Локальные сети без оков

Рынок беспроводных сетей возлагает большие надежды на стандарт IEEE 802.11. В состоянии ли он разбить цепи, сковывающие локальные сети?

Не рыскать больше по темным, унылым отсекам связи, не спотыкаться о вечно лезущие под ноги кабели. Беспроводные сети были призваны освободить связанных по рукам и ногам технических специалистов, менеджеров, администраторов и пользователей, не так ли? Так, да не совсем.

Несколько лет назад изготовители начали поставлять радиоплаты для беспроводных локальных сетей, ожидая, что рынок "на ура" воспримет новые разработки. Однако в действительности реакция рынка была далека от ожидаемой. Относительно низкий темп передачи данных у нового оборудования, отсутствие стандартов и высокие цены удержали многих конечных пользователей от приобретения новоявленных беспроводных чудес.

За последние годы поставщики увеличили темп передачи данных беспроводных адаптеров, благодаря использованию частот в диапазоне 2,4 ГГц, отведенном для промышленных, научных и медицинских нужд (ISM). Это обещает расширение полос пропускания. И, несмотря на то, что в большинстве случаев новые изделия все же не достигают скорости Ethernet, они достаточно быстры, чтобы удовлетворить запросы некоторых приложений. Например, беспроводные сети нашли применение в тех случаях, когда широкой полосы пропускания не требуется, но не оправдано использование проводки (бакалейные магазины, универмаги, товарные склады и проч.).

Чаще всего высокая цена беспроводных плат препятствует их использованию с другим высокоскоростным оборудованием; на сегодняшний день совсем непросто, исходя из типичных требований к сети для офиса, экономически обосновать замену Ethernet на беспроводную систему. Изготовители начали поставлять беспроводные удаленные сетевые мосты, обеспечивающие простую в установке, экономичную высокоскоростную передачу данных между зданиями. Беспроводные мосты очень похожи на традиционные, отличие лишь в том, что они используют широкополосное радио или инфракрасный лазер для создания линий физического уровня.

Беспроводные мосты обеспечивают связь на расстоянии до 25 миль (40 км), правда для этого им необходимы направленные антенны. Как правило, поставщики беспроводных сетей, чтобы увеличить дальность приема, приспосабливают антенны направленного типа к имеющейся у них продукции. В общем, беспроводные мосты стали большим достижением, так как, несмотря на высокую цену, они экономят компаниям средства на аренду традиционных систем T1 и каналов с пропускной способностью 56 Кбит/с.

ОТЧАЯННЫЕ ПОИСКИ СТАНДАРТА

Беспроводным системам, однако, все еще недостает важнейшего элемента - стандартов. Стандарты стабилизируют продукцию, сокращают расходы на исследования и разработки, что в конечном итоге приводит к снижению цены. Совместная работа изделий различных производителей тоже невозможна без стандартов, обеспечивающих совместимость продукции независимых компаний и организаций. Если беспроводная продукция будет стандартизирована, больницы, полицейские участки и пожарные команды смогут обмениваться информацией вне зависимости от того, кто изготовил их оборудование.

К счастью, эра стандартизованных беспроводных сетей уже не за горами. Начиная с 1990 года, рабочая группа IEEE 802.11 сосредоточила усилия на разработке необходимых стандартов.

IEEE объединяет 35 обществ, в том числе Общество связи (Communications Society), Общество по антеннам и распространению волн (Antennas and Propagation Society), а также Компьютерное общество (Computer Society), ставшее официальным спонсором рабочей группы IEEE 802.11.

По словам руководителя рабочей группы IEEE 802.11 Вика Хейеса, окончательный стандарт 802.11 появится уже в конце этого года. Группа придерживается следующего графика:

В запросе на разрешение проекта (Project Authorization Request - PAR), представленном IEEE в мае 1991 года для организации рабочей группы, говорится: "Цель предложенного стандарта (на беспроводные сети) - разработка спецификации для беспроводного соединения стационарных, портативных и мобильных станций локальной сети". И далее: "Стандарт предназначен для обеспечения беспроводного соединения автоматической аппаратуры и оборудования или станций для быстрого развертывания, которые могут быть и портативными, и переносными, и расположенными на мобильных объектах в пределах локальной области".

Как и у других стандартов серии 802, главной функцией стандарта 802.11 будет обеспечение работы устройств обслуживания передачи данных для доступа к среде передачи (MSDU) на уровне протокола управления логическим каналом. Иными словами, стандартизованное оборудование осуществит передачу пакетов данных между сетевыми платами без проводов. (Описание других элементов стандарта 802.11 см. в Таблице 1.)

