Беспроводные технологии в компьютерных сетях
Содержание
Введение
Беспроводные технологии в компьютерных сетях
Семейство SCALANCE W
Radioline - новая система беспроводной связи
Индивидуально настраиваемая скорость передачи данных
Параллельная работа сетей без взаимных помех с модулем Confstick
Подключение радиосигнала при помощи протокола Modbus RTU
Защита от импульсных перенапряжений для радиосистем с антенными
разъемами SMA
Вывод
Список использованной литературы
Введение
В настоящее время технология беспроводной связи переживает
настоящий бум своего развития. В основном это связано с прочным входом в нашу
жизнь смартфонов, планшетных компьютеров и нетбуков, которые для полноценного
использования требуют постоянный доступ к сети интернет, в том числе и при
движении.
Кроме этого, в промышленности, сельском хозяйстве ну и
естественно в военной сфере назревает необходимость в организации надежных
систем управления распределенными объектами и объединение их в глобальную сеть.
Подобные тенденции наблюдаются во всем мире и ведут к неминуемому развитию беспроводных
технологий связи.
Системы АСУ ТП, которые зачастую являются распределенными,
характеризуются в настоящее время тенденцией модернизации при условии
неизменности основных средств производства (линий, машин и механизмов).
Качество производства меняется в короткие сроки за счет модернизации АСУ ТП, в
том числе, с применением беспроводных технологий, приносящих экономию средств и
времени, по сравнению с развертыванием проводных сетей.
Сегодня основная проблема для пользователя, решившего
применить беспроводные решения, заключается в выборе соответствующей
технологии. Существует множество типов беспроводной связи и, как и в проводных
сетях, к различным системам предъявляются различные требования.
Внутри зданий к беспроводным технологиям прибегают прежде всего
тогда, когда кабельные работы невозможны (по техническим, организационным или
экономическим причинам) либо когда необходимо обеспечить обмен данными с
пользователями, перемещающимися в пределах зданий. Последнее не следует путать
с мобильной связью: речь идет не о реализации обмена информацией
непосредственно в процессе движения, а о возможности работать в сети из любой
точки помещения (здания). Для таких применений имеется специальный термин -
"роуминг" (от английского "roam" - слоняться, блуждать). Беспроводные
сети передачи данных внутри зданий весьма широко распространены на Западе -
именно это и есть та самая область для применения новых технологий.
Беспроводные
технологии в компьютерных сетях
Беспроводные технологии - это подкласс информационных
технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более
точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может
использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное
излучение. Развиваясь с огромной скоростью, они стимулируют образование новых
устройств и услуг.
Широкое распространение в большинстве сфер общества получили
системы беспроводной передачи данных, так как имели преимущества по сравнению с
другими: низкая стоимость, мобильность, независимость от кабельной
инфраструктуры, высокоскоростным доступом к сети Интернет, простотой
подключения и использования.
По дальности действия:
Беспроводные персональные сети (WPAN - Wireless Personal Area
Networks). Примеры технологий - Bluetooth.
Беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area
Networks). Примеры технологий - Wi-Fi.
Беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless
Metropolitan Area Networks). Примеры технологий - WiMAX.
Беспроводные глобальные сети (WWAN - Wireless Wide Area
Network). Примеры технологий - CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.
беспроводная сеть компьютерная технология
Рис.1. Беспроводные технологии по дальности действия
Каждое из этих средств имеет свои преимущества и недостатки.
Беспроводные сети эффективнее всего при передаче данных на расстояние
нескольких сот метров.
Поскольку теоретически к беспроводной сети можно подключится
из любой точки, имея соответствующий сетевой адаптер, большинство моделей
беспроводных сетевых адаптеров и узлов передатчиков используют кодирование.
Некоторые устройства с возможностью кодирования позволяют код безопасности
ESSID. Это восьмиразрядный код, который позволяет защитить сеть от
проникновения посторонних пользователей. При этом также не стоит забывать о
таких стандартных средствах идентификации в сети, как пароли пользователей.
В некоторых беспроводных сетях осуществляется проверка на
наличие незарегистрированных МАС - адресов (каждый сетевой адаптер имеет
уникальный МАС - адрес) и разрешает доступ в сеть только зарегистрированным
сетевым адаптерам. Для обеспечения лучшей безопасности уровни защиты на сетевых
адаптерах и узловых передатчиках должны совпадать.
Узловыми передатчиками некоторых производителей можно
управлять с помощью Web-браузера; также выпускают утилиты диагностики и
мониторинга, что позволяет оптимально располагать узловые передатчики.
