Принципы работы технологий беспроводных сетей (WiFi и сотовой) и для передачи данных

Размещено на http://www.allbest.ru

Latvijas biznesa koledћa

Программа обучения Программирование и сетевое администрирование

РЕФЕРАТ

Принципы работы технологий беспроводных сетей (WiFi и сотовой) и для передачи данных

АВТОР РАБОТЫ

YESSENGALIYEVA NURGUL

РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ

A. ERMUIЋA, Dr.sc.ing.,

РИГА, 2015

Содержание

Список сокращений

Введение

1.История создания и принцип работы Wi-Fi

1.1 Принцип работы Wi-Fi

1.2 Преимущества и недостатки сети Wi-Fi

2.История появления сотовых систем

2.1 Функциональная схема сети сотовой подвижной связи

2.2 Подвижная станция

3.Принцип работы сотовой связи

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Список сокращений

Wi-Fi- Wireless Fidelity-беспроводная точност

IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineers -- международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники

IEEE 802.11- набор стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0,9, 2,4, 3,6 и 5 ГГц.

WPA -Wi-Fi Protected Access --обновлёная программа сертификации устройств беспроводной связи

SSID- Service Set Identifier идентификатор беспроводной сети.

БС- база станций

ССПС- сетей сотовой подвижной связи

РСС- развития радиотелефонной системы связи ().

NMT-450 -(Nordic Mobile Telephony) -- это первый полностью автоматический стандарт сотовой связи 1G в истории AMPS (Advanced Mobile Phone Service).

ETACS -Enhanced TACS/Total Access Communications System -- аналоговая сотовая система связи общего ?доступа первого поколения. национального стандарт TACS (Total Access Communications System),

СЕРТ - computer emergency response team «Компьюмтерная грумппа реагимрования на чрезвычамйные ситуамции»

GSM - Global System for Mobile Communications- глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи

CDMA -Code Division Multiple Access- система множественного доступа с кодовым разделением

AMPS- Advanced Mobile Phone Service -- усовершенствованная подвижная телефонная служба

D-AMPS -Digital Advanced Mobile Phone Service -- цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц.

UMTS- Universal Mobile Telecommunications System -- Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система

NMT -Nordic Mobile Telephone один из самых старых стандартов сотовой связи, разработан в 1978 году и впервые введён в эксплуатацию в 1981.

Введение

Удобство беспроводных технологий знакомо каждому. Мы давно пользуемся мобильными телефонами, рациями, спутниковым телевидением и прочими беспроводными устройствами. Мобильные данные и Wi-Fi - это шаг к комфорту беспроводного соединения. [1]

Технология Wi-Fi стремительно набирает популярность во многих компаниях как альтернатива сети, построенной при помощи кабелей и проводов. Wi-Fi предлагает своим пользователям свободу перемещения. Провода, приковывавшие людей к их рабочему столу, больше не нужны. Технология Wi-Fi позволяет передавать информацию в сети при помощи радиосигнала

Сотовая связь (англ. cellular phone), вид радиотелефонной связи, в которой вся обслуживаемая зона связи разбита на небольшие участки или ячейки -- соты. аппарата с базовой станцией. Эта максимальная дальность является радиусом соты.

Идея мобильной сотовой связи состоит в том, что еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, радиотелефон попадает в зону действия любой соседней вплоть до наружной границы всей зоны сети. [1]

В аналоговых системах сотовой связи используется частотное разделение каналов, а в цифровых -- временное и кодовое. При временном разделении разговоры различных абонентов разделяют на отдельные «пакеты», передают их по одному каналу по очереди, а затем снова соединяют. В результате достигается экономия каналов, и это происходит с такой скоростью, что абоненты это разделения на пакеты не замечают.

При кодовом разделении все телефонные разговоры «перемешиваются» в общем канале, из которого каждый телефонный аппарат выделяет предназначенную ему часть информации благодаря присвоенному ему коду.

