Redes inalámbricas: estado actual y perspectivas.

Redes inalámbricas: ESTADO ACTUAL Y PERSPECTIVAS

Los equipos de redes inalámbricas RadioEthernet están cada vez más extendidos en Rusia y los países de la CEI para organizar redes locales y conectarse a Internet. y conexiones entre redes y ordenadores individuales remotos a largas distancias.

Actualmente, la mayor parte de los equipos de radio se produce de acuerdo con el estándar IEEE 802.11 «Especificaciones de control de acceso al medio (MAC) y capa física (PHY) de LAN inalámbrica» ​​adoptado en 1997.

Los mayores fabricantes de equipos RadioEthemet están unidos en asociación de redes inalámbricas WLANA Wireless LAN Alliance.

Su objetivo es educar a los consumidores, probar equipos y difundir experiencias en su uso.

WLANA incluye a AMD y Harris Semiconductor, desarrolladores y proveedores de componentes de equipos y una serie de empresas fabricantes.

Entre ellos se incluyen Aironet Wireless Communications, BreezeCOM, Cabletron Systems, Intermec Technologies, Lucent Technologies, Bay Networks Wireless LAN Group, Proxim, Symbol Technologies, Raytheon Corporation y 3Com, que anunciaron el inicio de los trabajos de creación de equipos RadioEthemet.

Los equipos de radio fabricados por las empresas miembros de WLANA cumplen con los requisitos del estándar IEEE 802.11

Equipos RadioEthcrnct IEEE 802.11

El estándar RadioEthemet IEEE 802.11 define el procedimiento para organizar redes inalámbricas en el nivel de control de acceso medio (capa MAC) y en la capa física (PHY).

El estándar define una versión de la capa MAC (control de acceso medio) y tres tipos de canales físicos.

En el nivel MAC, se determinan las estructuras básicas de la arquitectura de la red y la lista de servicios proporcionados por este nivel. Hay dos opciones típicas de arquitectura de red:

Con una configuración independiente (adhoc), las estaciones pueden comunicarse directamente entre sí sin necesidad de crear ninguna infraestructura. La configuración es simple, pero el área de servicio y las capacidades de dicha red son limitadas.

Con una configuración avanzada, las estaciones se comunican a través de un punto de acceso. El punto de acceso da servicio a estaciones de la zona base, cuya combinación forma un área de servicio ampliada. Los puntos de acceso están conectados entre sí mediante segmentos de red de cable o mediante puentes de radio

El estándar define un protocolo para utilizar un único medio de transmisión, llamado prevención de colisiones de acceso múltiple con detección de operador (CSMA/CA).

La probabilidad de colisiones entre nodos inalámbricos se minimiza enviando primero un mensaje corto llamado listo para enviar (RTS).

RTS informa a otros nodos sobre la duración de la próxima transmisión y el destino. Esto permite que otros nodos retrasen la transmisión por un tiempo igual a la duración del mensaje anunciado.

La estación receptora debe responder al RTS con una autorización para enviar (CTS). Esto permite al nodo emisor saber si el medio está limpio y si el nodo receptor está listo para recibir. Después de recibir un paquete de datos, el nodo receptor debe enviar un acuse de recibo (ACK) del hecho de la recepción sin errores. Si no se recibe el ACK, se repetirá el intento de transmitir el paquete de datos.

La especificación de paquetización de datos proporcionada por el estándar requiere que los datos se divida en paquetes que contienen información de control y direccionamiento, lo que ocupa aproximadamente 30 bytes, seguido de un bloque de hasta 2048 bytes y luego un código de bloque de información CRC de 4 bytes.

El estándar recomienda utilizar paquetes de 400 bytes para un canal físico como FHSS y paquetes de 1500 o 2048 — para el canal físico DSSS.

El estándar proporciona seguridad de datos, que incluye la autenticación del nodo que ingresa a la red, así como el cifrado de datos.

Para computadoras portátiles, el estándar proporciona un modo de ahorro de energía.

Para computadoras portátiles, el estándar proporciona un modo de ahorro de energía.

Para computadoras portátiles, el estándar proporciona un modo de ahorro de energía.

Un rasgo característico de RadioEthernet es el modo roaming, que permite a los clientes de la red moverse entre puntos de acceso sin perder la conexión a la red.

A nivel físico, el estándar proporciona dos tipos de canales de radio y uno en el rango infrarrojo.

Ambos tipos de canales de radio utilizan tecnología de espectro ensanchado, que permite reducir la densidad de potencia espectral promedio de una señal al distribuir la energía en una banda de frecuencia más ancha de lo necesario para garantizar una velocidad de transmisión determinada. .

