Sieć bezprzewodowa

Ikona sieci bezprzewodowej

Sieć bezprzewodowa to sieć komputerowa wykorzystująca bezprzewodowe połączenia danych między węzłami sieci .

Sieci bezprzewodowe to metoda, dzięki której domy, sieci telekomunikacyjne i instalacje biznesowe unikają kosztownego procesu wprowadzania kabli do budynku lub jako połączenia między różnymi lokalizacjami sprzętu. Administracyjne sieci telekomunikacyjne są na ogół wdrażane i administrowane za pomocą łączności radiowej . Implementacja ta odbywa się na poziomie fizycznym (warstwa) struktury sieci modelu OSI.

Przykłady sieci bezprzewodowych obejmują sieci telefonii komórkowej , bezprzewodowe sieci lokalne (WLAN) , bezprzewodowe sieci czujników , satelitarne sieci komunikacyjne i naziemne sieci mikrofalowe .

Historia

Sieci bezprzewodowe

Pierwsza profesjonalna sieć bezprzewodowa została opracowana pod marką ALOHAnet w 1969 roku na Uniwersytecie Hawajskim i zaczęła działać w czerwcu 1971 roku. Pierwszą komercyjną siecią bezprzewodową była rodzina produktów WaveLAN , opracowana przez NCR w 1986 roku.

  • 1973 — Ethernet 802.3
  • 1991 – Sieć telefonii komórkowej 2G
  • Czerwiec 1997 – pierwsze wydanie protokołu 802.11 „ Wi-Fi ”.
  • 1999 – Integracja 803.11 VoIP

Podstawowa technologia

Główny artykuł: Bezprzewodowa rewolucja

Postępy w technologii bezprzewodowej MOSFET (tranzystor MOS) umożliwiły rozwój cyfrowych sieci bezprzewodowych . Szerokie zastosowanie urządzeń RF CMOS ( CMOS o częstotliwości radiowej ), MOSFET mocy i LDMOS (lateral rozproszony MOS) doprowadziło do rozwoju i rozprzestrzeniania się cyfrowych sieci bezprzewodowych w latach 90. XX wieku, a dalszy postęp w technologii MOSFET doprowadził do zwiększenia przepustowości w 2000 r. ( Prawo Edholma ). Większość podstawowych elementów sieci bezprzewodowych jest zbudowana z tranzystorów MOSFET, w tym mobilne nadajniki -odbiorniki , moduły stacji bazowych , routery , wzmacniacze mocy RF , obwody telekomunikacyjne , obwody RF i nadajniki-odbiorniki radiowe w sieciach takich jak 2G , 3G i 4G .

Łącza bezprzewodowe

Komputery bardzo często łączą się z sieciami za pomocą łączy bezprzewodowych, np. sieci WLAN
  • Naziemna mikrofala – naziemna komunikacja mikrofalowa wykorzystuje naziemne nadajniki i odbiorniki przypominające anteny satelitarne. Mikrofale naziemne mieszczą się w zakresie niskich gigaherców, co ogranicza całą komunikację do linii wzroku. Stacje przekaźnikowe są oddalone od siebie o około 48 km (30 mil).
  • Satelity komunikacyjne – satelity komunikują się za pomocą mikrofalowych fal radiowych, które nie są odchylane przez ziemską atmosferę . Satelity są rozmieszczone w kosmosie, zazwyczaj na orbicie geosynchronicznej, 35 400 km (22 000 mil) nad równikiem. Te orbitujące wokół Ziemi systemy są w stanie odbierać i przekazywać głos, dane i sygnały telewizyjne.
  • Systemy komórkowe i PCS wykorzystują kilka technologii komunikacji radiowej. Systemy dzielą objęty region na wiele obszarów geograficznych. Każdy obszar ma nadajnik o małej mocy lub antenę przekaźnika radiowego do przekazywania połączeń z jednego obszaru do następnego.
  • Technologie radiowe i widma rozproszonego – Bezprzewodowe sieci lokalne wykorzystują technologię radiową o wysokiej częstotliwości, podobną do technologii cyfrowej telefonii komórkowej oraz technologię radiową o niskiej częstotliwości. Bezprzewodowe sieci LAN wykorzystują technologię rozproszonego widma, aby umożliwić komunikację między wieloma urządzeniami na ograniczonym obszarze. IEEE 802.11 definiuje wspólny smak otwartej technologii bezprzewodowej fal radiowych znanej jako Wi-Fi .
  • Komunikacja optyczna w wolnej przestrzeni wykorzystuje do komunikacji światło widzialne lub niewidzialne. W większości przypadków propagacja w linii wzroku , która ogranicza fizyczne rozmieszczenie komunikujących się urządzeń.

