Материал: 6282

В Таблице 7.5 представлены данные о чувствительности приемников радиокарт стандарта IEEE 802.11g при различных скоростях передачи данных. В случае стандартов IEEE 802.11b и IEEE 802.11g при сравнимых скоростях передачи данных в 11 и 12 Мбит/с соответственно чувствительность приемников равна 82 дБм (децибел милливатт). Более высокая скорость передачи в стандарте IEEE 802.11g приводит к заметному сокращению чувствительности приемника, а вместе с ней и ожидаемого радиуса действия.

Рис. 7.2. Радиус действия в частотном диапазоне 2,4 ГГц (802.11g) при модуляции OFDM: скорость передачи данных 54 Мбит/с достигается лишь на расстоянии до 14 м

На Рисунке 7.2 такой переход представлен схематически. Скорость передачи в 54 Мбит/с достигается в открытой офисной среде лишь на расстоянии до 14 м. При наличии какого-либо препятствия (к примеру, перегородки), которое должно быть преодолено, скорость снижается. Чувствительность при 11 Мбит/с (в случае модуляции CCK/802.11b) и чувствительность при 12 Мбит/с (в случае модуляции OFDM/802.11g), как правило, совпадают, поэтому такая скорость передачи может поддерживаться на расстоянии до 40 м от точки доступа.

Архитектура беспроводных сетей

IEEE 802.11 определяет два типа оборудования – клиент, который обычно представляет собой компьютер, укомплектованный беспроводной сетевой интерфейсной картой (Network Interface Card, NIC), и точку доступа (Access point, AP), которая выполняет роль моста между беспроводной и проводной сетями. Точка доступа обычно содержит в себе приёмопередатчик, интерфейс проводной сети (IEEE 802.3), а также программное обеспечение, занимающееся обработкой данных. В качестве беспроводной станции может выступать ISA, PCI или PC Card сетевая карта в стандарте 802.11, либо встроенные решения, например, телефонная гарнитура IEEE 802.11.

Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети – режим "Ad-hoc" (или каждый с каждым) и клиент/сервер (или режим инфраструктуры – infrastructure mode). В режиме клиент/сервер (рис. 7.3.) беспроводная сеть состоит из как минимум одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных оконечных станций. Такая конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS). Два или более BSS, образующих единую подсеть, формируют расширенный набор служб (Extended Service Set, ESS). Так как большинству беспроводных станций требуется получать доступ к файловым серверам, принтерам, Интернет, доступным в проводной локальной сети, они будут работать в режиме клиент/сервер.

Рис. 7.3 Архитектура сети "клиент/сервер"

Режим "Ad-hoc" (также называемый точка-точка, или независимый базовый набор служб, IBSS) – это простая сеть, в которой связь между многочисленными станциями устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа (рис. 7.4). Такой режим полезен в том случае, если инфраструктура беспроводной сети не сформирована (например, отель, выставочный зал, аэропорт), либо по каким-то причинам не может быть сформирована.

Рис. 7.4 Архитектура сети "Ad-hoc"

Базовые механизмы защиты данных в беспроводных сетях. Технология DSSS и FHSS.

Технология DSSS (расширение спектра радиосигнала по принципу прямой последовательности) использует шумоподобный сигнал (ШПС) для передачи данных в радиоэфире на частотах в диапазоне 2400 - 2485 МГц.

DSSS технология была разработана ранее для применения в военных радиосистемах с высокой помехозащищенностью и с низкой вероятностью радиоперехвата.

Пропускная способность современных DSSS систем стандарта IEEE 802.11b - 11 Мбит/сек.

DSSS системы имеют ширину излучения 22 МГц и используют последовательности длиной 11бит, что позволяет создавать 11 кратную избыточность сигнала, а, следовательно, повысить в 11 раз помехоустойчивость системы.

DSSS системы могут работать при слабом сигнале, обеспечивая передачу данных на большие расстояния.

На данный момент на рынке также представлена еще одна технология стандарта

IEEE 802.11 - FHSS (Frequency-Hopping Spread-Spectrum - расширение спектра радиосигнала путем скачкообразной перестройки частоты).

При методе DSSS каждый информационный символ представляется 11-разрядным кодом Баркера вида 11100010010. Коды Баркера обладают наилучшими среди известных псевдослучайных последовательностей свойствами шумоподобности, что и обусловило их

применение в аппаратуре беспроводных сетей. Для передачи единичного и нулевого символов сообщения используются прямая и инверсная последовательности соответственно. Для модуляции несущего колебания в этом случае используются уже не исходные символы сообщения, а прямые или инверсные последовательности Баркера, так, как показано на рис. 7.4:

Рис. 7.4. Формирование широкополосного сигнала по методу DSSS

Спектр мощности сигнала с DSSS показан на рис. 7.5. Там же, для сравнения, показан спектр мощности сигнала, используемого при традиционных технологиях передачи. Из рисунка видно, что при переходе к DSSS происходит "размазывание" мощности сигнала в полосе частот, в 11 раз превышающей полосу исходного узкополосного сигнала. Здесь следует упомянуть о довольно часто встречающемся в литературе тезисе о том, что при переходе к технологии DSSS возможна работа на пониженных мощностях передатчика. Это верно только в том смысле, что снижается спектральная плотность мощности излучаемого сигнала при неизменной излучаемой передатчиком мощности.

