Кодирование комплементарным кодом

Complementary Code Keying (CCK)
Относится к методам расширения спектра
Расширяющий код

Достоинства CCK

Чипы определяются на основе последовательностей Уолша-Адамара, которые хорошо изучены и

Пакетное бинарное сверточное кодирование

Packet Binary Convolutional Coding
Дополнительная (необязательная) опция стандарта 802.11b
Скорость

Пакетное бинарное сверточное кодирование

Основано на сверточном кодировании
Каждый бит заменяется двумя битами

Стандарт 802.11а

Максимальная скорость передачи данных 54 Мбит/с
Частотный диапазон 5 ГГц
12 неперекрывающихся

Стандарт 802.11а

Число поднесущих 52, из них 48 – информационных, 4 –

Параметры передатчика 802.11а

Стандарт 802.11g

Перенесение схемы OFDM, прекрасно зарекомендовавшей себя в 802.11а, из диапазона

Совместимость 802.11b/g

Использование защитного механизма RTS/CTS (Запрос на отправку/Готовность к отправке) снижает

Стандарт 802.11n

Устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:
наследуемом (Legacy),

Возможные скорости и тип модуляции

Механизмы повышения скорости передачи

Компания Atheros для стандартов 802.11а и g предложила

Стандарты физического уровня

Топология сети
Режим ad-hoc
Режим инфраструктуры
Расширенные режимы

Режим Ad-hoc (внеплановая сеть)

В режиме Ad hoc клиенты устанавливают связь непосредственно друг

Режим инфраструктуры

Точки доступа обеспечивают связь клиентских компьютеров. Точку доступа можно рассматривать

Режим инфраструктуры

Точки доступа обеспечивают связь клиентов, выполняя роль коммутаторов
Клиенты связываются друг

Сравнение инфраструктурного и Ad-hoc режима

Режим Ad-hoc:
для работы не требуется точка доступа
Скорость

Расширенные режимы

Беспроводные мосты (WDS, WDS with AP)
Повторители
Точка как клиент

Режим моста

Режим беспроводного моста, аналогично проводным мостам, служит для объединения подсетей

Режим моста точка-точка

С помощью беспроводных мостов можно объединять две проводных сети.
Это

Мост точка – много точек

Режим моста «точка – много точек» используется

Технологии WDS, WDS with AP

Технология WDS позволяет одновременно подключать несколько беспроводных

Технология WDS (with AP)

Распределенная беспроводная сеть
(Wireless distributed system – WDS)

Топология типа «шина»

Равноправие всех абонентов
Надежность при отказе любого абонента

Топология типа «кольцо»

Увеличение размеров всей сети за счет ретрансляции сигналов

Топология типа «звезда»

Центральный абонент, в случае отказа, вся сеть –

Режим повторителя

Беспроводный повторитель ретранслирует все поступившие пакеты. Ретрансляция осуществляется через тот

Режим клиента

В этом режиме точка доступа работает как обычный беспроводной адаптер.
Используется

Построение беспроводных сетей

Сеть малого офиса, домашняя сеть
Сети выставочных залов и конференций
Многосегментная

Сеть малого офиса, домашняя сеть

Планирование сети выставочных залов и конференций
Сеть может быть ориентирована на обеспечение

Сеть с максимальной зоной покрытия

Помещаем первую точку (канал 1) доступа в

Сеть с максимальной скоростью связи

Следует определить число пользователей, которые будут подключаться

Планирование сети выставочных залов и конференций

Нетстамблер – программа сканирования точек доступа
Сканер

Роуминг в беспроводных сетях

Роуминг (roaming) - это возможность радиоустройства перемещаться за

Роуминг

Основываясь на качестве связи, клиент примет решение, с какой точкой

Роуминг – увеличение зоны охвата

Точки доступа, зоны охвата которых пересекаются, должны

Организация роуминга

Сигнал-маяк - “Beacon” посылается точкой доступа каждые 100 миллисекунд
Клиенты используют

Объединение точек

Объединение точек

Объединение точек

Домашняя сеть – цифровой дом

Провайдинг и последняя миля

Организация Hot spot

Hot spot представляет собой точку беспроводного подключения к среде

Организация Hot spot

При развертывании беспроводного выхода в сеть Интернет (hot spot)

Организация Hot spot

Маршрутизатор обеспечивает:
Подключение:
Подключение беспроводных клиентов к гостевой зоне
Подключение к приватной

Аппаратные средства

Адаптеры
Точки доступа
Внешние точки
Трехстандартные точки
Беспроводные маршрутизаторы

Беспроводные адаптеры D-Link 802.11g

Адаптеры 802.11b/g/a

* - устаревшие модели

Точка доступа DWL-2100AP

Поддержка увеличения скорости передачи данных до 15 раз в

Беспроводная точка доступа DWL-3200AP

Поддержка увеличения скорости передачи данных до 15

Внешние точки доступа

Универсальная внешняя беспроводная точка доступа 802.11g DWL-2700

Характеристики
Режимы работы: беспроводная точка доступа,

DWL-2700 в качестве точки доступа

DWL-2700 в качестве внешнего моста

Трехстандартная беcпроводная точка доступа DWL-7100AP

Поддержка всех трех актуальных стандартов:
к точке

Маршрутизатор DIR-655
4 x 10/100/1000 Мбит/с Gigabit Ethernet порта LAN

Карманный маршрутизатор/точка доступа DWL-G730AP

Стандарт беспроводных сетей 802.11 b/g
3

РЕГИСТРАЦИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Для применения беспроводного оборудования требуется разрешение на использование

РЕГИСТРАЦИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Выдержка из Решения ГКРЧ № 04-03-04-003 от 6 декабря 2004 г.
3.

Внутриофисные системы D-Link, указанные в приложении № 2

РЕГИСТРАЦИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Порядок использования частоты 5 ГГц в России
В диапазоне 5 ГГц (802.11а)

Антенны для беспроводных устройств

Антенна ANT24-0600
Коэффициент усиления: 6 dBi Рабочий диапазон частот: 2.4-2.5

Антенна ANT24-0801
Коэффициент усиления: 8 dBi Рабочий диапазон частот: 2.4-2.5 ГГц Ширина ДН

Плюсы решения
Подает питание через обычный Ethernet кабель 5 категории
Состоит из Base