Esto reduce el nivel de interferencia creado por otro usuario que opera en esta banda y proporciona una mayor inmunidad a la interferencia.

Ambas tecnologías de radio utilizan el rango de frecuencia ISM de 2,4-2,4835 GHz, designado para uso sin licencia en la mayoría de los países. en la industria, la ciencia y la medicina. En Rusia, el uso de este rango requiere permiso del Gossvyaznadzor.

El primer tipo de canal de radio, Radio PHY de espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS), proporciona una velocidad de transmisión de 1 Mbit/s (2 Mbit/s opcional). La versión de 1 Mbit/s utiliza modulación de frecuencia gaussiana de dos niveles (2GFSK). , y la versión de 2 Mbit/s & #8212; cuatro niveles (4GFSK).

A una velocidad de 1 Mbit/s, la frecuencia de la señal cambia, según la ley de Gauss, durante una duración del símbolo del mensaje de 1 μs, desde el valor nominal hasta el valor +DG. valor y vuelve al valor nominal.

Para transmitir cero, la frecuencia de la señal cambia de manera similar, pero en una cantidad de -M. Para una velocidad de 2 Mbit/s, hay cuatro niveles de desviación de frecuencia, por lo que cada símbolo transporta 2 bits de mensaje.

El ancho del espectro de la señal para dicha modulación es de 1 MHz, independientemente de la velocidad de transmisión.

Esto brinda la posibilidad de utilizar 79 posiciones de frecuencia para transmisión en el rango 2402-2480 MHz en incrementos de 1 MHz.

Para aumentar la inmunidad al ruido, se proporciona un cambio pseudoaleatorio de las posiciones de frecuencia (salto de frecuencia) al menos una vez cada 400 ms, mientras que el estándar especifica que el paquete de datos debe transmitirse completamente en una frecuencia.

El El segundo tipo de canal de radio es el Radio PHY de espectro extendido de secuencia directa (DSSS).

Esta opción proporciona transmisión a velocidades de 1 y 2 Mbit/s con el espectro de señal ensanchado de acuerdo con la ley del elemento Barker II.

A una velocidad de transmisión de 1 Mbit/s /c se utiliza codificación por desplazamiento de fase binaria: codificación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) en combinación con DSSS (Fig. 1).

El bit uno está representado por el código Barker de elemento II y el bit cero — inversa.

El código de Barker manipula la fase de la oscilación de la frecuencia portadora. Es importante comprender que los símbolos elementales del código Barker no transportan información; los bits se transmiten a la vez por todo el código — directa o inversa. Esto le permite impartir propiedades de ruido a la señal, lo cual es necesario para garantizar la inmunidad al ruido en el complejo entorno de interferencias del rango ISM. El ancho del espectro de dicha señal es igual a 2/Te, donde Te es la duración de un símbolo elemental y a una velocidad de transmisión de 1 Mbit/s es 22 MHz.

Para aumentar la transmisión velocidad a 2 Mbit/s, el estándar prevé el uso de manipulación por desplazamiento de fase en cuadratura — QPSK combinado con DSSS. En el intervalo de tiempo utilizado para transmitir 1 bit, en este caso se transmite un dibit, es decir 2 bits de mensaje. Para ello ya no necesitas 2, sino 4 señales diferentes. El orden de generación de señales es el siguiente.

Junto con la oscilación de la portadora principal (en fase), se utiliza una segunda, desplazada con respecto a ella en 90 (cuadratura). Cada una de estas oscilaciones se manipula en fase mediante una secuencia de Barker directa o inversa, y luego se suman las oscilaciones en fase y en cuadratura. Así, la señal recibe cuatro grados de libertad, lo que permite la transmisión dibit. En este caso, la velocidad de transmisión se duplica manteniendo el mismo ancho de espectro que en la transmisión binaria. En la figura. 2 — procedimiento para generar dos símbolos de un mensaje QPSK-DSSS.

La señal DSSS utiliza una de las 13 bandas de frecuencia superpuestas definidas por el estándar dentro de una banda de frecuencia común de 83,5 MHz.

Para el canal infrarrojo (Infrared PHY), el estándar proporciona una velocidad de 1 Mbit/s ( opcional 2 Mbit/s). La versión de 1 Mbit/s utiliza modulación de posición de pulso de 4 posiciones (4-PPM), la versión de 2 Mbit/s — 16 PPM.

Equipo de radio estándar IEEE 802.11

La serie de equipos de radio producidos por los miembros de WLANA de acuerdo con el estándar IEEE 802.11 incluye un punto de acceso y una tarjeta de PC de red y, a menudo, otros dispositivos.

