Mizuho blog

Siete LAN boli pôvodne riešené ako Ethernet siete s použitím kabeláže. Použitie kabeláže malo za následok obmedzenú mobilitu pripojených užívateľov v rámci objektov - kancelárii, budov, prípadne celých areálov. Prvé riešenia mobility v týchto sieťach boli realizované pomocou tzv. EAD zásuviek (Ethernet Attached Device).

Bezdrôtové siete boli skôr výnimočné. Boli podstatne drahšie a pomalšie ako klasické káblové siete. Inštalovali sa preto len tam, kde riešenie cez EAD zásuvky nevyhovovalo - napr. keď bolo potrebné zriadiť LAN len na pár hodín. Pre porovnanie, dnes WiFi ponúka prenosové rýchlosti 11 Mbps, cena Access Pointu pre WiFi je cca 6 tis. Sk (stav v roku 2006). Každé zariadenie musí mať ešte sieťovú kartu, jej cena sa pohybuje okolo 1000 Sk.

Dopyt užívateľov po mobilite v rámci objektov začal rásť s nárastom používania notebookov. Nasadzovanie bezdrôtových sietí pozitívne ovplyvnilo aj to, že čas, potrebný na implementáciu WiFi WLAN je podstatne kratší, než čas potrebný na natiahnutie kabeláže a inštaláciu zásuviek - a to nehovoríme o prípadných stvebných povoleniach a úpravách napr. v pamiatkovo chránených budovách.

Spočiatku z núdze siahli po WiFi aj malí lokálni poskytovatelia pripojenia na internet - nemuseli totiž žiadať o licencie na prenosové frekvencie a investovať väčšie finančné položky na na implementáciu a neskôr aj na správu kabeláže.

Pripojenie:
poskytovateľ môže/musí obmedziť, kto sa na danú sieť môže pripojiť - napr. pevným vymedzením MAC adries.

WiFi - 802.11b
pracuje v bezlicenčnom pásme 2,4 GHz. Prenosové rýchlosti sú až 11 Mbps, rýchlosť je dosiahnutá použitím CCK (Complementary Code Keying) modulácie.

Technológia prenosu:
V dôsledku fyzikálnych zákonov platí, že čím vyššie frekvencie sú použité, tým širšie pásmo je k dispozícii, a dosahované sú vyššie prenosové rýchlosti. Na druhej strane je pri vyšších frekvenciách vyššia spotreba zariadení, menší dosah a horšia schopnosť prestupu signálu cez prekážky.

Technológia WiFi je určená na krátku vzdialenosť - bezdrôtové pripojenie v rámci bytu, kancelárie, budovy, haly, alebo menšieho areálu (používa sa napr.na pokrývanie ulíc, námestí, letiskových hál, atď.). Dosah pokrytia z prístupových bodov, tzv. hotspotov, je desiatky metrov v rámci budov, maximálne stovky metrov v otvorenom priestore. WiFi pracuje v bezlicenčnom pásme. Nie je teda potrebné zakúpiť licenciu. Na rovnakých frekvenciách však takto môže byť viac prenosov naraz vedľa seba, a tie sa môžu navzájom rušiť.
WiFi je určená tak poskytovateľom dátového pripojenia, ako aj bežným koncovým užívateľom (môžte si WiFi realizovať napr. v rámci svojho bytu).
WiFi nemá mechanizmy na dosahovanie a ovplyvňovanie QoS (quality of service), funguje štýlom best-effort. Nehodí sa teda ako technológia pre poskytovateľov (a užívateľov), ktorí chcú poskytovať (resp. využívať) garantované služby na väčšiu vzdialenosť. Často sa však v tejto úlohe používa, ide však skôr o núdzové dôvody.

Štandardy bezdrôtových sieti pochádzajú väščinou od IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). To vo februári 1980 založilo pracovnú skupinu 802 (rok 1980, mesiac 2). Tá pozostáva z pracovných skupín (WG - working groups), ktoré sa zaoberajú špecifickými oblasťami (napr. 802.3 - Ethernet, ..., 802.11 - WLAN - Wireless Local Area Networks).

