Беспроводные сети zigbee. часть 1 [вводная]

3G

Перечисленные выше факторы привели к появлению систем третьего поколения (3G, 1999 г.), которые позволяют осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал). Развитие подобных услуг началось уже для систем 2G, но для поддержки этих услуг система должна располагать высокой емкостью и пропускной способностью радиоканалов, а также совместимостью между системами, чтобы предоставлять прозрачный доступ по всему миру.

Примером системы 3G является UMTS (Universal Mobile Telecommunications System универсальная система мобильной связи). Данный стандарт позволяет предоставить абонентам скорости передачи данных до 2 Мбит/с. Технология HSDPA (3.5G) дает скорость уже до 14 Мбит/с. Таким образом, пользователи сети могут получать широкий перечень мульти­медийных услуг (высококачественное видео, игры, загрузка файлов больших объемов). Однако даже такая скорость передачи данных будет удовлетворять потребности пользователя сети лишь до определенных пределов. В связи с этим началась разработка стандарта четвертого поколения, который позволит снять верхний предел на долгое время.

На рис. 1 показаны максимальные скорости для разных технологий сотовой связи GSM.

Рис. 1. Сравнение максимальных скоростей разных стандартов сотовой связи GSM

Таким образом, менее чем за 30 лет технологии сотовой связи прошли огромный путь. Теперь абонент уже не ощущает географической привязанности и может пользоваться высоко­качественными телекоммуникационными услугами, где бы он ни находился. Произошло изменение основной идеи, состоялся поворот от сетей для передачи голоса к сетям для передачи данных, а передача голоса стала всего лишь одним из сервисов сети передачи данных.

Уже в ближайшие пять лет реализация концепции Интернета сервисов может превратить рынок сервисов M2M (Machine-to-Machine, межмашинное взаимодействие) из второстепенного для операторов связи в ключевой, каким для них сейчас является рынок голосовых услуг.

Стандарты физического уровня Wi-Fi

Есть несколько разных вариантов реализации вайфай, они описаны в 6 стандартах. Самый первый стандарт 802.11 был принят в 1997 году и имел скорость 1 или 2 Мб/с, Ethernet в то время мог передавать информацию со скоростью 10 Мб/с. Современный стандарт wifi 802.11ас был принят в 2014 году, максимальная скорость передачи, больше 6 Гб/с. 

Сейчас вайфай используют для передачи данных — электромагнитное излучение или радиоэфир, но в первом варианте вай фай использовалось инфракрасное излучение, сейчас этот метод используется в пультах для телевизора. 

Но уже со второго поколения стандарта 802.11b используется только электромагнитное излучение. Применяются две частоты 2.4 и 5 ГГц. Частоты в этом диапазоне можно использовать без лицензирования. Однако и другие устройства работают в том же самом диапазоне, например микроволновка и это создаёт помехи при передачи сигнала вайфай. 

Представление сигнала

В современных стандартах wi-fi для передачи данных используется метод мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFMD). Данные передаются параллельно на разных частотах. Хотя на картинке частоты накладываются друг на друга, но метод OFMD позволяет надежно распознавать сигналы. 

Каналы в диапазоне 2.4 ГГц

Каналы в диапазоне 2.4 ГГц для передачи данных используется 14 каналов, на картинке перечислены их частоты. Каналы немного сдвинуты друг относительно друга, но все равно частично перекрываются. 

Таким образом количество вай фай сетей, которые находятся в одном и том же месте ограничены количеством каналов их не может быть больше, чем 14. Если в одной и той же области будет работать больше, чем 14 сетей, им не хватит каналов. Такая ситуация известна, “как вай фай джунгли” и она довольно часто встречается, например в жилых домах где установлен вайфай роутер для доступа в интернет в каждой квартире. 

Ширина канала wi-fi

Вай фай может использовать каналы разной ширины. Ширина канала это разность между максимальной и минимальной частотой, на которые можно передавать данные. Чем шире канал, тем более качественно мы можем передавать данные, следовательно, тем выше скорость передачи данных. 

В стандарте 802.11n появилась возможность использовать каналы шириной 40 МГц и засчет этого увеличивать скорость передачи. В последнем стандарте вайфай 802.11ас можно использовать ширину канала 80 МГц и 160 МГц. Однако поддержка каналов 160 МГц обеспечивается по возможности и желанию производителя. 

Пространственный поток

В стандарте 802.11n появилась возможность использовать несколько антенн для передачи и приема данных. Эта возможность также используется в современном стандарте. 

