Беспроводная сеть — это компьютерная сеть , в которой используются беспроводные соединения для передачи данных между сетевыми узлами . [1] Беспроводные сети позволяют домам, телекоммуникационным сетям и бизнес-установкам избежать дорогостоящего процесса прокладки кабелей в здании или соединения между различными местами оборудования. [2] Административные телекоммуникационные сети обычно реализуются и администрируются с использованием радиосвязи . Эта реализация происходит на физическом уровне (уровне) сетевой структуры модели OSI. [3]
Примеры беспроводных сетей включают сети сотовой связи , беспроводные локальные сети (WLAN) , беспроводные сенсорные сети, сети спутниковой связи и наземные микроволновые сети. [4]
Первая профессиональная беспроводная сеть была разработана под брендом ALOHAnet в 1969 году в Гавайском университете и введена в эксплуатацию в июне 1971 года. Первой коммерческой беспроводной сетью было семейство продуктов WaveLAN , разработанное NCR в 1986 году.
Достижения в области беспроводной технологии MOSFET (МОП-транзистор) позволили разработать цифровые беспроводные сети . Широкое распространение RF CMOS ( радиочастотных CMOS ), силовых MOSFET и LDMOS (MOS с боковым рассеянием) привело к развитию и распространению цифровых беспроводных сетей к 1990-м годам, а дальнейшие достижения в технологии MOSFET привели к увеличению пропускной способности в 2000-х годах ( закон Эдгольма ). [5] [6] [7] Большинство основных элементов беспроводных сетей построены из МОП-транзисторов, включая мобильные приемопередатчики , модули базовых станций , маршрутизаторы , усилители мощности RF , [6] телекоммуникационные схемы , [8] радиочастотные схемы и радиоприемопередатчики , [7] в таких сетях, как 2G , 3G , [5] и 4G . [6]
Беспроводные персональные сети (WPAN) соединяют устройства на относительно небольшой территории, которая обычно находится в пределах досягаемости человека. [9] Например, и радио Bluetooth , и невидимый инфракрасный свет обеспечивают WPAN для подключения гарнитуры к ноутбуку. Zigbee также поддерживает приложения WPAN. [10] Сети Wi-Fi PAN становятся обычным явлением (2010 г.), поскольку разработчики оборудования начинают интегрировать Wi-Fi в различные потребительские электронные устройства. Возможности Intel «My WiFi» и «виртуальный Wi-Fi» в Windows 7 упростили и упростили установку и настройку сетей Wi-Fi PAN. [11]
Беспроводная локальная сеть (WLAN) соединяет два или более устройств на небольшом расстоянии с использованием метода беспроводного распределения, обычно обеспечивая соединение через точку доступа для доступа в Интернет. Использование технологий расширения спектра или OFDM может позволить пользователям перемещаться в пределах локальной зоны покрытия, оставаясь при этом подключенными к сети.
Продукты, использующие стандарты WLAN IEEE 802.11 , продаются под торговой маркой Wi-Fi . Технология фиксированной беспроводной связи реализует связь «точка-точка» между компьютерами или сетями в двух удаленных местах, часто с использованием выделенных микроволновых или модулированных лазерных световых лучей по путям прямой видимости . Его часто используют в городах для соединения сетей в двух и более зданиях без установки проводной связи. Чтобы подключиться к Wi-Fi с помощью мобильного устройства, можно использовать такое устройство, как беспроводной маршрутизатор , или частную точку доступа другого мобильного устройства.
Беспроводная одноранговая сеть, также известная как беспроводная ячеистая сеть или мобильная одноранговая сеть (MANET), представляет собой беспроводную сеть, состоящую из радиоузлов, организованных в ячеистой топологии. Каждый узел пересылает сообщения от имени других узлов, и каждый узел выполняет маршрутизацию. [12] Одноранговые сети могут «самовосстанавливаться», автоматически перемаршрутизируясь вокруг узла, потерявшего питание. Для реализации одноранговых мобильных сетей необходимы различные протоколы сетевого уровня, такие как маршрутизация с последовательным расстоянием на основе вектора расстояния, маршрутизация на основе ассоциативности , специальная маршрутизация с вектором расстояния по требованию и динамическая маршрутизация от источника .
