Беспроводные локальные сети

Список ключевых слов: скрытый терминал, методы опроса, спецификации 802.11, 802.11а, 802.11b, 802.1 lg, сеть с базовым набором услуг, точка доступа, служба распределенной системы, сеть с расширенным набором услуг, распределенный режим DCF, централизованный режим PCF, конкурентное окно, таймер отсрочки, межкадровые интервалы SIFS, PIFS и DIFS, контролируемый период, протокол WEP.

Беспроводные локальные сети сегодня рассматриваются как дополнение к про­водным сетям, а не как конкурентное решение. Отношение к беспроводным ло­кальным сетям не всегда было таковым, в середине 90-х было популярно мнение, в соответствии с которым все большее число локальных сетей будет переходить на беспроводные технологии. Преимущество беспроводных локальных сетей очевидно — их проще и дешевле разворачивать и модифицировать, так как вся громоздкая кабельная и инфраструктура оказывается излишней. Еще одно преи­мущество — обеспечение мобильности пользователей. Однако за эти преимуще­ства беспроводные сети расплачиваются большим перечнем проблем, которые несет с собой неустойчивая и непредсказуемая беспроводная среда. Мы уже рас­сматривали особенности распространения сигналов в такой среде в главе 10.

Помехи от разнообразных бытовых приборов и других телекоммуникационных систем, атмосферные помехи и отражения сигнала создают большие трудности для надежного приема информации. Локальные сети — это, прежде всего, сети зданий, а распространение радиосигнала внутри здания еще сложнее, чем вне его. В стандарте IEEE 802.11 приводится изображение распределения интенсив­ности сигнала (рис. 14.7). В стандарте подчеркивается, что это статическое изо­бражение, в действительности картина является динамической, и при перемеще­нии объектов в комнате распределение сигнала может существенно измениться.

Методы расширения спектра помогают снизить влияние помех на полезный сиг­нал, кроме того, в беспроводных сетях широко используются прямая коррекция ошибок (Forward Error Control, FEC) и протоколы с повторной передачей поте­рянных кадров. Тем не менее практика показала, что в тех случаях, когда ничего

..„^у^*, ижпитпмп^ми,................ „„п..,................. у.у.ш.ц,,,,, J S > ' \ < } ч' ч" * .. 4 ч 'ч- ч * "• > ч. / . ч V 4 . 'w ' >

Рис. 14.7. Распределение интенсивности радиосигнала

 

Неравномерное распределение интенсивности сигнала приводит не только к би­товым ошибкам передаваемой информации, но и к неопределенности зоны по­крытия беспроводной локальной сети. В проводных локальных сетях такой про­блемы нет, те и только те устройства, которые подключены к кабельной системе здания или кампуса, получают сигналы и участвуют в работе LAN. Беспровод­ная локальная сеть не имеет точной области покрытия. Часто используемое изо­бражение такой области в форме шестиугольника или круга является не чем иным, как абстракцией. В действительности, сигнал может быть настолько ослаблен, что устройства, находящиеся в предполагаемых пределах зоны покрытия, вооб­ще не могут принимать и передавать информацию.

Рисунок 14.7 хорошо иллюстрирует такую ситуацию. Подчеркнем, что с течени­ем времени ситуация с распределением сигнала может измениться и состав LAN также изменится. По этой причине даже технологии, рассчитанные на фиксиро­ванные (не мобильные) узлы сети, должны учитывать то, что беспроводная ло­кальная сеть является неполносвязной. Даже если считать, что сигнал распро­страняется идеально во все стороны, образованию полносвязной топологии может мешать то, что радиосигнал затухает пропорционально квадрату расстояния от источника. Поэтому при отсутствии базовой станции некоторые пары узлов не смогут взаимодействовать из-за того, что расположены за пределами зоны по­крытия передатчиков партнера.

не мешает применению проводной локальной сети, организации предпочитают именно этот вид LAN, несмотря на то, что при этом нельзя обойтись без кабель­ной системы.

