Бескрайний мир беспроводной связи

Новый стандарт и новые технологические разработки должны подстегнуть рост беспроводных локальных сетей, причем не только в рамках вертикальных рынков, но и в масштабах корпораций.

РАДИОСИГНАЛЫ
Чья частота?

Последние несколько лет беспроводные локальные сети (Wireless LAN, WLAN) получили широкое распространение на нескольких вертикальных рынках, в том числе в сфере розничных продаж, финансов и здравоохранения, а также на производстве и складах. Во многих этих средах беспроводная связь не просто один из вариантов, а единственный способ организовать сеть. Медсестры, доктора, рабочие на конвейере, маклеры на бирже и складские рабочие постоянно перемещаются с места на место и редко, если вообще когда-либо, работают за столом. Для них беспроводная технология предоставляет несковывающий их перемещений канал в проводную сеть, открывая доступ ко всей имеющейся в этой сети информации.

Но несмотря на то, что беспроводные локальные сети пользуются огромной популярностью, они пока с трудом приживаются в корпоративном мире. При скоростях порядка 1-2 Мбит/с современные беспроводные технологии намного уступают традиционным проводным сетям. Кроме того, распространение беспроводных сетей сдерживает отсутствие стандартов, определяющих, как карманные и портативные устройства конечных пользователей должны взаимодействовать с беспроводными точками доступа - мостами в проводные сети.

Но несколько последних разработок способны изменить отношение к беспроводным технологиям и в других сегментах рынка. Недавно одобренный стандарт, а также недавно выделенный спектр частот дают возможность производителям беспроводного оборудования не только разрабатывать совместимые продукты, но и добиться более высоких скоростей передачи данных.

ЧТО ЗА СТАНДАРТ?

После восьми долгих и бесплодных лет в июне этого года к несказанной радости всех производителей беспроводного оборудования IEEE наконец одобрил стандарт 802.11. "Стандарт разрабатывался очень долго, - говорит Роланд Фурньер, менеджер по продуктам в Raytheon Wireless Solutions. - Его ратификация стала значительным событием".

Определяющий различные аспекты взаимодействия беспроводных продуктов, стандарт содержит детальные тре- бования к PHY- (физическому) и MAC-уровню беспроводных локальных сетей в диапазоне 2,4 ГГц для промышленных, научных и медицинских целей (американский диапазон ISM). На физическом уровне стандарт предусматривает два радиочастотных метода передачи: метод прямой последовательности размытого спектра (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) и метод скачущей частоты размытого спектра (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), а также инфракрасную связь. На MAC-уровне стандарт использует разновидность метода доступа CSMA/CD с предотвращением коллизий под названием CSMA/CA.

В типичной конфигурации беспроводная сеть компании имеет беспроводные точки доступа, расположенные в стратегических местах, где пользователям необходимо беспроводное подключение. Эти точки доступа имеют обычно соединение Ethernet 10BaseT с проводной сетью, благодаря чему пользователи получают доступ ко всем ресурсам сети (см. Рисунок 1). На клиентском уровне PC-card или другой интерфейсный модуль позволяют портативному компьютеру либо карманному устройству поддерживать связь с точками доступа, транслирующими информацию из беспроводной сети в проводную и обратно.

Для многих компаний создание беспроводной локальной сети как расширения проводной сети оказывается гораздо более простой задачей, чем это кажется на первый взгляд. Частоты, на которых работает большинство продуктов, не нуждаются в лицензировании в большинстве стран. Точки доступа и клиентские компоненты - вот все, что необходимо для создания инфраструктуры.

Поставщики, а также имеющиеся и потенциальные заказчики с радостью приветствовали принятие стандарта 802.11. Однако нельзя не отметить, что процесс ратификации стандарта оказался порядком затянут. Это, впрочем, не остановило производителей от разработок и продаж беспроводных продуктов - еще до принятия стандарта несколько поставщиков создали альянсы с целью информирования пользователей о некоторых имеющихся на рынке продуктах.