Число пользователей на один узловой передатчик варьируется в
зависимости от параметров устройства. На данный момент существуют модели,
поддерживающие от 15 до 254 пользователей.
Производители аппаратных средств организации беспроводных
сетей АСУ ТП:
· Промышленных АСУ ТП: Phoenix Contact, Omron, Moxa;
· АСУ инженерных систем зданий и сооружений,
"умный дом": Thermokon, JUNG.
Термин сетецентризм подразумевает под собой наличие единого
информационного пространства, максимизации ситуационной осведомлённости всех
входящих в него абонентов и непрерывности взаимодействия. Что естественным
образов подразумевает под собой кардинальный пересмотр отношения к системам
связи, в том числе и к беспроводным связям, что неминуемо ведет к их активному
развитию и совершенствованию.
Краткий обзор существующих коммерческих технологий и
стандартов беспроводной связи. Чтобы было проще ориентироваться в большой
номенклатуре технологий, введем классификацию по дальности связи и количеству
абонентов входящих в беспроводную сеть. Всего введем шесть градации:
1. Персональные
беспроводные сети. <#"872332.files/image002.gif">
Рис. 2. Точка доступа Siemens SKALANCE W788-1PRO
Рис. 3. Беспроводная передача сигнала поворотом колесика
Система Radioline соответствует специфическим требованиям,
предъявляемым к оборудованию связи, которое используется в промышленной
инфраструктуре. Эта система заполняет пробел между Wireless Hart - решением для
сбора данных с датчиков в технологических процессах, и стандартами Bluetooth
или беспроводных локальных сетей (WLAN), используемых в средствах промышленной
автоматизации. В зависимости от требований, предъявляемых к конкретной системе
автоматизации, имеются самые разнообразные опции настройки.особенно удобна при
беспроводной передаче информации от датчиков и исполнительных устройств, а
также для передачи малых и средних объемов данных в системах, имеющих
устройства, распределенные на большой площади. Система передачи данных состоит
из модуля приема/передачи данных и пяти различных модулей ввода/вывода, которые
могут быть расположены последовательно друг за другом. Станции ввода/вывода
могут быть расширены и включать в свой состав до 32 модулей ввода/вывода на
один приемо-передатчик. Модули ввода/вывода можно устанавливать или заменять в
процессе эксплуатации системы. В дополнение к возможности горячей замены, эти
модули настраиваются отдельно благодаря высококачественному электрическому
разделению каналов.
Индивидуально
настраиваемая скорость передачи данных
Ключевым элементом системы Radioline является модуль
беспроводной связи, который для обмена данными использует полосу
нелицензируемых частот 2.4 ГГц. Этот модуль имеет исключительно прочную и
надежную конструкцию. Среди его прочих конструктивных особенностей следует
отметить способность обеспечивать связь на больших расстояниях, хорошие функции
диагностики, а также способность параллельной работы с другими системами
беспроводной связи в одной и той же полосе частот, что делает это устройство
весьма удобным в эксплуатации.
Еще одной особенностью данного модуля беспроводной связи,
который может использоваться во всех странах мира, является то, что скорость
передачи данных может регулироваться в пределах от 16 до 500 кбит/с, за счет
чего повышается чувствительность приема. Например, при низких скоростях
передачи данных связь обеспечивается на гораздо более значительных расстояниях
по сравнению с высокими скоростями передачи данных. Благодаря такой индивидуальной
настройке пользователи могут выбрать оптимальные параметры работы для
конкретной системы с учетом расстояний, на которые требуется осуществить
передачу. Пределы видимости для двух устройств могут изменяться от нескольких
сот метров до 5 километров. Эти дистанции превышают радиус действия систем на
основе Bluetooth и WLAN в несколько раз.
Интуитивно-понятный ввод в эксплуатацию "одним поворотом
колесика"
Для последовательной передачи пакетов данных, например, между
системами управления, работающими по протоколу Modbus (Рис.1), модуль
беспроводной связи оснащен одним интерфейсом RS232 и одним двухпроводным
интерфейсом RS485.
Рис. 4. Системы управления с последовательной передачей
данных
Беспроводная сеть может включать в свой состав до 250
станций. Может быть реализована любая структура сети, от простого подключения
"точка-точка" до самовосстанавливающихся многоузловых сетей (Рис. 2).
