Беспроводная сеть - Wireless network

Значок беспроводной связи

А беспроводная сеть это компьютерная сеть который использует беспроводное соединение для передачи данных между сетевые узлы.[1]

Беспроводная сеть - это метод, с помощью которого дома, телекоммуникационные сети а бизнес-инсталляции позволяют избежать дорогостоящего процесса прокладки кабелей в здании или соединения между различными местоположениями оборудования.[2] Административные телекоммуникационные сети обычно реализуются и администрируются с использованием радиосвязь. Эта реализация происходит на физическом уровне (слое) Модель OSI сетевая структура.[3]

Примеры беспроводных сетей включают сети сотовой связи, беспроводные локальные сети (WLAN), беспроводной датчик сети, спутник сети связи и наземные микроволновая печь сети.[4]

История

Беспроводные сети

Первая профессиональная беспроводная сеть была разработана под брендом. АЛОХАНЕТ в 1969 году в Гавайском университете и начала работать в июне 1971 года. Первой коммерческой беспроводной сетью была WaveLAN семейство продуктов, разработанное NCR в 1986 г.

  • 1973 - Ethernet 802.3
  • 1991 – 2G сеть сотовой связи
  • Июнь 1997 г. - 802.11 "Вай фай "протокол первый выпуск
  • 1999 – 803.11 VoIP интеграция

Базовая технология

Основная статья: Беспроводная революция

Достижения в МОП-транзистор (МОП-транзистор) беспроводная технология позволила разработать цифровые беспроводные сети. Широкое распространение RF CMOS (радиочастота CMOS ), силовой MOSFET и LDMOS (MOS-транзисторы с боковым рассеиванием) привели к развитию и распространению цифровых беспроводных сетей к 1990-м годам, а дальнейшее развитие технологии MOSFET привело к увеличению пропускная способность в 2000-х (Закон Эдхольма ).[5][6][7] Большинство основных элементов беспроводных сетей построено на полевых МОП-транзисторах, включая мобильные трансиверы, базовая станция модули, маршрутизаторы, Усилители мощности RF,[6] телекоммуникационные цепи,[8] ВЧ схемы, и радиоприемопередатчики,[7] в таких сетях, как 2G, 3G,[5] и 4G.[6]

Беспроводные ссылки

Компьютеры очень часто подключаются к сетям с помощью беспроводных соединений, например WLAN
  • Наземная микроволновая печь - Наземная микроволновая связь использует наземные передатчики и приемники, похожие на спутниковые антенны. Наземные микроволны работают в диапазоне низких гигагерц, что ограничивает все коммуникации в пределах прямой видимости. Ретрансляционные станции расположены на расстоянии примерно 48 км (30 миль) друг от друга.
  • Спутники связи - Спутники общаются с помощью микроволновых радиоволн, которые не отклоняются земными атмосфера. Спутники размещаются в космосе, обычно в геостационарная орбита 35 400 км (22 000 миль) над экватором. Эти орбитальные системы способны принимать и передавать голос, данные и телевизионные сигналы.
  • Сотовая связь и компьютерные системы использовать несколько технологий радиосвязи. Системы делят охватываемый регион на несколько географических областей. В каждой области есть маломощный передатчик или антенное устройство радиорелейной связи для ретрансляции вызовов из одной области в другую.
  • Радио и расширенный спектр технологии - Беспроводные локальные сети используют высокочастотную радиотехнологию, аналогичную цифровой сотовой связи, и низкочастотную радиотехнологию. Беспроводные локальные сети используют технологию расширенного спектра, чтобы обеспечить связь между несколькими устройствами в ограниченной области. IEEE 802.11 определяет общую разновидность беспроводной радиоволновой технологии с открытыми стандартами, известную как.
  • Оптическая связь в свободном пространстве для связи использует видимый или невидимый свет. В большинстве случаев, распространение по прямой видимости используется, что ограничивает физическое расположение устройств связи.