Один из таких альянсов, Wireless LAN Alliance (WLANA), объединил более 15 компаний. WLANA публикует техническую документацию, объясняющую, как беспроводные локальные сети работают и какие преимущества они дают. "Вооруженные этой информацией заказчики могут подняться на новый уровень как в разговоре с производителями, так и в оценке продуктов", - говорит Джеф Абрамович, президент WLANA и менеджер по маркетингу в 3Com. Некоторые члены WLANA принимали также активное участие в деятельности рабочей группы IEEE, разрабатывавшей стандарт 802.11.

Второй альянс производителей, Wireless LAN Interoperability Forum (WLIF), был основан в 1996 году; в настоящее время его членами являются свыше 20 компаний. Если WLANA занимается в основном распространением информации о беспроводной технологии, то WLIF, как следует из его названия, ставит своей целью обеспечение совместимости между продуктами. Без стандарта добиться совместимости непросто. Поэтому группа решила создать свою собственную спецификацию под названием OpenAir. Разработанная компанией Proxim для радио, данная спецификация описывает, как и 802.11, уровни PHY и MAC.

"С точки зрения архитектуры OpenAir и 802.11 схожи между собой в том, что касается производительности и атрибутов, - считает Брайан Баттон, вице-президент по продажам и маркетингу в Proxim. - Среди компаний, производящих OpenAir совместимые продукты: Andrew, BreezeCom, Data General, Fujitsu Personal Systems, Hewlett-Packard и Raytheon. WLIF-совместимые продукты включают как клиентские адаптерные платы, так и беспроводные точки доступа".

Из-за того, что OpenAir опирается на метод FHSS для диапазона 2,4 ГГц компании Proxim, по мнению критиков, спецификация не гарантирует ничего иного сверх того, что радио Proxim будет работать с радио Proxim. "Мы никогда не поддерживали OpenAir, поскольку это нестандартная спецификация, - замечает Брайан Силендер, директор по маркетингу сетей и систем в Symbol Technologies. - Все демонстрации, организуемые участниками WLIF, проходили с использованием радио Proxim, но доказательство того, что радио Proxim работает с радио Proxim, еще не является подтверждением совместимости".

Переход к 802.11 делает споры о роли OpenAir бессмысленными, но Баттон из Proxim указывает, что вопросы взаимодействия 802.11-совместимых продуктов еще не разрешены. Поэтому спецификация Proxim остается пока единственным способом обеспечения работы продуктов от различных поставщиков друг с другом. "OpenAir не сойдет со сцены, - полагает Баттон. - Все новые и новые поставщики производят совместимые с данной спецификацией продукты. Это открытая спецификация, и каждый может разрабатывать свои продукты в соответствии с ней".

После одобрения стандарта дискуссия должна переключиться на вопросы взаимодействия и совместимости. К сожалению, из-за известных проблем этот этап также может затянуться. Например, стандарт 802.11 не рассматривает некоторые формы взаимодействия между продуктами, в том числе роуминг, когда беспроводной клиент переходит из одной области здания в другую без потери соединения с сетью. Однако стандарт не описывает явным образом, как такой роуминг реализовать на практике. Скорее он определяет только его базовые принципы.

Другой вопрос, на который стандарт не отвечает, - как 802.11-совместимые точки доступа различных производителей будут взаимодействовать друг с другом по проводной сети. Эту проблему придется решать самим производителям.

Чтобы ускорить этот процесс и тем самым дать возможность заказчикам использовать точки доступа от разных поставщиков без каких бы то ни было проблем, группа производителей беспроводного оборудования, возглавляемая Aironet Wireless Communications, Lucent Technologies и Digital Ocean, образовала альянс вне рамок 802.11 и разработала Interaccess Point Protocol (IAPP). Служащая дополнением к 802.11, эта спецификация определяет, каким образом точки доступа устанавливают между собой связь по проводной магистральной сети для передачи друг другу мобильных пользователей.

