12
качественно отображать тяжелый веб-контент, поэтому новый стандарт пришелся
очень кстати. Его отличия от предшественников заключались в увеличившейся
скорости и теоретической поддержке частоты 5 ГГц (при этом 2,4 ГГц тоже никуда
не делись). Впервые в протокол была внедрена поддержка технологии MIMO. Она
заключается в поддержке приема и передачи данных одновременно по нескольким
каналам (в данном случае — по двум). Это позволяло в теории добиться скорости на
уровне 600 Мбит/с. На практике же она редко превышала 150 Мбит/с. Сказывалось
наличие помех на пути сигнала от маршрутизатора к принимающему устройству, да
и многие роутеры для экономии лишались поддержки MIMO. Равно как бюджетные
устройства всё же не получали возможность работы в частоте 5 ГГц. Их создатели
объясняли тем, что частота 2,4 ГГц в тот момент ещё не была сильно нагружена, в
связи с чем покупатели роутера толком ничего не теряли [10].
Стандарт Wi-Fi 802.11n до сих пор активно эксплуатируется. Хотя многие
пользователи уже отметили ряд его недостатков. Во-первых, из-за частоты 2,4 ГГц
им не поддерживается объединение более двух каналов, из-за чего теоретический
предел скорости никогда не достигается. Во-вторых, в гостиницах, торговых
центрах и прочих людных местах каналы начинают наслаиваться друг на друга, что
вызывает помехи — интернет-страницы и контент грузятся очень медленно. Все эти
проблемы решил релиз следующего стандарта.
Так же распространен стандарт WI-FI 802.11AC.
В данном стандарте используется частота 5 ГГц.
Главное достоинство нового стандарта заключается в десятикратном росте
скорости и расширенной поддержке технологии MIMO. Отныне объединяться могут
до восьми каналов! В результате теоретический поток данных составляет 6,93
Гбит/с. На практике скорости гораздо ниже, но даже их вполне хватает для того,
чтобы посмотреть на устройстве какой-нибудь 4K-фильм онлайн [17].
Некоторым людям возможности нового стандарта кажутся излишними.
Поэтому многие производители не внедряют его поддержку в бюджетные
смартфоны. Не всегда протокол поддерживается и даже достаточно дорогими
девайсами. Например, его поддержки лишён Samsung Galaxy A5 (2016), который
даже после снижения ценника невозможно отнести к бюджетному сегменту. Узнать
13
о том, какие стандарты Wi-Fi поддерживает ваш смартфон или планшет, достаточно
просто. Для этого посмотрите его полные технические характеристики в интернете,
либо запустите один из бенчмарков.
Кроме популярных технологий, разработаны и другие стандарты для более
специализированного применения. К числу таких модификаций, исполняющих
сервисные функции, относятся [23]:
- 802.11d - делает совместимым устройства беспроводной связи разных
производителей, адаптирует их к особенностям передачи данных на уровне всей
страны;
- 802.11e - определяет качество отправляемых медиафайлов;
- 802.11f - управляет многообразием точек доступа разных производителей,
позволяет одинаково работать в разных сетях;
Так же разработаны технологии для специального применения:
- 802.11h - предотвращает потерю качества сигнала при влиянии
метеорологического оборудования и военных радаров;
- 802.11i - улучшенная версия защиты личной информации пользователей;
- 802.11k - следит за нагрузкой определённой сети и перераспределяет
пользователей на другие точки доступа;
- 802.11m - содержит в себе все исправления стандартов 802.11;
- 802.11p - определяет характер Wi-Fi-устройств, находящихся в диапазоне 1
км и движущихся со скоростью до 200 км/ч;
- 802.11r - 5 автоматически находит беспроводную сеть в роуминге и5
подключает к ней мобильные устройства;
- 802.11s - организует полносвязное соединение, где каждый смартфон или
планшет может быть маршрутизатором или точкой подключения;
- 802.11t - эта сеть тестирует весь стандарт 802.11 целиком, выдаёт способы
проверки и их результаты, выдвигает требования для работы оборудования;
- 802.11u - эта модификация известна всем по разработкам Hotspot 2.0. Она
обеспечивает взаимодействие беспроводных и внешних сетей;
- 802.11v - в этой технологии создаются решения для совершенствования
модификаций 802.11;
14
- 802.11y - незаконченная технология, связывающая частоты 3,65–3,70 ГГц;
- 802.11w - стандарт находит способы усиления защиты доступа к передаче
информации.
