Беспроводные стандарты: "Вот алфавит кончается..."
Постоянно растущая популярность беспроводных технологий обернулась для производителей повышенными требованиями пользователей, особенно корпоративных, к их возможностям. Это вызвало к жизни множество дополнений, расширений и модификаций основного стандарта IEEE 802.11. По сложившейся традиции новые пополнения семейства стандартов обозначали суффиксом, в качестве которого служила буква английского алфавита. На сегодня из 26 таких букв уже использовано 19. Так что у специалистов появились реальные опасения, что краткость английского алфавита может негативно сказаться на дальнейшем развитии беспроводных технологий.
Когда точка (ТД)доступа определила, что подключенный к ней клиент удаляется от нее, она предупреждает последнего, чтобы тот подготовился к переходу на другую ТД2. Клиент просит ТД предоставить ему список предпочтительных точек доступа3. Точка доступа отправляет клиенту соответствующий список. Клиент немедленно переходит на канал лучшей ТД и подключается к ней
Как видно из рис. 1, ожидается, что в ближайшие четыре года будут приняты еще четыре стандарта семейства 802.11, которые получат суффиксы k, n, r и s соответственно. Мы представим их здесь с той степенью полноты, которая определена наличием доступной информации в Сети.
Семейство стандартов IEEE 802.11 для беспроводных сетей, хотя и обеспечивает взаимодействие между точками доступа и коммутаторами разных производителей, но не позволяет оценивать радиочастотные ресурсы пользователей. Как следствие, это ограничивает возможности администраторов эффективно управлять сетью.
Данную проблему и должен решить предлагаемый стандарт 802.11k, призванный обеспечить обратную связь беспроводного клиента с точками доступа и коммутаторами. Работа над спецификацией началась в 2002 г., и IEEE надеется, что она будет ратифицирована в следующем году.
Стандарт определяет серию запросов для измерений и соответствующих сообщений, в результате которых собирается статистика состояний клиентского устройства на физическом (Layer 1) и канальном уровнях (Layer 2). Поскольку стандарт будет реализован на программном уровне, то существующее беспроводное оборудование может быть без труда модифицировано для его поддержки. Приведем несколько типов измерений, предусмотренных 802.11k для:
- решения о роуминге;
- oполучения информации о радиочастотном канале;
- oопределения узлов вне зоны видимости;
- oсбора статистики о клиенте;
- oуправления энергией передачи (Transmit Power Control -- TPC).
Для принятия оптимального решения о роуминге точка доступа или беспроводной коммутатор может предоставить клиенту необходимую информацию о местоположении (рис. 2). Стандарт определяет запрос, где точка доступа просит его перейти на специальный канал и сообщить обо всех точках доступа, от которых тот принимает сигналы. Собранные данные анализируются с тем, чтобы установить, какие сервисы и схемы кодирования поддерживает каждая точка доступа и какой уровень сигнала поступает клиенту. Затем измеряющее устройство создает упорядоченный список точек доступа, от лучшей (с точки зрения предоставляемых сервисов) до худшей.
Сегодня точки доступа и клиентские устройства не способны разделять информацию о состоянии канала. С помощью 802.11k точка доступа могла бы получить в свое распоряжение "диаграмму шума" клиента, позволяющую определить энергию шумов в канале, а также запрашивать данные о загрузке канала и времени его активного использования на данном временном отрезке. Вся эта информация позволила бы повысить эффективность работы канала.
Механизм предотвращения коллизий, регламентируемый стандартом 802.11, предусматривает, что узлы должны прослушивать эфир перед началом передачи. Наличие "невидимых" узлов приводит к ситуации, когда несколько устройств начинают передачу одновременно, создавая помехи и ухудшая производительность беспроводной сети. Посредством 802.11k клиенты отслеживают "невидимые" узлы, а точки доступа запрашивают у клиентов список последних. Информацию о клиентах, находящихся на границе соты, точки доступа могут использовать для того, чтобы перенаправить их в другие соты для лучшего обслуживания.