Беспроводные городские сети — это тип беспроводной сети, соединяющей несколько беспроводных локальных сетей.
Беспроводные глобальные сети — это беспроводные сети, которые обычно покрывают большие территории, например, между соседними городами или между городом и пригородом. Эти сети можно использовать для подключения филиалов бизнеса или в качестве общедоступной системы доступа в Интернет. Беспроводные соединения между точками доступа обычно представляют собой двухточечные микроволновые каналы с использованием параболических антенн в диапазоне 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, а не всенаправленные антенны, используемые в небольших сетях. Типичная система содержит шлюзы базовых станций, точки доступа и ретрансляторы беспроводного моста. Другие конфигурации представляют собой ячеистые системы, в которых каждая точка доступа также действует как ретранслятор. В сочетании с системами возобновляемой энергии, такими как фотоэлектрические солнечные панели или ветровые системы, они могут быть автономными системами.
Сотовая сеть или мобильная сеть — это радиосеть, распределенная по наземным территориям, называемым ячейками, каждая из которых обслуживается как минимум одним приемопередатчиком с фиксированным местоположением , известным как сотовая станция или базовая станция . В сотовой сети каждая сота обычно использует другой набор радиочастот от всех своих непосредственных соседних ячеек, чтобы избежать каких-либо помех.
При объединении эти ячейки обеспечивают радиопокрытие на обширной географической территории. Это позволяет большому количеству портативных трансиверов (например, мобильных телефонов, пейджеров и т. д.) связываться друг с другом, а также со стационарными приемопередатчиками и телефонами в любой точке сети через базовые станции, даже если некоторые из приемопередатчиков перемещаются более чем через одна ячейка во время передачи.
Хотя изначально они предназначались для сотовых телефонов , с развитием смартфонов сотовые телефонные сети обычно передают данные в дополнение к телефонным разговорам:
Частные сети LTE/5G используют лицензированный, общий или нелицензионный спектр беспроводной связи благодаря базовым станциям сотовой сети LTE или 5G, малым сотам и другой инфраструктуре сети радиодоступа (RAN) для передачи голоса и данных на периферийные устройства (смартфоны, встроенные модули, маршрутизаторы и шлюзы.
3GPP определяет частные сети 5G как частные сети, которые обычно развертываются в меньшем масштабе для удовлетворения потребностей организации в надежности, доступности и удобстве обслуживания.
Частные сети с открытым исходным кодом основаны на совместном программном обеспечении, управляемом сообществом, которое опирается на экспертную оценку и производство для использования, изменения и обмена исходным кодом.
Глобальная вычислительная сеть (GAN) — это сеть, используемая для поддержки мобильной связи в произвольном количестве беспроводных локальных сетей, зон спутникового покрытия и т. д. Ключевой проблемой в мобильной связи является передача пользовательских сообщений из одной локальной зоны покрытия в другую. В проекте IEEE 802 это предполагает последовательность наземных беспроводных локальных сетей . [15]
Космические сети — это сети, используемые для связи между космическими кораблями, обычно находящимися вблизи Земли. Примером этого является Космическая сеть НАСА .
Некоторые примеры использования включают сотовые телефоны, которые являются частью повседневных беспроводных сетей и позволяют легко лично общаться. Другой пример: межконтинентальные сетевые системы используют радиоспутники для связи по всему миру. Аварийные службы, такие как полиция, также используют беспроводные сети для эффективной связи. Частные лица и компании используют беспроводные сети для быстрой отправки и обмена данными, будь то в небольшом офисном здании или по всему миру.
