Стандарт IEEE 802.11

Развитие этой технологии началось в 1990 году. Разработка завершилась летом 1997 года выпуском его первой спецификации — IEEE 802.11. IEEE 802.11 стал базовым стандартом, определившим основные протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network. WLAN). В нем предусмотрено два основных типа архитектуры сетей: Ad-hoc и Infrastructure Mode. Простейшим из них является вариант Ad-hoc. который называют также IBSS (Independent Basic Service Set), он же Peer-to-Peer ("точка-точка"). В этом режиме связь устанавливается непосредственно между рабочими станциями пользователей по принципу "каждый с каждым", и создание какой-либо обшей сетевой инфраструктуры не требуется.

Но значительно большими возможностями обладают сети, работающие в режиме Infrastructure Mode. Их основу составляет сотовая архитектура, подобная той, что используется в мобильной связи. Такие сети могут состоять как из одной, так и из множества ячеек. Каждая отдельная сота беспроводной сети управляется своей базовой станцией, называемой точкой доступа (Access Point), которая взаимодействует с находящимися в пределах ее радиуса действия пользовательскими устройствами. В этом режиме устройства пользователей напрямую друг с другом не связываются, а действуют через точку доступа. Сами же точки доступа соединяются между собой либо с помощью кабельной сети, либо по специальным радиоканалам и могут иметь связь с другими сетями или выход в Интернет.

Теоретически, к каждой точке доступа может быть подключено до 255 пользователей (это ограничение IP-протокола), однако на практике данное число оказывается существенно меньше, от 20 до 50 пользователей. Для совместной работы в сети большого количества пользовательских устройств без взаимных помех стандартом определен специальный механизм их перехода в режим передачи данных с предварительным уведомлением (метод доступа), получивший название Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) - множественный доступ с обнаружением несущей и предотвращением коллизий.

Для повышения надежности передачи, а также для совместной работы в единой полосе частот устройств самого разного назначения с минимальными взаимными помехами в стандарте 802.11 предусмотрено использование радиоканалов с широкополосными сигналами, формируемыми по методу псевдослучайной скачкообразной перестройки рабочей частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) или прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum. DSSS).

Идея метода радиопередачи со скачкообразными перестройками частоты проста. Передача радиограмм не целиком, а отдельными частями, по очереди на разных частотах, затрудняла их перехват и забивание помехами. Аналогичным образом и в современной технологии FHSS данные посылаются короткими пакетами с переходом с одной частоты на другую в соответствии с заранее заданными правилами. Для этого рабочий диапазон частот разделен на 79 каналов с шириной полосы каждого в 1 МГц. При обмене информацией передатчики и приемники по заранее определенному алгоритму периодически (с интервалами в 20—400 мс) и синхронно переключаются на новый канал. Естественно, у разных пар – различные последовательности переключения частот (в общей сложности 22 варианта).

В технологии DSSS каждый бит передаваемой информации преобразуется по определенному алгоритму в последовательность из нескольких коротких импульсов ("чипов"- chip), образующих так называемый микрокадр. При приеме последовательность элементов декодируется с использованием того же алгоритма. Если в процессе передачи один или даже несколько элементов микрокадра окажутся искажены, то исходные данные во многих случаях все же можно восстановить по остальным принятым элементам. Разные пары "приемник- передатчик" в системе используют разные алгоритмы кодировки-декодировки. что обеспечивает возможность их одновременной работы без заметных взаимных помех (чужие кодовые последовательности будут восприниматься приемником как небольшой случайный шум).

В стандарте ШЕЕ 802.11 при передаче данных на скорости 1 Мбит/с используется двоичная относительная фазовая модуляция (DBPSK). При этом единичный бит информации для расширения спектра сигнала по технологии DSSS передается 11-чиповой последовательностью Баркера, а нулевой бит - инверсной последовательностью Баркера.

Информационная скорость 1 Мбит/с в стандарте IEEE 802.11 является обязательной (basic access rate), но опционально возможна передача и на скорости 2 Мбит С (enhanced rate). Для передачи данных на такой скорости используется уже квадратурная фазовая модуляция (DQPSK), что позволяет в два раза повысить информационную скорость передачи при той же ширине самого спектра - 22 МГц.

Согласно спецификации пакетирования данных они разбиваются на кадры с контрольной и адресной информацией длиной в 30 байт, блоком данных длиной до 2048 байт и 4-байтным CRC-блоком (контрольная сумма), что гарантирует обнаружение сбойных кадров при приеме. Стандарт рекомендует использовать пакеты длиной 1500 или 2048 байт.

Дальность связи между отдельными устройствами сетей стандарта 802.11 обычно не превышает 300 м. однако при использовании усилителей мощности в передатчиках и направленных антенн расстояние может составить от 40 до 80 км. Кроме того стандартом предусмотрен внутрисетевой и межсетевой хендовер (handover, передача абонента) - переключение работающих мобильных устройств с одной точки доступа на другую без обрыва связи, а также роуминг из одной сети в другую. При этом все основные настройки в пользовательском оборудовании остаются без изменений.

Для защиты передаваемой информации от перехвата стандартом предусмотрен комплекс мер безопасности под общим названием Wired Equivalent Privacy (WEP). Он охватывает средства противодействия несанкционированному' доступу к сети (процедур аутентификации), а также шифрование информации по алгоритму RCA с 40- или 128-битным ключом. Однако ввиду недостаточной реальной стойкости WEP специальной группой 802ЛИ разработаны и другие механизмы защиты на основе протокола аутентификации Extensible Authentication Protocol (ЕАР) с использованием сервера аутентификации, авторизации и учета RADIUS (Remote Access Dial-In User Service).

После создания базового стандарта работы в этом направлении не прекратились, и в настоящее время существует уже целое семейство стандартов IEEE 802.11, регламентирующих требования к различным сетям группы Radio Ethernet.

В начале 2004 г. представлена технология WLAN-MIMO на 100 Мбит/с (прототип 802.11n) - многоканальная система на основе нескольких антенн, данные разбиваются на отдельные потоки.

Развитием технологии RadioEthernet для построения беспроводных ЛВС (WLAN) являются стандарты беспроводных городских сетей (WMAN) -IEEE 802.16 (WiMAX) и беспроводных глобальных сетей (WWAN) - IEEE802.20.

IEEE 802.16 – WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

IEEE 802.16m – релиз 2 технологии WiMax (mobile WiMax).

Скорость до 1 Гбит/с в беспроводных городских вычислительных сетях (WMAN), до 100 Мбит/с для мобильных сетей.

Поддержка многоантенной технологии MIMO. Поддерживается обратная совместимость с 802.16-2005.

IEEE 802.20 – WWAN (Wireless Wide Area Network)

Стандарт для обеспечения связи мобильным абонентам (скорость передвижения до 250 км/ч). Диапазон частот до 3,5 ГГц. Полоса пропускания 1,25 МГц на ячейку в случае fdd и 1,25 МГц на ячейку в случае tdd. Скорость: входящая – до 16 Мбит/с, исходящая – до 4 Мбит/с.

Стандарт поддерживается сотовыми сетями поколений 2,5G (GPRS, EDGE), 3G (CDMA2000, UMTS).

На данный момент обеспечиваются скорости от нескольких десятков кбит/с (например, GPRS – 115 кбит/с)