ГРУППА 802 ЖДЕТ ВАС!

Группа 802.11 является частью Комитета сетевых стандартов IEEE (LMCS), который подотчетен Совету по стандартам (SAB) Компьютерного общества IEEE. Все собрания группы 802.11 открыты для каждого, желающего принять в них участие. Единственное требование - уплата членских взносов, призванных возместить расходы по организации встреч. Чтобы стать членом группы с правом голоса, достаточно принять участие по крайней мере в двух из четырех следующих друг за другом пленарных заседаниях (в дальнейшем будет довольно и периодического присутствия на встречах).

Лица, принявшие участие в двух заседаниях, одно из которых пленарное, считаются членами группы 802 условно. Члены-претенденты это те, кто принял участие в одном пленарном или промежуточном заседании, и, наконец, неучаствующие члены - те, кто присутствовал на одном заседании и пожелал прекратить свое членство. Сейчас в рабочей группе IEEE 802.11 около 200 представителей, большинство из которых сотрудники компаний, выпускающих продукцию для беспроводных сетей, и других фирм, заинтересованных в развитии этого вида продуктов.

Рабочая группа 802.11 собирается трижды в год во время пленарных заседаний IEEE LMSC и столько же раз между пленарными заседаниями. Большинство встреч LMSC и рабочей группы 802.11 продолжительностью в одну неделю проходит в Соединенных Штатах, а некоторые из них - в Азии и Европе.

Рабочая группа IEEE 802.11 публикует все рассматриваемые и выпускаемые ею документы, не защищенные законом об авторском праве. Эти материалы можно заказать в Службе заказов документов IEEE 802 по номеру (800) 678-4333.

Желающие могут также обратиться в службу подписки IEEE с просьбой об автоматическом получении документов. Заинтересованным в занесении своей фамилии в список адресатов необходимо позвонить по номеру (602) 863-0999. Многие из документов доступны по электронной почте через два анонимных ftp сервера Internet. Адреса этих серверов: atg.apple/com (17.255.4.30 - выбрать каталог pub/802.11) и ftp.cs.utwente.nl (130.89.10.247 - выбрать каталог pub/doc/802.11).

ТОЛЬКО ДЛЯ ЧЛЕНОВ ГРУППЫ

Рабочая группа 802.11 за первые четыре года своей работы большую часть времени потратила на обсуждение документов, предложенных активными членами группы. Как правило, порядок работы группы таков: тот кто заинтересован в каком-либо предложении, выносит на рассмотрение соответствующий документ. Комитет анализирует возможные варианты каждого документа, взвешивая все "за" и "против". Обсуждение считается закрытым, когда комитет принимает или не принимает внесенные предложения.

Группа может добавлять, удалять или изменять текст чернового варианта стандарта, если на собрании 75% ее членов проголосуют за это. Одобренный в конечном итоге вариант становится частью стандарта 802.11. Группа IEEE 802.11 контактирует с другими группами, разрабатывающими стандарты на беспроводную связь, среди них и Форум Беспроводных Информационных Сетей (WINForum, Вашингтон). Цель этого объединения - определить частотный спектр для использующих радиосредства нелицензированных Служб Персональных Коммуникаций (PCS), как при передаче речи, так и при передаче данных.

WINForum представил на рассмотрение предложение для FCC по разделению радиочастотного спектра между приборами различных производителей. Суть этого предложения изложена в Сообщении и Распоряжении FCC о выделении полосы в 40 МГц вокруг частоты 1,9 ГГц.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОДРОБНОСТИ

В целом, стандарт 802.11 обеспечивает функционирование беспроводной связи стационарных, портативных и мобильных станций на уровне доступа к среде и физическом уровне в ограниченной области с темпом передачи данных более 1 Мбит/с. Цель стандарта - на одном слое доступа к среде поддерживать несколько физических уровней, используя передачу электромагнитных волн (радиосигналы или инфракрасный свет) в воздушной среде.

Стандарт 802.11 поддерживает станции, движущиеся со скоростью пешехода или велосипеда. Применим стандарт как внутри зданий (офисы, торговые центры, производственные помещения, больницы, частные резиденции), так и снаружи (автостоянки, студенческие городки, комплексы зданий, заводы).

Группа 802.11 выработала ряд документов по специфичным для беспроводных сетей проблемам - источники питания, ограниченный частотный диапазон и безопасность.

