Эволюция беспроводных сетей

РАДИОТЕХНОЛОГИИ

Юрий Писарев, Инна Плотникова

Беспроводное сетевое оборудование постепенно занимает ниши, в которых использование проводных сетей невозможно или нецелесообразно. О перспективности этого оборудования говорит список его основных производителей: 3Com, Apple, Avaya, BreezeCom, BuffaloTech, Celestix, Cisco Systems, Compaq, D-Link, Enterasys, Farallon, IBM, Intel, Intermec, Linksys, Lucent Technologies, Nokia, Nortel, Proxim, Raylink, SMC, Symbol, Xircom, YDI, Zoom.

Беспроводное сетевое оборудование пригодно для развертывания как офисных сетей, так и сетей масштаба предприятия, поселка или города (при использовании внешних антенн, а при необходимости и усилителей). В России это оборудование применяется в основном для создания “уличных” сетей, доля офисных приложений, по некоторым оценкам, не превосходит 5%.

С учетом сказанного интересно проанализировать основные тенденции развития беспроводного сетевого оборудования.

Развитие беспроводных сетей началось в США, в первом из трех нелицензируемых ISM (Industrial, Scientific and Medical Band) диапазонов 0,902-0,928 ГГц в начале 90-х годов. Диапазон вскоре был исчерпан, главным образом потому, что в соответствии с требованиями Федеральной комиссии по связи в ISM-диапазонах обязательно использовались шумоподобные сигналы, прямо-таки пожирающие частотный ресурс. Развитие оборудования для этого диапазона фактически прекратилось, не достигнув пропускной способности 1 Мбит/с. Гораздо более успешной была судьба второго ISM-диапазона 2,4-2,5 ГГц, который почти полностью или частично разрешен для безлицензионного применения практически во всех странах. К сожалению, Россия пока не входит в их число.

Усилия по созданию оборудования для диапазона 2,4 ГГц были сосредоточены на двух направлениях: разработки систем с расширением спектра прямой последовательностью (DSSS) и с расширением спектра скачками частоты (FHSS). К 1997 г. сформировались два стандарта: IEEE 802.11 и фирменный стандарт компании Proxim - OpenAir, поддержанный некоторыми производителями. Стандарт IEEE 802.11 предусматривает при единых правилах построения канального MAC-уровня два типа физических каналов - DSSS и FHSS. OpenAir базируется на технологии FHSS. Развитие стандартов шло параллельно, однако в последнее время все больше производителей переходят на сторону IEEE 802.11.

Этому способствовала новая редакция стандарта, принятая в 1999 г. - IEEE 802.11b, предусматривающая в DSSS-варианте скорость в канале до 11 Мбит/с. Для сравнения: вариант 802.11 FHSS предусматривает скорость 1 Мбит/с и, опционально, 2 Мбит/с (оборудование BreezeNet PRO.11 и BreezeAccess производства BreezeCom позволяет также передавать данные на скорости 3 Мбит/с), а стандарт OpenAir в качестве базовой скорости предписывает 1,6 Мбит/с (некоторые производители увеличили ее вдвое). Весомым аргументом в пользу IEEE 802.11b весной этого года стал отказ корпорации Intel от поддержки стандарта OpenAir и переход к выпуску оборудования по стандарту IEEE 802.11b.

Таким образом, доминирующим типом оборудования беспроводных сетей на сегодняшний день является оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11b. Поскольку оборудование DSSS выпускается достаточно давно, можно проследить его эволюцию, которая шла в основном по следующим направлениям:

- увеличение скорости передачи;

- повышение дальности (без роста излучаемой мощности сверх пределов, установленных национальными регулирующими органами для ISM-диапазонов);

- повышение безопасности;

- расширение функциональных возможностей.

Лучше всего эти изменения проследить на примере беспроводного оборудования Aironet производства Cisco Systems.