Цель данной работы:

-изучить историю появления сотовой связи

-изучить историю появления Wi-Fi технологий

-дать определение термину Wi-Fi

-дать определение термину -Сотовые сети

-выявить принципы работы технологий беспроводных сетей

-сделать выводы

1. История создания Wi-FI

На заре своей деятельности Wi-Fi Alliance популяризировал новую технологию с помощью рекламного слогана «The Standard for Wireless Fidelity» (рус. -- стандарт беспроводной точности). Со временем эта фраза была урезана до уже упомянутой выше «Wireless Fidelity», сокращённая версия которой впоследствии и стала узнаваемой во всём мире. Не в последнюю очередь это оказалось возможным благодаря созвучию данной аббревиатуры с уже популярным в то время аудиостандартом Hi-Fi (сокращёно от англ. High Fidelity -- высокая точность). Существует даже гипотеза, что в процессе раскрутки нового продукта основная ставка как раз и делалась на такое разительное сходство буквосочетания «Wi-Fi» с «Hi-Fi». [1]

Началом работ над Wi-FI можно считать середину 80-х годов прошлого века, но стандартизированные спецификации были готовы лишь к концу 1997 года. Датой создания Wi-FI считается 1991 год. Он был создан в Нидерландах Виком Хейз, который входил в состав команды, которая занималась разработкой таких стандартов, как IEEE 802.11b IEEE 802.11a и IEEE 802.11g. Сам стандарт Wi-FI был утвержден в 2009 году и позволил передавать данные на скорости вплоть до 54 МБитс/с. Сначала устройства работающие с протоколом передачи данных по Wi-FI должны были находиться в нескольких метрах друг от друга, но довольно быстро дистанция устройств увеличилась до нескольких сот метром. На данные момент существуют технологии передачи данных по Wi-FI на дистанцию до 100 км. Сегодня уже трудно представить себе компьютер у которого нет встроенного приемопередатчика Wi-FI, а еще 10 лет назад про такую технологию никто и не слышал. Плюс ко всему уме все новые мобильные устройства так же поддерживают эту технологию передачи данных. Wi-FI работает на частоте в 2.4 ГГц.

Для работы Wi-FI было внедрено несколько специальных стандартов шифрования, на данный момент используется лишь один, это метод шифрования -- WPA. А первое коммерческое использование термина «Wi-Fi» состоялось в августе 2000 года. [1]

1.1 Принцип работы Wi-Fi

Как правило сеть Wi-Fi имеет в своем составе не меньше, чем 1 точку доступа и как минимум одного клиента. Конечно можно подключиться двум клиентам напрямую в режиме точка-точка, тогда они смогут обмениваться данными только друг с другом. Такие сети создаются, как правило, в домашних квартирах или мини офисах.[2]

В этом случае точка доступа не нужна и клиенты подсоединяются друг к другу напрямик. Каждая точка доступа позволяет своим клиентам определить, возможно ли подключение в данные момент. SSID -- это специальный идентификатор сети. Если окажется, что клиент может подключиться к нескольким точкам доступа, то клиент сам может выбирать к какой именно стоит сделать подключение. Возможности объединения точек доступа в общую сеть следующие:

точки доступа, какие работают под управлением установленного контроллера, их часто называют централизованными;

точки доступа управляемые без контроллера;

автономные точки доступа или децентрализованные;

По способу организации радиоканала и управления существуют такие беспроводные Wi-Fi сети:

с динамическими или адаптивными настройками;

со статическими настройками;

с многослойной структурой составных радиоканалов.[3]