Функция TPC была определена в спецификации 802.11h, чтобы удовлетворить европейские требования по регулированию в полосе частот 5 GHz. Стандарт 802.11k расширяет использование процедур TPC на другие регуляторные домены и полосы частот с целью уменьшения помех и энергопотребления.
Все администраторы сетей Wi-Fi знают, что заявленные в стандартах скорости передачи существенно отличаются от реальных. И если беспроводные технологии намерены кое-где потеснить Ethernet, они должны повысить как пропускную способность, так и радиус действия. Исходя из этого очевидного факта, Комитет по стандартам при IEEE создал во второй половине 2003 г. рабочую группу 802.11 TGn, в задачи которой входит внесение изменений в спецификации протоколов физического (PHY) уровня и уровня управления доступом к среде (МАС) с тем, чтобы довести пропускную способность до 100 Mbps и выше. Один из путей увеличения скорости передачи данных, предусматриваемый стандартом 802.11n, заключается в использовании интеллектуального массива антенн с технологией множественных входов и выходов (Multiple Input Multiple Output -- MIMO). Упомянем здесь лишь о нескольких преимуществах MIMO (читателей, интересующихся подробностями, мы отсылаем к соответствующей статье в "Компьютерном Обозрении", # 42, 2003, article.phtml?ID=15263). Пространственное разнесение элементов антенного массива позволяет применить так называемое пространственное мультиплексирование (Spatial Division Multiplexing -- SDM) -- разделение потока данных на несколько независимых подпотоков и передача их одновременно в одном частотном диапазоне. Для каждого пространственного подпотока необходима отдельная пара из передающей и приемной антенн. Использование многоэлементных антенн дает также возможность корректно принимать многолучевые сигналы, образующиеся вследствие отражений и поступающие на приемную антенну по путям разной длины.
В качестве обязательных стандарт предусматривает технологии MIMO и мультиплексирование с разделением по ортогональным частотам (OFDM) в конфигурации 2x2: две антенны для передачи на одном конце канала и две антенны для приема на другом. На частоте 20 MHz это позволит достичь скорости передачи данных 135 Mbps. При конфигурации 4x4 и в частотном диапазоне 40 MHz удастся добиться пропускной способности 540 Mbps, что практически уже может составить конкуренцию сетям 1GBase-T.
Быстрый переход клиентов от одной точки доступа к другой с аутентификацией и сохранением политик безопасности становится крайне важным для таких чувствительных к задержке приложений, как, скажем, VoIP. Работа над соответствующим стандартом, получившим название 802.11r, была начата в 2004 г. Он должен обеспечить быстрый роуминг мобильных клиентов без повторной аутентификации и без прерывания приложений, функционирующих в режиме реального времени.
Перейдем, наконец, к последнему из рассматриваемых стандартов -- 802.11s, описывающему ячеистые беспроводные сети. В них каждый узел должен передавать данные только ближайшему соседнему узлу, что позволяет реализовать децентрализованную, а следовательно, и более дешевую инфраструктуру. В ней узлы действуют как репитеры, передавая информацию от одного к другому, в результате чего диаметр сети может достигать значительных размеров. Ячеистые сети обладают повышенной надежностью, поскольку каждый узел, как правило, связан с несколькими соседними. Принцип передачи пакетов во многом похож на маршрутизацию в Интернете. Во все устройства включены функции динамической маршрутизации. Такая сеть отличается также завидной производительностью, поскольку каждый узел связан со всеми, находящимися в его зоне доступа. В этом случае вступает в действие механизм своеобразной балансировки нагрузки, что позволяет не понижать пропускную способность при увеличении числа подключений.
Таким образом, обобщая все вышесказанное -- следует ожидать дальнейшего развития в ближайшем будущем беспроводных технологий в различных направлениях.
Леонид Бараш
