Вернуться в библиотеку

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Молоковский И.А., группа ТКС – 07м
Руководитель доц. Турупалов В.В.

Сборник студенческих научных работ факультета КИТА 2008 г.

Беспроводные локальные сети все больше пользуются популярностью. На протяжении нескольких лет они проходили процесс стандартизации, повышалась скорость передачи данных, цена становилась доступнее. Сегодня беспроводные сети позволяют предоставлять подключение там, где затруднено кабельное соединение или необходимая полная мобильность. При этом беспроводные сети совместимые с проволочными сетями.

Технология Bluetooth

Основная идея технологии - предоставление возможности легкого и удобного беспроволочного соединения между собой разных устройств персональной офисной и бытовой техники на малых расстояниях. Протокол Bluetooth поддерживает как соединение типа точка-точка, так и точка-многоточие. Два или более устройств, которые используют один и тот же канал, образуют пикосеть (рісonet), при этом одно из устройств работает как основной (Master), а другие - как под чиненные (Slave). В одной пикосети может быть до семи активных подчиненных устройств, при этом остальные подчиненные устройства находятся в состоянии "паркует", оставаясь синхронизированными с основным устройством.

Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, что работают на нелицензируемой в большинстве стран частоте 2.45 ГГц и используют метод расширением спектра FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum - скачкообразная перестройка частоты, 1600 стрибків/сек., пакетная передача со временным мультиплексированием, 79 рабочих каналов). Радиоканал обеспечивает скорость 721 Кбит/с. В зависимости от мощности передатчика, устройства Bluetooth делятся на три класса:

  • Класс 1 - до 100 мВт (максимальная дальность до 100 м);
  • Класс 2 - до 2,5мВт (максимальная дальность до 15 м);
  • Класс 3 - до 1 мВт (максимальная дальность до 5 м).


    • Основные достоинства технологии:
  • простота использования готовых модулей;
  • малые размеры;
  • безопасность передачи информации (аутентификация, кодировка);
  • высокий уровень стандартизации.

    • Основные недостатки технологии:
  • невозможность построения сетей сложной топологии;
  • больше (по сравнению с сетями ZigBee) энергопотребления. [4]


    • Технология Wi-Fi

    Wi-Fi, или RadioEthernet IEEE 802.11, - это первый промышленный стандарт для организации беспроволочных локальных сетей (Wireless Local Area Networks - WLAN) на ограниченной территории, то есть когда несколько абонентов имеют равноправный доступ к общему каналу передачи данных. Стандарт был разработан Инженерным институтом электротехники и радиоэлектроники (Institute Electrical and Electronics Engineers - IEEE) и может сравниваться со стандартом 802.3 для привычных проволочных Ethernet сетей.

    В данное время существует множество версий этого стандарта - IEEE 802.11(а,j,n,r), на практике наиболее часто используются всего три, определенных как 802.11b, 802.11g и 802.11a.
    Основные достоинства технологии:

  • простота использования готовых модулей;
  • легкость интеграции с существующими проволочными сетями (LAN);
  • высокая скорость передачи информации;
  • безопасность передачи информации (64/128-битное шифровка).

    Таблица 1 - Сравнение стандартов Wi-Fi

    Стандарт

    Показатели

    802.11b

    802.11g

    802.11a

    Количество использованных каналов

    3

    3

    8

    Частотный диапазон, ГГц

    2,4

    2,4

    5

    Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с

    11

    54

    54

    Основные достоинства технологии:

  • простота использования готовых модулей;
  • легкость интеграции с существующими проволочными сетями (LAN);
  • высокая скорость передачи информации;
  • безопасность передачи информации (64/128-битное шифровка).

    • Основные недостатки технологии:

  • более высокая (по сравнению с другими беспроволочными сетями) цена на оборудование;
  • больше (по сравнению с другими беспроволочными сетями) энергопотребления;
  • ограниченный радиус действия.


    • Технология ZigBee

    Стандарт беспроволочной связи ZigBee предназначен для использования в системах сбора данных и управления. Его основные девизы - малое энергопотребление, надежность передачи данных, защита информации, совместимость пристроил разных производителей.

    Сети ZigBee называют сетями, которые само образуются и само восстанавливаются, поскольку ZigBee-устройства при включении питания благодаря встроенному программному обеспечению умеют сами находить друг друга и формировать сеть, а в случае выхода из строя какого-либо из узлов умеют устанавливать новые маршруты для передачи сообщений. Таким образом, технология Zigbee может быть использована как для реализации простых соединений "точка-точка" и "звезда", так и для образования сложных сетей с топологиями "дерево" и "ячеистая сеть".

    Скорость передачи данных вместе со служебной информацией в сетях Zigbee составляет 250 кБит/c.

    Технология ZigBee имеет частотные каналы в диапазонах 868МГц, 915МГц и 2,4 ГГц. Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость достигаются в диапазоне 2,4ГГц, поэтому большинство производителей микросхем выпускает приемопередатчики именно для этого диапазона, в котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 Мгц.