1.2 Преимущества и недостатки сети Wi-Fi

Главными преимуществами Wi-Fi является возможность сделать сеть без прокладывания кабеля, что непременно уменьшит стоимость развертывания сети интернет. Так же это позволит подключаться к интернету в тех местах, где невозможно физически проложить кабель (горные местности, здания, имеющие историческую ценность). Wi-Fi дает возможность мобильным устройствам подключаться к интернету на большой скорости. Так же все устройства, в которых есть модулю Wi-Fi, гарантируют что он будет функционировать с прочими устройствами, благодаря обязательной спецификации Wi-Fi, где бы он не стоял. Wi-Fi даст вам возможность перемещаться по всему дому, минуя провода. Теперь можно ходить с ноутбуком или планшетником по квартире и у вас везде будет интернет. Излучения от Wi-Fi модулей, как минимум в 10 раз меньше чем от любого мобильника.[4]

Одними из главных недостатков являются: Wi-Fi работает на частоте 2.4 ГГц, на этой же частоте работает и большое количество иных устройств, таких как Bluetooth и даже микроволновки. Все это уменьшает электромагнитную компоненту вместимости. Быстрота передачи данных, которая значится на оборудовании, всегда ниже заявленной из многочисленных накладных расходов, на передачу служебной информации.[4]

2. История появления сотовых систем

Сотовая связь, сеть подвижной связи -- один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть.

Её ключевая особенность в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть, имеет вид шестиугольных ячеек (сот). [5]

Появлению сетей сотовой подвижной связи (ССПС) предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи (РСС). Идея сотовой связи была предложена в ответ на необходимость развития широкой сети подвижной РСС в условиях ограничений на доступные полосы частот. [6] В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Но прошло около 30 лет, прежде, чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне.

В 70-х годах начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран - Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности и значительно увеличить абонентскую емкость системы.

В 1983 г. в США вступила в эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. была расширена его рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта получила название ETACS (Enhanced TACS). Во Франции в 1985 г. был принят стандарт Radiocom-2000.

В конце 80-х годов приступили к созданию систем сотовой связи (ССС), основанных на цифровых методах обработки сигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM дала название новому стандарту (позднее GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к системе ССС стандарта GSM.

В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC.

отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS.

В то же время американская компания Qualcomm начала разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов - CDMA (Code Division Multiple Access).

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM.

В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.

В 1993 г. в США Промышленная Ассоциация в области связи (TIA) приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

В 1993 г. в Великобритании вступила в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 One-2-One. На этом история стандартов сотовой подвижной не оканчивается. В скором будущем начнет свое шествие по миру технологии сотовой связи поколения 4G.;[7]

2.1 Функциональная схема сети сотовой подвижной связи

Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслуживаемую территорию.

Ячейки обычно схематически изображают в виде правильных шестиугольников.

В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС), обслуживающая все подвижные станции (ПС) в пределах своей ячейки. С центра коммутации имеется выход на ТфОП.

На рис. 1. приведена упрощенная функциональная схема, соответствующая описанной структуре системы.

Рис. 1.Состав сети сотовой подвижной связи

Возможна структура системы с несколькими Центрами Коммутации (рис. 2), один из которых условно можно назвать головным, шлюзовым или транзитным.

Рис. 2. - Сеть сотовой связи с двумя центрами коммутации

В простейшей ситуации система содержит один ЦК (рис. 1), при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию, с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. [8]

Если система обслуживает большую территорию, то она может содержать два или более Центра Коммутации (рис. 2). В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы - роуминг. Если система граничит с другой ССС, то при перемещении абонента из одной системы в другую имеет место межсистемная передача обслуживания. [8]

2.2 Подвижная станция

Блок-схема цифровой подвижной станции (ПС) приведена на рис. 3. В ее состав входят: блок управления; приемопередающий блок; антенный блок.

Блок управления включает в себя микротелефонную трубку (микрофон и динамик), клавиатуру и дисплей. Клавиатура служит для набора номера телефона вызываемою абонента, а также команд, определяющих режим работы ПС. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции .Приемопередающий блок состоит из передатчика, приемника, синтезатора частот и логического блока. [10]

В состав передатчика входят: АЦП - преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме; кодер речи - осуществляет кодирование сигнала речи, т.е. преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности; кодер канала - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока; модулятор - осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту.[9]

Рис. 3 - Блок-схема подвижной станции.