IAAP опирается на 802.11, но если IEEE уделяет много внимания уровням MAC и PHY, то IAAP рассматривает в первую очередь уровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC), т. е. верхний подуровень канального уровня модели OSI, и третий уровень стека TCP/IP.

ПОИСК СОВМЕСТИМОГО ПАРТНЕРА

Даже при достижении вышеуказанного уровня интероперабельности, совместимости методов скачущей частоты и прямой последовательности добиться невозможно в принципе, поскольку две эти радиочастотные системы опираются на различные физические уровни. Несмотря на то что оба эти метода являются частью 802.11, для достижения интероперабельности оборудования производители должны будут разделить физические линии.

Технология размытого спектра появилась еще во время Второй мировой войны и использовалась как вполне надежное и защищенное средство передачи информации. В случае FHSS узкополосная несущая перескакивает через краткие промежутки с одной частоты на другую. Принимающая станция должна быть синхронизирована с передающей, чтобы она могла разобрать передаваемые данные; тот, кто попытается подслушать передачу, не сможет дешифровать ее.

При прямой последовательности передача размывается по широкому интервалу частотного диапазона. Данный метод генерирует избыточный шаблон бит или микрокадр для каждого переданного бита. Если один или более бит окажутся искажены при передаче, то прямая последовательность обеспечивает восстановление исходных данных без повторной передачи (см. Рисунок 2).

Что касается сторонников метода скачущей частоты, BreezeCom, NetWare Technologies, Proxim, Raytheon и Symbol объявили в июне 1997 года о своем намерении поддерживать инициативу в области обеспечения интероперабельности. "Ключевая роль стандартов заключается в гарантии совместимости продуктов и предоставлении заказчику возможности выбора, - говорит Силандер из Symbol. - Мы, как и некоторые другие поставщики, хотели бы работать над этим". Силандер утверждает, что потребовалось всего три дня, чтобы заставить радио Symbol говорить с радио BreezeCom. "Это исключительно важно, когда два совершенно различных продукта удается заставить работать друг с другом за такой короткий промежуток времени", - отмечает он. Raytheon также сотрудничает с BreezeCom по вопросам взаимодействия их двух радио.

Что касается сторонников метода прямой последовательности, то Lucent, Aironet и другие производители предпринимают свои собственные усилия по обеспечению совместимости. "Мы планируем тестировать наши продукты с продуктами других производителей аналогичного оборудования по мере их появления", - говорит Анжела Шампнес, директор по развитию бизнеса в Lucent.

"Несмотря на то что производители изъявляют желание к совместному сотрудничеству в интересах заказчиков, они должны будут преодолеть несколько препятствий", - предупреждает Баттон из Proxim. Он указывает, что стандарт 802.11 оставляет достаточно много простора для выбора. Помимо выбора между скачущей частотой и прямой последовательностью заказчики могут выбирать между применением и отсутствием шифрования, а также различными способами инкапсуляции данных. "В настоящее время имеется по крайней мере 128 разновидностей 802.11", - заявляет Баттон. При таком количестве подходов к беспроводной связи достичь интероперабельности весьма проблематично.

Кроме различных вариантов беспроводной связи, каких-либо внешних критериев соответствия продуктов стандартам пока еще нет. "Вы наверняка слышали от многих компаний, что они выпускают 802.11-совместимые продукты, но на самом деле они только предполагают, что их изделия совместимы с 802.11, поскольку пока у них нет возможности это проверить", - комментирует данную ситуацию Баттон. Он добавляет, что разработка процедуры тестирования на соответствие стандарту состоит из шести этапов.

