Принципы работы технологий беспроводных сетей (WiFi и сотовой) и для передачи данных
Latvijas
biznesa koledža
Программа
обучения Программирование и сетевое администрирование
РЕФЕРАТ
Принципы
работы технологий беспроводных сетей (WiFi и сотовой) и для передачи данных
АВТОР РАБОТЫ
YESSENGALIYEVA
NURGUL
РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ
A. ERMUIŽA,
Dr.sc.ing.,
РИГА,
2015
Содержание
Список
сокращений
Введение
.История
создания и принцип работы Wi-Fi
.1
Принцип
работы Wi-Fi
.2
Преимущества
и недостатки сети Wi-Fi
.История
появления сотовых систем
.1
Функциональная
схема сети сотовой подвижной связи
.2
Подвижная
станция
.Принцип
работы сотовой связи
Заключение
Список
использованной литературы
Приложение
Список сокращений
Fi- Wireless Fidelity-беспроводная
точностInstitute of Electrical and Electronics Engineers - международная некоммерческая
ассоциация специалистов в области техники
IEEE 802.11- набор стандартов
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82>
связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%B5%D1%82%D0%B8>
частотных диапазонов 0,9, 2,4, 3,6 и 5 ГГц.-Wi-Fi Protected Access -обновлёная
программа сертификации устройств беспроводной связиService Set Identifier идентификатор
беспроводной сети.
БС- база станций
ССПС- сетей сотовой подвижной связи
РСС- развития радиотелефонной
системы связи ().-(Nordic Mobile Telephony) - это первый полностью
автоматический стандарт сотовой связи 1G
<https://ru.wikipedia.org/wiki/1G> в истории AMPS (Advanced Mobile Phone
Service).-Enhanced TACS/Total Access Communications System - аналоговая сотовая
система связи общего доступа первого поколения. национального стандарт
TACS (Total Access Communications System),
СЕРТ - computer emergency response
team «Компью́терная гру́ппа реаги́рования на
чрезвыча́йные ситуа́ции» -
Global System for Mobile Communications- глобальный стандарт
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82>
цифровой мобильной сотовой связи-Code Division Multiple Access- система
множественного доступа с кодовым разделениемAdvanced Mobile Phone Service -
усовершенствованная подвижная телефонная службаAMPS -Digital Advanced Mobile
Phone Service - цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до
890 МГц.Universal Mobile Telecommunications System - Универсальная Мобильная
Телекоммуникационная Система -Nordic Mobile Telephone один из самых старых
стандартов сотовой связи, разработан в 1978 году и впервые введён в
эксплуатацию в 1981.
Введение
Удобство беспроводных технологий
знакомо каждому. Мы давно пользуемся мобильными телефонами, рациями,
спутниковым телевидением и прочими беспроводными устройствами. Мобильные данные
и Wi-Fi - это шаг к комфорту беспроводного соединения. [1]
Технология Wi-Fi стремительно
набирает популярность во многих компаниях как альтернатива сети, построенной
при помощи кабелей и проводов. Wi-Fi предлагает своим пользователям свободу
перемещения. Провода, приковывавшие людей к их рабочему столу, больше не нужны.
Технология Wi-Fi позволяет передавать информацию в сети при помощи радиосигнала
Сотовая связь (англ. cellular
phone), вид радиотелефонной связи, в которой вся обслуживаемая зона связи
разбита на небольшие участки или ячейки - соты. аппарата с базовой станцией.
Эта максимальная дальность является радиусом соты.
Идея мобильной сотовой связи состоит
в том, что еще не выйдя из зоны действия одной базовой станции, радиотелефон
попадает в зону действия любой соседней вплоть до наружной границы всей зоны сети.
[1]
В аналоговых системах сотовой связи
используется частотное разделение каналов, а в цифровых - временное и кодовое.
При временном разделении разговоры различных абонентов разделяют на отдельные
«пакеты», передают их по одному каналу по очереди, а затем снова соединяют. В
результате достигается экономия каналов, и это происходит с такой скоростью,
что абоненты это разделения на пакеты не замечают.
При кодовом разделении все
телефонные разговоры «перемешиваются» в общем канале, из которого каждый телефонный
аппарат выделяет предназначенную ему часть информации благодаря присвоенному
ему коду.