    Радиус обхвата устройств Zigbee зависит от очень многих параметров, но в первую очередь - от чувствительности приемника и мощности передатчика. На открытом пространстве расстояние между узлами в сети Zigbee измеряется сотнями метров, а в помещении - десятками метров. При этом следует помнить, что зона покрытия ZigBee значительно шире, чем расстояние между узлами, поскольку за счет ретрансляции сообщений осуществляется наращивание сети.

    Для создания Zigbee-сети возможно использовать два разных подхода. Наименьшая себестоимость конечного изделия достигается при разработке проекта на базе микросхем-приемников-передатчиков. При этом компании производители микросхем предоставляют разработчикам разные варианты библиотек для реализации протоколов Zigbee. С другой стороны использования готовых ZigBee-модемов позволяет выполнить разработку в очень короткие сроки, поскольку при этом не требуется расходовать время на разработку высокочастотных цепей и значительно упрощается разработка программного обеспечения.

    Технология NanoNET

    Технология NanoNet базируется на использовании линейно-частотной модуляции (Chirp Spread Spectrum), как метода, проверенного самой природой. Дельфины и кожаны пользуются линейно-частотными импульсами для определения своего местоположения.

    Приемопередатчики компании Nanotron диапазона 2.4 ГГц предназначены для беспроволочной передачи данных в системах мониторинга и управления, домашней автоматизации, охранительных системах, - везде, где производительности ZigBee и Bluetooth становится не достаточно, а устройства Wi-Fi не могут применяться через высокое энергопотребление.

    Основными особенностями приемопередатчиков Nanotron является возможность передавать данные на достаточно высоких скоростях (до 2 Мбит/с) и более высокая помехоустойчивость по сравнению с другими технологиями диапазона 2,4 ГГц. Дальность передачи на открытом пространстве составляет сотни метров. Новинкой в этом сезоне постоянные новые приемопередатчики Nanotron nanoLOC TRX, которые дополнительно владеют функцией определения местоположения. Объединение в одном кристалле функций беспроволочной передачи данных и определения местоположения открывает новые возможности для систем радиочастотной идентификации и сбора данных.

    Линейно-частотная модуляция (Chirp Spread Spectrum), что используется приемопередатчиками Nanotron, является одним из методов расширения спектра и позволяет повысить помехоустойчивость за счет того, что мощность сигнала "размывается" по спектру, и при действии препятствий фиксированной частоты теряется только часть сигнала, который передается, так что двоичная информация может быть потом возобновленная в приемнике.

    Основными особенностями приемопередатчиков NanoNET TRX является скорость передачи до 2 Мбит/с, радиус действия до 900 метров на открытом пространстве и встроенного MAC-контролера с поддержкой разных методов доступа к среде передачи. Мощность передатчика может изменяться в границах от 1 мкВт до 6.3 мВт.

    Таблица 2 - Сравнительная таблица выбранных технологий

    Технология

    Показатели

    Bluetooth

    NanoNET IEEE 802.15.4.a

    Wi-Fi

    ZigBee

    Частота, ГГц

    2,45

    2,4

    2,4

    2,4

    Скорость передачи данных, ГГц

    721 Кбит/с

    2 Мбит/с

    11 Мбит/с

    250 Кбит/с

    Тип модуляции

    FHSS

    CSS

    CCK,DQPSK

    QPSK,BPSK

    Мощность передатчика, мВт

    100

    6,3

    100

    5


    Из всех перечисленных выше технологий, наиболее подходящей является NanoNET. Ширина ее частотного канала составляет 64 МГц и значительно превышает ширину частотных каналов таких технологий как ZigBee и Bluetooth, которые также используются для беспроволочной передачи в данном диапазоне. Это дает возможность приемопередатчикам Nanotron работать на более высоких скоростях и с более высокой степенью надежности передавать данные в условиях сложной препятствующей обстановки.

    В сравнении с технологией Wi - Fi, которая также имеет широкую полосу частотного канала, приемопередатчики Nanotron имеют лучшее соотношение "дальность передачи / скорость передачи / энергопотребление" благодаря тому, что первичная обработка линейно-частотного импульса выполняется аналоговым способом. Таким образом, приемопередатчики Nanotron могут использоваться в ношеных устройствах, которые работают от батарей.

    Перечень ссылок

    1. Nanotron: Технология NanoNET/ Электронный ресурс. Способ доступа URL: http://www.efo.ru/cgi-bin/go?2490
    2. Автоматгормаш им. В.А.Антипова / Электронный ресурс. Способ доступа URL: http://ad5.bigmir.net/t.bbn?14702&5&f&8213846&hhttp%3A //3528.ukrindustrial.com/info.php%3Fblock%3Dhistory

    © ДонНТУ 2008, Молоковский Игорь

    Вернуться в библиотеку