Большинство имеющихся плат для беспроводных локальных сетей работают в формате PCMCIA тип II и поддерживают портативные и переносные компьютеры. Но переносные компьютеры используют батареи для питания своих схем, и добавление беспроводной сетевой платы к такому компьютеру приведет к быстрому истощению батарей питания. Поэтому документ об источниках питания - одно из основных препятствий к выпуску стандарта на беспроводные локальные сети.

Рабочая группа 802.11 трудилась не покладая рук над решением этой проблемы и, в конце концов, остановилась на технологии периодического переключения беспроводного трансивера в режимы ожидания с малым потреблением энергии. ISM-полосы частот не обеспечивают широкую полосу пропускания, что делает темп передачи данных ниже темпа сети Ethernet. Именно ограниченная ширина полосы плюс растущая необходимость обмена все более длинными файлами в сети, заставили группу 802.11 обратиться к таким методам, как сжатие данных.

Из-за способов связи, основанных на радиопередаче, сигналы в беспроводных сетях распространяются на гораздо большей территории, чем при использовании витых пар, коаксиальных кабелей или волоконных световодов, а значит площадь, нуждающаяся в защите, значительно увеличивается. При рассмотрении вопросов защиты информации, рабочая группа 802.11 скоординировала свою деятельность с комитетом стандартизации 802.10, отвечающим за разработку механизмов защиты для всех сетей серии 802.

Группа 802.11 обеспечила совместимость своего нового стандарта с другими стандартами серии 802, такими как: IEEE 802 (функциональные требования), 802.2 (управление логической связью) и 802.10 (защищенный обмен данными).

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ

В части стандарта, относящейся к физическому уровню, описываются механические, электрические и функциональные характеристики сетевых плат. Для сетей IEEE 802.3 (Ethernet) этот раздел посвящен проводкам из скрученных пар, коаксиальных кабелей и оптоволокна. Физический раздел IEEE 802.11 определяет радиоволны и инфракрасное излучение как возможных носителей. Данной технологией занимается физическая подгруппа, цель работы которой - выработать или принять модель канала и разработать соответствующие тесты.

В июле 1992 г. группа 802.11 решила вплотную заняться ISM-диапазоном в районе частоты 2,4 ГГц. При принятии этого решения определяющим стал тот факт, что использование ISM диапазона в большинстве стран не требует лицензии.

Метод распределенного спектра, разработанный первоначально военными, предполагает, что энергия сигнала распределяется по широкому диапазону частот. В результате электрические шумы и помехи со стороны других радиосистем слабо влияют на передаваемый сигнал (этот метод уменьшает также вероятность перехвата сигнала).

Для ISM-связи необходим либо непрерывно распределенный, либо распределенный скачками по дискретным частотам спектр. Рабочая группа 802.11 выделила оба эти направления в специальные подразделения, чтобы определить для каждого из них сходные типы модуляции.

МЕТОД ПРЯМОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

В методе прямой последовательности сигнал, несущий данные пользователя, комбинируется с высокоскоростной последовательностью битов, или последовательностью чипа. В итоге последовательность сигналов значительно быстрее исходной. Название данного метода определило то обстоятельство, что процесс распределения применяется непосредственно к каждому биту информации.

Эффективность систем с непрерывным распределением определяется выигрышем метода (processing gain) или коэффициентом распределения (spreading ratio), равным отношению темпа передачи данных (data rate) сигнала с распределенным спектром к темпу передачи исходного сигнала. Минимально допустимый коэффициент распределения в США и Японии равен 10. Чтобы исключить насколько это возможно перекрестные помехи, рабочая группа 802.11 установила минимальный коэффициент 11.

В сравнении с методом скачущей частоты, метод прямой последовательности менее подвержен помехам из-за многократных отражений радиоволн от окружающих предметов. Системы с прямой последовательностью, в свою очередь, хуже противостоят мощным помехам вроде тех, что возникают из-за близости другой беспроводной сети.

Влияние помехи в малом интервале диапазона при прямой последовательности приводит к частичному искажению передаваемых данных. С помощью схемы демодуляции последовательных сигналов данные легко восстановить, чего нельзя сказать о сигнале, искаженном мощными помехами.

Главный недостаток метода прямой последовательности заключается в том, что основанная на нем система потребляет в два-три раза больше энергии, чем аналогичная, использующая метод скачущей частоты. Это может вызвать серьезные проблемы при внедрении беспроводных адаптеров для портативных компьютеров.

В марте 1993 года комитет 802.11 начал принимать предложения по физической части стандарта, касающейся использования метода прямой последовательности. После многих дебатов комитет согласился включить в стандарт главу об использовании прямой последовательности с распределенным спектром.

