Радиооборудование сетей передачи данных

В последние годы тезис о том, что информационные технологии оказывают самое прямое влияние на состояние и развитие экономики, стал практически общепризнанным. Компьютерный мир еще несколько лет назад стал сетевым. Сетевая инфраструктура дает возможность оперативного обмена данными и доступа к информационным ресурсам, как на локальном уровне, так и в мировом масштабе. Российская проблема заключается в слабости инфраструктуры телекоммуникаций (особенно ее общедоступной, гражданской части) по сравнению с подобной инфраструктурой на Западе. Во многих случаях использование проводных или оптоволоконных линий связи невозможно или экономически нецелесообразно. В этой ситуации одним из наиболее эффективных решений проблемы связи, а зачастую и единственно возможным, является использование радиосетей передачи данных.

К отличительным свойствам беспроводных технологий передачи данных можно отнести:

  • Мобильность. Невозможность подсоединения подвижных абонентов является принципиально непреодолимым ограничением кабельных сетей. Медсестры, врачи, рабочие на конвейере, маклеры на бирже и складские рабочие постоянно перемещаются с места на место. Для них беспроводная технология представляет несковывающий их перемещений канал в проводную сеть, открывая доступ ко всей имеющейся в этой сети информации.
  • Возможность организации сети там, где прокладка кабеля технически невозможна. Например, в зданиях, являющихся памятниками архитектуры.
  • Возможность объединить в сеть удаленных абонентов. Если абоненты разбросаны по обширной малонаселенной (или труднодоступной) территории, то во многих случаях протягивать кабель оказывается экономически нецелесообразно. В России почти 90% радиооборудования используют для связи вне помещений, на многокилометровых расстояниях. Радиосети связывают населенные пункты, до которых просто не доходят телефонные линии. Если все же доходят, то телефонные станции не торопятся предоставлять линии связи в аренду, да и качество связи низкое. Но главное даже в другом — пропускная способность телефонных каналов не оставляет никаких надежд на организацию эффективного обмена данными.
  • Срочность. Надежные коммуникации нужны сейчас, немедленно, а для прокладки кабельной сети требуются колоссальные инвестиции и длительное время. Радиооборудование позволяет развернуть сеть всего за несколько часов. Радиооборудование может также использоваться для организации временных сетей. Например, выставки, избирательная компания и.т.д.

Рассмотрим радиооборудование, которое может быть использовано для создания радиосетей передачи данных, и задачи, которые позволяет решать тот или иной класс оборудования.

Радиооборудование можно классифицировать по используемой частоте. От того, в каком диапазоне работает оборудование зависят такие показатели, как дальность связи, скорость передачи информации, зависимость от погодных условий, требование к обеспечению "прямой видимости".

1,6–30 МГц (Коротковолновый диапазон). Системы работающие в этом диапазоне позволяют передавать данные и голосовые сообщения на расстояния до нескольких тысяч километров, что предоставляет уникальную возможность охвата значительных территорий, в том числе с гористым рельефом, что абсолютно невозможно для традиционных решений в диапазонах УКВ и СВЧ при соизмеримом вложении средств. Скорость передачи в КВ-системах относительно невысокая до 6 Кбит/с. Для реализации радиосистем передачи данных в КВ-диапазоне может быть использован комплекс "Barret 923", который производит компания Barret Communications Pty Ltd. В компексе "Barrett 923" реализованы адаптивные методы анализа радиоканала, что позволяет ему оптимально выбирать диапазон частот, протокол и скорость передачи данных.

136–174 МГц — скорость передачи данных до 19,2 Kбит/с, дальность связи до 70 км, связь может осуществляться "из-за" угла и за горизонтом за счет искривления пути прохождения радиолуча у земли. Радиомодемы, работающие в этом диапазоне, используются для передачи файлов и электронной почты, позволяют организовать мобильный доступ в базы данных. Применяются в территориально распределенных сетях, в системах телеметрии и телеуправления, могут быть очень полезны для таких организаций, как ГАИ, служба скорой медицинской помощи и т.п. Интегральные радиомодемы, работающие в этом диапазоне частот, выпускаются такими фирмами, как Pacific Crest, Maxon,Young Design и др.