Приемник по составу соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков: демодулятор - выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию; декодер канала - выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки исправляются; до последующей обработки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке; декодер речи - восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде; ЦАП -преобразует принятый цифровой сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика; эквалайзер - служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.[9]

Логический блок - это микрокомпьютер, осуществляющий управление работой ПС. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (дуплексное разделение по частоте). [9]

Антенный блок включает в себя антенну (в простейшем случае четвертьволновой штырь) и коммутатор прием/передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, так как ПС цифровой системы никогда не работает на прием и передачу одновременно.

Блок-схема подвижной станции (рис. 3) является упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник ПС включают соответственно блоки шифратора и дешифратора сообщений.

В ПС системы GSM предусмотрен специальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module - SIM). [11]

3.Принцип действия сотовой связи

Основные составляющие сотовой сети -- это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover).[5]

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Операторы могут заключать между собой договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора. Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам. Возможность роуминга появилась лишь в стандартах 2G и является одним из главных отличий от сетей 1G.

Операторы могут совместно использовать инфраструктуру сети, сокращая затраты на развертывание сети и текущие издержки.[5]

сотовый связь сеть

Заключение

Некоторые считают, что Wi-Fi со временем могут заменить сотовые сети, такие как GSM. Препятствиями для такого развития событий в ближайшем будущем являются отсутствие роуминга и возможностей аутентификации, ограниченность частотного диапазона и сильно ограниченный радиус действия Wi-Fi.

Телефоны, использующие только Wi-Fi, имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных сетях. Однако устройства, поддерживающие несколько стандартов, могут занять значительную долю рынка.

Стоит заметить, что при наличии в данном конкретном месте покрытия как GSM, так и Wi-Fi, экономически намного более выгодно использовать Wi-Fi, разговаривая путём сервисов интернет-телефонии. Например, клиент Skype.

Развитие техники не стоит на месте. В 90-х годах мы и мечтать не могли о том, чтобы звонить своим друзьям/близким с беспроводного телефона, снимать видео трансляцию в режиме реального времени, пользоваться высокоскоростным интернетом, и знать-не знали, что такое Wi-Fi технологии.

Надеюсь, проделанная мною работа покажет, на сколько быстро научно технический прогресс достиг, и покорил нас, и, как важно осваивать всё новое.

Список использованной литературы

Востров Алексей «Как и когда появился Wi-Fi»

http://www.seoded.ru/istoriya/internet-history/wi-fi.html

Алипов Владислав реферат на тему «Эфирный интерфейс. Wi-Fi»

http://best.fan-5.ru/best-82891.php

Антон Винокуров «Настройка беспроводных сетей на контроллере Cisco» 2.08.12.

http://habrahabr.ru/post/148903/

«Преимущества и недостатки Wi-Fi» ООО Айскай

http://www.c2free.ru/blog-article.html?id=8

Статья из Википедии, свободной энциклопедии «Сотовая связь»

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C

Статья из «3 Всероссийской научной-технической конференции студентов, аспирантов, и молодых ученых» 2006 год

edu.secna.ru/media/f/aeie.pdf

Статья на тему “История радиотелефонной свзяи» 13.07.2006.

http://proit.com.ua/article/telecom/2006/07/13/142837.html

Статья «Функциональная схема». Методический материал Уральского Федерального Универсистета имени первого президента Российской Федерации Б.Н.Ельцина

http://study.urfu.ru/view/aid/50/1/DOTS_FDAIM_FD.html

Статья «Мобильная станция». Методический материал Уральского Федерального Универсистета имени первого президента Российской Федерации Б.Н.Ельцина

http://study.urfu.ru/view/aid/50/1/DOTS_FDAIM_MS.html

Кунегин Сергей Владимирович статья «Подвижная станция» http://kunegin.com/ref3/mob/4.htm

Приложение

Рис. 1

Рис. 2

Размещено на Allbest.ru