Рис. 5. Конфигурирование сети со сложной многоузловой
структурой
Каждый приемо-передатчик может действовать в качестве
ведущего устройства, повторителя или ведомого устройства. Ведущее устройство
обеспечивает настройку сети, повторители передают данные, а ведомые устройства
образуют конечные точки сети. Приемо-передатчики конфигурируются на
предприятии-изготовителе, и могут быть введены в эксплуатацию без использования
программного обеспечения, простым выполнением настройки поворотом колесика
желтого цвета. Колесико определяет радиоидентификатор (RAD-ID). Каждый модуль
беспроводной связи, находящийся в составе сети, должен иметь свою
индивидуальную настройку. Ведущее устройство определяется радиоидентификатором
(RAD-ID)"01", настройки от "02" до "99" автоматически
конфигурируют модули как повторители или ведомые устройства.
Параллельная
работа сетей без взаимных помех с модулем Confstick
Предварительно сконфигурированные модули беспроводной связи
имеют одинаковые сетевые настройки. Это позволяет мгновенно вводить в работу
отдельные беспроводные сети. Однако, в случае наличия нескольких беспроводных
сетей, действующих одновременно, для того, чтобы они не создавали помех друг
другу, следует создать уникальную сеть. Для решения этой задачи, пользователи
могут настраивать модули беспроводной связи при помощи специального
конфигурационного модуля памяти Confstick, без необходимости использования
программного обеспечения (Рис.3).
Рис. 6. Использование устройства Confstick обеспечивает
надежную и безопасную параллельную работу нескольких сетей
Для этого применяется модуль памяти, который вставляется в
интерфейс конфигурирования модуля беспроводной связи (S-порт), и считывается
после нажатия кнопки SET, расположенной на модуле. Преимуществом такого модуля
памяти является простота его применения в среде промышленного оборудования.
Параметры модуля включают в себя одну из восьми используемых групп частот
системы Radioline, а также индивидуальный идентификатор сети (NET ID), который
используется для определения модулей, относящихся к одной сети. Между собой
могут связываться только те модули, которые имеют одинаковый идентификатор сети
(NET-ID).
Уникальные идентификаторы сети могут быть записаны в модули
только при помощи устройства Confstick, и не могут быть скопированы. Такой
порядок работы позволяет надежно конфигурировать параллельно действующие сети.
Бесплатное программное обеспечение: Расширенные функции
настройки и диагностики
В дополнение к базовым функциям ввода в эксплуатацию,
пользователи могут выполнять индивидуальную настройку и диагностику
беспроводной сети, используя соответствующее программное обеспечение. Если
модуль беспроводной связи, являющийся ведущим устройством, подключен к
компьютеру при помощи переходника (S-порт/USB), то используя программное обеспечение
можно проверить структуру всей сети на предмет ошибок. Кроме того, может быть
отображено и записано фактическое состояние модулей ввода/вывода каждой
станции. Данное программное обеспечение позволяет выполнять специальные
настройки, такие как активация шифрования данных, изменение мощности передачи,
а также настройка последовательных интерфейсов.
Подключение
радиосигнала при помощи протокола Modbus RTU
Рис.7. Беспроводное радиоустроиство
Для этого ведущее беспроводное радиоустройство собирает
входные/выходные сигналы от 250 радиостанций и распределяет их в
централизованном реестре Modbus. Это означает, что вся радиосеть может
адресоваться через один ведомый адрес Modbus. Связь с блоком управления
осуществляется с помощью интерфейсов RS-232 или RS-485.
Удаленные периферийные станции могут быть расширены модульным
способом и сгруппированы индивидуально для облегчения практической реализации
любого сценария работы. Для этого предлагается определенный ассортимент
цифровых и аналоговых модулей ввода/вывода, которые позволяют обрабатывать
сигналы напряжением до 230 В. Собственно радиосвязь осуществляется с помощью
технологии Trusted Wireless 2.0, разработанной компанией Phoenix Contact,
которая обеспечивает надежную передачу данных даже в трудных условиях
промышленной среды. Вся система может быть легко настроена с помощью поворотных
переключателей, за исключением параметров последовательного порта ведущего
радиоустройства, которые настраиваются с помощью бесплатного программного
обеспечения.
Защита от
импульсных перенапряжений для радиосистем с антенными разъемами SMA
<http://ua.automation.com/Automation_Weekly_UA/030713/images/4251_aw.jpg>
Рис.8. Новый переходник со встроенной защитой
Новый переходник со встроенной защитой модели
CSMA-LAMBDA/4-2.0-BS-SET от компании Phoenix Contact обеспечивает защиту
антенных разъемов радиосистем с узкополосными сигналами, частота которых
находится в диапазоне от 1,7 ГГц до 2,3 ГГц. Переходник пригоден для установки
в местах подключения антенн в системах мобильной телефонной связи, системах
Trusted Wireless и радиосистемах ввода/вывода.
