Корпоративная сеть (стр. 9 из 14)

ШПС получил свое название в связи с тем, что его энергия равномерно распределена в широкой полосе, а это характерно для шумовых процессов. Спектр ШПС должен быть много шире передаваемого информационного сигнала. Следует подчеркнуть, что, в отличие от шума, ШПС является периодическим сигналом. Его период определяется длиной образующего кода, которая в большинстве случаев весьма невелика. В качестве образующего кода DSSS обычно используются бинарные псевдослучайные последовательности. Чем длиннее код, тем вероятнее появление блоков различной длительности и "шумоподобнее ШПС". Большинство систем DSSS применяют для кодирования 11-символьную последовательность Баркера. Ширина спектра DSSS определяется длительностью одного элемента кода. В случае формирования ШПС по методу частотных скачков каждому элементу кода соответствует конкретная частота. При этом спектр ШПС характеризуется большей равномерностью в полосе частот и, следовательно, большей шумоподобностью.

При передаче информации с помощью ШПС длительность каждого информационного символа соответствует периоду кодовой последовательности. Для наложения информационного сигнала на широкополосную несущую используются стандартные приемы амплитудной, частотной или фазовой модуляции. Отношение ширины спектров шумоподобной несущей и информационного сигнала, называемое базой ШПС (processing gain), определяет коэффициент подавления помех по мощности (примерно квадратный корень из величины базы ШПС ). Для систем DSSS база ШПС соответствует числу элементов образующего кода. Если частоты несущих не повторяются и их спектры не перекрываются, то база сигнала FHSS равна количеству парциальных переключаемых несущих.

При передаче информации с помощью ШПС требуется синхронизация приемной и передающей сторон по несущей частоте, по тактовым частотам кода и информационного сигнала. Абоненты беспроводной сети должны быть синхронизированы по этим параметрам при вхождении в связь. Протоколы работы радиосети обязательно включают в себя передачу специальных синхронизирующих последовательностей при пересылке каждого пакета, что ограничивает пропускную способность сети. Инициирующие последовательности содержат также идентификационные коды, которые призваны сделать "взаимоневидимыми" сети, работающие в одном диапазоне.

Идентификаторы не изолируют две (или более) независимые системы связи на физическом уровне. До тех пор, пока базы используемых ШПС малы, корреляционная обработка не способна "подавить" мешающие ШПС. Во избежание коллизий пакетов требуется, чтобы протокол обеспечивал "молчание" всех устройств, находящихся в пределах радиовидимости, пока хоть одно из них работает в режиме передачи. Практически, при одновременной работе нескольких территориально перекрывающихся независимых сетей пересылка пакета в любой из них приводит к переводу в режим ожидания всех устройств в остальных сетях. Это неизбежно n-кратно снижает пропускную способность каждой из них (n - число таких систем). Ухудшение пропускной способности связано и с задержками распространения сигнала. Так, при дальности связи 3 км протокол доступа в сети Radio-Ethernet должен обеспечивать защитные интервалы не менее 10 мкс, а при 30 км - 100 мкс; отсюда - необходимость накопления пакетов и более продолжительное использование радиоканала.

Пропускная способность радиоканала ограничивается его шумовыми характеристиками и полосой пропускания. В диапазонах 900 МГц и 2,4 ГГц ширина канала не превышает 22 МГц. С учетом распределения энергии информационного сигнала по широкополосной несущей (база ШПС не менее 11) его реальная ширина составляет не более 2 МГц, что соответствует пропускной способности порядка 1-2 Мбит/с . Когда применяются более сложные виды модуляции и достигнуто хорошее отношение сигнал/шум в радиоканале, можно увеличить пропускную способность до 8-16 Мбит/с. Для построения систем с пропускной способностью до 10 Мбит/с требуется использование более высоких диапазонов (например, 5,8 ГГц), которые позволяют обеспечить информационную полосу более 20 МГц.

Независимые системы, расположенные на одной территории и одновременно работающие в общей полосе частот, являются основным источником помех друг для друга. В беспроводных систем Radio-Ethernet, ограничения помехоустойчивости связаны с желанием разработчиков максимально увеличить пропускную способность: большинство таких систем используют ШПС с минимальной разрешенной стандартом базой (11 для систем DSSS и около 50 для систем FHSS). После корреляционной обработки выигрыш в соотношении сигнал/помеха составляет не более 10-16 дБ. Поэтому задача разделения независимых пользователей в беспроводных компьютерных сетях решается, в основном, за счет ограничения величины эффективно излучаемой мощности. Благодаря применению специальных сетевых протоколов взаимовлияние близко расположенных передатчиков приводит лишь к ухудшению эффективной пропускной способности канала, но не к срыву связи.