Если у нас есть несколько антенн, то мы можем использовать несколько пространственных потоков — это сигнал который передается от одной антенны до другой. 

Если мы параллельно передаем несколько пространственных потоков, то скорость передачи данных увеличивается. При этом используется специальный метод кодирования сигналов которые называются MIMO — множественная передача и множественный прием. 

Пример: у нас есть 3 антенны, на передающей станции и три на принимающей станции. Каждая антенна на передающей станции (Tx) отправляет свой пространственный поток, таким образом мы увеличиваем скорость передачи в 3 раза. На принимающей станции, все три антенны получают 3 пространственных потока, и с помощью метода кодирования mimo они умеют их разделять и повышать качество сигнала для каждого отдельного пространственного потока. 

Вопросы безопасности беспроводной сети

Проблемы безопасности касаются не только передачи информации по радиоканалам. Это глобальный вопрос связанный с работоспособностью любой системы и, тем более, открытой. Всегда есть вероятность прослушать эфир, удаленно перехватить сигнал, взломать систему и провести анонимную атаку. Чтобы избежать несанкционированное подключение разработаны и применяются методы шифрования информации, вводятся пароли для получения доступа на подключение, запрещается транслирование имени точки доступа (SSID), ставятся фильтр на подключаемых клиентов и прочие меры.

Основную угрозу представляют собой:

• «Чужаки» или несанкционированные устройства, которые получили доступ к точке доступа в обход средств защиты.
• Нехарактерная природа подключения позволяет мобильным устройствам автоматически подключаться к доверенной (а иногда и не очень) сети. Таким образом для доступа к информации злоумышленник имеет возможность переключить пользователя на свою точку доступа с последующей атакой или для поиска тонких мест в защите.
• Уязвимости, связанные с конфигурацией сетей и подключаемых устройств. Риск возникает при использовании слабых механизмов защиты, простых паролей и пр.
• Некорректно настроенная точка доступа. Многие пользователи сети оставляют значение паролей, IP-адреса и другие настройки в том виде, в котором они были настроены на заводе. Преступнику не составляет труда проникнуть в защищенную зону, перенастроить сетевое оборудование под себя и пользоваться ресурсами сети.
• Взлом криптозащиты сети позволяет использовать передаваемую внутри сети информацию. Для взлома шифрования сейчас не нужно иметь специальных знаний или навыков. Можно найти огромное количество программ сканирующих и подбирающих защитные коды.

Следует также отметить, что технологии взлома постоянно совершенствуются, постоянно находятся новые способы и варианты атак. Существует также большой риск утечки информации позволяющий узнать топологию сети и варианты подключения к ней.

Применение

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

• Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);
• Соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).

Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции — однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11, не превышает 0,1 Вт, но многие производители беспроводных точек доступа ограничивают мощность лишь программным путём, и достаточно просто поднять мощность до 0,2-0,5 Вт. Для сравнения — мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше(в момент звонка — до 2 Вт). Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.

Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.

Как настроить и подключить беспроводное сетевое соединение

Настройка и подключение беспроводного Интернета во многом зависят от типа используемой технологии. Чаще всего в современных устройствах уже предварительно выполнены все подключения, и дополнительной настройки вручную не требуется.

Если же необходимо настроить Wi-Fi соединения, то рекомендуется следовать определенным инструкциям. Например, многие задают вопрос, как настроить беспроводное подключение на ноутбуке с ОС Windows 7. На самом деле сделать это очень просто. Для этого достаточно выполнить определенную последовательность действий:

1. Подключить роутер к кабелю, чтобы появилась точка доступа.
2. Настроить модем. Для дополнительной защиты, помимо логина, установить пароль сети.
3. Включить ноутбук и немного подождать. Необходимо время на то, чтобы роутер смог его обнаружить.
4. На компьютере в списке беспроводных сетей выбрать свою, ввести логин и пароль. Если все сделано правильно, то ПК подключится к Интернету.

Наглядно процесс подключения выглядит так

Обратите внимание! Иногда могут возникнуть проблемы подключения. Чаще всего исправить их просто — нужно скачать необходимые драйверы или обновить существующие

Беспроводное соединение является самым современным видом подключения Интернета и в настоящее время используется практически во всех устройствах. Существуют разные виды, которые подходят для тех или иных условий. Настроить такую сеть легко и просто, если следовать инструкции.

