Беспроводные технологии Wi-Fi Wi-Max. Сопоставление Wi-Fi и WiMAX

Все известный под аббревиатурой Wi-Fi этот стандарт носит официальное имя IEEE 802.11 и является первым в своем роде международным стандартом передачи данных с помощью радиочастот в диапазоне 2,4 ГГц. Разрабатываться учеными начал в далеком 1990 году с требованием к скорости передающего потока 1..2 Мбит/с.

К 1997 году, когда технология была закончена, заявленная скорость уже была не столь велика, и стандарт был признан морально устаревшим. Но техника не стоит на месте, поэтому спустя несколько лет на свет ученые выдали усовершенствованный стандарт Wi-Fi, а точнее его модификации: IEEE 802.11b (скорость около 11 Мбит/с), IEEE 802.11g, IEEE 802.11a (пропускная способность до 54 Мбит/с с передающей частотой 5 ГГц).

Стандарты являются модификациями, поэтому, сегодня почти все продаваемое оборудование поддерживает все перечисленные форматы Wi-Fi. Работать Wireless-устройства способны в двух режимах: Ad Hoc и Infrastructure.

Работа в первом режиме также известна в мире, как Peer-to-Peer (точка-точка) технология. При работе в данном режиме беспроводные устройства соединяются между собой напрямую.

В режиме работы Infrastrucure все элементы беспрводной сети взаимодействуют через единый центр, играющий роль концентратора. При этом работа организуется либо простым способом (BSS), либо сложная (ESS). При простом способе организации сети вся аппаратура соединена с одной точкой доступа, а при сложной организации сети одновременно функционирует несколько соединенных точек доступа и wi-fi контроллер может выбрать любую. При перемещении в пространстве wi-fi адаптер выбирает наиболее мощную точку доступа и присоединяется к ней. При этом переход между точками пользователю будет даже не заметен.

WiMAX – Worldwide Interoperability for Microwave Access

Под таким сложным названием скрывается беспроводная сеть, разработанная учеными для сетей в масштабе целых городов и предназначенная для передачи данных на скорости около 70 Мбит/с на расстояние до нескольких километров. WiMAX сети организуются в крупных населенных пунктах Интернет-провайдерами по типу сотовой сети, для wi-fi сетей это скорее не конкурент, а дополнение. Объясняется это тем, что разработанный стандарт 802.16а для работы требует громоздкого и дорогого оборудования, да и передачу данных осуществляет на частотах от 2 до 11 ГГц.

Совсем недавняя спецификация 802.11е позволяет организовывать сеть подобной технологии динамическим способом, так что пользователь сможет передвигаться между базовыми станциями. В отличие от wi-fi стандарта, WiMAX обладает рядом преимуществ: защита сети от коллизий (базовая станция распределяет права доступа к сети между абонентами), наличие механизма обеспечения качества трафика (резервирование канала данных для передачи отдельного потока данных, например IP-телефонии или видео).

Характеристики представленного стандарта являются далеко неполными, но уже сейчас можно говорить о том, что в ближайшем будущем формат WiMAX может стать серьезным конкурентом для сотовых операторов, предоставляя похожий перечень услуг сетей 3G, но более качественно, дешевле и функциональнее.

Из современных технологий беспроводной передачи информации наибольшее распространение получили Wi-Fi и WiMAX. Несмотря на схожесть в названия, это - два самостоятельных направления, каждое из которых предназначено для решения определенного круга задач. Стандарт WiMAX в основном используется провайдерами для предоставления доступа к сети Интернет в тех местах, где прокладка кабеля технически проблематична или экономически невыгодна. Технология Wi-Fi применяется для организации локальных сетей внутри предприятия, объединения территориально распределенных подсетей в одну сеть Ethernet, а также для передачи информации между разными устройствами (например, камерой видеонаблюдения и регистратором).

Протоколы Wi-Fi

802.11 . Скорость передачи Wi-Fi по нему равна 1-2 Мб/с.

802.11a . по этому протоколу может достигать 54 Мб/с.Реальная скорость обычно располагается в пределах 22-26 Мб/с. Wi-Fi частота данного протокола равна 5 ГГц. Передача данных осуществляется с помощью метода OFDM (мультиплексирование с ортогональным делением частот). В помещении скорость передачи Wi-Fi равна 54 Мб/с. При этом расстояние между устройствами сети должно быть не больше 12-15 м. Если удалить их друг от друга на 50-90 м, то скорость упадет до 6 Мб/с. На открытом пространстве дальнобойность растет: 54 Мб/с на 30-40 м, а 6 Мб/с - 250-350 м.