В примере на рис. 14.8, а показана такая фрагментированная локальная сеть. Не- полносвязность беспроводной сети порождает проблему доступа к разделяемой среде, известную под названием скрытого терминала. Проблема возникает в том случае, когда два узла находятся вне зон досягаемости друг друга (узлы А и С на рис. 14.8, а), но существует третий узел В, который принимает сигналы как от А, так и от С. Предположим, что в радиосети используется традиционный метод
доступа, основанный на прослушивании несущей, например CSMA/CD. В дан­ном случае коллизии будут возникать значительно чаще, чем в проводных сетях. Пусть, например, узел В занят обменом с узлом А. Узлу С сложно определить, что среда занята, он может посчитать ее свободной и начать передавать свой кадр. В результате сигналы в районе узла В будут искажены, то есть произойдет кол­лизия, вероятность возникновения которой в проводной сети была бы неизмери­мо ниже.

Рис. 14.8. Связность беспроводной локальной сети: а — специализированная беспроводная сеть, б — беспроводная сеть с базовой станцией

б

а

 

Распознавание коллизий затруднено в радиосети еще и потому, что сигнал соб­ственного передатчика существенно подавляет сигнал от удаленного передат­чика и распознать искажение сигнала чаще всего невозможно.

В методах доступа в беспроводных сетях не только отказываются от прослушивания несу­щей, но и от распознавания коллизий.

Вместо этого в них используют методы предотвращения коллизий, в том числе и методы опроса.

Применение базовой станции может улучшить связность сети (рис. 14.8, б). Ба­зовая станция обычно обладает большей мощностью, а ее антенна устанавливается так, чтобы более равномерно и беспрепятственно покрывать нужную территорию. В результате все узлы беспроводной локальной сети получают возможность об­мениваться данными с базовой станцией, которая транзитом передает данные между узлами.

Беспроводные локальные сети считаются перспективными для таких примене­ний, в которых сложно или невозможно использовать проводные сети. Ниже пе­речислены основные области применения беспроводных локальных сетей.

□ Резидентный доступ альтернативных операторов связи, у которых нет про­водного доступа к клиентам, проживающим в многоквартирных домах.

□ Так называемый «кочевой» доступ в аэропортах, железнодорожных вокзалах и т. п.

□ Организация локальных сетей в зданиях, где нет возможности установить со­временную кабельную систему, например, в исторических зданиях с ориги­нальным интерьером.

□ Организация временных локальных сетей, например, при проведении конфе­ренций.

□ Расширения локальных сетей. Иногда одно здание предприятия, например ис­пытательная лаборатория или цех, может быть расположено изолированно от других. Небольшое число рабочих мест в таком здании делает крайне невы­годным прокладку к нему отдельного кабеля, поэтому беспроводная связь оказывается более рациональным вариантом.

□ Мобильные локальные сети. Если пользователь хочет пользоваться услугами сети, перемещаясь из помещения в помещение или из здания в здание, то здесь конкурентов у беспроводной локальной сети просто нет. Классическим при­мером такого пользователя является врач, совершающий обход и пользую­щийся своим ноутбуком для связи с базой данных больницы.

Пока что мобильные локальные сети не претендуют на полное покрытие круп­ных территорий, как это сделали мобильные сотовые телефонные сети, но пер­спективы такого развития имеются. В области построения территориальных сотовых мобильных сетей передачи данных технологиям беспроводных локаль­ных сетей предстоит выдержать конкуренцию с мобильными сотовыми сетями третьего поколения. Мобильные сотовые сети второго поколения не представля­ют собой серьезных конкурентов, так как они разрабатывались в первую очередь для передачи голоса, их возможности по передаче данных ограничиваются ско­ростями в несколько килобит в секунду, в то время как беспроводные локальные сети обеспечивают скорости в несколько десятков мегабит в секунду. Однако в сис­темах третьего поколения скорость передачи данных будет находиться в диапазо­не от 144 Кбит/с до 2 Мбит/с (скорость 2 Мбит/с обеспечивается на небольших расстояниях от базовой станции). Так что конкуренция может оказаться жесткой.

Далее будет рассмотрен самый популярный стандарт беспроводных локальных сетей — IEEE 802.11. Заметим, что в этой области существуют и другие стандарты (в частности, институт ETSI разработал стандарт HIPERLAN 1), однако боль­шинство производителей выпускают оборудование в соответствии со специфи­кациями IEEE 802.11.