Возможно, вам также будет интересно

В течение последних двух лет ощущается растущий интерес разработчиков радиоэлектронной аппаратуры к стандартам и технологиям беспроводной связи на коротких расстояниях: Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi и в частотных диапазонах 434/868 МГц. Для удобства далее данную группу стандартов будем называть Short Range RF. Для каждого стандарта группы Short Range RF существует большое многообразие радиочастотных модулей различного уровня готовности, отличающихся друг от друга техническими параметрами и характеристиками.

ГЛОНАСС как платформа национальной интеллектуальной транспортной системы

Сегодня мобильные телефоны и беспроводные сети распространены практически повсеместно. Вездесущность сотовой связи стимулирует технические инновации
и рост применения в производственной среде технологии, широко известной под названием беспроводного межмашинного обмена (M2M). Технология M2M используется предприятиями различных отраслей для автоматизации обмена данными, совершенствования бизнес-процессов, увеличения производительности и, в конечном счете, повышения доходности. Компания Cinterion Wireless Modules — мировой лидер в сфере сотовых M2M-коммуникаций.

1G

Системы первого поколения (1G, 1981 г.) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями, т. е. абоненты с одной SIM-картой не могли получать услуги в сетях разных операторов. К системам первого поколения относятся: AMPS и NMT, которые были позднее практически полностью вытеснены стандартом GSM. Минусы отсутствие безопасности (канал легко прослушивался), трудности с роумингом, малая емкость, большая дальность действия (около 30 км), что в условиях мегаполиса является недостатком, затрудняющим переиспользование частот.

Как подключить Wi-fi дома?

Как я уже говорил ранее первое, что нужно сделать, это провести интернет в дом, квартиру, офис, процесс не сложный, вам необходимо узнать какие провайдеры работают с вашим домом, позвонить им или посетить офис, где они примут заявку на прокладку интернет кабеля в вашу квартиру.

Как правило, вам на выбор дадут несколько дат, выбираете наиболее удобную для себя, когда сможете находиться дома, в назначенное время приедет мастер и проведет интернет кабель в нужное вам место.

Кстати, за прокладку кабеля денег не берут, компания, которую вы выбрали делает это за свой счет, вы оплачиваете только выбранный тариф интернет подключения, обычно от 300 до 1000 рублей в месяц.

Ежемесячная плата (тариф) будет зависеть от скорости подключения, которую вы выберете.
Для комфортного доступа выбирайте скорость от 30 Мб/с, примерно 400-500 руб/мес.

После того как кабель провели вы уже можете его подключить к компьютеру и пользоваться интернетом, но наша цель создать вай-фай сеть, поэтому идем дальше. Нужно приобрести роутер (некоторые компании предоставляют свои роутеры), именно к нему вы потом подключите интернет кабель, после этого роутер создаст активную wi-fi сеть, а уже к ней вы сможете подключиться без всяких проводов хоть с ноутбука, хоть с телефона и вот он комфортный доступ в интернет из любой точки квартиры или дома.

Совет 1: Когда будете обсуждать условия подключения интернет кабеля, поинтересуйтесь какой вам лучше приобрести роутер, ведь выбор в магазинах в наше время достаточно большой. Правильный совет по приобретению нужного роутера сэкономит ваши деньги и время.

Совет 2: Роутер при подключении нужно будет настроить (один раз), если вы не имеете ни малейшего понятия как это делается, то рекомендую попросить мастера, который придет прокладывать интернет кабель. Пусть он сразу все вам настроит (могут потребовать отдельную плату за настройку, около 500 руб.)

Совет 3: Заблаговременно позаботьтесь о безопасном подключении, установите антивирус на все компьютеры, с которых будет осуществляться выход в интернет.

Альтернативный вариант, если ваш дом или квартира по каким-то причинам не обслуживается не одной из компаний провайдеров, обычно с этим сталкиваются жители поселков, деревень, загородных парков, ну нет там возможности пока кабель провести.

Нужно выяснить какой из операторов связи (мтс, билайн, мегафон) нормально ловит на этой территории. После этого посетить офис одной из этих компаний и купить модем, который обеспечит выход в интернет, а уже для модемов продаются отдельные роутеры, которые смогут преобразовать сигнал с модема в сеть wi-fi.

Кстати, сейчас активно развиваются модемы с уже встроенным вай-фай модулем, возможно, вы сможете найти себе такой – это в несколько раз упростит условия подключения.

Минусы и плюсы подключения Wi-fi

Беспроводное подключение;

Комфортное размещение в любой части дома;

Подключение нескольких устройств одновременно;Небольшие задержки во время соединения (речь идет о миллисекундах);

Редко, но бывают сбои в работе роутера, перезагрузка несколько минут.