802.11b .Теоретическая скорость передачи Wi-Fi до 11 Мб/с.

Реальная - 5-7 Мб/с. Wi-Fi частота - 2.4 ГГц. Передача данных осуществляется методом DSSS (прямая последовательность с разнесением сигнала по широкому диапазону). В замкнутом пространстве максимальная скорость передачи WiFi может дойти до 11 Мб/с, расстояние между устройствами 30-40 м, или 1 Мб/с на 80-100 м. На открытом пространствескорость передачи Wi-Fi составляет 11 Мб/с, расстояние от 200-300 м и 1 Мб/с на 500-600 м.

802.11g . Наиболее распространенный протокол.

Теоретическая скорость передачи Wi-Fi до 54 Мб/с.Реальная скорость составляет примерно 50% от теоретической, т.е. около 25 Мб/с. Для передачи данных использованы методы OFDM и FSSS. Wi-Fi частота 802.11g 2.4 ГГц. В закрытом пространстве скорость передачи Wi-Fi достигает 54 Мб/с, расстояние 30-40 м, и 1 Мб/с на 80-100 м. На улице дистанция увеличивается до 150-200 м и 400-500 м соответственно. Обратно совместим с протоколом 802.11b.

802.11i . Набирающий обороты протокол. Максимальная теоретическая скорость передачи Wi-Fi достигает 480 Мб/с. Wi-Fi частота 802.11i 2.4 - 2.5 или 5.0 ГГц.

Устройства, поддерживающие протокол 802.11i , способны работать в трех режимах:

Legacy (наследуемый). Обеспечивается совместимость с 802.11b/g и 802.11a устройствами.

Mixed (смешанный). К этому списку добавляются 802.11i устройства.

- «Чистый» режим. Возможно соединение только с 802.11i устройствами.

При всем богатстве выбора сетевых подключений сложно одновременно соблюсти три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надежность и мобильность. Решить подобную задачу может следующее поколение беспроводных технологий - WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), стандарт IEEE 802.16.

Для продвижения и развития технологии WiMAX был сформирован WiMAX-форум: http://www.wimaxforum.org на базе рабочей группы IEEE 802.16, созданной в 1999 году. В форум вошли такие фирмы, как Nokia, Harris Corporation, Ensemble, Crosspan и Aperto. К маю 2005 года форум объединял уже более 230 участников. В том же году Всемирный съезд по вопросам информационного сообщества (World Summit on Information Society - WSIS) сформулировал следующие задачи, которые были возложены на технологию WiMAX:

Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий для небольших поселений, удаленных регионов, изолированных объектов, учитывая при этом, что в развивающихся странах 1,5 миллиона поселений с числом жителей более 100 человек не подключены к телефонным сетям и не имеют кабельного сообщения с крупными городами.

Обеспечить при помощи WiMAX доступ к услугам информационных и коммуникационных технологий более половины населения планеты в пределах досягаемости, учитывая при этом, что общее число пользователей Internet в 2005 году составляло приблизительно 960 млн человек, или около 14,5 % всего населения Земли.

Цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводной доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения - локальных сетей. Надо отметить, что данная технология имеет ряд преимуществ:

По сравнению с проводными (xDSL или широкополосным), беспроводными или спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервис-провайдерам экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже имеющих фиксированный (стационарный) доступ.

Стандарт объединяет технологии уровня оператора связи (для объединения многих подсетей и предоставления им доступа к Internet), а также технологии "последней мили" (конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает универсальность и, как следствие, повышает надежность системы.

Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, проще в развертывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться.

Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в развивающихся странах, малонаселенных или удаленных районах.

Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. На данный момент большинство беспроводных технологий широкополосной передачи данных требуют наличия прямой видимости между объектами сети. WiMAX благодаря использованию технологии OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского оборудования до базовой станции, при этом расстояния исчисляются километрами.

Технология WiMAX изначально содержит протокол IP, что позволяет легко и прозрачно интегрировать ее в локальные сети.

Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектов сетей на единой инфраструктуре.

Принципы работы

Система WiMAX состоит из двух основных частей:

Базовая станция WiMAX, может размещаться на высотном объекте - здании или вышке.