В общем смысле беспроводные сети предлагают широкий спектр применений как для деловых, так и для домашних пользователей. [16]
«Сейчас в отрасли принимается несколько различных беспроводных технологий. Каждая беспроводная технология определяется стандартом, который описывает уникальные функции как на физическом, так и на канальном уровне модели OSI . Эти стандарты различаются указанными методами передачи сигналов и географическими диапазонами. и использование частот, среди прочего. Такие различия могут сделать некоторые технологии более подходящими для домашних сетей, а другие — для сетей более крупных организаций». [16]
Каждый стандарт различается в географическом диапазоне, что делает один стандарт более идеальным, чем другой, в зависимости от того, чего он пытается достичь с помощью беспроводной сети. [16] Производительность беспроводных сетей удовлетворяет требованиям различных приложений, таких как передача голоса и видео. Использование этой технологии также дает возможность для расширения, например, от 2G к 3G , а также к технологиям 4G и 5G , которые представляют собой четвертое и пятое поколения стандартов мобильной связи для сотовых телефонов. Поскольку беспроводные сети стали обычным явлением, их сложность возрастает за счет конфигурации сетевого оборудования и программного обеспечения, а также достигается большая способность быстрее отправлять и получать большие объемы данных. Сейчас беспроводная сеть работает на базе LTE — стандарта мобильной связи 4G. Пользователи сети LTE должны иметь скорость передачи данных в 10 раз выше, чем в сети 3G. [17]
Пространство — еще одна характеристика беспроводной сети. Беспроводные сети предлагают множество преимуществ, когда речь идет о труднодоступных для связи местах, таких как улица или река, склад на другой стороне помещения или здания, которые физически разделены, но работают как одно целое. [17] Беспроводные сети позволяют пользователям определять определенное пространство, в котором сеть сможет взаимодействовать с другими устройствами через эту сеть.
В домах также создается пространство в результате устранения беспорядка в проводке. [18] Эта технология позволяет использовать альтернативу установке физических сетевых сред, таких как TP , коаксиалы или оптоволокно , которые также могут быть дорогими.
Для домовладельцев беспроводная технология является более эффективным вариантом по сравнению с Ethernet для совместного использования принтеров, сканеров и высокоскоростного подключения к Интернету. Сети WLAN помогают сэкономить затраты на установку кабельной среды, сэкономить время на физическую установку, а также создают мобильность для устройств, подключенных к сети. [18] Беспроводные сети просты и требуют всего лишь одной точки беспроводного доступа , подключенной напрямую к Интернету через маршрутизатор . [16]
Телекоммуникационная сеть на физическом уровне также состоит из множества взаимосвязанных элементов проводной сети (NE). Эти NE могут представлять собой автономные системы или продукты, которые либо поставляются одним производителем, либо собираются поставщиком услуг (пользователем) или системным интегратором из деталей от нескольких разных производителей.
Беспроводные NE — это продукты и устройства, используемые оператором беспроводной связи для обеспечения поддержки транзитной сети , а также центра коммутации мобильной связи (MSC).
Надежное беспроводное обслуживание зависит от сетевых элементов на физическом уровне, которые необходимо защитить от всех операционных сред и приложений (см. GR-3171, Общие требования к сетевым элементам, используемым в беспроводных сетях – критерии физического уровня ). [19]
Что особенно важно, так это NE, которые расположены от вышки сотовой связи до шкафа базовой станции (BS). Крепежные средства и расположение антенны, а также связанных с ней затворов и кабелей должны иметь достаточную прочность, надежность, устойчивость к коррозии и устойчивость к ветру, штормам, обледенению и другим погодным условиям. Требования к отдельным компонентам, таким как оборудование, кабели, разъемы и затворы, должны учитывать конструкцию, к которой они прикреплены.
По сравнению с проводными системами беспроводные сети часто подвергаются электромагнитным помехам . Это может быть вызвано другими сетями или другими типами оборудования, генерирующими радиоволны, находящиеся в пределах или вблизи радиодиапазонов, используемых для связи. Помехи могут ухудшить сигнал или привести к сбою системы. [4]
Некоторые материалы вызывают поглощение электромагнитных волн, не позволяя им достичь приемника, в других случаях, особенно с металлическими или проводящими материалами, происходит отражение. Это может привести к возникновению мертвых зон, в которых прием невозможен. Тепловая изоляция из алюминиевой фольги в современных домах может легко уменьшить сигналы мобильной связи внутри помещений на 10 дБ, что часто приводит к жалобам на плохой прием сигналов сотовой связи в сельской местности на большие расстояния.