Pracovná skupina 802.11 mala vypracovať štandard bezdrôtovej alternatívy Ethernetu v bezlicenčnom pásme 2,4 GHz. Štandard vznikol v roku 1997. Siete na báze tohto štandardu dokázali prenášať dáta rýchlosťou 1 - 2 Mbps.

V roku 1999 vznikol štandard 802.11b (WiFi - Wireless Fidelity). Pracuje v rovnakom bezlicenčnom pásme - 2,4 GHz, priniesol však zrýchlenie prenosov až na 11 Mbps (reálne prenosové rýchlosti sú okolo 1 - 5,5 Mbps). To bolo dosiahnuté použitím inej modulácie - CCK (Complementary Code Keying). Na fyzickej vrstve je použitá technika priamo rozprestreného spektra (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum).

Prenosy v sieťach WLAN

Rádiové prenosy môžu byť riešené viacerými spôsobmi. Každý z nich má určité výhody a súčasne aj nevýhody. Od použitého spôsobu závisia prenosové rýchlosti, dosah, vplyv prekážok v priestore na šírenie signálu, citlivosť na rušenie, skreslenie, atď. Veľa závisí na tom, aké frekvencie môžu byť na prenos používané. Vyššie frekvencie majú menší dosah, horšie prechádzajú cez prekážky, a zvyčajne vyžadujú vyššiu spotrebu energie. Umožňujú však použiť širšie pásma frekvencií, ktoré zas umožňujú dosiahnuť vyššie prenosové rýchlosti.

Najjednoduchší je úzkopásmový prenos. Vysielač vysiela signál v úzkom frekvenčnom pásme. Prijímač je presne naladený na túto frekvenciu, Problém pri úzkopásmovom prenose je citlivosť na rušenie - stačí, ak je v blízkom frekvenčnom pásme iný signál, a tieto signály sa potom navzájom ovplyvňujú.

V praxi WLAN sa používajú širokopásmové prenosy v tzv. rozprestrenom spektre (Spread Spectrum Transmissions). Dosahuje sa pri nich vysoká odolnosť voči rušivým vplyvom. Používajú sa 2 techniky:

1) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) - priamo rozprestrené spektrum
Každý bit je nahradený 11 bitovou sekvenciou (umelo je zavedená redundancia). Táto sekvencia je potom modulovaná na nosný signál a prenášaná. Signál je takto rozprestrený do väčšej časti spektra, menej je náchylný na rušenie a ostatným sa javí ako náhodný šum. WiFi pracuje v súčasnosti len na DSSS.

2) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) - rozprestrené spektrum s preskakovaním frekvencií.
Nový signál s namodulovanými dátami je na danej frekvencii vysielaný len v rámci veľmi krátkeho časového intervalu (400 ms), potom preskočí na inú frekvenciu v rámci pásma. Vysielač aj prijímač vedia vopred poradie preskokov frekvencií. Táto technológia bola pôvodne navrhnutá na dosiahnutie vyššej odolnosti voči odpočúvaniu. Priniesla súčasne minimalizáciu rušenia, keby 2 prenosy šli naraz na rovnakej, alebo veľmi blízkej frekvencii. Doba vzájomnej interferencie a teda aj rušenia je tu len veľmi krátka.

WiFi je určené pre nasadenie bezdrôtových technológií v menších areáloch - v halách, na letiskách, budovách, v hoteloch, v kanceláriách, v bytoch. Často sa však, najmä u nás, používa aj na realizáciu poslednej míle pripojenia k internetu. WiFi zariadenia a ani štandard však nie sú navrhnuté pre takéto použitie, teda pre použitie v metropolitných sieťach (tzv.MAN - Metropolitan Area Networks). Použitie voľných frekvenčných pásiem spôsobuje komplikácie vo forme vzájomnej interferencie medzi systémami. Chýba QoS.

Pre realizáciu bezdrôtovej poslednej míle je navrhnutá iná technológia - WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Popísaná je v štandarde 802.16.