Приемник WiMAX: антенна с приемником (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Архитектура WiMAX

Соединение между базовой станцией и клиентским приемником производится в СВЧ диапазоне 2-11 ГГц. Данное соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с и не требует, чтобы станция находилась на расстоянии прямой видимости от пользователя. Этот режим работы базовой станции WiMAX близок широко используемому стандарту 802.11 (Wi-Fi), что допускает совместимость уже выпущенных клиентских устройств и WiMAX.

Следует помнить, что технология WiMAX применяется как на "последней миле" - конечном участке между провайдером и пользователем, - так и для предоставления доступа региональным сетям: офисным, районным.

Между соседними базовыми станциями устанавливается постоянное соединение с использованием сверхвысокой частоты 10-66 ГГц радиосвязи прямой видимости. Данное соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 120 Мбит/с. Ограничение по условию прямой видимости, разумеется, не является преимуществом, однако оно накладывается только на базовые станции, участвующие в цельном покрытии района, что вполне возможно реализовать при размещении оборудования.

Как минимум одна из базовых станций может быть постоянно связана с сетью провайдера через широкополосное скоростное соединение. Фактически, чем больше станций имеют доступ к сети провайдера, тем выше скорость и надежность передачи данных. Однако даже при небольшом количестве точек система способна корректно распределить нагрузку за счет сотовой топологии.

На базе сотового принципа разрабатываются также пути построения оптимальной сети, огибающей крупные объекты (например, горные массивы), когда серия последовательных станций передает данные по эстафетному принципу. Подобные разработки планируется включить в следующую версию стандарта. Ожидается, что эти изменения позволят существенно поднять скорость (рис. 6.2).

Рис. 6.2 . Покрытие WiMAX

По структуре сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусе до 50 км, при этом их также необязательно устанавливать на вышках. Для них вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условия прямой видимости между станциями. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet-кабелю, как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet.

Это позволяет сохранить существующую инфраструктуру районных или офисных локальных сетей при переходе с кабельного доступа на WiMAX. Кроме того, это дает возможность максимально упростить развертывание сетей, используя знакомые технологии для подключения компьютеров.

Часто сравнивают такие современные технологии передачи данных, как WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на то, что обе технологии имеют созвучные названия и WiMAX технология появилась позже, то можно предположить, что WiMAX это усовершенствованная модель Wi-Fi, но это не так. Эти технологии имеют различные области применения. WiFi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология Wi MAX, в совою очередь, предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей. WiMAX разрабатывался как городская вычислительная сеть (MAN). Рассмотрим некоторые другие различия между этими технологиями. У WiMAX лучше качество связи, чем у WiFi. Когда несколько пользователей подключены к точке доступа Wi-Fi, они буквально «дерутся» за доступ к каналу связи. В свою очередь, технология WiMAX обеспечивает каждому пользователю постоянный доступ. Построенный на технологии WiMAX алгоритм устанавливает ограничение на число пользователей для одной точки доступа. Когда базовая станция WiMAX приближается к максимуму своего потенциала, она автоматически перенаправляет «избыточных» пользователей на другую базовую станцию.

Но Wi Max по-прежнему находится в зачаточном состоянии, и потребуются значительные вложения в данную инфраструктуру для получения коммерческой выгоды. Wi-Fi является уже самодостаточной системой и быстрое развертывание сетей WiFi не проблема сейчас.

Предприятия с огромными площадями, возможно, захотят перейти на WiMAX, чтобы избежать покупки большого количества репитеров, требуемых при установке Wi-Fi сети. На данный момент, в России такое оборудование отсутствует в широкой продаже.

Стоимость устройств

Wi-Fi технология является более зрелой нежели WIMAX и сегодня Вы вряд ли найдете новый ноутбук без встроенного Wi-Fi модуля.Также, возможно только временным недостатком является то, WIMAX оборудование стоит дороже WIFI оборудования и ассортимент WIMAX оборудования более скудный. Это вызвано тем, что технология WiMAX более молодая. Производство устройств, оборудованных WiMAX модулем, только начало развиваться и до уровня оборотов WiFi устройств ему еще далеко. Стоимость базовых станций WiMAX также выше из-за дополнительных дорогостоящих компонентов.

Области применения

Как и во многих других областях, в беспроводной передачи данных нет универсальной технологии. Под каждые конкретные задачи больше подходит WiMAX или WIFI. Если стоит задача предоставить широкополосный доступ к сети для пользователей – то больше, конечно подходит WiMAX, так как эта технология изначально была разработана именно с этой целью. Однако если стоит задача предоставить широкополосный доступ в ограниченном помещении, то технологии WIFI и WiMAX одинаково хорошо подходят для решения, при условии что низкий уровень помех или помехи вовсе отсутствуют. А для внедрения беспроводных систем безопасности или видеонаблюдения больше подходит WiFi, так как это направление уже достаточно неплохо развито.