Рассмотрим теперь преимущества и недостатки Wi-Fi-сетей.
Самым важным достоинством Wi-Fi это то, что для соединения не нужно
никаких проводов. К Wi-Fi роутеру может подключаться несколько устройств
одновременно. Именно такую сеть устанавливают в помещении, в котором
прокладка проводов невозможна или не целесообразна. Сеть Wi-Fi часто
применяется при проведении международных выставок или в конференционных
залах. Это лучшее решение, например, для зданий, которые являются
архитектурным памятником, а значит прокладывать провода в нем нельзя [25].
Широко применяется беспроводная Wi-Fi сеть для подключения нескольких
устройств, как между собой в локальную, так и к глобальной сети Интернет. В
данное время любой современный планшет или ноутбук, и даже некоторые
телефоны имеют Wi-Fi адаптер. Данная технология очень удобна, а подключиться к
интернету можно везде, где есть такая сеть. Раньше можно было выходить в
интернет только по проводам. Сегодня можно выйти в интернет везде, где есть Wi-
Fi, например, в аэропорту, в кафе или в парке. Самое главное, что бы недалеко был
Wi-Fi роутер или передатчик [24].
Одним из положительных моментов такой сети, является простота ее
установки и подключения. При подключении нового устройства к сети Wi-Fi все
происходит очень легко, вам надо будет произвести, только, небольшую настройку
роутера, в случаи необходимости, настройку безопасности и шифрования. А если у
вас интернет по проводам, то придется их тянуть к каждому устройству. В связи с
этим многие офисы продолжают переходить на беспроводную сеть Wi-Fi.
А теперь представим некоторые недостатки такой сети.
Очень большим недостатком является то, что скорость передачи данных
зависит от окружающей среды. Эта связь чувствительна препятствиям (стены,
перегородки, зеркала, мебель и т.п.) и к излучению, которое производят обычные
бытовые приборы.
15
Также на скорость связи зависит и стандартизация, то есть одинаковые
устройства от разных производителей могут иметь неполную совместимость. Радиус
действия сети Wi-Fi также зависит от той среды, в которой он находится. К
примеру, обычный домашний маршрутизатор (роутер) Wi-Fi на улице может
работать на расстоянии до 450 метров (в открытой местности), а в помещении, часто
всего 20-40 метров.
Если в доме (помещении) находится более одного роутера, которые работают
в одном канале, то это мешает работе обеих. От этого тоже зависит качество и
скорость соединения. Данная проблема часто возникает у пользователей в
многоквартирных домах, так как многие пользуются беспроводной сетью Wi-Fi [31].
Данная технология не идеальна и имеет немало недостатков, но достоинств у
этой технологии не мало, поэтому беспроводная сеть Wi-Fi становятся популярны с
каждым днем.
1.3 Исследование топологий беспроводных сетей Wi-Fi
Построение беспроводных сетей Wi-Fi может производиться по одной из
нижеприведенных топологий [27]:
- базовые независимые зоны обслуживания;
- базовые зоны обслуживания;
- расширенные зоны обслуживания.
На рисунке 1.1 проиллюстрировано, как станции формируют топологию
базовых независимых зон обслуживания и напрямую связываться одна с другой.
16
Рисунок 1.1 - Ad-Hoc сеть (IBSS)
Когда завершается сигнальный интервал, каждый клиент сети выполняет
следующие действия [28]:
1. Осуществляет остановку всех несработавших таймеров задержки из
предыдущего ТВТТ;
2. Определяет новую случайную задержку;
Топология базовых зон обслуживания (BSS).
Топология базовых зон обслуживания - совокупность работающих в
соответствии со стандартом 802.11 станций, которые связываются одна с другой.
Топология базовых зон обслуживания предполагает использование особой станции,
называемой - точка доступа AP (Access Point).
В режиме BSS узлы сети взаимодействуют друг с другом не напрямую, а через
точку доступа (Access Point, AP).
Точкой доступа является централизованный пункт связи для всех станций в
топологии базовых зон обслуживания.
На рисунке 1.2 схематично приведена типичная инфраструктура топологии
базовых зон обслуживания.
IBSS
17
Рисунок 1.2 - Инфраструктура локальной беспроводной сети BSS
Топология расширенных зон обслуживания (ESS) представляет собой
несколько инфраструктур BSS, которые соединены по средствам интерфейсов
восходящих каналов. При использовании стандарта 802.11, интерфейс восходящего
канала коммутирует топологию базовых зон обслуживания с распределительной
системой (Distribution System - DS) [29].