Цель данной работы:
изучить историю появления сотовой
связи
изучить историю появления Wi-Fi
технологий
дать определение термину Wi-Fi
дать определение термину -Сотовые
сети
выявить принципы работы технологий
беспроводных сетей
сделать выводы
1. История создания Wi-FI
На заре своей деятельности Wi-Fi
Alliance популяризировал новую технологию с помощью рекламного слогана «The
Standard for Wireless Fidelity» (рус. - стандарт беспроводной точности). Со
временем эта фраза была урезана до уже упомянутой выше «Wireless Fidelity»,
сокращённая версия которой впоследствии и стала узнаваемой во всём мире. Не в
последнюю очередь это оказалось возможным благодаря созвучию данной
аббревиатуры с уже популярным в то время аудиостандартом Hi-Fi (сокращёно от
англ. High Fidelity - высокая точность). Существует даже гипотеза, что в
процессе раскрутки нового продукта основная ставка как раз и делалась на такое
разительное сходство буквосочетания «Wi-Fi» с «Hi-Fi». [1]
Началом работ над Wi-FI можно
считать середину 80-х годов прошлого века, но стандартизированные спецификации
были готовы лишь к концу 1997 года. Датой создания Wi-FI считается 1991 год. Он
был создан в Нидерландах Виком Хейз, который входил в состав команды, которая
занималась разработкой таких стандартов, как IEEE 802.11b IEEE 802.11a и IEEE
802.11g. Сам стандарт Wi-FI был утвержден в 2009 году и позволил передавать
данные на скорости вплоть до 54 МБитс/с. Сначала устройства работающие с
протоколом передачи данных по Wi-FI должны были находиться в нескольких метрах
друг от друга, но довольно быстро дистанция устройств увеличилась до нескольких
сот метром. На данные момент существуют технологии передачи данных по Wi-FI на
дистанцию до 100 км. Сегодня уже трудно представить себе компьютер у которого
нет встроенного приемопередатчика Wi-FI, а еще 10 лет назад про такую
технологию никто и не слышал. Плюс ко всему уме все новые мобильные устройства
так же поддерживают эту технологию передачи данных. Wi-FI работает на частоте в
2.4 ГГц.
Для работы Wi-FI было внедрено
несколько специальных стандартов шифрования, на данный момент используется лишь
один, это метод шифрования - WPA. А первое коммерческое использование термина
«Wi-Fi» состоялось в августе 2000 года. [1]
.1 Принцип работы Wi-Fi
Как правило сеть Wi-Fi имеет в своем
составе не меньше, чем 1 точку доступа и как минимум одного клиента. Конечно
можно подключиться двум клиентам напрямую в режиме точка-точка, тогда они смогут
обмениваться данными только друг с другом. Такие сети создаются, как правило, в
домашних квартирах или мини офисах.[2]
В этом случае точка доступа не нужна
и клиенты подсоединяются друг к другу напрямик. Каждая точка доступа позволяет
своим клиентам определить, возможно ли подключение в данные момент. SSID - это
специальный идентификатор сети. Если окажется, что клиент может подключиться к
нескольким точкам доступа, то клиент сам может выбирать к какой именно стоит
сделать подключение. Возможности объединения точек доступа в общую сеть
следующие:
точки доступа, какие работают под
управлением установленного контроллера, их часто называют централизованными;
точки доступа управляемые без
контроллера;
автономные точки доступа или
децентрализованные;
По способу организации радиоканала и
управления существуют такие беспроводные Wi-Fi сети:
с динамическими или адаптивными
настройками;
со статическими настройками;
с многослойной структурой составных
радиоканалов.[3]
1.2 Преимущества и недостатки сети
Wi-Fi
Главными преимуществами Wi-Fi
является возможность сделать сеть без прокладывания кабеля, что непременно
уменьшит стоимость развертывания сети интернет. Так же это позволит
подключаться к интернету в тех местах, где невозможно физически проложить
кабель (горные местности, здания, имеющие историческую ценность). Wi-Fi дает
возможность мобильным устройствам подключаться к интернету на большой скорости.
Так же все устройства, в которых есть модулю Wi-Fi, гарантируют что он будет
функционировать с прочими устройствами, благодаря обязательной спецификации
Wi-Fi, где бы он не стоял. Wi-Fi даст вам возможность перемещаться по всему
дому, минуя провода. Теперь можно ходить с ноутбуком или планшетником по
квартире и у вас везде будет интернет. Излучения от Wi-Fi модулей, как минимум
в 10 раз меньше чем от любого мобильника.[4]
Одними из главных недостатков
являются: Wi-Fi работает на частоте 2.4 ГГц, на этой же частоте работает и
большое количество иных устройств, таких как Bluetooth и даже микроволновки.