Во-первых, компании должны изъявить желание участвовать в разработке процедуры тестирования. Во-вторых, они должны выбрать тот аспект спецификации, на базе которого такую процедуру можно было бы разработать. В-третьих (и это, по мнению Баттона, самое сложное), необходимо выбрать эталонный продукт, с которым бы все остальные сравнивались (нетрудно представить, что любой производитель будет стремиться к тому, чтобы эталонный продукт был его собственный). В-четвертых, производители должны создать независимую тестовую лабораторию. Пятый и шестой этапы состоят в тестировании и устранении выявленных несоответствий.

По словам Баттона, в настоящее время отрасль находится на первом этапе, но тем не менее она предпринимает усилия по созданию лаборатории для проведения тестирования на интероперабельность. Нью-Гэмпширский университет, наверное, наиболее известный институт тестирования в мире высоких технологий, упоминал в свое время о создании тестовой лаборатории с уклоном на MAC-уровень 802.11.

Все последующие инициативы в отношении 802.11 должны исходить от сообщества производителей. И, несмотря на сотрудничество компаний, настоящая интероперабельность (та, что вот уже столько лет имеет место в мире Ethernet) будет достигнута, скорее всего, не ранее, чем через два года.

ПРЕОДОЛЕНИЕ ЗВУКОВОГО БАРЬЕРА

Стандарт 802.11 определяет скорость 1 Мбит/с для метода скачущей частоты и 2 Мбит/с в качестве опции. Некоторые компании заявляют, что они имеют продукты со скоростью передачи данных 3 Мбит/с и более в диапазоне 2,4 ГГц. Однако для того, чтобы эти высокоскоростные продукты соответствовали спецификации и работали с продуктами других производителей, они должны передавать данные со стандартными скоростями.

Поддерживаемые в настоящее время скорости просто черепашьи по сравнению с 10 Мбит/с для стандартного Ethernet и не идут ни в какое сравнение с высокоскоростными технологиями типа Fast Ethernet. Однако с появлением базового стандарта для беспроводных сетей производители могут принять его как исходную точку для разработки продуктов с поддержкой более высоких скоростей передачи данных, и определенные усилия в этом направлении уже предпринимаются.

По сведениям Абрамовича из WLANA, два таких проекта уже запущены в рамках 802.11, но в обоих случаях стандартизации в ближайшее время ждать не приходится. Тем не менее отрасль уже предпринимает усилия по подготовке пути перехода к более скоростным системам для тех заказчиков, кто в них нуждается.

Как надеются многие, высокие скорости мало что изменят в уровне MAC. А это значительно облегчает разработку и миграцию. Вообще говоря, усилия комитета 802.11 и производителей в области высокоскоростных беспроводных технологий не должны слишком уклоняться от стандарта 802.11. В противном случае высокоскоростные продукты не будут взаимодействовать с другими.

Что касается метода скачущей частоты, то несколько компаний заявили о своих намерениях обеспечить более быструю передачу данных в диапазоне 2,4 ГГц (хотя, каким образом это будет делаться, пока никто не сообщал).

В отношении метода прямой последовательности Bell Labs объявила в апреле этого года, что она запатентовала технологию, с помощью которой беспроводные локальные сети могут передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. Метод прямой последовательности с модуляцией положения импульсов (Direct Sequence/Pulse Position Modulation, DS/PPM) опирается на DSSS, и, по утверждению Bell Labs, данная технология хорошо устойчива к шумам и помехам; при этом она надежна и эффективна.

"В настоящее время пропускная способность метода прямой последовательности превосходит аналогичный показатель для метода скачущей частоты из-за свойственных последнему накладных расходов, - говорит Шампнес из Lucent. - Кроме того, метод прямой последовательности позволяет перейти к более высоким скоростям с помощью DS/PPM; по сути все предложения, представленные IEEE 802.11 по высокоскоростным беспроводным сетям на 10 Мбит/с, опираются на метод прямой последовательности".