Типы беспроводных сетей

Беспроводной СКОВОРОДА

Беспроводной персональные сети (WPAN) подключают устройства на относительно небольшой территории, которая обычно находится в пределах досягаемости человека.[9] Например, оба Bluetooth радио и невидимое инфракрасный light обеспечивает 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 бытовые электронные устройства. Intel «Мой WiFi» и Windows 7 "виртуальный Возможности Wi-Fi "сделали сети Wi-Fi более простыми в установке и настройке.[11]

Беспроводная сеть

Беспроводные локальные сети часто используются для подключения к локальным ресурсам и Интернету.

А беспроводная локальная сеть (WLAN) связывает два или более устройств на небольшом расстоянии с помощью метода беспроводного распределения, обычно обеспечивая соединение через точку доступа для доступа в Интернет. Использование расширенный спектр или же OFDM Технологии могут позволить пользователям перемещаться в пределах локальной зоны покрытия и при этом оставаться подключенными к сети.

Продукты, использующие IEEE 802.11 Стандарты WLAN продаются под Вай фай имя бренда .Фиксированная беспроводная связь технология реализует точка-точка связи между компьютерами или сетями в двух удаленных местах, часто с использованием выделенных микроволновая печь или модулированный свет лазера лучи над Поле зрения пути. Его часто используют в городах для соединения сетей в двух и более зданиях без установки проводной связи. Вай фай, иногда используются такие устройства, как маршрутизатор или подключение HotSpot с помощью мобильных смартфонов.

Беспроводная специальная сеть

Одноранговая беспроводная сеть, также известная как беспроводная ячеистая сеть или же мобильная специальная сеть (MANET) - это беспроводная сеть, состоящая из радиоузлов, организованных в ячеистой топологии. Каждый узел пересылает сообщения от имени других узлов, и каждый узел выполняет маршрутизацию. Специальные сети могут «самовосстановиться», автоматически перенаправляя маршрут вокруг узла, который потерял питание. Для реализации специальных мобильных сетей необходимы различные протоколы сетевого уровня, такие как дистанционно-последовательная маршрутизация с вектором расстояния, Маршрутизация на основе ассоциативности, Ad hoc по запросу Маршрутизация Distance Vector, и Динамическая маршрутизация от источника.

Беспроводной MAN

Беспроводной городские сети представляют собой тип беспроводной сети, которая соединяет несколько беспроводных локальных сетей.

  • WiMAX является разновидностью Wireless MAN и описывается IEEE 802.16 стандарт.[12]

Беспроводная глобальная сеть

Беспроводные глобальные сети представляют собой беспроводные сети, которые обычно охватывают большие территории, например, между соседними городами или городом и пригородом. Эти сети можно использовать для подключения филиалов предприятий или в качестве общедоступной системы доступа в Интернет. Беспроводные соединения между точками доступа обычно точка-точка микроволновые каналы с помощью параболические тарелки в диапазонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, а не всенаправленные антенны используется в небольших сетях. Типичная система содержит шлюзы базовых станций, точки доступа и беспроводные мостовые реле. 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 ветряные системы, они могут быть автономными системами.

Сотовая сеть

Основная статья: сотовая сеть
Пример коэффициента повторного использования частоты или шаблона 1/4

А сотовая сеть или же Мобильная сеть представляет собой радиосеть, распределенную по суше, называемую сотами, каждая из которых обслуживается по крайней мере одним фиксированным местоположением трансивер, известный как сотовый сайт или же базовая станция. В сотовой сети каждая сота обычно использует другой набор радиочастот от всех своих непосредственных соседних ячеек, чтобы избежать каких-либо помех.

Когда эти соты соединены вместе, они обеспечивают радиопокрытие в широком географическом районе. Это позволяет использовать большое количество портативных трансиверов (например, мобильных телефонов, пейджеры и т. д.) для связи друг с другом и со стационарными приемопередатчиками и телефонами в любом месте сети через базовые станции, даже если некоторые из приемопередатчиков во время передачи перемещаются через несколько сот.