Охват и масштабы

Масштабируемость и пропускная способность

Заключение

IEEE 802.11 (Wireless LAN) представляет собой семейство стандартов "Wireless Ethernet". WiMAX (802.16) призван стать технологией широкополосного доступа вне помещений, в то время как стандарт WiFi (802.11) предназначен для Беспроводных решений, в основном внутри помещений.

Если у Вас после прочтения возникнут какие-либо вопросы, Вы можете задать их через форму отправки сообщений в разделе

WI-FI

IEEE 802.11

Wi-fi – популярная в мире и быстро развивающаяся технология беспроводных сетей, обеспечивающая беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету.

Работает в диапазоне 2.4ГГц или 5ГГц.

Wi-Fi былсозданв 1991 году NCR Corporation/AT&T.

Распространенным заблуждением является то, что термин Wi-Fi является сокращением от "Wireless Fidelity", однако это не так. Wi-Fi является просто торговой маркой, означающей стандарт IEEE 802.11x. Wi-Fi Alliance -организация, которой принадлежит Wi-Fi (зарегистрированная торговая марка). Изначально термин Wi-Fi использовался только для стандарта 802.11b на частоте 2,4 ГГц, однако Wi-Fi Alliance расширил общее использование Wi-Fi термина, включая любое устройство из стандарта 802.11х.

Wi-fi – набор из нескольких стандартов, разработанных для беспроводных сетей на основе спецификации 802.11.

Wi-Fi поддерживается многими приложениями и устройствами, включая игровые консоли, домашние сети, КПК, мобильные телефоны, основные операционные системы, и другие виды потребительской электроники. Любые устройства, которые протестированы и одобрены как "Wi-Fi Certified" от Wi-Fi Alliance сертифицированы как совместимые друг с другом, даже если они от разных производителей.

Важно отметить, что в стандарте 802.11 предусматривается использование только полудуплексных приемопередатчиков, которые не могут одновременно передавать и принимать информацию. Из-за этого в беспроводных сетях 802.11 станция в принципе не может обнаружить столкновение во время передачи (поскольку в это время не имеет возможности принимать данные). Поэтому в качестве метода доступа к среде во всех стандартах используется метод CSMA/CA (с предотвращением коллизий), позволяющий избегать столкновений. Это приводит к дополнительным сложностям при взаимодействии и, как следствие, к существенно меньшим скоростям передачи данных, чем, например, в технологии Ethernet.

Существует два основных варианта устройства беспроводной сети:

• – передача напрямую между устройствами;

• – передача осуществляется через точку доступа;

Как и у всех технологий семейства 802.11, технология 802.11 определяется нижними двумя уровнями, т.е. физическим уровнем и уровнем MAC, а уровень LLC выполняет свои стандартные общие для всех технологий LAN функции.

Уровень MAC выполняет в беспроводных сетях больше функций, чем в проводных. Функции уровня MAC:

• Доступ к разделяемой среде. Подразделяется:
• Распределенный режим DCF ;
• Централизованный режим PCF ;
• Обеспечение мобильности станций при наличии нескольких точек доступа;
• Обеспечение безопасности.

DCF (Distributed Coordination Function) не имеет никаких средств централизованного управления (в этом смысле напоминая Ethernet). Реализуется алгоритм CSMA/CA (предотвращение коллизий) т.е. каждый кадр должен подтверждаться кадром положительной квитанции, если по истечению оговоренного тайм-аута квитанция не поступила, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Режим доступа DCF выполняет синхронизацию станций, с помощью временных интервалов, отсчитанных от момента окончания передачи очередного кадра. Станция, которая хочет передать кадр, обязана предварительно прослушать среду. Как только она фиксирует окончание передачи кадра, обязана отсчитать интервал времени равный межкадровому интервалу (IFS). Если после истечения IFS среда все еще свободна, то начинается отсчет слотов фиксированной длительности. Кадр можно передать только в начале какого-либо из слотов при условии, что среда свободна. Станция выбирает для передачи слот на основании усеченного экспоненциального двоичного алгоритма отсрочки.

PCF (Point Coordination Function), подразумевает, что базовая станция (точка доступа) берет на себя функцию управления активностью всех станций. Является дополнением к режиму DCF.