При многопутевом замирании два или более разных маршрута, по которым проходит сигнал, из-за отражений могут привести к тому, что сигнал нейтрализует друг друга в определенных местах и становится сильнее в других местах ( затухание ).
Проблема скрытого узла возникает в некоторых типах сетей, когда узел виден из точки беспроводного доступа (AP), но не виден из других узлов, взаимодействующих с этой точкой доступа. Это приводит к трудностям в управлении доступом к среде (коллизиям).
Открытая проблема терминала заключается в том, что узел в одной сети не может отправлять данные из -за помех в совмещенном канале от узла, находящегося в другой сети.
Спектр беспроводной связи является ограниченным ресурсом и используется всеми узлами в радиусе действия его передатчиков. Распределение пропускной способности становится сложным при участии нескольких пользователей. Часто пользователи не знают, что объявленные номера (например, для оборудования IEEE 802.11 или сетей LTE ) не являются их пропускной способностью, а разделяются со всеми другими пользователями, и поэтому уровень отдельного пользователя намного ниже. С ростом спроса вероятность сокращения мощностей становится все более вероятной. Пользователь в цикле (UIL) может быть альтернативным решением для постоянного перехода на более новые технологии для избыточного выделения ресурсов .
Теорема Шеннона может описать максимальную скорость передачи данных любого отдельного беспроводного канала, которая связана с полосой пропускания в герцах и шумом в канале.
Можно значительно увеличить пропускную способность канала, используя методы MIMO , при которых несколько антенн или несколько частот могут использовать несколько путей к приемнику для достижения гораздо более высокой пропускной способности - в коэффициент произведения частоты и разнесения антенн на каждом конце.
В Linux настройкой каналов управляет агент центрального регуляторного домена (CRDA). [20]
Общая пропускная способность сети зависит от того, насколько дисперсионна среда (более дисперсионная среда обычно имеет лучшую общую пропускную способность, поскольку минимизирует помехи), сколько частот доступно, насколько зашумлены эти частоты, сколько антенн используется и используется ли направленная антенна. использование, используют ли узлы управление питанием и так далее.
Сотовые беспроводные сети обычно имеют хорошую пропускную способность благодаря использованию направленных антенн и способности повторно использовать радиоканалы в несмежных сотах. Кроме того, ячейки можно сделать очень маленькими с помощью передатчиков малой мощности, которые используются в городах для обеспечения пропускной способности сети, которая линейно масштабируется в зависимости от плотности населения. [4]
Точки беспроводного доступа также часто находятся рядом с людьми, но мощность падает с расстоянием быстро, следуя закону обратных квадратов . [21] Позиция Агентства по охране здоровья Соединенного Королевства (HPA) заключается в том, что «...воздействие радиочастот (РЧ) от Wi-Fi, вероятно, будет ниже, чем от мобильных телефонов». Оно также отметило: «... нет причин, по которым школы и другие учреждения не должны использовать оборудование Wi-Fi». [22] В октябре 2007 года HPA по поручению правительства Великобритании запустило новое «систематическое» исследование воздействия сетей Wi-Fi, чтобы развеять опасения, появившиеся в средствах массовой информации в последний период до этого времени». [23] Доктор Майкл Кларк из HPA говорит, что опубликованные исследования по мобильным телефонам и вышкам не могут служить основанием для обвинения Wi-Fi. [24]
[…] Агент центрального регуляторного домена (CRDA) […] контролирует каналы, которые будут установлены в системе, в соответствии с правилами каждой страны.
Все экспертные оценки, проведенные у нас и за рубежом, указывают на то, что риск для здоровья от беспроводных сетей маловероятен. … Когда мы проводили измерения в школах, типичное воздействие от Wi-Fi составляло около 20 миллионных от международных нормативных уровней воздействия радиации. Для сравнения: ребенок, пользующийся мобильным телефоном, получает до 50 процентов рекомендуемого уровня. Таким образом, год сидения в классе рядом с беспроводной сетью примерно эквивалентен 20 минутам на мобильном телефоне. Если Wi-Fi следует убрать из школ, то следует отключить и сеть мобильной связи, а также FM-радио и телевидение, поскольку сила их сигналов аналогична силе сигналов Wi-Fi в классах....