El análisis de Diamond Communications muestra que los equipos de varios fabricantes tienen aproximadamente las mismas características. Esto se explica por la necesidad de cumplir con los requisitos de la norma y aproximadamente el mismo nivel de desarrollo tecnológico. La principal diferencia es la disponibilidad y la integridad funcional de la serie.

En la tabla se presenta la composición de las series de equipos de los principales fabricantes, fabricados con tecnología DSSS y FHSS. 1.

La serie más completa de equipos RadioEthernet IEEE 802.11 es producida por Aironet, BreezeCom, Lucent Technologies y Symbol Technologies, de los cuales los tres primeros están ampliamente representados en el mercado ruso. La gran mayoría de las redes inalámbricas en Rusia y los países de la CEI se implementan utilizando equipos de estos mismos fabricantes.

Nuevas velocidades y alcances

Apenas apareció el estándar IEEE 802.11, comenzaron a llegar mensajes sobre la creación de nuevos equipos de radio de alta velocidad con un rendimiento de 10 o II Mbit/s, la creación de redes de radio personales de alcance ultracorto y el uso de nuevos rangos de frecuencia.

Varias empresas comenzaron a producir equipos RadioEthernet de alta velocidad. De mayor interés es el equipamiento de las empresas miembros de WLANA: Aironet Wireless Communications y Lucent Technologies. Esto se debe al precio relativamente bajo y a la compatibilidad con equipos fabricados según el estándar IEEE 802.11 a velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbit/s.

Desarrollo de un método de modulación que proporciona un aumento de la velocidad a 10 /11 Mbit/s, se realizó cumpliendo con las limitaciones de frecuencia del estándar IEEE 802.11, bajo estas condiciones no hay otra forma de aumentar la velocidad de transmisión que no sea aumentar el tamaño del alfabeto de la señal. Por lo tanto, los desarrolladores se vieron obligados a agregar nuevos grados de libertad a la señal.

Al mismo tiempo, Aironet y Lucent Technologies tomaron caminos diferentes.

Lucent Technologies propuso un método de modulación llamado DS/PPM (Secuencia directa con modulación de posición de pulso). Para alcanzar una velocidad de 10 Mbit/s, se utilizan señales en fase y en cuadratura.

Cada señal utiliza 8 posiciones temporales del código Barker de 11 bits, obtenidas como resultado de un desplazamiento cíclico del código fuente, 2 grados de libertad, debido al código Barker directo o inverso y 2 niveles de amplitud de señal.

Como resultado, cada una de las señales tiene 8x2x2==2^5 grados de libertad, y la señal total obtenida como resultado de sumar los componentes en fase y en cuadratura es 2^10 grados, lo que permite que los datos sean transmitido en la misma banda de frecuencia que con velocidades de 1 y 2 Mbit/s, con una velocidad de 10 Mbit/s. Cuando se utiliza una señal, se proporciona una velocidad de 5 Mbit/s.

La empresa Aironet utilizó en sus equipos un elemento base fabricado por Harris Semiconductor, que abandonó el uso del código Barker y lo reemplazó por códigos Walsh modificados ortogonalmente. En la tabla se presenta el conjunto utilizado de ocho secuencias de Walsh de 8 elementos. 2.

En cada uno de los componentes de cuadratura es posible utilizar cualquier secuencia de Walsh directa o inversa, lo que da 8×2 =2″ grados de libertad.

Este método de modulación le permite transmitir 8 bits en un símbolo en el canal total.

A la frecuencia de reloj definida por el estándar (II MHz), el símbolo del mensaje tiene una duración 11/8 = 1,375 veces más corta, por lo que la velocidad de transmisión del símbolo, en comparación con la versión estándar de 1 Mbit/s, aumenta en 8×1,375 = 11 veces. Cuando se utiliza un componente en cuadratura, la velocidad de transmisión es de 5,5 Mbit/s.

Los esfuerzos de los desarrolladores de equipos de alta velocidad se reflejan en el trabajo del comité IEEE 802.11 en forma de proyectos para complementar el estándar. .

El Proyecto 802 está dedicado a la transmisión de alta velocidad en la banda de 5 GHz. La oportunidad surgió gracias a la presencia en EE.UU. y Canadá de tres bandas de frecuencia de 100 MHz en este rango, asignadas para uso sin licencia. En Europa, el rango de 5,15-5,25 GHz está disponible para este propósito.

El proyecto se basa en un nuevo tipo de canal físico con división de frecuencia ortogonal de señales y multiplexación: multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM).

