Глава 8. Глобальные беспроводные сети

8.1. Общие сведения о беспроводных диапазонах

В качестве среды передачи данных в сетях используются электромагнитные волны различных частотных диапазонов. В локальных сетях радиосвязь из-за небольшой скорости и низкой помехозащищенности целесообразно использовать только в тех случаях, когда невозможно проложить кабель или при работе с переносными компьютерами. Для построения магистральных беспроводных каналов в глобальном масштабе используются спутниковые системы связи и наземные радиорелейные каналы СВЧ-диапазонов. В общем случае спектр используемых электромагнитных волн делится на следующие диапазоны (Таблица 8.1).

Таблица 8.1 Диапазоны спектра электромагнитных волн для построения магистральных беспроводных каналов.

Номер	Название диапазона	Частота	Длина волны
1	Высокочастотный	3 – 30 МГц	100 м – 10 м
2	VHF	50 - 100 Мгц	6 м - 3 м
3	УВЧ (UHF)	400-1000 МГц	75 см - 30 см
4	Микроволновый	3*109 – 1011 Гц	10 см – 3 мм
5	Миллиметровый	1011 – 1013Гц	3 мм – 0,3 мм
6	Инфракрасный	1012 – 6 1014	0,3 мм – 0,5 мкм

Далее следуют диапазоны видимого света, ультрафиолета, рентгеновских и гамма-лучей. Для сравнения, на рис. 8.1 приведены частотные диапазоны различных каналов связи.

При использовании всенаправленных антенн и отсутствии препятствий на пути следования, радиоволны распространяются по всем направлениям равномерно, а мощность сигнала падает пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником. При частотах свыше 100 МГц для передачи информации на большие расстояния в строго определенном направлении, волна должна быть сфокусирована с помощью параболических антенн.

Рис. 8.1 Диапазоны частот различных телекоммуникационных каналов.

До появления оптоволокна, радиорелейная связь составляла основу систем передачи данных на большие расстояния. Для этого на определенном расстоянии друг от друга ставились башни с ретрансляторами. Высота башни зависела от расстояния и мощности передатчика. Сегодня такие каналы используются там, где не существует кабельных или оптоволоконных каналов или их создание по каким-то причинам невозможно или слишком дорого.

Для увеличения пропускной способности канала передачи информации используются частоты СВЧ диапазона. Например, для организации радиоканалов передачи информации используются частотные диапазоны 902-928 МГц на расстояния до 10 км с пропускной способностью до 64 Кбит/с, 2,4 ГГц и 12 ГГц на расстояния до 50 км с пропускной способностью до 8 Мбит/с.

Более низкие частоты (например, 300 МГц) мало привлекательны из-за ограничений пропускной способности, а большие частоты (>30 ГГц) работоспособны для расстояний порядка 5км из-за поглощения радиоволн в атмосфере. Однако, на частотах более 8 ГГц, также возникает проблема поглощения радиоволн атмосферными дождевыми или снеговыми осадками. Поглощение в атмосфере ограничивает использование частот более 30 ГГц. Атмосферные шумы, связанные в основном с грозовыми разрядами, доминируют при низких частотах вплоть до 2 МГц. Даже галактический шум, приходящий из-за пределов солнечной системы вызывает проблемы на частотах до 200 ГГц.

Мощность передатчиков в беспроводных сетях обычно лежит в диапазоне 50 мВт - 2 Вт. Для устойчивой и скоростной связи устройств, работающих в частотных диапазонах более 2,4 ГГц необходима прямая видимость между приемником и передатчиком.

В 1992 году страны-члены ЕС выделили диапазон частот 1,89-1,9 ГГц для целей построения сетей, базирующихся на применение радиосигналов по стандарту DECT - Digital European Cordless Telecommunications. Этот стандарт разработан для передачи данных и голоса в системах сотовой связи. Для аналогичных целей выделены частотные диапазоны 18 и 60 ГГц.

Ранние протоколы беспроводных локальных сетей базировались на методе доступа с рассылкой предупреждений MACA (Multiple Access with Collision Avoidance), что является основой стандарта IEEE 802.11. В последующем, метод MACA был усовершенствован и получил название MACAW. В данном методе требуется подтверждение получения любого информационного кадра, а также добавлен механизм оповещения о перегрузке.

Основным недостатком беспроводных сетей является ненадежность каналов связи. При этом снижение скорости передачи, как правило, не приводит к снижению вероятности потери.