Все это уменьшает электромагнитную компоненту вместимости. Быстрота передачи
данных, которая значится на оборудовании, всегда ниже заявленной из
многочисленных накладных расходов, на передачу служебной информации.[4]
2. История появления сотовых систем
Сотовая связь, сеть подвижной связи
- один из видов мобильной радиосвязи
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C>,
в основе которого лежит сотовая сеть.
Её ключевая особенность в том, что
общая зона покрытия
<https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%97%D0%BE%D0%BD%D0%B0_%D0%BF%D0%BE%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D0%B8%D1%8F&action=edit&redlink=1>
делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых
станций
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F>
(БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной
и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг,
поэтому составленная из них сеть, имеет вид шестиугольных ячеек (сот). [5]
Появлению сетей сотовой подвижной
связи (ССПС) предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной
системы связи (РСС). Идея сотовой связи была предложена в ответ на
необходимость развития широкой сети подвижной РСС в условиях ограничений на
доступные полосы частот. [6] В середине 40-х годов исследовательский центр Bell
Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории
на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell - ячейка, сота).
Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом
действия и фиксированной частотой. Но прошло около 30 лет, прежде, чем такой
принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне.
В 70-х годах начались работы по
созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран -
Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450
(Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц.
Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г.
Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко
использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах
Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был
разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить
функциональные возможности и значительно увеличить абонентскую емкость системы.
В 1983 г. в США вступила в
эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот стандарт
был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories.
В 1985 г. в Великобритании был
принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications
System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. была
расширена его рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта получила
название ETACS (Enhanced TACS). Во Франции в 1985 г. был принят стандарт
Radiocom-2000.
В конце 80-х годов приступили к
созданию систем сотовой связи (ССС), основанных на цифровых методах обработки
сигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой
связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г. Европейская
Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу
Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM дала название новому стандарту (позднее
GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications).
Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к
системе ССС стандарта GSM.
В США в 1990 г. американская
Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry
Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот
стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC.
отличие от Европы, в США не были
выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в
полосе частот, общей с обычным AMPS.
В 1991 г. в Европе появился стандарт
DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM.
В Японии был разработан собственный
стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим
показателям к стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г.
Министерством почт и связи Японии.
В 1993 г. в США Промышленная
Ассоциация в области связи (TIA) приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт
цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была
открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.
В 1993 г. в Великобритании вступила
в эксплуатацию первая сеть DCS-1800 One-2-One. На этом история стандартов
сотовой подвижной не оканчивается. В скором будущем начнет свое шествие по миру
технологии сотовой связи поколения 4G.;[7]
.1 Функциональная схема сети сотовой
подвижной связи
Система сотовой связи строится в
виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслуживаемую территорию.
Ячейки обычно схематически
изображают в виде правильных шестиугольников.
В центре каждой ячейки находится
базовая станция (БС), обслуживающая все подвижные станции (ПС) в пределах своей
ячейки. С центра коммутации имеется выход на ТфОП.
На рис. 1. приведена упрощенная
функциональная схема, соответствующая описанной структуре системы.
Рис. 1.Состав сети сотовой подвижной
связи
Возможна структура системы с
несколькими Центрами Коммутации (рис. 2), один из которых условно можно назвать
головным, шлюзовым или транзитным.
Рис. 2. - Сеть сотовой связи с двумя
центрами коммутации
В простейшей ситуации система
содержит один ЦК (рис. 1), при котором имеется домашний регистр, и она
обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию, с которой не граничат
территории, обслуживаемые другими системами. [8]
Если система обслуживает большую
территорию, то она может содержать два или более Центра Коммутации (рис. 2). В
обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы
происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой
системы - роуминг. Если система граничит с другой ССС, то при перемещении
абонента из одной системы в другую имеет место межсистемная передача
обслуживания. [8]
2.2 Подвижная станция
Блок-схема цифровой подвижной
станции (ПС) приведена на рис. 3. В ее состав входят: блок управления;
приемопередающий блок; антенный блок.