Защитный элемент выполнен по четвертьволновой технологии (λ/4),
что позволяет устранять
импульсы перенапряжения, частота которых лежит в пределах ±15% от номинальной
частоты в 2 ГГц. Данная технология обеспечивает достаточный уровень защиты без
создания помех для полезного сигнала. Комплект защиты состоит из модуля защиты
от перенапряжений и переходников для разъема типа SMA. Опционально, защитное
устройство может быть установлено непосредственно в линии антенны или в
оконечном устройстве без использования дополнительного переходного кабеля.
Наличие монтажной пластины CN-UB/MP облегчает установку защитного устройства в
шкафах управления автоматикой.
Вывод
Традиционно в нашей стране наибольший интерес к технологиям
беспроводного доступа (особенно широкополосного) проявляют операторы сотовой
связи и провайдеры Интернета. Использованию беспроводных систем для
корпоративных нужд уделяется значительно меньше внимания, хотя именно этот
сегмент заказчиков является сегодня одним из основных потребителей подобных
решений в Украине. К сожалению, за последние годы ситуация с выделением
частотного ресурса не стала проще.
Преимущество беспроводных локальных сетей очевидно - их проще
и дешевле разворачивать и модифицировать, так как вся громоздкая кабельная
инфраструктура оказывается излишней. Еще одно преимущество - обеспечение
мобильности пользователей. Однако за эти преимущества беспроводные сети
расплачиваются длинным перечнем проблем, которые несет с собой неустойчивая и
непредсказуемая беспроводная среда. Помехи от разнообразных бытовых приборов и
других телекоммуникационных систем, атмосферные помехи и отражения сигнала
создают серьезные трудности для надежного приема информации.
В конце концов, ключ к преодолению препятствий к внедрению
беспроводных технологий, сейчас и в будущем заключается в правильном понимании,
планировании и построении беспроводной сети предприятия.
Беспроводная сеть - это не решение типа "установил и
забыл".
Необходимо регулярно проводить аудит сети. Взаимодействовать
с IT-службами на ранних стадиях построения сети, а также для поддержки
функционирования сети.
Соблюдая эти несложные условия, пользователи могут
наслаждаться гибкостью и универсальностью, присущими беспроводным решениям, и
во многих случаях снизить свои затраты.
Мы видим, что идея использования беспроводных каналов
передачи данных в качестве альтернативы кабельным сетям приобретает все большую
популярность. В первую очередь, это связано с неразвитостью инфраструктуры
"последней мили". Наверное, когда в Украине будет создана широкая
инфраструктура высокоскоростного абонентского доступа (например, по каналам
ISDN), необходимость в беспроводных каналах заметно снизится. Однако насколько
быстро это произойдет - неизвестно, а пока беспроводные технологии могут
принести очень большую пользу.
Список
использованной литературы
1. http://uchit.net/catalog/Kibernetika/42943/
2. https: // docviewer. yandex.ua/?
url=http%3A%2F%2Fradap. kpi.ua%2Fradiotechnique%2Farticle%2Fdownload%2F502%2F487&name=487&lang=uk&c=56c04fb40221
3. http://ua.
automation.com/content/radioline-novaja-sistema-besprovodnoj-svjazi
4. http://knowledge.
allbest.ru/radio/3c0a65625b2ac69a4d43b88521216c27_0.html
5. https: // ru.
wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8
7. http://ua.
automation.com/stati/reshenija-tehnologii-standarty? pageId=5556&_page=2
8. http://ua. automation.com/content/ip-tehnologii-budushhee-promyshlennoj-avtomatizacii
9. http://ua.
automation.com/content/obzor-sredstva-besprovodnoj-peredachi-informacii-v-sistemah-bms
10. http://ua.
automation.com/content/radioline-novaja-sistema-besprovodnoj-svjazi
11. http://ua.
automation.com/content/obzor-sredstva-besprovodnoj-peredachi-informacii-v-sistemah-asu-tp
12. http://ua.
automation.com/content/project-haystack-sledujushhij-shag-v-avtomatizacii-zdanij
13. http://ua.
automation.com/content/5-priznakov-pravilnoj-promyshlennoj-besprovodnoj-seti
14. http://www.uran.
donetsk.ua/~masters/2013/fknt/mironyuk/library/article5. htm
15. http://all-ht.ru/inf/systems/net_wireless_overview.html
16. http://www.roman. by/r-53932.html
17. https: // docviewer. yandex.ua/?
url=http%3A%2F%2Fradap.
kpi.ua%2Fradiotechnique%2Farticle%2Fdownload%2F502%2F487&name=487&lang=uk&c=56c04fb40221
18. http://studopedia.com.ua/1_51141_bezdrotovi-merezhi.html
19. http://ukrdoc.com.ua/text/23299/index-1.html