Rodzaje sieci bezprzewodowych

Bezprzewodowa sieć PAN

Bezprzewodowe sieci osobiste (WPAN) łączą urządzenia na stosunkowo niewielkim obszarze, który zazwyczaj znajduje się w zasięgu człowieka. Na przykład zarówno radio Bluetooth , jak i niewidzialna podczerwień zapewniają WPAN do połączenia zestawu słuchawkowego z laptopem. Zigbee obsługuje również aplikacje WPAN. Wi-Fi PAN stają się powszechne (2010), ponieważ projektanci sprzętu zaczynają integrować Wi-Fi z różnymi konsumenckimi urządzeniami elektronicznymi. Intel „My WiFi” i Windows 7 „ wirtualny ”. Możliwości Wi-Fi sprawiły, że sieci Wi-Fi PAN są prostsze i łatwiejsze w konfiguracji.

Bezprzewodowa sieć LAN

Bezprzewodowe sieci LAN są często używane do łączenia się z lokalnymi zasobami i Internetem

Bezprzewodowa sieć lokalna (WLAN) łączy dwa lub więcej urządzeń na niewielką odległość za pomocą metody dystrybucji bezprzewodowej, zwykle zapewniając połączenie za pośrednictwem punktu dostępu w celu uzyskania dostępu do Internetu. Wykorzystanie rozproszonego widma lub technologii OFDM może umożliwić użytkownikom poruszanie się po lokalnym obszarze zasięgu i nadal pozostawać podłączonym do sieci.

Produkty korzystające ze standardów IEEE 802.11 WLAN są sprzedawane pod marką Wi-Fi . Stała technologia bezprzewodowa implementuje łącza punkt-punkt między komputerami lub sieciami w dwóch odległych lokalizacjach, często wykorzystując dedykowane wiązki mikrofal lub modulowane wiązki światła laserowego na linii wzroku . Jest często używany w miastach do łączenia sieci w dwóch lub więcej budynkach bez instalowania łącza przewodowego. Aby połączyć się z Wi-Fi za pomocą urządzenia mobilnego, można użyć urządzenia takiego jak router bezprzewodowy lub funkcja prywatnego hotspotu innego urządzenia mobilnego.

Bezprzewodowa sieć ad-hoc

Bezprzewodowa sieć ad hoc, znana również jako bezprzewodowa sieć kratowa lub mobilna sieć ad hoc (MANET), to sieć bezprzewodowa złożona z węzłów radiowych zorganizowanych w topologii siatki. Każdy węzeł przekazuje komunikaty w imieniu innych węzłów i każdy węzeł wykonuje routing. Sieci ad hoc mogą „samonaprawiać się”, automatycznie przekierowując wokół węzła, który utracił zasilanie. Do realizacji sieci komórkowych ad hoc potrzebne są różne protokoły warstwy sieciowej, takie jak routing oparty na wektorze odległości z sekwencjonowaniem odległości, routing oparty na skojarzeniach , routing wektora odległości na żądanie ad hoc oraz Dynamiczny routing źródła .

Bezprzewodowy MAN

Bezprzewodowe sieci miejskie to rodzaj sieci bezprzewodowej, która łączy kilka bezprzewodowych sieci LAN.