Режим доступа PCF сосуществует с режимом DCF. После освобождения среды каждая станция отсчитывает время простоя среды, сравнивая его с тремя значениями:

• Короткий межкадровый интервал (SIFS) имеет наименьшее значение, используемые для захвата среды квитанциями, которые продолжают или завершают начавшуюся передачу кадра;
• Межкадровый интервал режима PCF (PIFS) имеет среднее значение, используется базовой станцией для контролируемого периода;
• Межкадровый интервал режима DCF (DIFS) самый длинный интервал, используется для захвата среды передачи кадра.

Безопасность wi-fi

Для того, чтобы получить доступ к проводной сети, злоумышленник должен к ней физически подключиться. Такое действие можно заметить и пресечь.

В беспроводной сети несанкционированный доступ можно осуществить гораздо проще, достаточно оказаться в зоне распространения радиоволн этой сети, даже вне здания офиса.

Любое взаимодействие точки доступа (сети), и беспроводного клиента, построено на:

• Аутентификации - как клиент и точка доступа представляются друг другу и подтверждают, что у них есть право общаться между собой;
• Шифровании - какой алгоритм скремблирования передаваемых данных применяется, как генерируется ключ шифрования, и когда он меняется.

В стандарте 802.11 предусмотрены средства обеспечения безопасности, которые повышают защищенность беспроводной локальной сети до уровня обычно проводной локальной сети.

Способы шифрования беспроводных сетей:

• WEP (WiredEquivalentPrivacy – секретность, эквивалентная проводной). Он представляет возможность шифровать данные, передаваемые через беспроводную среду, и тем самым обеспечивает их конфиденциальность;
• WPA (Wi-FiProtectedAccess – защищенный доступ к Wi-Fi) – более защищенный вариант беспроводных локальных сетей. Одобрен в 2003г.
• WPA2 - описывает надежное средство защиты беспроводных локальных сетей, сочетающее в себе наиболее совершенные средства аутентификации пользователей и шифрования данных. Одобрен в 2004г.

Спецификации физической среды 802.11

• IEEE 802.11 ИК - используются длины волн 0,85 или 0,95 мкм. Возможны две скорости передачи: 1 и 2 Мбит/с. Частота 2,4 ГГц
• IEEE 802.11a. DSSS (DirectSequenceSpreadSpectrum - передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности). Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Один из первых высокоскоростных стандартов беспроводных сетей, определяет скорость передачи до 54 Мбит/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц.
• IEEE 802.11b HR-DSSS (High Rate Direct Sequence Spread Spectrum - высокоскоростная передача широкополосного сигнала по методу прямой последовательности) принятый в 1999 году. Стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с. Защита WEB
• IEEE 802.11g OFDM принятый в 2003г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с. Стандарт IEEE 802.11g неофициально преодолел лимит 54 Мбит/с с помощью технологий объединения каналов Super G, AirPlusXtremeG, MIMO, Turbo и получил поддержку пропускной способности 108 и даже 150 Мбит/с. Защита WEB,WPA, WPA2
• IEEE 802.11n -новейшая версия стандарта IEEE 802.11 для сетей Wi-Fi. Теоретически IEEE 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4 -2,5 или 5,0 ГГц. Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:
• наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a
• смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n
• «чистом» режиме -802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом IEEE 802.11n).
• IEEE 802.11ac - планируется использовать в 2014г, это новый стандарт беспроводных компьютерных сетей семейства 802.11 для сетей Wi-Fi на частотах 5-6 ГГц. Устройства, которые работают по этому стандарту, обеспечивают скорость передачи данных более 1 Гбит/с (до 6 Гбит/с 8x MU-MIMO), Стандарт подразумевает использование до 8 антенн MU-MIMO и расширение канала до 80 и 160 МГц. По версии компании Broadcom, данный стандарт относится к сетям нового поколения 5.5G.
• IEEE 802.11ad - является беспроводной спецификацией на стадии разработки, будет работать в диапазоне частот 60 ГГц и предлагает большие скорости передачи данных, чем предыдущие 802.11 спецификации, с теоретической максимальной пропускной способностью до 7Гбит/с (гигабит в секунду).

Wi-MAX

WiMax (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN. Название «WiMax» было создано WiMaxForum -организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMax. Форум описывает WiMax как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL»IEEE 802.16.

WiMax позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей.

WiMax это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю.