"Проблема с увеличением скорости в диапазоне 2,4 ГГц состоит в сокращении радиуса действия - критический вопрос, когда пользователи могут находиться в любом месте здания. Наша позиция заключается в том, что переход к более высоким скоростям в диапазоне 2,4 ГГц не имеет смысла, - говорит Баттон из Proxim. - Если увеличить мощность крошечного карманного устройства, то радиус действия можно получить тот же самый, что и в случае меньших скоростей передачи, но эта возросшая мощность потребует значительных затрат энергии". Ввиду того, что многие беспроводные клиенты работают от батарей, более высокий уровень потребления энергии приведет к сокращению срока работы устройства без подзарядки. Несмотря на эти трудности, другие компании, например Symbol, не собираются отказываться от разработки высокоскоростных продуктов в диапазоне 2,4 ГГц.

В январе этого года FCC предоставила полосу шириной в 300 МГц для беслицензионной национальной информационной инфраструктуры (Unlincensed National Information Infrastructure, U-NII) в диапазоне 5 ГГц. Порции диапазона включают интервалы от 5,15 до 5,25 ГГц, от 5,25 до 5,35 ГГц и от 5,75 до 5,85 ГГц. Доступные в этом диапазоне интервалы частот делают высокоскоростную беспроводную связь гораздо более реалистичной затеей (подробнее радиочастотные диапазоны беспроводной связи рассмотрены во врезке "Чья частота?").

Единственной пока компанией, выпускающей продукты, работающие в этом диапазоне частот, является RadioLAN. Продукты RadioLAN/10 работают со стандартной скоростью Ethernet в 10 Мбит/с. Они передают во всех трех новых диапазонах и сертифицированы на соответствие U-NII при 5,8 ГГц.

Марк Босс, вице-президент по маркетингу RadioLAN, полагает, что скорости 10 Мбит/с можно добиться и при сигнале с частотой 2,4 ГГц, но он сомневается, что такое решение надежно. "Настоящая проблема [повышения скоростей продуктов в диапазоне 2,4 ГГц] - это цена, - говорит он. - Беспроводное решение не может стоить в два раза дороже проводного и оставаться в то же время привлекательным для заказчика. Но для достижения более высокой пропускной способности данных в диапазоне 2,4 ГГц производителям придется использовать более дорогие комплектующие. По этой же причине Gigabit Ethernet дороже 10BaseT". С другой стороны, в силу своей природы диапазон 5 ГГц позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с, так как его частота выше.

Несколько компаний-производителей продуктов для 2,4 ГГц заявили, что они рассматривают диапазон 5 ГГц. Lucent вступила в европейский консорциум Magic Wand, работающий над прототипом системы со скоростью 20 Мбит/с при 5 ГГц. Кроме того, по словам Шампнес, Lucent занимает ключевые позиции в 802.11 и европейской широкополосной сети радиочастотного доступа, причем обе эти организации рассматривают диапазон 5 ГГц в качестве одного из вариантов.

Общее мнение производителей беспроводного оборудования сводится к тому, что стандарт 802.11 - хотя и хорошее начало, но только начало. Теперь, при наличии базовой спецификации, высокоскоростные расширения должны появиться гораздо быстрее, а это даст заказчикам дополнительные варианты выбора при оценке беспроводных продуктов.

ПОКУПАТЕЛЬ ВСЕГДА ПРАВ

Перестав быть сферой интересов исключительно целевых, весьма специфических рынков, беспроводная технология стала привлекать к себе все более широкое внимание. Традиционно беспроводные сети использовались в ситуациях, когда других возможностей обеспечить связь с сетью для пользователей не было.

С принятием стандарта 802.11 потребители начинают рассматривать беспроводную связь как продолжение проводной сети. "В последние шесть-девять месяцев многие заказчики стали изъявлять желание реализовать по крайней мере пробные проекты, чтобы понять, в какой мере беспроводные локальные сети отвечают их потребностям", - говорит Фурнье из Raytheon. Он добавляет, что большинство клиентов Raytheon принадлежат к вертикальным рынкам с весьма специфическими потребностями, но число заказчиков из горизонтальных рынков и даже корпоративного сектора постепенно растет. Компании из списка Fortune 1000 стали проявлять гораздо больший интерес к этой технологии, поскольку с широким распространением портативных компьютеров и мобильных пользователей, которые бывают в офисе только изредка, точки беспроводного доступа имеют больше смысла, нежели прокладка Ethernet в конференц-зал.

