Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Функционирование устройств Wi-Fi на физическом уровне

Дэйв Молта

Осенью 1999 г. была создана организация Wireless Ethernet Compatibility Alliance (сейчас ее название Wi-Fi Alliance), которой принадлежит бренд Wi-Fi. На проведенной ею в то время пресс-конференции представитель этой организации назвал технологию Wi-Fi беспроводным аналогом Ethernet (wireless Ethernet). Когда же один из журналистов усомнился в правильности такого сравнения, ему было сказано, что технологии Wi-Fi и Ethernet очень похожи, поскольку в них предусмотрен конкурентный доступ узлов сети к среде передачи данных и имеется много общего в реализации канального уровня.

Однако сходство названных технологий на этом и заканчивается. Они существенно отличаются друг от друга на физическом уровне. Если трафик сетей Ethernet локализован в более или менее защищенных от воздействия внешней среды электрических и оптических кабелях, то трафик систем Wi-Fi передается по радиоволнам и при этом подвержен влиянию помех и атмосферных осадков, которые могут парализовать работу системы.

Производители средств Wi-Fi стараются не афишировать возможные проблемы в их работе, связанные с их физическим уровнем. Вместо этого они подчеркивают простоту инсталляции и сетевой интеграции оборудования Wi-Fi. Но вам, уважаемые читатели, следует знать об этих проблемах и, чтобы успешно управлять большими беспроводными ЛВС (БЛВС), нужно еще разбираться в основах радиотехники. Здесь вполне уместно провести аналогию с сетями Ethernet, для эффективного администрирования которых необходимы знания в области структурированных кабельных систем.

Основы радиосвязи

Подобно модемам для коммутируемых линий и кабельным модемам, устройства Wi-Fi модулируют передаваемые сигналы. С помощью разных методов модуляции они преобразуют получаемые от компьютера цифровые сигналы в аналоговые радиочастотные. Скорость передачи данных с помощью модулированной несущей зависит от ряда факторов, в том числе от ширины полосы пропускания канала связи и типа используемого метода модуляции. По сравнению с простыми методами (или схемами) модуляции (например, BPSK, реализуемый 1-Мбит/с устройствами БЛВС), сложные методы модуляции (например, 64-QAM, поддерживаемый 54-Мбит/с оборудованием) обеспечивают более высокую скорость передачи данных. Но при использовании сложных методов модуляции устойчивость работы радиосистемы к воздействию шума снижается.

Поскольку по мере распространения в атмосфере радиосигнал затухает, разработчикам и пользователям радиосистем приходится искать компромисс между скоростью передачи данных и дальностью связи. Радиоволны в атмосфере затухают быстрее, чем радиочастотные сигналы, передаваемые кабельными модемами по гибридным (оптоволоконным и коаксиальным) кабельным системам.

Сети Wi-Fi работают в нелицензируемых (в США) частотных диапазонах 2,4—2,4835 (ISM-диапазон); 5,15—5,35 и 5,725—5,825 ГГц (UNII-диапазоны). Ширина полосы пропускания радиоканала систем Wi-Fi равна 22 МГц.

Устройства, предназначенные для работы в нелицензируемых диапазонах, должны быть спроектированы таким образом, чтобы сводить к минимуму вероятность негативного влияния (на их функционирование) взаимных помех. По этой причине устройства Wi-Fi имеют небольшую выходную мощность и устойчивы к воздействию не очень сильных помех, которые создаются другими устройствами, функционирующими в том же диапазоне.

Помехоустойчивость устройств Wi-Fi обеспечивается расширением спектра передаваемых сигналов. Хотя системы, реализующие технологии расширения спектра, работают довольно надежно, почти невозможно создать многосотовую БЛВС, не столкнувшись с проблемами в работе ее устройств, вызванными помехами.

Любое устройство Wi-Fi, будь то плата PC Card, беспроводной сетевой адаптер для настольного ПК или точка доступа, функционирует как приемопередатчик, т. е. передает и принимает радиосигналы. Стоит отметить, что 5-ГГц радиосигналы устройств стандарта 802.11a затухают сильнее, чем 2,4-ГГц сигналы, особенно когда на пути их распространения встречаются стены или другие объекты.