Bezprzewodowa sieć WAN

Bezprzewodowe sieci rozległe to sieci bezprzewodowe, które zwykle pokrywają duże obszary, na przykład między sąsiednimi miastami lub miastem a przedmieściami. Sieci te mogą być wykorzystywane do łączenia oddziałów firm lub jako publiczny system dostępu do Internetu. Połączenia bezprzewodowe między punktami dostępowymi to zazwyczaj łącza mikrofalowe typu punkt-punkt, wykorzystujące anteny paraboliczne w paśmie 2,4 GHz i 5,8 GHz, a nie anteny dookólne używany w mniejszych sieciach. Typowy system zawiera bramki stacji bazowej, punkty dostępowe i bezprzewodowe przekaźniki mostkowe. Inne konfiguracje to systemy kratowe, w których każdy punkt dostępowy działa również jako przekaźnik. W połączeniu z systemami energii odnawialnej, takimi jak fotowoltaiczne panele słoneczne lub systemy wiatrowe, mogą stanowić samodzielne systemy.

Sieć komórkowa

Główny artykuł: sieć komórkowa
Przykład współczynnika ponownego wykorzystania częstotliwości lub wzorca 1/4

Sieć komórkowa lub sieć komórkowa to sieć radiowa rozproszona na obszarach lądowych zwanych komórkami, z których każda jest obsługiwana przez co najmniej jeden nadajnik- odbiornik o stałej lokalizacji , znany jako stacja komórkowa lub stacja bazowa . W sieci komórkowej każda komórka w charakterystyczny sposób wykorzystuje inny zestaw częstotliwości radiowych ze wszystkich bezpośrednio sąsiadujących komórek, aby uniknąć jakichkolwiek zakłóceń.

Po połączeniu te komórki zapewniają zasięg radiowy na dużym obszarze geograficznym. Umożliwia to dużej liczbie przenośnych nadajników-odbiorników (np. telefonów komórkowych, pagerów itp.) komunikowanie się ze sobą oraz ze stacjonarnymi nadajnikami-odbiornikami i telefonami w dowolnym miejscu w sieci, za pośrednictwem stacji bazowych, nawet jeśli niektóre nadajniki-odbiorniki przemieszczają się przez więcej niż jedna komórka podczas transmisji.

Chociaż pierwotnie przeznaczone dla telefonów komórkowych, wraz z rozwojem smartfonów , sieci telefonii komórkowej rutynowo przenoszą dane oprócz rozmów telefonicznych:

  • Globalny system komunikacji mobilnej (GSM): Sieć GSM jest podzielona na trzy główne systemy: system komutacyjny, system stacji bazowej oraz system operacyjny i pomocniczy. Telefon komórkowy łączy się ze stacją bazową systemu, która następnie łączy się ze stacją obsługi i wsparcia; następnie łączy się ze stacją rozdzielczą, w której połączenie jest przekazywane tam, gdzie ma się udać. GSM jest najpopularniejszym standardem i jest używany w większości telefonów komórkowych.
  • Personal Communications Service (PCS): PCS to pasmo radiowe, z którego mogą korzystać telefony komórkowe w Ameryce Północnej i Azji Południowej. Sprint był pierwszą usługą, która skonfigurowała PCS.
  • D-AMPS : Cyfrowa zaawansowana usługa telefonii komórkowej, ulepszona wersja AMPS, jest wycofywana ze względu na postęp technologiczny. Nowsze sieci GSM zastępują starszy system.

Prywatne sieci LTE/5G

Prywatne sieci LTE/5G wykorzystują licencjonowane, współdzielone lub nielicencjonowane widmo bezprzewodowe dzięki stacjom bazowym sieci komórkowej LTE lub 5G, małym komórkom i innej infrastrukturze sieci dostępu radiowego (RAN) do przesyłania głosu i danych do urządzeń brzegowych (smartfonów, modułów wbudowanych, routerów i bramy.

3GPP definiuje sieci prywatne 5G jako sieci niepubliczne, które zazwyczaj wdraża się na mniejszą skalę, aby spełnić potrzeby organizacji w zakresie niezawodności, dostępności i łatwości konserwacji.

Otwarte źródło

Sieci prywatne o otwartym kodzie źródłowym są oparte na oprogramowaniu opartym na współpracy, kierowanym przez społeczność, które opiera się na wzajemnej ocenie i produkcji w celu używania, modyfikowania i udostępniania kodu źródłowego.