Первоначально предназначенный для мобильных телефонов, с развитием смартфоны, сотовые телефонные сети регулярно передают данные помимо телефонных разговоров:

  • Глобальная система мобильной связи (GSM): Сеть GSM разделена на три основные системы: систему коммутации, систему базовой станции и систему эксплуатации и поддержки. Сотовый телефон подключается к базовой станции системы, которая затем подключается к станции управления и поддержки; Затем он подключается к коммутационной станции, где вызов переводится туда, где он должен быть. GSM является наиболее распространенным стандартом и используется в большинстве сотовых телефонов.[13]
  • Служба личных коммуникаций (PCS): PCS - это радиодиапазон, который может использоваться мобильными телефонами в Северной Америке и Южной Азии. Sprint оказался первым сервисом, настроившим АСУ ТП.
  • D-AMPS: Digital Advanced Mobile Phone Service, обновленная версия AMPS, постепенно прекращается в связи с развитием технологий. Новые сети GSM заменяют старую систему.

Глобальная сеть

А глобальная вычислительная сеть (GAN) - это сеть, используемая для поддержки мобильной связи в произвольном количестве беспроводных локальных сетей, в зонах покрытия спутников и т. Д. Ключевой проблемой мобильной связи является передача пользовательских сообщений из одной локальной зоны покрытия в другую. В IEEE Project 802 это включает в себя последовательность наземных беспроводные локальные сети.[14]

Космическая сеть

Космические сети - это сети, используемые для связи между космическими кораблями, обычно в непосредственной близости от Земли. Примером этого является НАСА Космическая сеть.

Использует

Некоторые примеры использования включают сотовые телефоны, которые являются частью повседневных беспроводных сетей, что позволяет легко осуществлять личную связь. Другой пример, межконтинентальные сетевые системы, используют радио спутники общаться по всему миру. Аварийные службы такие как полиция, также используют беспроводные сети для эффективного общения. Частные лица и компании используют беспроводные сети для быстрой отправки и обмена данными, будь то в небольшом офисном здании или по всему миру.

Характеристики

Общий

В общем, беспроводные сети предлагают широкий спектр применений как для бизнеса, так и для домашних пользователей.[15]

«Сейчас отрасль принимает несколько различных беспроводных технологий. Каждая беспроводная технология определяется стандартом, который описывает уникальные функции как на физическом уровне, так и на уровне канала передачи данных. Модель OSI. Эти стандарты, среди прочего, различаются определенными методами передачи сигналов, географическими диапазонами и частотами. Такие различия могут сделать одни технологии более подходящими для домашних сетей, а другие - для сетевых более крупных организаций ».[15]

Спектакль

Каждый стандарт различается по географическому принципу, что делает один стандарт более идеальным, чем следующий, в зависимости от того, чего он пытается достичь с помощью беспроводной сети.[15]Производительность беспроводных сетей удовлетворяет множество приложений, таких как передача голоса и видео. Использование этой технологии также дает возможность расширения, например, из 2G к 3G и, 4G и 5G технологии, которые представляют четвертое и пятое поколения стандартов мобильной связи сотовых телефонов. Поскольку беспроводные сети стали обычным явлением, сложность увеличивается за счет конфигурации сетевого оборудования и программного обеспечения, и достигается большая способность отправлять и получать большие объемы данных быстрее. Теперь беспроводная сеть работает на LTE, стандарте мобильной связи 4G. Пользователи сети LTE должны иметь скорость передачи данных в 10 раз быстрее, чем сеть 3G. [16]

Космос

Пространство - еще одна характеристика беспроводной сети. Беспроводные сети предлагают множество преимуществ, когда речь идет о труднодоступных для связи областях, таких как улица или река, склад на другой стороне помещения или здания, которые физически разделены, но работают как одно целое.[16] Беспроводные сети позволяют пользователям определять определенное пространство, в котором сеть сможет связываться с другими устройствами через эту сеть.