НПЦ "Дейтлайн" разработал систему "Ягуар" для построения пакетных радиосетей передачи данных, которая уже в течение длительного времени успешно эксплуатируется территориальными отделениями Сбербанка РФ. Система "Ягуар" обеспечивает высокую надежность передачи данных, гибкость в управлении,возможность легкого наращивания сети на расстояниях до 300 км. Аппаратный комплекс системы может строиться на основе широкой номенклатуры FM-радиостанций и пакетных контроллеров. Специалисты компании "Дейтлайн" рекомендуют использовать трансиверы Uniden IMH4100 и контроллеры Paccom Spirit 2, что обеспечивает наилучшее соотношение цена/качество.


Пример построения радиосети на базе системы "Ягуар"

400–512 МГц — скорость передачи данных до 128 Кбит/с, дальность связи до 50 км. Желательно наличие прямой видимости, но возможна работа и на отраженных сигналах. В этом диапазоне могут работать узкополосные cинхронные радиомодемы RAN производства фирмы Wireless, Inc (ранее Мultipoint Networks) (9,6, 19,2, 64, 128 Кбит/с).

Радиомодемы RAN 64/25,128/50 используют модуляцию 16 QAM, что позволяет передавать данные со скоростью 64 Кбит/с в полосе 25 кГц или 128 Кбит/с в полосе 50 кГц. Радиомодемы данного типа применяются для построения высокоскоростных каналов точка-точка для мультиплексированной передачи данных, голоса, видеоизображений и другой информации. На их основе также возможна организация многоузловых территориально распределенных сетей. Радиомодемы RAN могут работать также и в диапазоне 820–960 MГц.

Выше 2ГГц — возможна организация каналов передачи данных со скоростью более 2 Мбит/с, при этом обязательным является условие прямой видимости между антеннами. На этом участке радиочастотного спектра работает оборудование Radio-Еthernet (cтандарт IEEE 802.11). Стандарт Radio-Ethernet имеет два основных применения. Первое из них — беспроводная локальная сеть в стенах одного здания или на территории предприятия, таким образом решается проблема "ограниченной мобильности" в пределах одного предприятия (сотрудник с портативным компьютером, переходящий из одной комнаты в другую отовсюду имеет доступ к сети). Второе применение стандарта Radio-Ethernet решает проблему подсоединения абонентов к большой сети передачи данных или, как говорят связисты, проблему последней мили.

В Radio-Ethernet может применяться технология шумоподобных сигналов или широкополосных сигналов (ШПС). Узкополосные устройства излучают в эфир сигнал с шириной спектра 12,5–200 кГц, причем ширина излучаемого спектра увеличивается с увеличением скорости передачи информации. Узкополосные системы обладают очень существенным недостатком : если в частотном диапазоне такой системы появляются помехи, то качество связи резко падает. Именно эта незащищенность от помех узкополосных систем привела к разработке, сначала для военных применений, ШПС- технологии.

Cистемы на основе шумоподобных сигналов обладают следующими преимуществами:

  • Помехозащищенность
  • Не создаются помехи другим устройствам (Низкая мощность сигнала)
  • Конфиденциальность передач
  • Низкая стоимость при массовом производстве (Низкая мощность сигнала — дешевые высокочастотные компоненты оборудования)
  • Шумоподобный сигнал обеспечивает возможность работы в диапазоне, уже занятыми другими системами радиопередач
  • Высокая скорость передачи

Идея технологии широкополосного сигнала состоит в том, что для передачи информации используется значительно более широкая полоса частот, чем это требуется при передаче в узкополосном канале. Стандарт 802.11 для получения шумоподобных сигналов предусматривает метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum-DSSS) и метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum-FHSS).

В методе со скачками по частоте (FHSS) весь диапазон от 2400 МГц до 2483,5 МГц разбит на 79 подканалов. Приемник и передатчик сихронно каждые несколько милисекунд перестраиваются на различные несущие частоты в соответствии с алгоритмом, задаваемым псевдослучайной последовательностью. Лишь приемник, использующий ту же самую последовательность, может принимать сообщение. При этом предполагается, что другие системы работающие в том же частотном диапазоне используют иную последовательность и поэтому практически не мешают друг другу. Для тех случаев, когда два передатчика пытаются использовать ту же самую частоту одновременно, предусмотрен протокол разрешения столкновений по которому передатчик делает попытку повторно послать данные на следующей в последовательности частоте.