Блок управления включает в себя
микротелефонную трубку (микрофон и динамик), клавиатуру и дисплей. Клавиатура
служит для набора номера телефона вызываемою абонента, а также команд,
определяющих режим работы ПС. Дисплей служит для отображения различной
информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции
.Приемопередающий блок состоит из передатчика, приемника, синтезатора частот и
логического блока. [10]
В состав передатчика входят: АЦП -
преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая
обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме; кодер речи -
осуществляет кодирование сигнала речи, т.е. преобразование сигнала, имеющего
цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности;
кодер канала - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи,
дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок
при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается
определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в
состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического
блока; модулятор - осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала
на несущую частоту.[9]
Рис. 3 - Блок-схема подвижной
станции.
Приемник по составу соответствует
передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков: демодулятор -
выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий
информацию; декодер канала - выделяет из входного потока управляющую информацию
и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие
ошибок, и выявленные ошибки исправляются; до последующей обработки принятая
информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке; декодер
речи - восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи,
переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в
цифровом виде; ЦАП -преобразует принятый цифровой сигнал речи в аналоговую
форму и подает его на вход динамика; эквалайзер - служит для частичной
компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по
существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей
последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок
эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых случаях может
отсутствовать.[9]
Логический блок - это
микрокомпьютер, осуществляющий управление работой ПС. Синтезатор является
источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по
радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что
для передачи и приема используются различные участки спектра (дуплексное разделение
по частоте). [9]
Антенный блок включает в себя
антенну (в простейшем случае четвертьволновой штырь) и коммутатор
прием/передача. Последний для цифровой станции может представлять собой
электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на
вход приемника, так как ПС цифровой системы никогда не работает на прием и
передачу одновременно.
Блок-схема подвижной станции (рис.
3) является упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи,
генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на
передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для
работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения
конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование
режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник ПС включают
соответственно блоки шифратора и дешифратора сообщений.
В ПС системы GSM предусмотрен
специальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module -
SIM). [11]
3.Принцип
действия сотовой связи
Основные составляющие сотовой сети -
это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах
зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя
сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный
идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт,
периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по
аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA,
GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество
радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ.
handover).[5]
Сотовые сети могут состоять из
базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и
улучшить её покрытие.
Сотовые сети разных операторов
соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это
позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора,
с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.
Операторы могут заключать между
собой договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны
покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого
оператора. Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам. Возможность
роуминга появилась лишь в стандартах 2G и является одним из главных отличий от
сетей 1G.
Операторы могут совместно
использовать инфраструктуру сети, сокращая затраты на развертывание сети и
текущие издержки.[5]
сотовый связь сеть
Заключение
Некоторые считают, что Wi-Fi со
временем могут заменить сотовые сети, такие как GSM. Препятствиями для такого
развития событий в ближайшем будущем являются отсутствие роуминга и
возможностей аутентификации, ограниченность частотного диапазона и сильно
ограниченный радиус действия Wi-Fi.
Телефоны, использующие только Wi-Fi,
имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей
обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть
наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных
сетях. Однако устройства, поддерживающие несколько стандартов, могут занять
значительную долю рынка.
Стоит заметить, что при наличии в
данном конкретном месте покрытия как GSM, так и Wi-Fi, экономически намного
более выгодно использовать Wi-Fi, разговаривая путём сервисов
интернет-телефонии. Например, клиент Skype.
Развитие техники не стоит на месте.
В 90-х годах мы и мечтать не могли о том, чтобы звонить своим друзьям/близким с
беспроводного телефона, снимать видео трансляцию в режиме реального времени,
пользоваться высокоскоростным интернетом, и знать-не знали, что такое Wi-Fi
технологии.
Надеюсь, проделанная мною работа
покажет, на сколько быстро научно технический прогресс достиг, и покорил нас,
и, как важно осваивать всё новое.
Список использованной литературы
Востров
Алексей «Как и когда появился
Wi-Fi»://www.seoded.ru/istoriya/internet-history/wi-fi.html
Алипов
Владислав реферат на тему «Эфирный интерфейс.
Wi-Fi»://best.fan-5.ru/best-82891.php
Антон
Винокуров «Настройка беспроводных сетей на контроллере Cisco» 2.08.12.
<#"803197.files/image004.gif">
Рис. 1
Рис. 2