Для сравнения характеристик аппаратуры различных производителей удобно использовать классификацию компании Aironet, поскольку оборудование этой фирмы получило широкое распространение в России:

сетевые адаптеры или карты (Client Card) обеспечивают соединение компьютеров по радиоканалу как между собой, так и с устройствами доступа к сети или сетевыми мостами. Устанавливаются в слот расширения (MCA, ISA, PCMCIA) или на параллельный порт компьютера; устройства доступа (Access Point) служат для того, чтобы подключать по радиоканалу к кабельной сети (Ethernet или Token Ring) компьютеры, оснащенные сетевыми радиокартами(рис. 6) ; беспроводные мосты (Bridge) (рис 7)предназначены для объединения территориально разнесенных компьютерных сетей; подключаются к сетевому кабелю. Отдельные компьютеры, оборудованные сетевыми радиоадаптерами, могут подключаться к ним по радиоканалу; ретрансляторы (репетиры) применяются, если требуется повысить дальность связи или преодолеть влияние препятствий; специальное антенно-фидерное оборудование используется при необходимости увеличить энергетику радиолинии или обеспечить требуемую диаграмму направленности антенн.

Сетевые радиокарты

Рис. 5

Беспроводный мост

Рис. 6

Характеристики оборудования разных фирм удобно сравнивать по техническим параметрам беспроводных мостов - самых критичных устройств в составе беспроводных сетей наиболее распространенных конфигураций. Такие устройства являются сложными радиосистемами, включающими в себя приемопередатчик для СВЧ-диапазона с устройствами синхронизации и антенно-фидерным трактом; корреляционный приемник; сетевой и системный контроллеры; блок питания. Сравнительная характеристика используемых в России беспроводных мостов приведена втаблице 5.

Дальность связи в пределах прямой видимости ограничивается только энергетикой радиоканала. Для увеличения дальности и "обхода" препятствий на трассе применяются ретрансляторы. Метеоусловия (дождь, снег, туман и др.) в диапазонах частот менее 6 ГГц не оказывают заметного влияния на характеристики радиоканала, однако лед и снег ухудшают параметры антенны. Надежность и дальность связи сильнее всего страдают от амплитудных замираний, которые возникают в связи с интерференцией радиоволн, отраженных от препятствий и поверхности Земли. В России широко используется наращивание энергетики радиоканала за счет мощного передатчика (500 мВт = 27 дБ/м) и антенн с большим усилением (24 дБ), поскольку эффективно излучаемая мощность (до 50 дБ/м) не ограничена стандартом (36 дБ/м), принятым в США.

Значения дальности связи, приведенные в таблице, определялись при помощи штатных антенн. Дальность связи внутри помещения (офиса или склада) зависит от его размеров, загруженности мебелью, наличия перегородок, а также расположения антенн. Оптимальным считается размещение антенн на высоте 2 м от пола. При связи между зданиями применение вынесенных высоконаправленных антенн позволяет увеличивать дальность пропорционально корню квадратному из коэффициента усиления антенны. Так, две параболические антенны (коэффициент усиления 23 дБ = в 200 раз) обеспечивают максимальную дальность связи до 20 км. Однако неизбежные потери в антенных кабелях (10-15 м; 0,2 дБ/м) сокращают дистанцию надежной связи. При отсутствии прямой видимости между антеннами, связь практически невозможна.

В рассматриваемых системах в основном применяются следующие типы антенн:всенаправленные штыревые (диполи) с усилением около 2 дБ (могут быть установлены прямо на карты и мосты); всенаправленные с усилением около 11 дБ используются для организации зоны устойчивого доступа; директорные со средними коэффициентами усиления (8-16 дБ) могут применяться с любым типом оборудования; апертурные (усиление 20-30 дБ) используются для обеспечения максимальной дальности связи (обычно устанавливаются на мачтах).

Мы не рассматриваем сетевое радиооборудование диапазона 900 Мгц, поскольку в России этот диапазон лицензирован для радиотелефонии и оборудование диапазона 2,4 ГГц здесь более популярно. Следует отметить, что в Северной Америке оборудование беспроводных компьютерных сетей разрабатывалось с учетом возможности безлицензионного использования частот в диапазонах ISM. В Российской Федерации подобные системы в обязательном порядке должны быть зарегистрированы в органах государственного надзора, что приводит к значительным дополнительным расходам и непредсказуемым увеличениям сроков развертывания систем.

Радиочастотные параметры беспроводного сетевого оборудования, выпускаемого всеми производителями, определяются американским стандартом FCC'94. Требования этого стандарта призваны минимизировать взаимные помехи пользователей, что достигается в основном за счет ограничения излучаемой мощности и спектральной плотности сигналов. Эффективно излучаемая мощность сигнала (EIRP) аппаратуры, включающая в себя коэффициент усиления антенны, не должна превышать +36 дБ/м, а спектральная плотность излучаемого сигнала +8 дБ/м (6 мВт) в полосе 3 кГц. Действует также ряд других ограничений, например база сигнала систем DSSS не может быть менее 11. Для систем FHSS использование одной частоты ограничено временем 400 мс в интервале 20 с, что соответствует базе около 50. Фиксируя минимальную базу сигналов FHSS, стандарт предопределяет их лучшую помехозащищенность.