На рисунке 1.3 изображена схема практического исполнения топологии
расширенных зон обслуживания.
BSS
AP (точка доступа)
18
Рисунок 1.3 - Расширенная зона обслуживания ESS беспроводной сети
Одним из основных вопросов при организации WLAN-сетей является размер
покрытия.
При идеальных условиях распространения радиоволн зона покрытия одной
точки доступа будет иметь следующие значения [35]:
- сеть стандарта IEEE 802.11a - 50 м,
- сети 802.11b, g, n - порядка 100 м.
Для передачи данных Wi-Fi использует некий частотный канал, шаг сетки
каналов составляет 5 МГц, а ширина канала - 20 МГц. Это значит, что работающее
на соседних каналах устройства будут оказывать взаимные помехи друг другу. Для
лучшего понимания ситуации ниже приведено схематическое изображение
распределения каналов в диапазоне 2,4 ГГц.
AP
BSS
BSS
Распределительная
система
19
Рисунок 1.4 - Схематическое изображение распределения каналов в диапазоне
2,4 ГГц
Как можно заметить, в диапазоне есть только три независимых канала,
которые могут работать без взаимных помех. В диапазоне 5 ГГц дела обстоят
лучше, можно использовать 22 независимых канала, однако, развертыванию сетей в
этом диапазоне препятствуют проблемы совместимости. Стандарт 802.11n
допускает использование широких каналов (шириной 40 МГц), которые
используют полосу двух смежных непересекающихся каналов, например 1+5 или
5+9, таким образом можно организовать работу только двух, условно независимых
каналов [37].
Данные факторы напрямую влияют на скорость работы беспроводного канала.
Следует помнить, что полоса пропускания канала используется для передачи
данных в обоих направлениях, в том числе служебной информации, также скорость
сильно зависит от расстояния между точками и наличия помех. Максимально
достижимая скорость на практике обычно не превышает половины доступной
скорости канала, для 802.11g это значение редко превышает 20-22 Мб/с. Доступная
полоса канала делится между использующими ее устройствами, что тоже следует
учитывать при планировании сети и расчете ее пропускной способности.
20
Это серьезно осложняет построение производительных Wi-Fi сетей, особенно
при наличии соседних сетей, поэтому стоит использовать беспроводные сети в
основном для доступа в интернет, электронной почте, терминальным службам и т.п.
сервисам, не требующих высокой пропускной способности сети. Категорически не
рекомендуем использовать беспроводное подключение для требовательных к
скорости канала узлов сети [34].
1.4 Анализ основных технических средств, необходимых для построения
Wi-Fi сетей
Рассмотрим основных технических средств, необходимых для построения Wi-
Fi сетей.
Одно из главных устройств при организации беспроводных сетей – точка
доступа. Все точки доступа можно разделить по способу подключения: через USB-
порт и порт подключения Ethernet - RJ45.
Развертывание такой сети является установка точки доступа в свободный порт
маршрутизатора или коммутатора (рисунок 1.5).
Для доступа абонентских узлов через сеть Wi-Fi необходимо наличие адаптера
беспроводной сети и программного обеспечения.
Рисунок 1.5 - Архитектура сети по централизованному принципу
Сетевой адаптер
радиотрансивер
Точка доступа
Коммута
тор
21
Точка доступа позволяет подключить ограниченное число пользователей в
единый общий канал.
Задача беспроводного коммутатора – организовать сеть с механизмом
управления пакетами.
Производителями беспроводных коммутаторов являются следующие
компании - Symbol Technologies, HP,Proxim, Aruba, Wircless Network, D link.
В России наиболее распространено оборудование компании Symbol
Technologies.
Оборудование подразумевает центральное администрирование из центров
управления сетями.
Устройства типа точка доступа представлены на рисунке 1.6.
а
б
в
г
Рисунок 1.6 - Виды точек доступа: а, б – внутренние; в, г – внешние
Для подключения к беспроводной сети Wi-Fi достаточно обладать ноутбуком
или карманным персональным компьютером (КПК) с подключенным Wi-Fi
адаптером.
Существует три основных разновидности Wi-Fi-адаптеров, различаемых по
типу подключения:
1. Подключаемые к USB порту компьютера.
2. Подключаемые через PCMCIA слот (CardBus) компьютера.
3. Устройства, интегрированные непосредственно в материнскую плату
компьютера. Данный вариант является самым перспективным.
Все виды беспроводных адаптеров представлены на рисунке 1.7.