Физическая часть этого стандарта включает два темпа передачи данных: 2 Мбит/с, использующий модуляцию с дифференциальным четверичным переключением со сдвигом фазы (DQPSK), и 1 Мбит/с с дифференциальным двоичным переключением со сдвигом фазы (DBPSK). Стандарт определяет семь каналов прямой последовательности, один из которых выделен специально для Японии, а остальные шесть - для Соединенных Штатов и Европы. Пары каналов могут работать, не вызывая взаимных помех, кроме того, все три пары могут использоваться одновременно при надлежащем планировании частот для избежания конфликтов.

СКОК-ПОСКОК

В противоположность методу прямой последовательности, передатчики со скачущей частотой посылают сигналы, переключаясь с одной частоты на другую; они отправляют по несколько бит на каждой частоте, прежде чем переключиться на следующую. Системы со скачущей частотой меняют частоты по схеме, кажущейся случайной. В действительности же используется схема с заранее определенной последовательностью скачков, именуемой обычно каналом распределенного спектра скачущих частот.

Системы распределенного спектра скачущей частоты более пригодны для применения в портативных устройствах: они дешевле в реализации и не потребляют так много энергии, как их аналоги с непрерывной последовательностью. Однако эти системы вынуждены передавать заново данные, искаженные при передаче на одной из частот в последовательности, поскольку метод скачущей частоты менее устойчив к помехам, вызванным отражениями сигналов и другими источниками.

Комитет 802.11 определил на физическом уровне для метода скачущей частоты темп данных 1 Мбит/с с использованием двухуровневого гауссова переключения частот (GFSK). Эта спецификация описывает 79 центральных частот для каналов, выделенных для Соединенных Штатов, из которых определяются три набора из 22 частот.

В стандарт 802.11 со временем могут быть включены два других частотных диапазона. FCC распорядилось выделить полосу в 20 МГц для PCS в районе 1,9 ГГц для безлицензионных служб. Внутри этой полосы 10 МГц будут выделены для синхронного доступа и 10 МГц - для асинхронного.

Другая возможная полоса частот располагается в диапазоне между 5,150 ГГц и 5,250 ГГц, зарезервированном во всем мире для СВЧ-систем посадки (MLS). Однако Глобальная система позиционирования (GPS) быстро вытесняет MLS-технологию. Таким образом, частоты MLS, возможно, станут доступными для беспроводных локальных сетей.

В Европе соответствующие службы уже разрешили Европейскому Институту Стандартов Связи использовать зарезервированные частотные полосы MLS в проекте, названном "Локальные высокопроизводительные радиосети" (HIPERAN). В результате физическая подгруппа 802.11 включила в рассмотрение диапазоны 1,9 ГГЦ и 5,2 ГГц, в дополнение к ISM-диапазону 2,4 ГГц.

Комитет 802.11, однако, не получил ни одного предложения по разработке физического стандарта в диапазонах 1,9 ГГц и 5,2 ГГц. Отсутствие интереса к диапазону 1,9 ГГц вызвано возможно тем, что он будет доступен только в Соединенных Штатах, к тому же не так просто добиться высокой скорости передачи данных в полосе шириной 10 МГц. Кроме того, понадобится много времени на расчистку полосы для использования компонент 802.11.

Черновой проект стандарта 802.11 включает также описание физического уровня в инфракрасном диапазоне для малогабаритного оборудования и низкоскоростных приложений. Базовый темп данных для этого метода 1 Мбит/с при использовании 16 ppm (импульсной позиционной модуляции) и повышенная скорость 2 Мбит/с при использовании 4 ppm.

На уровне MAC стандарт разрешает нескольким станциям делить между собой один физический диапазон частот. Подгруппа MAC рабочей группы 802.11 сосредоточила усилия на разработке единственного MAC-уровня для стандарта 802.11. Черновик MAC-стандарта содержит все необходимое для поддержки асинхронных систем и систем с привязкой по времени (TSB-систем), а также согласование разных темпов для каждого физического уровня.

ПЛАНЫ И ПРОДУКТЫ

Производители начинают приводить свою продукцию в соответствие с готовящимся стандартом 802.11. На уровне доступа к среде большинство производителей могут со временем заменить свои 802.3 MAC чипы на 802.11 МАС чипы. AT&T Global Informational Solutions, например, планирует разработать чип этого типа.

По словам Ювала Бэрора, технического руководителя серии AirLink компании Cylink (Саннивэйл, Калифорния), будущие версии AirLink будут разрабатываться с учетом стандарта 802.11 в части, касающейся применений вне помещений.