La especificación de la capa física prevé velocidades de transmisión de 6 a 54 Mbit/s con una separación de frecuencia entre canales adyacentes de 20 MHz. La compatibilidad con velocidades de 6, 12 y 24 Mbit/s es obligatoria. Opcional — 9, 18, 36, 48 y 54 Mbit/s. El mecanismo de protocolo MAC de múltiples velocidades propuesto en el proyecto garantizará la comunicación a la velocidad óptima para cada dispositivo de radio en la red.

El proyecto 802.11b tiene como objetivo legitimar equipos de radio de alta velocidad en la banda de 2,4 GHz. rango. Las tecnologías de transmisión utilizadas por Lucent Technologies y Aironet se consideran opciones.

El proyecto proporciona la capacidad de reducir automáticamente la velocidad a 2 y 1 Mbit/s a medida que aumenta la distancia o se deteriora la calidad de la comunicación.

Facilitar la transición al estándar de alta velocidad de los fabricantes de equipos con FHSS , se ha introducido una opción adicional de agilidad de frecuencia, que permite que la señal DSSS cambie de frecuencia de acuerdo con reglas predeterminadas. Es posible transmitir el encabezado del paquete a velocidad estándar y el cuerpo del paquete a mayor velocidad.

El proyecto 802.lie está desarrollando adiciones al estándar 802.Id para admitir redes de radio que utilizan tecnologías de alta velocidad.

Redes de radio personales

Combinar varios dispositivos en una única red inalámbrica implica el proyecto Bluetooth, que lleva el nombre de Harold Bluetooth, un rey danés que reinó en el siglo X. y unió Dinamarca, el sur de Suecia y el sur de Noruega bajo el dominio de la corona danesa.

Dichos dispositivos pueden ser: un punto de acceso a una red de cable, una computadora, una computadora portátil, un teléfono móvil, un mouse, auriculares, una impresora, etc. La distancia entre dispositivos es de 10 cm a 10 m.

Para implementar el proyecto, en mayo de 1998, Ericsson, IBM, Intel, Nokia y Toshiba fundaron el consorcio Bluetooth Special Interest Group (SIG). Más de 200 grandes empresas mostraron interés en el desarrollo. El resultado de las actividades conjuntas debería ser la aparición a mediados de 1999 de un módulo de radio incorporado, de pequeño tamaño y económico.

A nivel de red, Bluetooth asume una estructura microcelular. Una microcelda debe tener una estación maestra y no más de siete estaciones esclavas. Es posible intercambiar información entre estaciones de diferentes microcélulas.

Se pretende utilizar señales FHSS a una velocidad de transmisión de 1 Mbit/s. En lugar de Radio Ethernet, se propone utilizar el protocolo de salto de frecuencia/división de tiempo dúplex (FH/TDD), en el que el recurso de tiempo del sistema se divide en intervalos de 625 μs llamados ranuras.

Durante la duración de cada intervalo, se utiliza una frecuencia diferente para la transmisión, lo que proporciona 1600 saltos por segundo, y se utilizan diferentes secuencias no superpuestas de saltos de frecuencia para la transmisión y la recepción. La sincronización de la transmisión dentro de una microcélula la proporciona la estación maestra.

Los paquetes tienen un formato fijo y contienen un código de acceso de 72 bits, un encabezado de 54 bits y de 0 a 2745 bits en la parte de información.

Un paquete puede ocupar 1, 3 o 5 slots y siempre se transmite en la misma frecuencia, correspondiente a la frecuencia del primer slot. Una vez finalizado el paquete, se produce una transición a la frecuencia determinada por la estación maestra.

Se proporcionan modos de transmisión síncrono y asíncrono (simétrico y asimétrico). El modo síncrono se utiliza para la transmisión de voz a una velocidad de 64 Kbps.

En modo asíncrono, cada suscriptor puede transmitir datos a una velocidad de 108,8-432,6 Kbps con dúplex simétrico y 108,8-721 Kbps/s con modo asimétrico. transmisión dúplex.

Para trabajar en esta área, en el marco del comité IEEE 802.11, se ha creado un grupo de investigación sobre redes de radio personales: Wireless Personal Area Network (WPAN).

Su tarea es preparar propuestas para estandarizar equipos para conectar de forma inalámbrica dispositivos periféricos a una computadora, incluidos los desarrollados como parte del programa Bluetooth.

Así, los equipos RadioEthernet recibieron nuevas perspectivas de desarrollo en el umbral de la tercera millennium.

Puede encontrar información detallada sobre nuevos tipos de equipos en el sitio web de Diamond Communications en Diamond.ru.