• IEEE 802.16d – Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM) поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Скорость до 75Мбит/c, радиус действия 25-80км, частота от 1,5-11ГГц;
• IEEE 802.16e – Спецификация утверждена в 2005 году. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Скорость до 40Мбит/c, радиус действия 1-5км, частота 2,3-13,6ГГц;
• IEEE 802.16m или WiMax 2 – представляющем собой стандарт IEEE 802.16e, дополненный новыми возможностями, но сохранивший обратную совместимость. Скорость до 100Мбит/c или до 1Гбит/c, радиус действия и частота в разработке.

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity - «беспроводная точность») - торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11.

Любое оборудование соответствующее стандарту IEEE 802.11 может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

Рисунок 10. Эмблема WiFi

Wi-Fi был создан в 1991 году NCR Corporation/AT&T (впоследствии - Lucent Technologies и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с.

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа (так называемый режим infrastructure) и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0.1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0.1 Мбит/с - наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно, ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

Преимущества:

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
• Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
• Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

Недостатки:

• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Белоруссия и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.
• В России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации. Решение ГКРЧ № 04-03-04-003 от 6.12.2004г. утверждает основные технические характеристики внутриофисных РЭС (приложение №1) и содержит список РЭС, подлежащих регистрации в упрощённом порядке, то есть без оформления разрешения на использование радиочастот (приложение №2).
• Высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.
• Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения.
• Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний маршрутизатор Wi-Fi стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 500 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты.
• Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.
• Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости.
• Уменьшение производительности сети во время дождя.
• Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения большого количества служебной информации.
• Малая пригодность для работы приложений, использующих медиа-потоки в реальном времени (например, протокол RTP, применяемый в IP-телефонии): качество медийного потока непредсказуемо из-за возможных высоких потерь при передаче данных, обусловленных целым рядом неконтролируемых пользователем факторов (атмосферные помехи, ландшафт и иное, в частности перечисленное выше). Несмотря на данный недостаток, выпускается масса VoIP оборудования на базе устройств 802.11b/g, которое ориентировано в том числе и на корпоративный сегмент: однако в большинстве случаев документация к подобным устройствам содержит оговорку, гласящую, что качество связи определяется устойчивостью и качеством радиоканала.

Использование технологии:

Коммерческий доступ к сервисам на основе Wi-Fi предоставляется в таких местах, как интернет-кафе, аэропорты и кафе по всему миру (обычно эти места называют Wi-Fi-кафе), однако их покрытие можно считать точечным по сравнению с сотовыми сетями.

Для использования в промышленности технологии Wi-Fi предлагаются пока ограниченным числом поставщиков. Так Siemens Automation & Drives предлагает Wi-Fi-решения для своих контроллеров SIMATIC в соответствии со стандартом IEEE 802.11g в свободном ISM-диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивающем максимальную скорость передачи 11 Мбит/с. Данные технологии применяются в основном для управления движущимися объектами и в складской логистике, а также в тех случаях, когда по какой-либо причине невозможно прокладывать проводные сети Ethernet.

WiMAX (англ. W orldwide I nteroperability for M icrowave A ccess ) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN.

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL» Максимальная скорость - до 1 Гбит/сек.

WiMAX подходит для решения следующих задач:

• Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
• Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
• Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
• Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.
• Создания WiMAX систем удаленного мониторинга (monitring системы), как это имеет место в системе (SCADA)

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX

Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.

802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.

802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это - новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, idle mode и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, в том числе первым в России свою сеть развернул «Скартел». Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приёмником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГЦ, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.

Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки - допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями)

Сети мобильного и фиксированного WiMAX в России строят:

• Компания «Престиж-интернет» под торговой маркой «Энфорта»(более 80 крупных городов России)
• Компания «Скартел» под торговой маркой «Yota» (Москва, Санкт-Петербург, Уфа, Краснодар, Сочи, Самара, Казань, Челябинск)
• Комстар
• Синтерра
• «НТК» (Владивосток)
• «Новые телекоммуникации» под торговыми марками «WiTe» и «NEX3»
• «Интерпроект» под торговой маркой «Freshtel» (Тула, Новомосковск, Чехов, Серпухов)
• «Тривон Нетворкс» под торговой маркой «Virgin Connect»,
• компания ЗАО МедиаСети под торговой маркой «UnitLine»
• Совтест(Курск)
• DARS TELECOM (Ульяновск)
• ГЛОБАЛФОН (Иваново, Сочи, Кузнецк)
• НьюКом (Тюмень)
• а также более 20 региональных интернет-провайдеров

Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость - термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты разработаны IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.

Таблица 1.

Таблица сравнения стандартов беспроводной связи.