Мало того что приемникам приходится работать с очень слабыми сигналами, они еще испытывают воздействие радиочастотных шумов. К числу их источников относятся высокоскоростной центральный процессор ноутбука и микроволновая печь. Однако современные радиосистемы функционируют даже при очень низком отношении сигнал/шум.

Ватты и децибелы

Выходная мощность радиотехнических устройств обычно измеряется в ваттах. В отличие от стереосистем, которые могут иметь выходную мощность 500 Вт, оборудование Wi-Fi излучает значительно менее мощные сигналы — до 200 мВт. Поскольку радиосредства работают с маломощными сигналами, инженеры предпочитают выражать их уровень в логарифмических единицах, называемых децибелами (дБ). При определении уровня сигнала по отношению к одному милливатту используется сокращение “дБм” (dBm). Уровню сигнала в 0 дБм соответствует мощность 1 мВт.

Если мощность сигнала менее 1 мВт, его уровень отрицателен. Например, чувствительность беспроводного сетевого адаптера стандарта 802.11b при пропускной способности 2 Мбит/с может равняться –90 дБм.

Запомните два полезных в инженерной практике правила. Увеличение или уменьшение уровня сигнала на 3 дБ означает увеличение или уменьшение его мощности в два раза. Увеличение же уровня сигнала на 10 дБ соответствует десятикратному увеличению его мощности. Таким образом, если 0 дБм равняется 1 мВт, то 10 дБм — 10, 20 дБм — 100 и 30 дБм — 1000 мВт, или 1 Вт. С помощью этих правил несложно определить, что уровню сигнала в 23 дБм соответствует мощность 200 мВт.

Усиление и потери

В состав радиопередатчиков входят усилители мощности, повышающие уровень передаваемого сигнала. Для увеличения дальности связи разработчики беспроводного оборудования могут повышать его выходную мощность, но при этом они не должны выходить за пределы налагаемых (регулирующими органами) ограничений на характеристики этого оборудования. И еще, чем выше выходная мощность, тем больше потребляется электроэнергии (что сокращает срок службы батареи ноутбука) и рассеивается тепла (ноутбук нагревается сильнее).

Дальность связи можно повысить и за счет применения направленных антенн. Такая антенна фокусирует передаваемый сигнал в определенном направлении и обеспечивает повышение уровня принимаемого сигнала.

Чтобы беспроводная сеть функционировала нормально, суммарное усиление взаимодействующих устройств должно быть выше затухания передаваемого радиосигнала. Затухание радиосигнала в атмосфере (по причине его рассеивания в ней) называется потерями в свободном пространстве. В зданиях, где работают БЛВС, имеют место и другие виды потерь, в том числе потери, обусловленные поглощением (стенами, межэтажными перекрытиями и дверями), рассеиванием (из-за хаотических отражений от различных поверхностей) и рефракцией (изменением направления распространения волны при прохождении ее через объект, например, стеклянную стену) радиоволн. Уровень потерь зависит от частоты радиосигнала. Например, 5-ГГц радиосигнал поглощается межэтажными перекрытиями и стенами сильнее, чем 2,4-ГГц.

Хотя возможность установления радиосвязи зависит в первую очередь от параметров оборудования и потерь передаваемого сигнала, на работу БЛВС влияет и такой фактор, как многолучевое распространение радиоволн, вызванное их отражением от разных предметов. В результате этого один и тот же переданный радиосигнал многократно (с разной временной задержкой) поступает на вход приемника, что может значительно ослабить принимаемый сигнал.

Инженеры продолжают искать методы борьбы с негативным эффектом многолучевого распространения радиоволн. Сегодня с этой целью многие устройства Wi-Fi оснащены двумя антеннами, что иногда помогает. В большинстве случаев надежность работы радиосистемы при многолучевом распространении зависит от конструкции ее радиоприемника. По этой причине беспроводная сетевая плата с высокой выходной мощностью может уступать по дальности действия плате с меньшей мощностью, но с улучшенными возможностями работы в условиях многолучевого распространения радиоволн.

Результаты тестирования

Параметр, который вычисляется как разность выраженных в децибелах значений мощности передатчика и чувствительности приемника, называют системным усилением оборудования или бюджетом радиолинии. Так, соответствующий стандарту 802.11b сетевой адаптер Cisco Aironet имеет максимальную выходную мощность 20 дБм, а чувствительность радиоприемника точки доступа Cisco 1200 составляет –85 дБм (при максимальной пропускной способности 11 Мбит/с). Следовательно, при использовании этого оборудования бюджет радиолинии равен 105 дБ.