Globalna sieć obszarowa

Globalna sieć komputerowa (GAN) to sieć używana do obsługi urządzeń mobilnych w dowolnej liczbie bezprzewodowych sieci LAN, obszarów zasięgu satelitarnego itp. Kluczowym wyzwaniem w komunikacji mobilnej jest przekazywanie komunikacji użytkownika z jednego lokalnego obszaru zasięgu do drugiego. W IEEE Project 802 obejmuje to szereg naziemnych bezprzewodowych sieci LAN .

Sieć kosmiczna

Sieci kosmiczne to sieci wykorzystywane do komunikacji między statkami kosmicznymi, zwykle w pobliżu Ziemi. Przykładem tego jest Space Network NASA .

Używa

Niektóre przykłady użycia obejmują telefony komórkowe, które są częścią codziennych sieci bezprzewodowych, umożliwiając łatwą komunikację osobistą. Inny przykład, systemy sieci międzykontynentalnych, wykorzystują satelity radiowe do komunikacji na całym świecie. Służby ratownicze , takie jak policja, również wykorzystują sieci bezprzewodowe do skutecznej komunikacji. Osoby prywatne i firmy używają sieci bezprzewodowych do szybkiego wysyłania i udostępniania danych, czy to w małym biurowcu, czy na całym świecie.

Nieruchomości

Ogólny

Ogólnie rzecz biorąc, sieci bezprzewodowe oferują szeroki wachlarz zastosowań zarówno dla użytkowników biznesowych, jak i domowych.

„Obecnie branża akceptuje kilka różnych technologii bezprzewodowych. Każda technologia bezprzewodowa jest zdefiniowana przez standard, który opisuje unikalne funkcje zarówno w warstwie fizycznej, jak i łącza danych modelu OSI. Standardy te różnią się określonymi metodami sygnalizacji, zasięgami geograficznymi i wykorzystanie częstotliwości, między innymi. Takie różnice mogą sprawić, że niektóre technologie będą lepiej pasować do sieci domowych, a inne do sieci większych organizacji”.

Wydajność

Każdy standard różni się zasięgiem geograficznym, dzięki czemu jeden standard jest bardziej idealny niż inny, w zależności od tego, co próbuje się osiągnąć za pomocą sieci bezprzewodowej. Wydajność sieci bezprzewodowych jest zadowalająca dla różnych zastosowań, takich jak głos i wideo. Zastosowanie tej technologii daje również miejsce na rozszerzenia, takie jak z 2G do 3G oraz 4G i 5G technologie, które oznaczają czwartą i piątą generację standardów komunikacji mobilnej telefonów komórkowych. W miarę jak sieci bezprzewodowe stały się powszechne, wzrasta zaawansowanie konfiguracji sprzętu i oprogramowania sieciowego oraz osiąga się większą zdolność do wysyłania i odbierania większych ilości danych w krótszym czasie. Teraz sieć bezprzewodowa działa na LTE, czyli standardzie komunikacji mobilnej 4G. Użytkownicy sieci LTE powinni mieć prędkość transmisji danych 10 razy większą niż w przypadku sieci 3G.

Przestrzeń

Przestrzeń to kolejna cecha sieci bezprzewodowej. Sieci bezprzewodowe oferują wiele korzyści, jeśli chodzi o trudne do okablowania obszary próbujące się komunikować, takie jak po drugiej stronie ulicy lub rzeki, magazyn po drugiej stronie lokalu lub budynki, które są fizycznie oddzielone, ale działają jako jedność. Sieci bezprzewodowe pozwalają użytkownikom wyznaczyć określoną przestrzeń, w której sieć będzie mogła komunikować się z innymi urządzeniami za pośrednictwem tej sieci.

Przestrzeń powstaje również w domach dzięki wyeliminowaniu plątaniny przewodów. Technologia ta stanowi alternatywę dla instalowania fizycznych nośników sieciowych, takich jak TP , kable koncentryczne lub światłowody , które również mogą być kosztowne.

Dom

Dla właścicieli domów technologia bezprzewodowa jest skuteczną opcją w porównaniu z Ethernetem do udostępniania drukarek, skanerów i szybkich połączeń internetowych. Sieci WLAN pomagają obniżyć koszty instalacji mediów kablowych, zaoszczędzić czas związany z instalacją fizyczną, a także zapewniają mobilność urządzeń podłączonych do sieci. Sieci bezprzewodowe są proste i wymagają zaledwie jednego bezprzewodowego punktu dostępowego podłączonego bezpośrednio do Internetu za pośrednictwem routera .

Elementy sieci bezprzewodowej

Sieć telekomunikacyjna w warstwie fizycznej również składa się z wielu połączonych ze sobą elementów sieci przewodowej (NE). Te NE mogą być samodzielnymi systemami lub produktami dostarczanymi przez jednego producenta lub montowanymi przez usługodawcę (użytkownika) lub integratora systemów z częściami pochodzącymi od kilku różnych producentów.

Bezprzewodowe urządzenia NE to produkty i urządzenia używane przez operatora sieci bezprzewodowej do obsługi sieci dosyłowej oraz mobilnego centrum przełączania (MSC).

Niezawodna usługa bezprzewodowa zależy od elementów sieci w warstwie fizycznej, które mają być chronione przed wszystkimi środowiskami operacyjnymi i aplikacjami (patrz GR-3171, Ogólne wymagania dotyczące elementów sieci używanych w sieciach bezprzewodowych — kryteria warstwy fizycznej ).

Szczególnie ważne są NE, które znajdują się na wieży komórkowej do szafy stacji bazowej (BS). Sprzęt mocujący i umiejscowienie anteny oraz związane z nią zamknięcia i kable muszą mieć odpowiednią wytrzymałość, solidność, odporność na korozję oraz odporność na wiatr, burze, oblodzenie i inne warunki pogodowe. Wymagania dotyczące poszczególnych elementów, takich jak okucia, kable, złącza i zamknięcia, powinny uwzględniać konstrukcję, do której są mocowane.

trudności

Ingerencja

W porównaniu z systemami przewodowymi, sieci bezprzewodowe są często narażone na zakłócenia elektromagnetyczne . Może to być spowodowane przez inne sieci lub inne typy sprzętu, które generują fale radiowe, które znajdują się w obrębie lub blisko pasm radiowych używanych do komunikacji. Zakłócenia mogą pogorszyć jakość sygnału lub spowodować awarię systemu.

Absorpcja i refleksja

Niektóre materiały powodują pochłanianie fal elektromagnetycznych, uniemożliwiając im dotarcie do odbiornika, w innych przypadkach, szczególnie w przypadku materiałów metalicznych lub przewodzących, następuje odbicie. Może to powodować powstawanie martwych stref, w których odbiór nie jest dostępny. Izolacja termiczna z folii aluminiowej w nowoczesnych domach może z łatwością zredukować wewnętrzne sygnały komórkowe o 10 dB, co często prowadzi do skarg na zły odbiór sygnałów komórkowych na duże odległości.

Zanikanie wielościeżkowe

W przypadku zanikania wielościeżkowego dwie lub więcej różnych tras, którymi podąża sygnał, z powodu odbić, może powodować wzajemne znoszenie się sygnału w niektórych miejscach i wzmacnianie w innych miejscach ( upfade ).

Problem z ukrytym węzłem

W problemie z węzłem ukrytym Stacja A może komunikować się ze Stacją B. Stacja C może również komunikować się ze Stacją B. Jednak stacje A i C nie mogą się ze sobą komunikować, ale ich sygnały mogą zakłócać w B.

Problem z ukrytym węzłem występuje w niektórych typach sieci, gdy węzeł jest widoczny z bezprzewodowego punktu dostępowego (AP), ale nie z innych węzłów komunikujących się z tym punktem dostępowym. Prowadzi to do utrudnień w kontroli dostępu do mediów (kolizje).

