Топологии беспроводных локальных сетей

Стандарт IEEE 802.11

Стандарты серии IEEE 802.11, известные как Wi-Fi, относятся к созданию беспроводных локальных сетей WLAN. Оборудование Wi-Fi является наиболее массовым и в радиусе его действия позволяет обеспечить доступ к сети Интер- нет. На сегодняшний день действуют следующие поправки к стандарту – 802.11a, 802.11b, 802.11g и 802.11n, которые различаются пропускной способ- ностью и используемым частотным диапазоном.

Стандарт 802.11 поддерживает два типа топологий локальных сетей: с ба- зовым и с расширенным наборами услуг.

Сеть с базовым набором услуг (Basic Service Set, BSS) образуется отдель- ными станциями, базовая станция отсутствует, узлы взаимодействуют друг с другом непосредственно (рис. 6.1). Для того чтобы войти в сеть BSS, станция должна выполнить процедуру присоединения.

Базовый набор служб (Basic Service Set, BSS) – несколько станций, вы- полняющих одинаковый протокол МАС. Станции конкурируют за доступ к но- сителю.

BSS может быть изолирован или соединяться с распределительной си- стемой (Distribution System, DS) через точку доступа (Access Point, AP) (подоб- на мосту). Протокол МАС может быть распределенным или централизованным, управляемым из АР.

Распределительная система может быть коммутатором, кабельной или беспроводной сетью.

 

Рис. 6.1. Модель расширенного набора служб

Станции могут отключаться, выходить из зоны приема и входить в зону приема.

Зона обслуживания BSS – ∅ 100–300 м. Наборы BSS могут перекрывать- ся, а могут находиться друг от друга на значительном расстоянии. Станция из

одного набора BSS может переходить в другой набор BSS.

Стандартом IEEE 802.11 определена многоуровневая архитектура прото- колов. На нижнем физическом уровне определяются частотный диапазон, ско- рость передачи данных. Над ним располагается канальный уровень.

Канальный уровень 802.11 состоит из двух подуровней: управления логи- ческой связью (Logical Link Control, LLC) и управления доступом к носителю (Media Access Control, MAC).

Стандарт 802.11 использует тот же LLC и 48-битовую адресацию, что и другие сети 802. Это позволяет легко объединять беспроводные и проводные сети.

Как и для Ethernet сетей 802.3, MAC уровень 802.11 поддерживает мно- жественный доступ на общем носителе, когда пользователь проверяет носитель перед доступом к нему. Однако стандарт 802.11 предусматривает использова- ние полудуплексных приемопередатчиков. Поэтому, в отличие от беспровод- ных в сетях 802.11 станция не может обнаружить коллизию во время передачи (станция себя «не слышит» во время передачи).

Чтобы учесть это отличие, 802.11 использует модифицированный прото- кол CSMA/CA. Для определения того, является ли канал свободным, использу- ется специальный алгоритм оценки чистоты канала, а чтобы убедиться, что

 

коллизий не произошло, принимающая станция посылает пакет ACK для под- тверждения того, что сообщение получено неповрежденным.

Из-за дешевизны и простоты установки Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организа- циями. Например, во многих кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обна- ружить бесплатную для посетителей точку доступа Wi-Fi.

 

Стандарт IEEE 802.16

Стандарты серии IEEE 802.16, известные как Wi-MAX, относятся к орга- низации беспроводных сетей масштаба города (Wireless Metropolitan Area Network, WMAN). Оборудование Wi-MAX позволяет обеспечить доступ к сети Интернет на значительной территории – до нескольких километров.

Если 802.11 – мобильный аналог Ethernet, то 802.16 – беспроводной стационарный аналог кабельного телевидения (широкополосные беспровод- ные сети).

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) – телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мо- бильных телефонов).

В общем виде WiMAX сети состоят из базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего базовые станции между собой, с устройством пользователя, с поставщиком сервисов и с Интернетом. При этом, по крайней мере, одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений.

Основной задачей базовой станции является установление, поддержание и разъединение радиосоединений. Кроме того, базовая станция выполняет об- работку сигнализации, а также распределение ресурсов среди абонентов.

В технологии 802.16 различают фиксированный и мобильный WiMAX. Фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонен- тов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающи- мися со скоростью до 150 км/ч. Мобильность означает наличие функций ро- уминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при пере- движении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и охватывать новые труднодоступные территории. Кроме того, WiMAX обеспечивает доступ в Интернет на высоких скоростях с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых вы- ступают локальные сети. Подобный подход способствует созданию масштаби- руемых высокоскоростных сетей в рамках городов.

 

Архитектура сетей WiMax не привязана к какой-либо определенной кон- фигурации. Она обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.

WiMAX и Wi-Fi сети просты в развертывании и по мере необходимости легко масштабируемы.

Однако, современным технологиям беспроводных сетей присущи суще- ственные ограничения частотно-временных радиоресурсов. Международными комитетами по стандартизации ведется напряженная работа с целью принятия новых спецификаций, определяющих работу гетерогенных сетей связи.

Помимо услуг мобильного доступа, которые предполагают передачу раз- нородного пользовательского трафика, гетерогенные сети должны обеспечить поддержку множества приложений Интернета вещей, основанных на принципе межмашинного взаимодействия.

 

Стандарт IEEE 802.15

Стандарты серии IEEE 802.15, известные как Bluetooth, относятся к орга- низации беспроводных персональных сетей (Wireless Personal Area Network, WPAN). Оборудование Bluetooth реализует обмен данными между различными устройствами на небольшие расстояния до нескольких десятков метров.

Небольшой радиус действия устройств с Bluetooth-интерфейсом позволя- ет развернуть работу WPAN на ограниченной площади, например в рамках квартиры, офисного рабочего места.

IEEE 802.15 описывает только два нижних уровня модели OSI: физиче- ский (PHY) и уровень доступа к среде передачи (MAC).

В семейство IEEE 802.15 входят несколько стандартов, число которых постоянно пополняется благодаря популярности WPAN в различных приложе- ниях – сетях промышленной автоматизации, системах «умного» дома, натель- ных медицинских сетях и других. Если обобщить, то стандарт IEEE 802.15 определяет спецификации Bluetooth, характеристики физических устройств, на которых строится беспроводная персональная сеть, и методы доступа этих устройств к среде передачи.