При недостаточно высоком отношении сигнал/шум пропускная способность систем Wi-Fi уменьшается из-за возникновения ошибок в пакетах данных и их повторной передачи. Чтобы устранить эти негативные явления, по мере уменьшения уровня принимаемого сигнала системы Wi-Fi автоматически переходят на менее эффективный метод модуляции, снижая тем самым свою максимальную скорость передачи данных (при этом помехоустойчивость повышается). В системах стандарта 802.11b максимальная скорость снижается постепенно — с 11 до 5,5 Мбит/с, затем до 2 и, наконец, до 1 Мбит/с. Когда же уровня сигнала перестает хватать и для работы системы на скорости 1 Мбит/с, связь прерывается.

В своей лаборатории Real-World Labs Сиракузского университета для измерения зависимости скорости передачи данных от дальности связи мы использовали тестовое оборудование фирмы Azimuth Systems, которое по программе изменяет уровень затухания сигнала в радиолинии. На рисунке представлена измеренная зависимость скорости передачи данных от затухания передаваемого сигнала (адаптер Cisco Aironet 802.11a/b/g передавал данные точке доступа Cisco 1200 802.11b). Из-за высоких накладных расходов реальная пропускная способность систем Wi-Fi примерно в два раза ниже максимальной. Согласно графику на рисунке, реальная пропускная способность 11-Мбит/с адаптера Cisco (при затухании сигнала 81 дБ) составляет 5,7 Мбит/с и при увеличении затухания до 100 дБ остается примерно постоянной. Далее число ошибок быстро растет и реальная скорость передачи данных снижается, а при затухании около 103 дБ адаптер переходит в режим работы с максимальной пропускной способностью 5,5 Мбит/с. Очередное снижение максимальной скорости передачи происходит при затухании примерно 109 дБ. Когда же затухание радиосигнала достигает 111 дБ, его уровня перестает хватать даже для передачи данных на скорости 1 Мбит/с и сетевое соединение между адаптером и точкой доступа разрывается.

Тестовая система фирмы Azimuth Systems очень удобна для анализа зависимости скорости передачи данных радиосистем от дальности связи. Мы полагаем, что эта система получит широкое применение в независимых тестовых лабораториях и в лабораториях производителей беспроводного оборудования. Испытав с ее помощью разные беспроводные сетевые адаптеры, мы обнаружили существенные различия в их графиках зависимости скорости передачи данных от дальности связи. Эта система позволяет получать воспроизводимые результаты и изучать влияние на работу радиосистемы такой важной характеристики радиолинии, как затухание, но с ее помощью нельзя сымитировать многолучевое распространение радиоволн.

Для сертификации медных и оптоволоконных кабельных систем сетей Ethernet используются соответствующие сканеры. Если кабели установлены и терминированы должным образом, то кабельная система, как правило, без проблем проходит процедуру сертификации, и ее характеристики со временем почти не изменяются. Совсем иная ситуация с БЛВС. Параметры связи могут зависеть от открывания и закрывания дверей в помещениях и от передвижения по ним людей. Понимание основ функционирования радиосистем поможет вам эффективнее использовать средства обследования места развертывания БЛВС и средства поиска неисправностей в ее работе и тем самым улучшить планирование и обслуживание этой сети. .





  
12 '2004
СОДЕРЖАНИЕ

бизнес

• Двенадцать правил взаимоотношений с клиентами

инфраструктура

• Звёзды Wi-Fi

• Рынок ИБП снова на подъеме

• Выбираем систему RADIUS

• Анализируем предложения по виртуализации памяти

• Функционирование устройств Wi-Fi на физическом уровне

информационные системы

• Все дело в ответах

• Тестируем продукты переупаковки программ в формат MSI

сети связи

• Видеосистема Polycom под «микроскопом»

• Подготовьте свою сеть к IP-телефонии

кабельные системы

• Системы управления СКС становятся более распространенными

• Активные зоновые кабельные системы

новые продукты

• Новые серверы R-Style Computers


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх