Проект беспроводной сети в условиях сложного рельефа местности и отсутствия развитой инфраструктуры связи

Intel E3200 Celeron Dual-Core 2.4GHz (800MHz, 1Mb, 45nm, 65W).

Дополнительно

Вентилятор Gembird P4-216 low Noise up to 28db для Intel S775 65w

Вентилятор Intel для S775 Core 2 Duo/Pentium IV Al 65W

Вентилятор Titan DC-775R925X/R S775 (95W).

Вентилятор Intel S775 для S775 Core 2 Duo/Pentium IV Al 65W

Корпус

Корпус ХСom Step Light graphite-black TUBE USB (P4) 350W P 20+4PIN

mATX Inwin BP655BL Slim IP-S200DF1U1AFXX 200W Black

mATX Inwin EN-028BL Black,

mATX Inwin EN-022BL 400W Black

Цена

8 090 р.

8 670 р.

8 940 р.

10 130 р.

Таблица 15. Сравнительных характеристик мониторов

Модель	Монитор 17" http://price.static.price.ru/images/price/img/firms/orig_pics/1/1/1/0/2/2/2/54ab2fabbe67b68aad5a7131e7e94146.jpgViewSonic VA703b-3, 300cd/ m2.	Монитор 17" LG L1742S-BF 300cd/m2.	Монитор 17" Acer V173BBM, 250 cd/m2, VGA.	Монитор 17" Philips 17S1SB 250cd/m2.
	1	2	3	4
Разрешение	1280x1024	1280x1024	1280x1024	1280x1024
Время отклика	5ms	5ms	5ms	5ms
Угол обзора	160°/160°	160°/160°	160°/160°	176°/170°
Дополнительно	TCO'03.	TCO-03, Black.	Acer EcoDisplay, speaker, Black
Цена	4790	4810.29	4890	5127.97

Вывод: На основании представленных характеристик таблиц компьютеров и мониторов, и выявленных потребностей решено приобрести в качестве рабочих станций компьютер с конфигурацией №1 - данный компьютер будет использоваться в качестве шлюза сети и интернет шлюза и №3 - данный компьютер будет использоваться в качестве файлового сервера сети, при увеличении объёма данных жёсткие диски можно также заменить на более большего объёма, два монитора 17" ViewSonic VA703b либо один монитор и один 4-х портовый KVM модуль.

Защитные экраны

Межсетевой экран (firewall, брандмауэр) - это устройство, как правило, представляющее собой универсальный компьютер с установленным на нем специальным программным обеспечением, который размещается между защищаемой (внутренней) сетью и внешними сетями, потенциальными источниками опасности. Межсетевой экран контролирует все информационные потоки между внутренней и внешними сетями, пропуская данные, в соответствии с заранее установленными правилами. Эти правила являются формализованным выражением политики безопасности, принятой на данном предприятии.

Межсетевые экраны базируются на двух основных приемах защиты:

пакетной фильтрации;

сервисах-посредниках (proxy services).

Эти две функции можно использовать как по отдельности, так и в комбинации.

Логическое проектирование. Архитектура построения компьютерных сетей

В основе построения любой сети стоит эталонная модель OSI (Open System Interconnection, Взаимодействие открытых систем), Эта модель разделяет работающее оборудование и процессы, происходящие при объединении компьютерных сетей согласно логике их работы. Каждый из уровней выполняет свою специфическую, функцию тем самым, облегчая проектирование всей системы в целом. При сетевом обмене сообщаются соответствующие уровни двух компьютеров, делается это не напрямую, а путем запроса на обслуживание у ниже лежащего. Уровни могут иметь одинаковую реализацию, а могут и разную. Самое главное то, что они идентично работают, демонстрируя полное взаимопонимание. На каждом из уровней единицы информации называются по-разному. На физическом уровне мельчайшая единица - бит. На канальном уровне информация объединена во фреймы, На сетевом уровне мы говорим о дейтаграммах. На транспортном уровне единицей измерения является сегмент. Прикладные уровни обмениваются сообщениями. Прямая параллель с файловой системой на диске - локальные изменения намагниченности (биты) объединены в сектора, имеющие заголовки, сектора объединяются в блоки, а те, в свою очередь, в файлы, тоже имеющие заголовки, содержащие служебную информацию.

Важно понимать, что эталонная модель не является чем-то реальным, таким, что обеспечивает связь. Сама по себе она не заставляет коммуникации функционировать и служит лишь для классификации. Она классифицирует то, что непосредственно вместе работает, а именно - протоколы. Протоколы считаются набором спецификаций, определяющих реализацию одного или нескольких уровней OSI. Спецификация протоколов разрабатываются стандартизирующими организациями, так и производителями оборудования.

Физический уровень определяет механические и электрические параметры среды передачи, сетевых плат, соединителей, способы помещения информации в среду передачи и извлечения ее оттуда. Спецификации физического уровня определяют тип разъема и назначение ножек, уровень сигнала, скорость передачи и т.д.

Канальный уровень формирует из битов, получаемых от физического уровня, последовательности пакетов или фреймов. Здесь также осуществляется управление доступом к разделяемой всеми сетевыми устройствами передающей среде и обнаруживается и корректируется часть ошибок. Как и большинство других уровней канальный добавляет заголовок передаваемой информации. В заголовке обычно содержится физический адрес приемника, адрес источника и другая информация.

Сетевой уровень заведует движением информации по сетям, состоящим из нескольких или многих сегментов. Для успешного решения этой задачи в протокол данного уровня вносится информация о логическом адресе источника и адреса пакета. При прохождении пакетов через узлы, соединяющие различные сети, эта информация анализируется, и пакет пересылается к следующему узлу, принадлежащему уже другому сегменту. Информация о том, куда пересылать пакет, может содержаться в таблицах устройства выполняющего роль маршрутизатора, или вычисляться в реальном времени. Таким образом, пакеты путешествуют по сети переходя от узла к узлу. В функции сетевого уровня входит также идентификация и удаление “заблудившихся” пакетов, то есть таких которые прошли через некоторое число узлов, ноток и не попали к адресату.

Транспортный уровень находится в самом центре эталонной модели. Он отвечает за гарантированную доставку данных, компенсируя ошибки которые могут возникать при работе нижележащих уровней. “Гарантированная” доставка не означает, что данные попадут к адресату в любом случае: оборванный кабель, отстыкованный разъем, вышедшая из строя сетевая карта - все это “гарантирует именно недоставку”. Однако надежные реализации протоколов транспортного уровня обеспечивают подтверждение успеха или не успеха доставки, информируя вышележащие уровни которые предают сообщения по требовавшему обслуживания программному приложению. Гарантированная доставка осуществляется при помощи различных механизмов, среди которых - установление и разрыв соединения, механизм подтверждения и контроль скорости потока.

Сеансовый уровень отвечает за вызовы удаленных процедур. Это специальный поддерживаемый соответствующими протоколами интерфейс, при котором вызов программной процедуры производится на одном компьютере, а выполнение - на другом, после чего результат возвращается к вызвавшей программе так, словно процедура была выполнена локально. Сеансовый уровень также контролирует установление, течение и завершение сеанса связи между взаимодействующими программами, что и отражается в его названии.

Представительский уровень занимается преобразованиями формата, упаковкой, распаковкой, шифрованием и дешифрованием здесь осуществляется преобразование исключительно формата, а не логической структуры данных. То есть представляет данные в том виде и формате, какой необходим для последнего из выше лежащих уровней.

Последний прикладной уровень он отвечает за интерфейс с пользователем и взаимодействие прикладных программ выполняемых на взаимодействующих компьютерах. Предоставляемые услуги - электронная почта идентификации пользователей, передача файлов.

Рис. 11. Семиуровневая модель OSI для протоколов связи локальных сетей

Выбор топологии

Топология - вид структуры компьютерной сети, отражающей связи между её основными функциональными элементами. При создании сети, в зависимости от задач, которые она должна будет выполнять, может быть реализована одна из сетевых топологий:

Шинная топология

Рабочие станции с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали (шине) (рис. 12) Аналогичным образом к общей магистрали подключаются и другие сетевые устройства. В процессе работы сети информация от передающей станции поступает на адаптеры всех рабочих станций, однако, воспринимается только адаптером той рабочей станции, которой она адресована.

Рис. 12. Шинная топология

Звездообразная топология

Характеризуется наличием центрального узла коммутации - сетевого сервера, которому или через который посылаются все сообщения (рис. 13).

Рис. 13. Звездообразная топология

Кольцевая топология

Характеризуется наличием замкнутого канала передачи данных в виде кольца или петли (рис. 14). В этом случае информация передается последовательно между рабочими станциями до тех пор, пока не будет принята получателем и затем удалена из сети. Недостатком подобной топологии является ее чувствительность к повреждению канала.

Рис. 14. Кольцевая топология

Древовидная топология

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура (рис. 15).

Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.



Рис. 15. Древовидная топология

Также возможны конфигурации без отчётливого характера связей и конфигурации, в которых все компьютеры связаны между собой (полносвязная).

В нашем случае рабочие станции будут объединены в сеть при помощи древовидного топологии (рис. 15).

Логическая схема сети

Рис. 16. Логическая схема сети

Схема разрабатываемой сети

Рис. 17. Логическая разрабатываемой сети

Расчёт диаграмм. Диаграмма направленности

Распределение электромагнитного поля в дальней зоне, создаваемое любой антенной, полностью определяется векторной функцией , зависящей только от сферических угловых координат (,) точки наблюдения

,

где и - орты сферической системы координат.

Дальняя зона определяется обычно условиями:

для остронаправленных антенн ;

для слабонаправленных антенн

при ,

при ,

где L - наибольший размер антенны.

Под пространственной диаграммой направленности (ДН) антенны по полю понимают графическое изображение изменения модуля функции и в зависимости от угловых координат и (рис.1).

На практике обычно итерессуются не пространственной ДН, а ее сечениями в плоскостях и

Рис. 18. Пространственная диаграмма направленности антенны

,

.

.

Чаще всего ДН изображается в полярной и прямоугольной системе координат.



Рис. 19. Сечение диаграммы направленности антенны

Диаграмма направленности, у которой максимальное значение равняется единице, называется нормированной ДН и обозначается как F(,):

Рис. 20. Нормированные диаграммы направленности антенн в плоскостях Н и Е в полярной системе координат



Направленное действие антенны часто оценивается шириной ДН или углом раскрыва главного лепестка диаграммы направленности. Под шириной ДН по половинной мощности подразумевают угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в раз, по сравнению с напряженностью поля в направлении максимума излучения (см. рис.3), а поток мощности уменьшается вдвое. Под шириной ДН по нулям подразумевается угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля равна 0.

Направленные свойства различных антенн удобно оценивать коэффициентом направленного действия (КНД)

при

Наиболее распространены три метода измерения КНД антенны: графоаналитический, метод зеркального изображения и метод сравнения. В данной работе используется графоаналитический метод.

Для антенн, имеющих остронаправленные характеристики, мало отличающиеся друг от друга в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, выражение для расчета КНД можно приближенно записать следующим образом:

,

где F(,) - нормированная ДН антенны.

По значению F(,) одним из графических методов находят интеграл, стоящий в знаменателе. Затем определяют КНД антенны.

В случае, если характеристика направленности имеет узкий главный (< 25) и малые боковые лепестки, такая характеристика с достаточной точностью может быть аппроксимирована эллипсом. В этом случае КНД антенны может быть выражен удобной для расчета формулой:

где и - ширина главного лепестка ДН по половинной мощности в плоскостях Е и Н соответственно.

Данный пример показывает, как проводиться расчёт диаграмм направленности, эти математические формулы также используются в готовых формах программах расчётов.

Распространение радиоволн

Радиоволны - это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек).

Условия распространения радиоволн по естественным трассам определяются многими факторами, так что полный их анализ оказывается слишком сложным. Поэтому в каждом конкретном случае строят модель трассы распространения радиоволн, выделяя те факторы, которые оказывают основное воздействие.

Земная поверхность оказывает существенное влияние на распространение радиоволн: в полупроводящей поверхности Земли радиоволны поглощаются; при падении на земную поверхность они отражаются; сферичность земной поверхности (средний радиус земного шара равен 6370 км) препятствует прямолинейному распространению радиоволн.

В окружающей земной шар атмосфере различают две области, оказывающие влияние на распространение радиоволн: тропосферу и ионосферу. Тропосферой называется приземная область атмосферы, простирающаяся до высоты примерно 10--15 км. Тропосфера неоднородна как в вертикальном направлении, так и вдоль земной поверхности, кроме того, ее электрические параметры меняются при изменении метеорологических условий.

Ионосферой называется область атмосферы, начинающаяся от высоты 50--80 км и простирающаяся примерно до 10000 км над поверхностью Земли. В этой области плотность газа весьма мала и газ ионизирован, т. е. имеется большое число свободных электронов. Присутствие свободных электронов существенно влияет на электрические свойства газа и обусловливает возможность отражения радиоволн от ионосферы. Путем последовательного отражения от ионосферы и поверхности Земли радиоволны распространяются на очень большие расстояния (например, короткие волны могут несколько раз огибать земной шар).

В зависимости от длины рабочей волны влияние одной и той же среды проявляется в большей или меньшей степени. В связи с этим для удобства выбора модели трассы электромагнитные волны делят; на диапазоны, как указано в таблице.

Таблица 16. Распределение электромагнитных волн по диапазонам

Диапазон	Длина волны в свободном пространстве, м	Частота, МГц	Область применения
Сверх длинные волны (СДВ)	100 000-10 000	3e-3 - 3e-2	Радионавигация, радиотелеграфная связь, метеослужба
Длинные волны (ДВ)	10000-1000	3e-2 - 3e-1	Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация
Средние волны (СВ)	1000-100	3e-1 - 3	Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация
Короткие волны (КВ)	100-10	3 - 30	Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радиолюбительская связь
Ультракороткие волны (УКВ): метровые дециметровые сантиметровые миллиметровые	10-0.001 10-1 1-0.1 0.1-0.01 0.01-0.001	30 - 3e5 30 - 300 300 - 3000 3000-30000 3e4 - 3e5	Радиовещание, телевидение, радиолокация, космическая радиосвязь, радиолюбительская связь Телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, космическая радиосвязь Радиолокация, радиорелейная связь, космическая радиосвязь Радионавигация и т.д.
Волны оптического диапазона: инфракрасные видимые и световые ультрафиолетовые	1e-3 - 7,5e-7 7,5e-7 - 4e-7 4e-7 - 20e-10	3e5-4e8 4e8-7,5e8 7,5e8-15e10	Квантовая радиоэлектроника, пассивная и активная радиолокация

Классификация различных случаев распространения УКВ

Ультракороткими называются радиоволны короче 10 м (частота выше 30 МГц). Со стороны более низких частот диапазон УКВ примыкает к коротким волнам, а со стороны высоких частот граничит с длинными инфракрасными лучами. Граница УКВ определена тем, что на этих волнах, как правило, не может быть удовлетворено условие отражения радиоволн от ионосферы (1.01

Встречающиеся в практике случаи распространения УКВ удобно классифицировать следующим образом.

1. Распространение УКВ на расстояния, значительно меньше расстояния прямой видимости: (до 5--6 км), когда можно пренебречь сферичностью Земли и считать ее плоской.

2. Распространение УКВ на расстояния, не превышающие расстояние прямой видимости: (до 50--60 км) или ненамного превышающие это расстояние (до 80--100 км). На этих расстояниях существенное ослабляющее действие оказывает сферичность Земли. Тропосферная рефракция большей частью улучшает условия приема, но в то же время приводит к возникновению замираний.

3. Распространение УКВ на те же расстояния, но в гористой местности или в большом городе, когда на пути волны имеются значительные препятствия.

4. Распространение УКВ (сантиметровых и дециметровых) на большие расстояния--до 200--1000 км путем рассеяния на неоднородностях тропосферы.

5. Распространение УКВ (метровых) на расстояния свыше 1000 км путем отражения от ионосферы и рассеяния на ее неоднородностях.

Влияние неоднородности электрических параметров земли на распространение радиоволн

Радиофизические свойства земной поверхности на реальных трассах могут изменяться как в глубину (в вертикальном направлении), так и вдоль трассы (в горизонтальном направлении). Эти изменения обусловлены свойствами различных видов земной поверхности, неоднородностями структуры грунта, погодными условиями. Представление о порядке величин радиофизических параметров дает таблица 17, в которой приведены зависимости диэлектрической проницаемости и удельной проводимости от вида поверхности и длины волны.

Таблица 17. Электрические параметры земной поверхности

Вид поверхности	Длина волны л, м	Относительная диэлектрическая проницаемость гз	Удельная Электропроводность гз, Сим/м
Морская вода	>1 0.1 0.03 0.003	75 70 65 10	1-6 1-6 10-20 10-20
Пресная вода	>1 0.1 0.03 0.003	80 75 65 10	1-2 10-20 -
Влажная почва	>1 0.1 0.03	20-30 20-30 10-20	1-3
Сухая почва	>1 0.1 0.03	3-6 3-6 3-6
Лед (-10оС)	>1 0.1 0.03	4-5 3-5 3-2
Снег (-10оС)	>1 0.1 0.03	1.2 1.2 1.2
Лес	>1 0.1	1.004 1.04-1.4

Физика процессов, происходящих при изменении радиофизических параметров по глубине, заключается в том, что отражение радиоволн может происходить не только от поверхностных, но и от глубинных слоев почвы. Это приводит к изменению модуля и фазы коэффициента отражения, что вызывает скачки напряженности поля вдоль трассы.

При этом если коэффициент поглощения в земле велик, так что волна, распространяющаяся вглубь, достаточно быстро затухает, то отражениями от имеющихся неоднородностей практически можно пренебречь. С другой стороны, когда коэффициент поглощения в земле мал, ослабление волн, проникающих в глубинные слои, будет незначительным и возможно появление отраженных от неоднородностей волн, двигающихся к поверхности земли.

Довольно часто встречаются ситуации, когда распространение радиоволн происходит над участками поверхности с резко отличающимися значениями радиофизических параметров вдоль трассы, например над сушей и морем.

Рис. 21. Геометрия неоднородной трассы

Правовая регламентация использования радиочастот

Документом, содержащим описание основных особенностей распределения полос частот между радиослужбами и основных правовых аспектов использования радиоспектра на территории Российской Федерации средствами гражданского назначения, является Регламент радиосвязи Российской Федерации (далее - Радиорегламент). Он включает в распределение полос частот между радиослужбами Российской Федерации в диапазоне частот 3 кГц - 400 ГГц, частотные планы для основных радиослужб, основные законодательные правовые акты и др..
Нормативные документы, определяющие требования к оборудованию радиосетей передачи данных (РСПД).

ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения.

ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.

ГОСТ Р 50657-94. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная.
Устройства радиопередающие всех категорий и назначений народно-хозяйственного применения. Требования к доступным отклонениям частоты. Методы измерений и контроля.

ГОСТ Р 50736-95. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.

Рекомендации МЭС-Р по подвижной сухопутной радиосвязи.

Рекомендация МЭС-Р АХ.25 (регламентирует алгоритмы функционирования пакетных радиосетей).

Диапазон рабочих частот

Радиочастоты, используемые оборудованием узкополосных РСПД, лежат в полосах 130 - 174 и 380 - 486 МГц. Решениями ГКРЧ России для работы ряда моделей VHF- и UHF-радиомодемов выделены частоты 148 - 174, 403 ? 410, 417 ? 422, 433 - 447 МГц. На маломощные РЭС (до 10 мВт) не требуется разрешения на использование частот в полосах частот 433,075 ? 434,750 и 446,0 ? 446,1 МГц при условии обязательной регистрации указанных РЭС установленным в Российской Федерации порядком.

Таблица 18. Основные технические характеристики РЭС

Наименование	Значение
Полосы частот, МГц	146-174
Шаг сетки частот, кГц	25; 12,5
Тип станции	аналоговая; цифровая
Мощность передатчика, Вт, не более:
??стационарной, базовой станции	40
??мобильной (возимой) станции	10
??портативной (носимой) станции	2
Относительный уровень побочных излучений передатчика, не более	-60дб
Относительная нестабильность частоты передатчика, не хуже: ??стационарной, базовой, мобильной (возимой) станции ??портативной (носимой) станции	10x10-6
Внеполосные излучения передатчика, не более	в соответствии с нормами ГКРЧ на допустимые внеполосные излучения
Ширина полосы излучения передатчика (на уровне 30 дБ), кГц, не более:
??при шаге сетки 25 кГц	18,8
??при шаге сетки 12,5 кГц	11,8
Чувствительность приемника при соотношении сигнал/шум 12 дБ (SINAD), мкВ, не хуже	0,5 (симплекс) 0,8 (дуплекс)
Избирательность приемника по соседнему каналу, дБ, не хуже	70

Выходная мощность передатчика

Именно этот параметр наряду с чувствительностью приемника и характеристиками применяемого антенно-фидерного оборудования определяет дальность связи в конкретных условиях. Очевидно, что в силу разнообразия сетевых конфигураций и разной удаленности объектов обслуживаемых систем требования к дальности связи, обеспечиваемой радиомодемами, различны. Поэтому трансивер радиомодема должен иметь возможность регулировки (программирования) мощности передатчика.

Тип модуляции и ширина рабочих каналов

Производители радиомодемов выбирают тип модуляции, руководствуясь критериями скорости передачи данных и помехоустойчивости. Чаще всего используются разновидности частотной модуляции FSK, FFSK, GFSK и гауссовская модуляция GMSK.

Ширина канала определяется шагом сетки частот и, как правило, равна 12,5 или 25 кГц. Реже встречаются значения 6,25 и 7,5 кГц. Понятно, что чем уже полоса частотного канала, тем ниже скорость передачи данных.

Анализ и обоснование средств защиты информации передаваемой по беспроводным каналам связи. Системы фиксированного широкополосного радио доступа

Анализ результатов развития технологий пользовательского доступа за последнее десятилетие показывает, что для предоставления услуг мультимедиа в настоящее время имеется широкий выбор беспроводных технологий пользовательского доступа. В настоящее время, системы радиодоступа строятся в соответствии со следующими стандартами:

1. HiperLAN2;

2. MMDS;

3. WLL;

4. IEEE 802.11/b/g.

HiperLAN2

HiperLAN2 базируется на недавно разработанной радиотехнологии, созданной специально для взаимодействий по локальной сети в рамках проекта Broadband Radio Access Networks (BRAN), реализуемого Европейским институтом стандартов в области электросвязи (ETSI), радиотехнология -- так называемое уплотнение с ортогональным разделением частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM),

реализация которого является весьма серьезной технической задачей. Наиболее привлекательной чертой HiperLAN2 является ее высокая скорость, в качестве каковой иногда ошибочно называется величина 54 Мбит/с. Действительно, номинальная скорость радиопередачи будет составлять 54 Мбит/с, но типичная скорость для приложений будет ближе к 20 Мбит/с. Другая характерная черта -- поддержка QoS, что весьма важно для таких приложений, как видео и речь. Архитектура HiperLAN2 обеспечивает

соединение со множеством типов сетей, в том числе Ethernet (она будет поддерживаться в числе первых), IP, ATM и PPP. Функции защиты включают аутентификацию и шифрование. Совершенно Построение сетей на основе технологии HiperLAN2 потребует значительных инвестиций. Во-первых, единственный стандарт по беспроводные локальные сети, на сегодняшний день широко применяемый был предложен IEEE, а вовсе не ETSI. Во-вторых, IEEE уже имеет несколько стандартов на беспроводные локальные сети, в том числе стандарт 802.11a, обеспечивающий скорость передачи 54 Мбит/с. И в-третьих, ни одна компания из числа поддержавших проект HiperLAN2 не является признанным лидером в области локальных сетей. Работает данная технология в 5Ггц диапазоне который в настоящий момент еще не лицензирован. Чтобы разделяемые сети в стандарте HiperLAN2

действительно обеспечивали широкополосный доступ, они должны иметь множество точек доступа и множество каналов, которые обеспечивают свободу передвижений в пределах определенной территории.

MMDS

Система MMDS (Microwave Multipoint Distribution Service - Микроволновые многоточечные распределительные системы) получили в последние годы широкое распространение как альтернатива классическим кабельным сетям, в которых распределительная сеть строится за счет прокладки коаксиальных или оптических кабелей. Возможность интеграции систем MMDS c высокоскоростным беспроводным обменом цифровыми данными, позволяет легко решить проблему «последней» мили, обеспечивая радиус вещания, ограниченный линией горизонта (около 60 км).

Запрашиваемые пользователем данные транслируются нисходящими потоками в цифровых каналах, использующих модуляцию QPSK, 16-, 32-, 64-, 128- или 256-QAM. При этом, в зависимости от ширины канала и выбранной схемы модуляции сигнала, в одном канале шириной до 8 МГц обеспечивается скорость передачи данных до 56 Мбит/сек. времени, что в

1000-1500 раз быстрее, чем позволяет аналоговый телефонный модем (33,6 Кбит/с), в 200-400 раз быстрее, чем по линии ISDN (64 и 128 Кбит/с). Радиус зоны обслуживания системы ММDS определяется высотой подвеса передающей антенны, мощностью передатчика, количеством передаваемых каналов, потерями в антенно-фидерном тракте и коэффициентом усиления передающей и приёмной антенн. В процессе строительства и эксплуатации выявлен ряд преимуществ системы MMDS. Главным недостатком технологии является высокая стоимость оборудования, большое число обслуживающего персонала.

WLL

Первые системы фиксированного беспроводного доступа (WLL -Wireless Local Loop) были разработаны в конце 1980-х - начале 1990-х годов для решения весьма актуальной задачи - расширения зоны

обслуживания АТС. Название этого класса систем определяет и их назначение -предоставление услуг традиционной телефонии абонентам, расположенным за пределами зоны обслуживания.

Системы WLL являются системами типа "точка - многоточка", работают в диапазонах частот от 1,5 до 3,5 ГГц, а сети на базе систем WLL строятся по сотовому принципу. В состав систем WLL входят:

1. центральная станция (ЦС), обеспечивающая подключение и управление всей сетью в целом;

2. ретрансляционные станции (PC), позволяющие обеспечить сплошное покрытие обслуживаемой территории и расширить зону обслуживания до нескольких сотен километров (в зависимости от количества последовательно включенных ретрансляторов);

3. терминальные станции (ТС), устанавливаемые в зонах обслуживания;

4. система технического обслуживания, реализованная в виде

программного обеспечения на уровне управления сетевыми элементами и устанавливаемая на персональном компьютере.

Системы WLL предоставляют услуги ТфОП (телефония, факс и передача данных с использованием dial-up-модемов) абонентам, удаленным на десятки километров. Основной недостаток данных систем является высокая стоимость, сложность установки и эксплуатации оборудования.

Развитие систем класса FBWA в конце 1990-х годов обусловлено несколькими факторами:

1. практически всеобщей информатизация;

2. появлением широкого набора высокоскоростных транспортных технологий.

3. разработкой концепции построения сетей следующего поколения, обеспечивающих единое управление всеми видами трафика в современных мультисервисных сетях связи.

Таким образом, системы FBWA, предназначенные для предоставления индивидуальным и корпоративным пользователям современных услуг.

Представленные в настоящее время на рынке решения класса FBWA практически не имеют PC, что ограничивает радиус их зоны обслуживания пределами одной ячейки.

В системах FBWA используется секторный принцип построения ЦС, в состав которой входят несколько приемопередатчиков, обслуживающих каждый свой сектор, причем в каждом секторе могут быть организованы несколько радиоканалов.

Терминальные станции современных систем FBWA обеспечивают подключение к различным услугам широкого круга как индивидуальных, так и корпоративных пользователей, включая ЛВС, УАТС, сети Frame Relay и др.

И наконец, кроме предоставления услуг пользовательского доступа, системы FBWA широко используются в качестве беспроводных городских сетей для предоставления транспортных услуг (например, для подключения базовых станций к коммутаторам мобильных сетей связи).

Организация радио-интерфейса

Полосы частот для систем FBWA определены международным Регламентом радиосвязи, а в России - "Таблицей распределения полос частот между радиослужбами Российской Федерации в диапазонах частот от 3 кГц до 400 ГГц", определяющей также условия использования полос частот в России. Под последними следует понимать три категории полос частот, предназначенных для использования:

1. преимущественно РЭС правительственного назначения (категория ПР);

2. преимущественно РЭС гражданского назначения (категория ГР);

3. совместно РЭС правительственного и назначения (категория СИ).

Выделением полос частот для эксплуатации различных систем FBWA занимается Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ), а назначение номиналов частот для эксплуатации каждой конкретной системы производится Главным радиочастотным центром (ГРЧЦ) или его подразделениями.

Современные системы FBWA работают в диапазонах частот 2,4; 3,5; 5; 10,5; 26/28 ГГц, вплоть до 40 ГГц, которые в России относятся к категориям ПР или СИ.. Кроме того, частотный ресурс в каждом конкретном регионе весьма ограничен. Поэтому оператору, решившему предоставлять услуги с использованием систем FBWA, следует перед выбором оборудования выяснить ситуацию с наличием частотного ресурса в регионе развертывания системы в соответствующем подразделении ГРЧЦ.

Перевод систем FBWA в область более высоких частот связан, с одной стороны, с занятостью низкочастотных диапазонов, особенно в крупных городах, а с другой - с необходимостью обеспечения достаточного частотного ресурса для широкого развития систем данного класса. Так, например, если для систем стандартов IEEE 802.1 lb/g выделен частотный ресурс 83,5 МГц в диапазоне 2,4 ГГц, то для развертывания систем FBWA регулирующие органы ЕС в области телекоммуникаций выделили полосу частот 300 МГц в диапазоне 10,5 ГГц и по 2 ГГц - в диапазонах 26/28 ГГц. Для развития особого класса систем фиксированного широкополосного беспроводного доступа, получивших название MWS (Multimedia Wireless System), в диапазоне 40 ГГц выделен частотный ресурс 3 ГГц.

Следует отметить, что при проектировании сетей FBWA, работающих в диапазонах выше 15-20 ГГц, необходимо учитывать влияние атмосферных явлений на качество радиосвязи, а радиус зоны обслуживания одной ЦС при этом не будет превышать нескольких километров.

Более узкополосные системы могут устанавливаться в регионах с ограниченным частотным ресурсом, развертывание же широкополосных систем хотя и требует наличия большего частотного ресурса, однако обеспечивает высокую масштабируемость создаваемой сети доступа.

Общие характеристики систем FBWA

Радиус зоны обслуживания ЦС в большой степени зависит от диапазона частот, в котором работает данное оборудование, и от вида используемой в системе модуляции. Для систем FBWA, работающих в диапазонах 2,4 и 3,5 ГГц, радиус зоны обслуживания составляет 15-20 км, а в диапазоне 26/28 ГГц он уменьшается до 3-5 км. Таким образом, если для предоставления услуг доступа на достаточно обширной территории оператор планирует использовать оборудование, работающее в более высокочастотном диапазоне, то затраты на организацию сети увеличатся в связи с необходимостью установки нескольких ЦС. В то же время такая есть будет обладать высокой масштабируемостью и оператору будет проще получить разрешение на частоты для эксплуатации оборудования.

Потенциальная емкость современных систем FBWA (то есть максимальное количество ТС, которые может обслужить одна ЦС) достигает 1000 ТС и более. Однако реальная емкость сети оператора на базе систем FBWA будет зависеть от целого ряда факторов: метода доступа; используемой в радиотракте сетевой технологии; способов предоставления каналов и т.д., а в первую очередь - от вида предоставляемых услуг. При предоставлении только транспортных услуг на базе выделенных линий количество ТС будет полностью определяться пропускной способностью системы и предоставляемых в аренду выделенных линий. В случае предоставления оператором преимущественно услуг телефонии емкость системы зависит от пропускной способности системы, типа применяемого кодека, средней телефонной нагрузки и процента отказов в обслуживании вызовов. Если же абонентами сети доступа будут преимущественно пользователи услуг передачи данных, то при определении емкости сети необходимо ориентироваться на согласованную скорость передачи (CIR), которая указывается в соглашении об уровне обслуживания (SLA), заключаемом между оператором и пользователями сети доступа.

При построении сетей на базе систем FBWA необходимо также учитывать, что зачастую заявляемые производителями скорости в несколько десятков мегабит в секунду являются не пропускной способностью системы, а скоростью передачи информации в радиотракте. Реальная же пропускная способность зависит, в частности, от используемого метода доступа и от числа обслуживаемых пользователей.

Характеристики стандарта серии 802.11

Стандарт имеющий название IEEE 802.11, разработан на базе стандарта Ethernet для локальных сетей и является его полным аналогом.

Существуют три основные схемы работы пользователей, использующих оборудование данного типа: «точка-точка», «звезда», «все с каждым».

«Точка-точка». Этот тип соединения наиболее часто применяется для организации постоянного соединения между двумя удаленными абонентами. В этом случае важна не мобильность абонентов, а надежность при передаче данных. Поэтому, как правило, оборудование устанавливается стационарно. Использование узконаправленных антенн и усилителей позволяет в отдельных случаях обеспечивать устойчивую связь на расстоянии свыше 50 километров. Подобное решение идеально подходит для магистральных линий с малой загруженностью и корпоративных сетей (связь между двумя локальными сетями, расположенными в удаленных офисах).

«Звезда». Используется при подключении как стационарных, так и мобильных абонентов. Принцип построения такой сети очень схож с принципами построения сотовой сети. В качестве базовой станции («соты») используется оборудование с широконаправленной (круговой) антенной (угол горизонтального обзора 360 градусов). На стороне абонента в зависимости от степени мобильности используется либо узконаправленная, либо широконаправленная антенна.

«Все с каждым». Такое решение чаще всего применяется внутри зданий для организации локальной сети, абоненты которой не привязаны к своим рабочим местам. Каждая станция оснащается всенаправленной антенной, позволяющей поддерживать связь с каждым из абонентов в радиусе 200 метров. Помимо обеспечения свободы передвижения, данное решение позволяет избежать расходов на развертывание кабельной инфраструктуры внутри здания.

Оборудование стандарта 802.11 делится на различные категории по трем признакам: дальность, метод и скорость передачи.

Каждое приемо-передающее устройство, работающее на радиоволнах, занимает определенный участок радиоспектра. Каждый такой диапазон характеризуется центральной частотой, которая также называется «несущей», и шириной диапазона. Дальность работы напрямую зависит от несущей частоты диапазона. Чем выше частота, тем более прямолинейно распространяется радиоволна. Отсюда ясно, что оборудование, работающее на больших частотах, наиболее эффективно используется в условиях прямой видимости. Для передачи на большие расстояния имеет смысл использовать более низкочастотное оборудование, позволяющее огибать предметы, препятствующие распространению сигнала.

Скорость передачи данных зависит от ширины полосы и не зависит от

несущей частоты. Таким образом, неважно, в каком месте радиоспектра располагается канал - скорость будет одинаковой. Использование более высокой несущей частоты позволяет увеличить количество одновременно работающих каналов. Существующее на сегодняшний день оборудование работает в двух диапазонах: 915 МГц и 2,4 ГГц.

Методы передачи данных

Стандарт 802.11 предусматривает использование двух методов передачи данных. Один из них получил название Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) - «метод прямой последовательности», а другой - Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) - «метод частотных скачков». Оба эти метода используют принцип широкополосной передачи сигнала.

Анализ существующих стандартов технологий IEEE 802.11

На сегодняшний день существуют следующие разновидности данного стандарта построения беспроводных локальных сетей IEEE 802.11 a/b/gСтандарт IEEE 802.11, принятый в1997 г., стал первым стандартом данного семейства. Он предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, а также технологии расширения спектра скачкообразной сменой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum или технологии расширения спектра по методу прямой последовательности. [Direct Sequence Spread Spectrum DSSS. Стандарт IEEE 802.11 обеспечивает пропускную способность до 2 Мбит/с в расчете на одну точку доступа.

- Стандарт IEEE 802.11А

Стандарт IEEE 802.11 а предусматривает использование нового, не требующего лицензирования частотного диапазона 5 ГГц и модуляции по методу ортогонального мультиплексирования с разделением частот [Orthogonal Frequency Domain Multiplexing [OFDM]). Применение этого стандарта позволяет увеличить скорость передачи в каждом канале с 11 Мбит/с до 54 Мбит/с. При этом одновременно может быть организовано до восьми непересекающихся каналов (или точек присутствия), а не три, как в диапазоне 2,4 ГГц. Продукты стандарта IEEE 802.11 а (сетевые адаптеры NIC и точки доступа) не имеют обратной совместимости с продуктами стандартов 802.11 и 802.11 Ь, так как они работают на разных частотах.

- Стандарт IEEE 802.11b

Стандарт IEEE 802.11Ь был принят в 1999 г. в развитие принятого ранее стандарта IEEE 802.11. Он также предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, но только с модуляцией DSSS. Данный стандарт обеспечивает пропускную способность до 11 Мбит/с в расчете на одну точку доступа.

Продукты стандарта IEEE 802.11b, поставляемые разными изготовителями, тестируются на совместимость и сертифицируются организацией Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), которая в настоящее время больше известна под названием Wi-Fi Alliance. Совместимые беспроводные продукты, прошедшие испытания по программе "Альянса WH могут быть маркированы знаком Wi-Fi. В настоящее время ЕЕЕ 802.11b это самый распространенный стандарт, на базе которого построено большинство беспроводных локальных сетей.

- Стандарт IEEE 802.11g

Проект стандарта IEEE 802.11g был утвержден в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, ныне действующий стандарт 802.11b. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b. Обратная совместимость стандарта IEEE 802.11g может быть реализована в режиме модуляции DSSS, и тогда

скорость передачи будет ограничена одиннадцатью мегабитами в секунду либо в режиме модуляции OFDM, при котором скорость составляет 54 Мбит/с. Таким образом, данный стандарт является наиболее приемлемым при построении беспроводных сетей.

- Физический уровень протокола 802.11g

Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием стандарта 802.11b/b+ и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне, но с более высокими скоростями. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с.

При разработке стандарта 802.11g рассматривались несколько конкурирующих технологий: метод ортогонального частотного разделения OFDM и метод двоичного пакетного сверточного кодирования PBCC.

В протоколе 802.11g предусмотрена передача на скоростях 1, 2, 5,5, 6, 9, 11, 12, 18, 22, 24, 33, 36, 48 и 54 Мбит/с. Некоторые из данных скоростей являются обязательными, а некоторые - опциональными. Кроме того, одна и та же скорость может реализовываться при различной технологии кодирования. Ну и как уже отмечалось, протокол 802.11g включает в себя как подмножество протоколы 802.11b/b+.

Технология кодирования PBCC опционально может использоваться на скоростях 5,5; 11; 22 и 33 Мбит/с. Вообще же в самом стандарте обязательными являются скорости передачи 1; 2; 5,5; 6; 11; 12 и 24 Мбит/с, а более высокие скорости передачи (33, 36, 48 и 54 Мбит/с) -- опциональными.

Отметим, что для обязательных скоростей в стандарте 802.11g используется только кодирование CCK и OFDM, а гибридное кодирование и

кодирование PBCC является опциональным.

Для передачи на более высоких скоростях используется квадратурная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation), при которой информация кодируется за счет изменения фазы и амплитуды сигнала. В протоколе 802.11g используется модуляция 16-QAM и 64-QAM. В первом случае имеется 16 различных состояний сигнала, что позволяет закодировать 4 бита в одном символе. Во втором случае имеется уже 64 возможных состояний сигнала, что позволяет закодировать последовательность 6 бит в одном символе. Модуляция 16-QAM применяется на скоростях 24 и 36 Мбит/с, а модуляция 64-QAM -- на скоростях 48 и 54 Мбит/с.

Метод доступа

Для доступа к среде используется метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Acsses Collision Avoidance) - множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий. Перед началом передачи устройство слушает эфир и дожидается, когда канал освободится. Канал считается свободным при условии, что не обнаружено активности в течении определенного промежутка времени - межкадрового интервала определенного типа. Если в течении этого промежутка канал оставался свободным, устройство ожидает еще в течении случайного промежутка времени и если еще канал не занят начинает передавать пакет.

1. Существующие стандарты радиодоступа достаточно хорошо проработаны и существует множество фактических реализаций.

2. Наиболее перспективным является стандарт IEEE 802.11, который обладает целым рядом достоинств:

высокая скорость развертывания, возможность поэтапного развития сети, начиная с минимальной конфигурации, низкие затраты на эксплуатацию,

высокая пропускная способность, высокая помехозащищенность широкой инфраструктуре, возможности масштабирования.

Поэтому в нашей организации и будет использоваться стандарт IEEE 802.11

Механизмы защиты информации в беспроводных каналах связи. Протоколы безопасности беспроводных сетей

Существует множество технологий безопасности, и все они предлагают решения для важнейших компонентов политики в области защиты данных: аутентификации поддержания целостности данных и активной проверки. Мы определяем аутентификацию как аутентификацию пользователя или конечного устройства (клиента, сервера коммутатора, маршрутизатора, межсетевого экрана и т.д.) и его местоположения с конечных устройств.

Целостность данных включает такие области, как безопасность сетевой

инфраструктуры, безопасность периметра и конфиденциальность данных. Активная проверка помогает удостовериться в том, что установленная политика в области безопасности выдерживается на практике, и отследить все аномальные случаи и попытки несанкционированного доступа.

WEP

В беспроводной локальной сети вопрос прослушивания имеет особую важность. Для обеспечения современного уровня безопасности стандарт IEEE 802.11 включает схему WEP. Для обеспечения конфиденциальности (а также

целостности данных) используется алгоритм, основанный на алгоритме шифрования RC4. Алгоритм обеспечения целостности - это простая 32-битовая последовательность циклической проверки четности с избыточностью (CRC), присоединяемая к концу кадра MAC. Для процесса шифрования 40-битовый секретный ключ делится между двумя сообщающимися сторонами. К секретному ключу присоединяется вектор инициализации (IV). Получившийся блок - это начальное число генератора псевдослучайной последовательности (PRNG), определенного в RC4. Генератор создает последовательность битов, длина которой равна длине кадра MAC плюс CRC. Побитовое применение операции исключающего ИЛИ к кадру MAC и псевдослучайной последовательности дает шифрованный текст. К данному тексту присоединяется вектор инициализации, и результат передается. Вектор инициализации периодически меняется (при каждой новой передаче), следовательно, меняется и псевдослучайная последовательность, что усложняет задачу расшифровки перехваченного текста. После получения сообщения приемник извлекает вектор инициализации и присоединяет его к совместно используемому секретному ключу, после чего генерирует ту же псевдослучайную последовательность, что и источник. К полученному таким образом ключу и поступившим данным побитово применяется операция исключающего ИЛИ, результатом которой является исходный текст. Таким образом, если взять исходный текст, применить к нему и ключевой последовательности операцию исключающего ИЛИ, а затем применить операцию исключающего ИЛИ к результату и той же ключевой последовательности, то в итоге получится исходный текст.

Рис.22. Шифрование данных

В заключение приемник сравнивает поступившую последовательность CRC и CRC, вычисленную по восстановленным данным: если величины совпадают, данные считаются неповрежденными.

WPA

До мая 2001 г. стандартизация средств информационной безопасности для беспроводных сетей 802.11 относилась к ведению рабочей группы IEEE 802.11e, но затем эта проблематика была выделена в самостоятельное подразделение. Разработанный стандарт 802.11i призван расширить возможности протокола 802.11, предусмотрев средства шифрования передаваемых данных, а также централизованной аутентификации пользователей и рабочих станций. Организации WECA (Wireless Основные производители Wi-Fi-оборудования в лице Ethernet Compatibility Alliance), иначе именуемой Wi-Fi Alliance, устав ждать ратификации стандарта IEEE 802.11i, совместно с IEEE в ноябре 2002 г. анонсировали спецификацию Wi-Fi Protected Access (WPA), соответствие которой обеспечивает совместимость оборудования различных производителей. Новый стандарт безопасности WPA обеспечивает уровень безопасности куда больший, чем может предложить WEP. Он перебрасывает мостик между стандартами WEP и 802.11i и имеет то преимущество, что микропрограммное обеспечение более старого оборудования может быть заменено без внесения аппаратных изменений.

IEEE предложила временный протокол целостности ключа (Temporal Key Integrity Protocol, TKIP). Основные усовершенствования, внесенные протоколом TKIP: Пофреймовое изменение ключей шифрования. WEP - ключ быстро изменяется, и для каждого фрейма он другой; Контроль целостности сообщения. Обеспечивается эффективный контроль целостности фреймов данных с целью предотвращения проведения тайных манипуляций с фреймами и воспроизведения фреймов Усовершенствованный механизм управления ключами.