В домах также создается пространство за счет устранения беспорядка с электропроводкой.[17] Эта технология позволяет использовать альтернативу установке физических сетевых носителей, таких как ТП, уговаривает, или же волоконная оптика, который также может быть дорогим.

Дома

Для домовладельцев беспроводная технология - более эффективный вариант по сравнению с Ethernet для совместного использования принтеров, сканеров и высокоскоростных подключений к Интернету. Беспроводные локальные сети помогают сэкономить на установке кабельных сетей, сэкономить время на физической установке, а также обеспечивают мобильность устройств, подключенных к сети.[17]Беспроводные сети просты и требуют всего лишь одного беспроводная точка доступа подключен напрямую к Интернету через маршрутизатор.[15]

Элементы беспроводной сети

Телекоммуникационная сеть на физическом уровне также состоит из множества соединенных между собой проводных линий связи. сетевые элементы (NE). Эти сетевые элементы могут быть автономными системами или продуктами, которые либо поставляются одним производителем, либо собираются поставщиком услуг (пользователем) или системным интегратором из деталей от нескольких разных производителей.

Сетевые элементы беспроводной сети - это продукты и устройства, используемые оператором беспроводной связи для обеспечения поддержки обратный рейс сеть, а также центр коммутации мобильной связи (МСК).

Надежная беспроводная связь зависит от сетевых элементов на физическом уровне, которые должны быть защищены от всех операционных сред и приложений (см. GR-3171, Общие требования к элементам сети, используемым в беспроводных сетях - критерии физического уровня).[18]

Что особенно важно, так это сетевые элементы, расположенные на вышке сотовой связи по отношению к базовая станция (BS) шкаф. Крепежное оборудование и расположение антенны, а также связанных заглушек и кабелей должны иметь соответствующую прочность, надежность, устойчивость к коррозии и устойчивость к ветру, штормам, обледенению и другим погодным условиям. Требования к отдельным компонентам, таким как оборудование, кабели, соединители и затворы, должны учитывать конструкцию, к которой они прикреплены.

Трудности

Вмешательство

По сравнению с проводными системами беспроводные сети часто подвергаются электромагнитная интерференция. Это может быть вызвано другими сетями или другим типом оборудования, которое генерирует радиоволны, которые находятся в пределах или близко к радиодиапазонам, используемым для связи. Помехи могут ухудшить сигнал или вызвать сбой системы.[4]

Поглощение и отражение

Некоторые материалы вызывают поглощение электромагнитных волн, препятствуя их достижению приемником, в других случаях, особенно с металлическими или проводящими материалами, происходит отражение. Это может вызвать мертвые зоны, в которых нет приема. Тепловая изоляция из алюминиевой фольги в современных домах может легко снизить уровень мобильных сигналов внутри помещений на 10 дБ, что часто приводит к жалобам на плохой прием сигналов сотовой связи на дальние расстояния в сельской местности.

Многолучевое замирание

В многолучевое замирание два или более разных маршрута, по которым проходит сигнал из-за отражений, могут привести к тому, что сигнал погаснет в определенных местах и ​​станет сильнее в других местах (затухать ).

Проблема со скрытым узлом

В случае проблемы со скрытым узлом станция A может обмениваться данными со станцией B. Станция C также может обмениваться данными со станцией B. Однако станции A и C не могут связываться друг с другом, но их сигналы могут создавать помехи на B.

В проблема со скрытым узлом возникает в некоторых типах сетей, когда узел виден из беспроводная точка доступа (AP), но не от других узлов, взаимодействующих с этой AP. Это приводит к трудностям в контроль доступа к медиа (коллизии).

Открытая проблема с конечным узлом

Открытая проблема с терминалом .svg

В выявленная проблема терминала это когда узел в одной сети не может отправить из-за внутриканальная помеха с узла, который находится в другой сети.