Увеличение скорости передачи происходило следующим образом. Сначала оборудование поддерживало скорости 1 и 2 Мбит/с при использовании BPSK и QPSK-модуляции соответственно и расширении спектра 11-разрядным кодом Баркера. В 1998 г. были достигнуты скорости 5,5 и 11 Мбит/с при использовании для передачи модуляции MOK и ансамбля из 8 восьмиразрядных кодов Уолша. В 1999 г. вид модуляции был изменен на принятый в 802.11b CCK, в котором используется ансамбль из 64 восьмиразрядных четверичных кодов Уолша - Адамара. В обозримой перспективе - скорость 22 Мбит/с, и это скорее всего реальный предел для оборудования диапазона 2,4 ГГц.

Увеличение дальности достигалось в результате повышения реальной чувствительности приемника при неизменной мощности передатчика, составляющей для большинства образцов оборудования Aironet 100 мВт. Как изменялась реальная чувствительность, можно проследить по графику. Там же представлены значения реальной чувствительности для оборудования ORiNOCO производства Lucent Technologies. В первом приближении улучшение реальной чувствительности на 6 дБм и приводит к удвоению дальности передачи. Достигнутые к настоящему времени значения реальной чувствительности близки к предельным, и ожидать дальнейшего улучшения этого показателя уже не приходится.

В области увеличения безопасности было предпринято несколько серьезных шагов. Первые образцы оборудования были защищены весьма слабо, по сути единственным средством защиты от внедрения в сеть было ее уникальное имя. Стандарт 802.11 позволил повысить безопасность за счет использования WEP-кодирования (Wired Equivalent Privacy), основанного на шифровании по алгоритму RC4 с 64-разрядным ключом, состоящим из 40 фиксированных и 24 индивидуальных для каждого пакета разрядов. Следующим шагом стало использование WEP со 128-разрядным ключом. И, наконец, последнее нововведение, реализованное в новой серии Cisco Aironet 350, когда новый ключ назначается сервером безопасности для каждого сеанса связи. В сочетании с использованием сервера доступа Radius, также поддерживаемым в этой серии оборудования, это позволило еще больше повысить безопасность беспроводных сетей.

Расширение функциональных возможностей происходило главным образом за счет создания новых образцов оборудования, не предусмотренных стандартом. В серии Cisco Aironet 350 это мост для рабочих групп, позволяющий подключать к беспроводной сети через концентратор до восьми ПК, а также базовая станция, выполняющая одновременно функции точки доступа и модема для выхода в Интернет.

Таким образом, оборудование диапазона 2,4 ГГц на сегодняшний день является достаточно совершенным, и, по всей видимости, не стоит ожидать каких-либо существенных улучшений в этом диапазоне. Скорее всего ситуация сложится как и с 10-мегабитным Ethernet, который прочно занял свое место в небольших сетях и останется там без каких-либо изменений еще очень долго. Качественного скачка в производительности (до 54 Мбит/с) и, как следствие, появления новых возможностей, таких, например, как поддержка QoS, следует ожидать в диапазонах U-NII: 5,15-5,25, 5,25-5,35 и 5,725-5,825 ГГц.

Первый предназначен для офисного применения, второй может быть использован для развертывания небольших уличных сетей, а третий - для передачи на расстояния до 10 км. Но это - при соблюдении ограничений на величину эквивалентно-излучаемой мощности. Как показывает опыт работы с диапазоном 2,4 ГГц, отечественные производители достаточно быстро осваивают производство усилителей и антенн, а с учетом того, что на эксплуатацию беспроводных сетей в России все еще необходимо получать разрешение Главгоссвязьнадзора и его можно, в принципе, получить на большие мощности, то скорее всего дальность будет существенно больше. Дело за малым - за активным оборудованием беспроводных сетей. Ждать, судя по всему, осталось недолго: компания Radiata, вошедшая в состав Cisco Systems, еще в прошлом году представила готовый чипсет. Стандарт IEEE 802.11a для диапазонов U-NII уже существует. Во второй половине года ожидается появление первых образцов оборудования и начало нового этапа в развитии беспроводных сетей.

С авторами, сотрудниками Diamond Communications, можно связаться по телефону: (095) 369-9973.