Рис. 7.5. Соотношение уровня шума и полезного сигнала при модуляции по методу DSSS.

Для лучшего понимания спектральных соотношений рассмотрим конкретный пример, характерный для аппаратуры фирмы Aironet. Передача ведется со скоростью 2 Мбит/с, что при использовании узкополосной технологии требует полосы частот 4 МГц. При переходе к технологии DSSS полоса частот расширяется в 11 раз и становится равной 44 МГц. В то же время, в документации на аппаратуру указано значение полосы частот, необходимой для передачи, равное 22 МГц. Это кажущееся несоответствие легко понять, если внимательно посмотреть на спектр сигнала с DSSS, показанный на рис. 4.2. По 25% полосы частот слева и справа заняты маломощными спектральными составляющими, которые обрезаются в передатчике, в результате ширина спектра передаваемого сигнала уменьшается вдвое и становится равной 22 МГц. Отсечение этих спектральных составляющих приводит к незначительному искажению формы передаваемого сигнала, практически не влияющему на качество передачи.

В приемнике полученный сигнал умножается на код Баркера, в результате он становится узкополосным, поэтому его фильтруют в узкой полосе частот, равной удвоенной скорости передачи. Любая помеха, попадающая в полосу исходного широкополосного сигнала, после умножения на код Баркера, наоборот, становится широкополосной, поэтому в узкую информационную полосу попадает лишь часть помехи, примерно в 11 раз меньшая по мощности помехи, действующей на входе приемника. В результате демодуляции полученного узкополосного сигнала, выполняемой с помощью обычного демодулятора, выделяется передаваемое сообщение. Главной проблемой, возникающей при решении этой задачи, является обеспечение синхронизации приемника по передаваемому сигналу. На уровне физического канала необходимо обеспечить синхронизацию по фазе несущего колебания, тактовой частоте кода Баркера и тактовой частоте сообщения. Для решения этой задачи передатчик не реже, чем один раз за 100 мс передает специальный синхросигнал. При плохом качестве канала частота передачи синхросигнала может быть увеличена изменением соответствующего пункта в меню настройки аппаратуры.

Применение технологии DSSS позволяет также эффективно бороться с интерференционной помехой, возникающей в результате отражения сигнала от стен и местных предметов, что особенно актуально для закрытых помещений.

При методе FHSS передача ведется обычными методами, как в традиционных узкополосных системах, но несущая частота сигнала периодически изменяется, что позволяет легко исправить ошибочно принятые на пораженной помехами частоте блоки, путем их повторной передачи на другой частотной позиции. Порядок следования частот должен быть одинаковым на передающей и приемной стороне или у всех устройств сети при сетевом варианте использования. Это достигается одинаковой настройкой аппаратуры и передачей специальных синхросигналов, определяющих моменты начала очередного цикла смены частот.

Стандартом IEEE 802.11 предусмотрено использование 79 частотных позиций при времени передачи на каждой в течение 20 мс. Порядок смены частотных позиций определяется псевдослучайным кодом, что обеспечивает определенную конфиденциальность передачи.

Рис. 7.6. Частотные скачки при формировании сигнала по методу FHSS

Для примера на рис. 7.6 представлена частотно - временная матрица сигнала FHSS, состоящая из 7 частотных позиций. После использования всех частот начинается их повторное использование в уникальном, установленном для данной пары передатчик - приемник или сети, порядке.

Следует оговориться, что защита информации, обеспечиваемая методами FHSS и DSSS не надежная, и представляет собой лишь дополнительная функцию, основное же предназначение методов расширения спектра это обеспечение надежности связи в условиях многолучевости.

Таблица 7.6. Сравнение технологии DSSS и FHSS

c использованием технологии DSSS в диапазоне 2,4 ГГц могут одновременно работать (без перекрытия) три станции. С использованием технологии FHSS число таких станций равно 26 – число возможных последовательностей в одном сете (больше невозможно по требованию 6 МГц);

дальность приема/передачи с использованием DSSS больше чем при FHSS, за счет более широкого спектра несущей;

когда уровень шума превышает некоторый определенный уровень, DSSS станции перестают работать вообще, в то время как FHSS станции имеют проблемы только на отдельных частотных скачках, что легко разрешается и в этом смысле последние считаются более помехозащищенными;