Согласно методу с прямой последовательностью(DSSS) диапазон от 2400 МГц до 2483,5 МГц разбит на три широких подканала, которые могут использоваться независимо и одновременно на одной территории. Принцип работы DSSS систем состоит в следующем: в передаваемый радиосигнал вноситься значительая избыточность путем передачи каждого бита информации одновременно в нескольких частотных каналах. Если на каком-либо из них (или сразу на нескольких) появляются помехи, система определяет правильный поток данных путем выбора наибольшего количества одинаковых потоков.

Наиболее крупными производителями обрудования Radio-Ethernet являются Proxim, BreezeCom, Aironet, Cylink, Lucent Technologies, Solectek, WaveAccess. Приятно отметить, что в последнее время стали появляться и отечественные разработки. Например, предприятие "Импульс" выпускает беспроводный Ethernet-бридж "Кросс-8" для конфигурации "точка-точка", который работает в относительно незагруженном диапазоне 37,0–39,5 ГГц, обеспечивая скорость передачи 10 Мбит/с и дальность действия 10 км.

Длительное время на российском рынке доминирующей технологией была передача по методу прямой последовательности (DSSS). Однако, последнее время отечественный рынок начинает испытывать все больший интерес к FHSS. Основная причина этому — "перенаселенность эфира".

На одном и том же пространстве могут сосуществовать, не мешая друг другу, не более трех сетей DSSS. При попытке увеличить число пользователей, такое неэкономное использование эфира может оборачиваться проблемами. FHSS позволяет определить для каждой сети свой набор и последовательность дискретных частот. Еще одна существенная особенность технологии "прыгающей частоы" состоит в том, что весь широкополосный диапазон разбивается на 79 отдельных подканалов. FHSS-оборудование (например, компании BreezeCom) позволяет использовать не все 79 каналов, а любое количество частот из этого набора, вплоть до одной частоты. В системах DSSS использование широкой полосы принципиально необходимо.

ШПС–технология, кроме оборудования Radio-Ethernet, применяется в высокоскоростных синхронных радиомодемах диапазонов 2,4 и 5,7 ГГц. Эти радиомодемы используются для организации дуплексных магистральных синхронных радиоканалов передачи данных со скоростями до 2048 Кбит/с. Оборудование этого класса производят такие компании, как Wireless, Inc (модели RAN64ss, RAN128ss, RAN2048ss), BreezeCom (cерия BreezeLINK), Wave Wireless (SpeedCOM).

ШПС-технология используется еще в одном интересном и весьма полезном продукте фирмы Wireless, Inc — радиомаршрутизаторе WaveNet IP. В отличие от радио-Ethernet устройств это оборудование включает в свой состав маршрутизатор IP и специально предназначенно для организации радиосетей городского и районного масштаба на расстоянии до 30-40 км от центральной станции. Кроме того, конструктивное исполнение WaveNet IP позволяет решить так называемую проблему длинного кабеля. Проблема заключается в том, что достаточно часто точка подключения к локальной сети и точка установки антенны на крыше находяться на достаточно большом расстоянии друг от друга. Оборудование Radio-Ethernet обычно имеет исполнение для использования внутри помещений и может быть применяться только в нормальных климатических условиях. Поскольку высокочастотный радиосигнал испытывает значительное затухание в кабеле, это накладывает серьезное ограничения на максимальную длину кабеля между устройством и антенной. WaveNet IP имеет внешнее погодозащитное исполнение и устанавливается в непосредственной близости от антенны, что позволяет без потерь сигнала размещать высокочастотный блок на расстоянии до 100 м от физической точки входа в сеть.

Из приведенного анализа видно, что радиооборудование для передачи данных позволяет оптимально решить большое количество задач. Более подробную информацию можно получить в Интернете на следующих серверах:

 

 


 

4 декабря 1998 Г.