Проблема с общим ресурсом

Беспроводной спектр является ограниченным ресурсом и используется всеми узлами в диапазоне его передатчиков. Распределение полосы пропускания становится сложным с несколькими участвующими пользователями. Часто пользователи не знают, что рекламируемые номера (например, для IEEE 802.11 оборудование или LTE сетей) не являются их пропускной способностью, но используются совместно со всеми другими пользователями, и, таким образом, индивидуальная скорость пользователя намного ниже. С ростом спроса кризис мощности все более и более вероятно. Пользователь в цикле (UIL) может стать альтернативой переходу на новые технологии для избыточное обеспечение.

Емкость

Канал

Основная статья: Пропускная способность канала беспроводной связи
Понимание SISO, SIMO, MISO и MIMO. Использование нескольких антенн и передача в разных частотных каналах может уменьшить замирания и может значительно увеличить пропускную способность системы.

Теорема Шеннона может описывать максимальную скорость передачи данных любого отдельного беспроводного канала, которая связана с полосой пропускания в герцах и шумом на канале.

Можно значительно увеличить пропускную способность канала, используя MIMO методы, при которых несколько антенн или несколько частот могут использовать несколько путей к приемнику для достижения гораздо более высокой пропускной способности - в зависимости от произведения частоты и разнесения антенн на каждом конце.

В Linux центральный агент регулирующего домена (CRDA) управляет настройкой каналов.[19]

Сеть

Общая полоса пропускания сети зависит от того, насколько дисперсная среда (более дисперсная среда обычно имеет лучшую общую полосу пропускания, потому что она минимизирует помехи), сколько частот доступно, насколько зашумлены эти частоты, сколько антенн используется и находится ли направленная антенна. use, используют ли узлы управление мощностью и т. д.

Сотовые беспроводные сети обычно обладают хорошей пропускной способностью благодаря использованию направленных антенн и их способности повторно использовать радиоканалы в несмежных сотах. Кроме того, ячейки можно сделать очень маленькими с помощью передатчиков малой мощности, которые используются в городах, чтобы обеспечить пропускную способность сети, которая линейно масштабируется с плотностью населения.[4]