Technológia WiMax je určená pre bezdrôtové metropolitné siete (WMAN), teda na prenosy dát na väčšie vzdialenosti. Poskytovatelia môžu pripojiť cez WiMax zákazníkov k dátovým sieťam, či už firemných alebo rezidenčných (domácnosti). Môžu tiež cez WiMax prepojiť svoje hotspoty, cez ktoré šíria konektivitu ďalej, napr. cez WiFi. Prostredníctvom technológie WiMax je možné tiež poskytovať klasické hlasové služby.

Pomocou technológe WiMax je možné prenášať data až na 50 km vo voľnej krajine bez prekážok (v praxi sa uvažuje dosah cca 20 km) a 2 - 10 km v mestských aglomeráciách. Priama viditeľnosť nie je podmienkou. Pri tomto dosahu sa dá systematicky pokryť určitá oblasť na bunkovom princípe. WiMax je širokopásmové pripojenie s kapacitou rádovo desiatok Mbps. Umožňuje nastavovať rozličné QoS a poskytovať aj hlasové služby. Pri technológii WiMax je možné využívať tak licenčné ako aj bezlicenčné prenosové pásma. Bezlicenčné pásma umožňujú operátorom sprevádzkovať túto technológiu jednoducho a prakticky bez administratívnych poplatkov, stačí splniť všeobecné podmienky Telekomunikačného úradu. Takto však môže WiMax systémy použiť prakticky hocikto, čo vedie k zaplneniu voľných pásiem a problémami so znížením prenosovej kapacity a k vzniku rušenia - čo spôsobuje nestabilitu a nespoľahlivosť takýchto pripojení. Citeľne sa to prejavuje najmä pri hlasových službách.

WiMax bol pôvodne plánovaný pre využitie na frekvenciách 10 - 66 GHz. Neskôr sa rozsah rozšíril aj na ďalšie pásma od 2 do 11 GHz. Šírka kanála sa pohybuje od 1,25 MHz do 20 MHz. WiMax je vo svete nasadzovaný v licenčnom pásme 3,5 GHz, v ktorom udelil 4 licencie aj Telekomunikačný úrad SR. WiMax na týchto frekvenciách sa niekedy označuje aj ako FWA 3,5 GHz (Fixed Wireless Access) - hoci teoreticky by mohol operátor použiť pre FWA 3,5 GHz aj inú technológiu.

Ako už bolo uvedené, WiMax pracuje aj v režime bez priamej viditeľnosti (NLOS - non line of sight). WiMax podporuje pružné prideľovanie šírky pásma rádiových kanálov a ich opakované využívanie pre zvyšovanie kapacity siete. Lepšiu efektivitu využitia spektra umožňuje riadenie vysielacieho výkonu (Transmit Power Control - TPC). V nelicencovaných pásmach naviac pristupuje povinne dynamický výber frekvencií (DFS - dynamic frequency selection).
Jeden kanál môžu naraz využívať desiatky účastníkov.
WiMax antény umožňujú riadenie a formovanie lúča.
Na fyzickej vrstve využíva WiMax časovo delený multiplex TDD v bezlicenčných pásmach. V licenčnom pásme sa používa TDD alebo frekvenčný multiplex FDD.

WiMax podporuje topológiu siete bod-bod, bod-multibod a polygonálne slučkové siete. WiMax má zabudovanú podporu QoS (kvality služieb), čo umožňuje garantovať kvalitu pri prenose VoIP, videa a videokonferencií.

WiMax je veľkým lákadlom najmä pre alternatívnych operátorov a poskytovateľov pripojenia na internet. WiMax je pripojenie, ktoré poskytuje dostatok prenosovej kapacity a umožňuje poskytovať služby s garantovanou kvalitou - čo žiadajú najmä firemní zákazníci - a negarantované služby s čo najnižšou cenou pre domácnosti.

Vývoj trhu ukazuje, že užívatelia považujú mobilitu pripojenia k dátovým službám sa významný faktor. Mobilitu spĺňajú len bezdrôtové technológie a preto im je predpovedaný veľký rozvoj.