Odsłonięty problem z węzłem końcowym

Exposed terminal problem.svg

Ujawniony problem z terminalem występuje wtedy, gdy węzeł w jednej sieci nie może nadawać z powodu zakłóceń współkanałowych z węzła znajdującego się w innej sieci.

Problem z zasobami udostępnionymi

Widmo bezprzewodowe jest zasobem ograniczonym i współdzielonym przez wszystkie węzły w zasięgu jego nadajników. Alokacja przepustowości staje się złożona w przypadku wielu uczestniczących użytkowników. Często użytkownicy nie są świadomi, że reklamowane numery (np. dla urządzeń IEEE 802.11 lub sieci LTE ) nie są ich przepustowością, ale współdzieloną ze wszystkimi innymi użytkownikami, przez co indywidualny wskaźnik użytkowników jest znacznie niższy. Przy rosnącym popycie coraz bardziej prawdopodobne jest wystąpienie kryzysu mocy produkcyjnych . User-in-the-loop (UIL) może być alternatywnym rozwiązaniem dla ciągłej aktualizacji do nowszych technologii nadmierne zaopatrzenie .

Pojemność

Kanał

Główny artykuł: Pojemność kanału w komunikacji bezprzewodowej
Zrozumienie SISO, SIMO, MISO i MIMO . Używanie wielu anten i nadawanie w różnych kanałach częstotliwości może zmniejszyć zanikanie i może znacznie zwiększyć wydajność systemu.

Twierdzenie Shannona może opisać maksymalną szybkość transmisji danych dowolnego pojedynczego łącza bezprzewodowego, która odnosi się do szerokości pasma w hercach i szumu w kanale.

Można znacznie zwiększyć pojemność kanału, stosując techniki MIMO , w których wiele anten lub wiele częstotliwości może wykorzystywać wiele ścieżek do odbiornika, aby osiągnąć znacznie wyższą przepustowość - przez współczynnik iloczynu częstotliwości i różnorodności anten na każdym końcu.

W systemie Linux Central Regulatory Domain Agent (CRDA) kontroluje ustawienia kanałów.

Sieć

Całkowita przepustowość sieci zależy od tego, jak rozproszone jest medium (medium bardziej rozproszone ma generalnie lepszą całkowitą przepustowość, ponieważ minimalizuje zakłócenia), ile częstotliwości jest dostępnych, jak głośne są te częstotliwości, ile anten jest używanych i czy antena kierunkowa jest w wykorzystania, czy węzły wykorzystują kontrolę mocy i tak dalej.

Bezprzewodowe sieci komórkowe mają na ogół dobrą przepustowość dzięki zastosowaniu anten kierunkowych i możliwości ponownego wykorzystania kanałów radiowych w niesąsiadujących ze sobą komórkach. Ponadto komórki mogą być bardzo małe przy użyciu nadajników o małej mocy, które są używane w miastach, aby zapewnić przepustowość sieci, która skaluje się liniowo wraz z gęstością zaludnienia.

Bezpieczeństwo

Zobacz też: Bezprzewodowe urządzenia elektroniczne a zdrowie

Punkty dostępu bezprzewodowego również często znajdują się blisko ludzi, ale spadek mocy wraz z odległością jest szybki, zgodnie z prawem odwrotnych kwadratów . Stanowisko Agencji Ochrony Zdrowia Wielkiej Brytanii ( HPA) jest takie, że „… narażenie na częstotliwości radiowe (RF) z Wi-Fi prawdopodobnie będzie niższe niż z telefonów komórkowych”. Dostrzegła również „… nie ma powodu, dla którego szkoły i inne osoby nie powinny używać sprzętu Wi-Fi”. W październiku 2007 r. HPA rozpoczęła nowe „systematyczne” badanie skutków sieci Wi-Fi w imieniu rządu Wielkiej Brytanii, aby uspokoić obawy, które pojawiały się w mediach w ostatnim okresie do tego czasu”. Dr Michael Clark , z HPA, mówi opublikowane badania dotyczące telefonów komórkowych i maszty nie sumują się do oskarżenia Wi-Fi.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wireless_network&oldid=1143527506 ”