Безопасность

Смотрите также: Беспроводные электронные устройства и здоровье

Точки беспроводного доступа также часто находятся рядом с людьми, но мощность падает с увеличением расстояния быстро, вслед за закон обратных квадратов.[20]Положение объединенное Королевство с Агентство по охране здоровья (HPA) заключается в том, что «... воздействие радиочастот (RF) от Wi-Fi, вероятно, будет ниже, чем от мобильных телефонов». Он также увидел «… нет причин, по которым школы и другие лица не должны использовать оборудование Wi-Fi».[21] В октябре 2007 года HPA запустило новое «систематическое» исследование влияния сетей Wi-Fi от имени правительства Великобритании, чтобы развеять опасения, которые появлялись в СМИ в последнее время до того времени ».[22] Доктор Майкл Кларк из HPA говорит, что опубликованные исследования мобильных телефонов и мачты не сводится к обвинению в WiFi.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Новый алгоритм кластеризации беспроводных сенсорных сетей».
  2. ^ «Обзор беспроводной связи». cambridge.org. Получено 8 февраля 2008.
  3. ^ «Знакомство с беспроводными сетями и технологиями». informit.com. Получено 8 февраля 2008.
  4. ^ а б c Гуован Мяо, Йенс Зандер, Ки Вон Сон и Бен Слиман, Основы мобильных сетей передачи данных, Cambridge University Press, ISBN  1107143217, 2016.
  5. ^ а б Балига, Б. Джаянт (2005). Кремниевые высокочастотные силовые МОП-транзисторы. Всемирный научный. ISBN  9789812561213.
  6. ^ а б c Асиф, Саад (2018). Мобильная связь 5G: концепции и технологии. CRC Press. С. 128–134. ISBN  9780429881343.
  7. ^ а б О'Нил, А. (2008). «Асад Абиди получил признание за работу в области RF-CMOS». Информационный бюллетень IEEE Solid-State Circuits Society. 13 (1): 57–58. Дои:10.1109 / N-SSC.2008.4785694. ISSN  1098-4232.
  8. ^ Колиндж, Жан-Пьер; Грир, Джеймс С. (2016). Нанопроволочные транзисторы: физика устройств и материалов в одном измерении. Издательство Кембриджского университета. п. 2. ISBN  9781107052406.
  9. ^ «Убьет ли 5G человека».
  10. ^ «Отчет об индустрии беспроводных сетей». Архивировано из оригинал 29 октября 2008 г.. Получено 8 июля 2008.
  11. ^ «Личные сети Wi-Fi станут еще лучше с Windows 7 и Intel My WiFi». Получено 27 апреля 2010.
  12. ^ «Факты о WiMAX и почему он» Будущее беспроводного широкополосного доступа"".
  13. ^ «Мировая статистика GSM». GSM Association. 2010. Архивировано с оригинал 19 июля 2011 г.. Получено 16 марта 2011.
  14. ^ «Мобильное широкополосное беспроводное соединение (MBWA)». Получено 12 ноября 2011.
  15. ^ а б c d Дин Тамара (2010). Сеть + Руководство по сетям (5-е изд.). Бостон: Cengage Learning. ISBN  978-1-4239-0245-4.
  16. ^ а б «Технологии беспроводных локальных сетей». Сайт Source Daddy. Получено 29 августа 2011.
  17. ^ а б «Преимущества WLAN». Коммерческий веб-сайт Wireless Center. Получено 29 августа 2011.
  18. ^ GR-3171-CORE,Общие требования к элементам сети, используемым в беспроводных сетях - критерии физического уровня
  19. ^ Анадиотис, Ангелос-Христос; и другие. (2010). «На пути к максимальному использованию беспроводных испытательных стендов с помощью разделения спектра». У Томаса Магеданца; Афанасий Гаврас; Хуу Тхань Нгуен; Джеффри С. Чейз (ред.). Испытательные стенды и исследовательская инфраструктура, развитие сетей и сообществ: 6-я Международная конференция по ИККТ, TridentCom 2010, Берлин, Германия, 18–20 мая 2010 г., Отредактированные избранные статьи. 6-я Международная конференция по ИККТ, TridentCom 2010, Берлин, Германия, 18–20 мая 2010 г. 46. Springer Science & Business Media. п. 302. Получено 19 июля 2015. […] Агент центрального регулирующего домена (CRDA) […] контролирует каналы, которые должны быть установлены в системе, в соответствии с правилами каждой страны.
  20. ^ Фостер, Кеннет Р. (март 2007 г.). «Воздействие радиочастот от беспроводных локальных сетей, использующих технологию Wi-Fi». Физика здоровья. 92 (3): 280–289. Дои:10.1097 / 01.HP.0000248117.74843.34. PMID  17293700.
  21. ^ "Вай фай". Агентство по охране здоровья. 26 октября 2009 г.. Получено 27 декабря 2009.
  22. ^ «Агентство по охране здоровья объявляет о проведении дополнительных исследований по использованию Wi-Fi». Агентство по охране здоровья. Получено 28 августа 2008.
  23. ^ Дэниелс, Ники (11 декабря 2006 г.). «Wi-Fi: стоит ли волноваться?». Времена. Лондон. Получено 16 сентября 2007. Все обзоры экспертов, проведенные здесь и за рубежом, показывают, что риск для здоровья от беспроводных сетей маловероятен. … Когда мы проводили измерения в школах, типичное воздействие Wi-Fi составляет около 20 миллионных международных рекомендуемых уровней воздействия радиации. Для сравнения: ребенок с мобильным телефоном получает до 50 процентов нормативного уровня. Таким образом, год, проведенный в классе рядом с беспроводной сетью, примерно эквивалентен 20 минутам использования мобильного телефона. Если Wi-Fi нужно убрать из школ, тогда следует отключить также сеть мобильной связи, а также FM-радио и телевидение, поскольку сила их сигналов такая же, как у Wi-Fi в классах ...

дальнейшее чтение

внешняя ссылка