Помимо стандартов многие потенциальные потребители ожидали снижения цен. В настоящее время один узел беспроводной сети обойдется по крайней мере в несколько сотен долларов. Большей части этих затрат никак не избежать: даже если вы не планируете оснастить беспроводной связью сотни клиентов, инфраструктура точек доступа должна тем не менее охватывать всю территорию, на которой ваши пользователи могут находиться.

С принятием стандарта цены должны опуститься до более приемлемого уровня. Две компании - производители полупроводниковых устройств, Advanced Micro Devices и Harris Semiconductor, объявили о разработке комплекта из семи микросхем для беспроводных продуктов по технологии размытого спектра. Массово производимые интегрированные комплекты микросхем позволят компаниям снизить стоимость реализации беспроводных решений.

"Приобретение беспроводных продуктов сдерживается рядом факторов, один из которых неосведомленность, а другой - соотношение цена/производительность", - полагает Баттон из Proxim. Он весьма оптимистично оценивает перспективы технологии и добавляет, что эти продукты должны стать проще в установке и конфигурации при приемлемой производительности.

Развитие беспроводной отрасли достигло поворотного пункта. После долгих бесплодных лет базовый стандарт наконец-то появился. Теперь дело за сообществом производителей - осталось только употребить стандарт по назначению и обеспечить взаимодействие продуктов по разумной цене. Возможно, тогда число пользователей, которые захотят обрезать сковывающие их путы проводов, резко возрастет.

РАДИОСИГНАЛЫ

Чья частота?

Внаши дни FCC занимается новостями в таких областях, как цифровое телевидение и свободное слово в Internet. Однако другая ее задача состоит в продаже с аукциона и предоставлении диапазона частот для использования с различными технологиями беспроводной и спутниковой связи.

Первое поколение беспроводных локальных сетей работало в беслицензионном диапазоне 900 МГц (от 902 до 928 ГГц), используемом пейджинговой связью и беспроводными телефонами. Но ввиду узости этого диапазона и его использования другими продуктами помехи очень скоро стали серьезно влиять на качество связи. Кроме того, диапазон 900 МГц свободен для использования далеко не во всем мире, поэтому многие транснациональные компании вынуждены были от него отказаться.

Тем не менее диапазон 900 МГц по-прежнему широко применяется в Соединенных Штатах, но, после того как FCC открыла для использования частотный диапазон от 2,4 ГГц до 2,484 ГГц, производители беспроводных локальных сетей быстро переключились на него как на наиболее предпочтительный для организации беспроводных сетей. Выделенный на данной частоте интервал гораздо шире, чем при 900 МГц, и благодаря этому производители стали создавать продукты, работающие с большими скоростями.

Диапазон 2,4 ГГц доступен для использования во всем мире, вследствие чего эта частота весьма привлекательна для транснациональных компаний, так как они могут ограничиться только одной технологией для организации беспроводных сетей.

Несмотря на то что стандарт 802.11 на беспроводные локальные сети определяет скорости не выше 2 Мбит/с, в принципе при 2,4 ГГц скорости могут достигать и даже превосходить 10 Мбит/с.

В январе этого года FCC предоставила полосу в 300 МГц в диапазоне частот беслицензионной национальной информационной инфраструктуры (Unlincensed National Information Infrastructure, U-NII) 5 ГГц. Интервалы от 5,15 до 5,25 ГГц, от 5,25 до 5,35 ГГц и от 5,75 до 5,85 ГГц пока практически никем не используются. Кроме того, благодаря более высокой частоте производителям будет гораздо проще разработать беспроводные продукты со скоростями Ethernet и выше.