Главный инженер WinData (Литтл-тон, Массачусетс) Пэт Бэрли заявляет, что в планы WinData включена разработка линии, целиком состоящей из беспроводных изделий, соответствующих стандарту 802.11. "Эта серия из новой продукции дополнит выпускаемые компанией системы FreePort и AirPort", - говорит он.

Proxim (Маунтэйн-Вью, Калифорния), Xirom (Калабассас, Калифорния) также приняли на вооружение технологию GFSK модуляции.

БУМ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Какое влияние окажет стандарт 802.11 на развитие беспроводных локальных сетей, покажет время. Однако снижение затрат на разработку, обеспечение совместимости и надежности продукции разных фирм, в результате внедрения стандарта, наверняка приведут к падению цен на беспроводные компоненты для локальных сетей. И когда цены приблизятся к уровню Ethernet, объем продажи непременно возрастет.

Данное обстоятельство упрочит позиции небольших компаний в конкретной борьбе на рынке, поскольку затраты этих компаний на исследования и разработки резко сократятся. В результате, реализация нового стандарта должна привести к буму на рынке компонентов для беспроводных сетей.

Таблица 1 - Элементы стандарта 802.11

---

О ЧЕМ НЕ ЗНАЕТ ДЯДЮЩКА СЭМ

Военная разведка

Как частной компании, занимающейся разработкой оборудования для беспроводных сетей для передачи данных внутри и между зданиями, заслужить очередную звезду? Спросите об этом WinData (Littleton, MA), которая сегодня является одним из немногих производителей, всецело сосредоточившихся на выпуске продуктов для беспроводных сетей.

Беспроводные системы FreePort и AirPort предоставляют средства соединения с хабами и между зданиями, соответственно. Система FreePort для Ethernet работает в широкополосном диапазоне ISM. AirPort обеспечивает соединения точка-точка и точка-точки.

Инструмент SeePort, общая опция для обеих систем, предназначен для администраторов сетей для конфигурации, мониторинга и диагностики беспроводных конфигураций.

Недавно продукты WinData заинтересовали военных. Они подписали контракт с GTE на внедрение системы FreePort для программы развертывания средств связи на месте боевых действий под названием Theater Deploayable Communications/Leading Edge Advanced Package (TDP/LEAD). Цель программы - быстрое развертывание наземных коммуникаций для воздушного десанта и сил быстрого реагирования.

"TDC/LEAD - краеугольная программа, - говорит президент WinData Лу Пиацца. - Во-первых, она является прототипом всех тактических коммуникаций воздушных сил следующего тысячелетия на случай возникновения ситуаций, когда необходимо быстрое развертывание коммуникаций, как это было при осуществлении операции "Буря в пустыне". Во-вторых, TDC/LEAP - это одна из первых больших программ Министерства обороны по использованию готовых коммерческих продуктов для внедрения последних технологий по рыночным ценам."

БЕСПРОВОДНЫЕ ПРОДУКТЫ CYLINK НА СЛУЖБЕ МЕДИЦИНЫ

Живые картинки

Если вы думали, что фраза "доставка на дом" относится только к торговым компаниям, то вам следует пересмотреть свой словарь. Компания Cylink (Synnyvale, CA), провайдер широкополосных радиотехнологий, и военно-морской флот США решили недавно вместе придать этому сочетанию новый смысл.

Беспроводные межсетевые продукты с удаленным доступом компании Cylink имеют элементы системы безопасности информации и сети. Полнодуплесный мост AirLink для полулокальных сетей между несколькими зданиями имеет интерфейс EIA-350, который позволяет осуществлять резервирование по линиям frame relay, ISDN и T1.

Военно-морские силы США используют продукты Cylink для передачи изобразительных данных медицинских исследований, например рентгеновских фотоснимков, в больничном комплексе Bethesda Naval через шесть стен и железобетонный пол между первым и вторым этажами.

В эксперименте по демонстрации беспроводного видео группа по обработке медицинской информации ВМФ США по требованию подсоединила беспроводные модемы AirLink 128/V.11 к кодер-декодеру PictureTel System 4000 и провела несколько успешных испытаний. В одном из них сигнал передавался с 18-этажного здания через крышу компьютерного центра в соседнем квартале. Все демонстрации проводились с использованием 10-элементной антенны Yagi.

Каков результат? Успешная передача видео-изображений без потери разрешения - весьма благоприятный прогноз здоровья беспроводной передачи видеоданных.