Беспроводные сети: локальные и немного глобальные

Человек — существо социальное. Это определение подразумевает прежде всего общение между различными людьми. Со всеми сразу или по отдельности не имеет значения. Наши далекие предки смогли реализовать заложенные в них природой возможности для коммуникации. Воздух, выдыхаемый особым образом, стал оформляться в слова, которые позже получили и графическое представление в виде письменности.

Тем не менее, общение при помощи звука оставалось и остается наиболее предпочтительным. Долгое время мы пользовались естественными способами передачи звуковых волн: кричать на как можно более далекое расстояние при этом жестикулируя всеми возможными конечностями, показывая что мы чего-то хотим от кого-то, кто сейчас далеко; либо просто можно было передать что надо через посредника.

Во второй половине XIX века назад голос стали передавать по проводам. Скорость возросла на несколько порядков — теперь достаточно было поднять трубку и через несколько секунд слышишь человека на другом континенте за 20000 километров. Технологии прошлого века сделали связь еще более доступной и удобной. Она стала беспроводной. Сегодня можно "выловить" почти кого угодно где бы он не находился. Другое дело, что не все рады такой "свободе", особенно те, для которых она стала еще одним способом контроля, но рассказ не об этом.

Компьютеры позволили передавать на расстояния не только звук (в частности голос), но и текст, а в последнее время все более популярным сервисом становится передача видео. Причем если пронаблюдать за последними тенденциями, то компьютерные сети становятся: а) беспроводными; и б) глобальными. Именно во всем разнообразии стандартов беспроводных цифровых сетей мы и попробует разобраться в этой статье.

Сотовую связь, последние поколения которой упорно становятся "родными" не только для телефонов, но и для компьютеров, мы затрагивать не будем. Это сделано в нашей другой статье: "Сотовая связь: какой мы увидим её завтра". Здесь мы коснемся тех сетей, что создаются на менее "глобальном" уровне, но в то же время весьма распространены.

Многие современные беспроводные стандарты поддерживают работу с почти любым ПК, но некоторые из них разработаны для несколько менее универсальных, но в то же время очень популярных устройств. Например, сотовые телефоны. Ведь многие из них сегодня могут передавать и принимать данные не только из сетей GSM (NMT, CDMA и других), но вести обмен данными с локальными девайсами. Именно с беспроводных сетей малого радиуса действия мы и начнем.

Bluetooth

Стандарт Bluetooth (или как его называют в народе — "синий зуб") сегодня является одним из самых известных и распространенных. Он был разработан в 1994 году двумя специалистами Шведской компании Ericsson — Джапом Харстеном (Jaap Haartsen) и Свеном Мэтиссном (Sven Mattisson). Главное назначение Bluetooth — обеспечение обмена данными без проводов между двумя и более устройствами.

Логотип Bluetooth

Поскольку у истоков "зуба" стояла компания, занимающаяся производством мобильных телефонов, именно для этих аппаратов и была создана эта технология. Стоит ли удивляться, что одним из первых телефонов, оснащенных модулем Bluetooth, стал Ericsson R520. По сегодняшним меркам это весьма увесистый и функционально обделенный "кирпич", который в свое время был невостребован.

Почему? Да потому что 6-7 лет назад Bluetooth оснащались буквально пару устройств. Точно такой же была ситуация и с Wi-Fi. Что толку Apple позволила приобрести iBook с опциональной беспроводной сетевой картой, если в продаже было всего пару точек доступа по баснословной цене? Но Wi-Fi запросто можно было сопрягать с обычной проводной сетью, чего с Bluetooth делать не получится. Ведь для обмена данными используется вовсе не стандартизированный всеми и вся протокол TCP/IP, а свой собственный. Но об этом позже.

Пока коснемся истории вопроса. 20 мая 1998 года было официально объявлено о создании специальной группы Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая стала разрабатывать и принимать стандарты для данной технологии. Изначально в ее вошли Ericsson (ныне Sony Ericsson), IBM, Intel, Toshiba и Nokia). Позже к ним присоединились другие. К сегодняшнему дню группой было принято шесть стандартов Bluetooth:

Bluetooth 1.0 и 1.0B

Самые первые версии стандарта имели множество ошибок и недоработок. При сопряжении устройств возникали различные проблемы, связь была нестабильной.

Bluetooth 1.1

Новая версия стандарта устранила многие ошибки 1.0B, а также была принята как стандарт IEEE 802.15.1-2002. При этом была добавлена поддержка работы через каналы без шифрования данных, а также поддержка индикатора мощности сигнала (Received Signal Strength Indicator — RSSI).

Bluetooth 1.2

Версия 1.2 стала пиком развития первого поколения "синего зуба". До сих пор можно найти в продаже устройства с ее поддержкой (например, ноутбуки или телефоны трех-четырех летней давности). В числе ее изменений значатся следующие:

  • более быстрый поиск устройств и подключение к ним;
  • повышена устойчивость соединения, особенно при движении;
  • более высокая скорость обмена данными (на практике до 721 Кбит/с);
  • улучшено качество связи со звукопередающей гарнитурой;
  • добавлена поддержка HCI (Host Controller Interface).

Данная версия была принята как стандарт IEEE 802.15.1-2005. Но, довольно скоро его заменило второе поколение Bluetooth.

Bluetooth 2.0

Bluetooth 2.0 стал довольно значимым событием в цифровой индустрии. Новые "зубы" теперь могли "пережевывать" гораздо больше данных, о чем явно говорит постфикс "EDR", приплюсовыемый к обновленному названию стандарта: Bluetooth 2.0 + EDR. EDR означает Enhanced Data Rate, что вольно можно перевести как "Зубы в три ряда". Шутка. На самом деле перевод звучит как "Расширенный пропускной диапазон". Скорость в некоторых случаях возросла в 10 раз, но реально не превышала значения 2.1 Мбит/с, а пиковое значение равно 3.0 Мбит/с.

Что интересно, Bluetooth 2.0 без EDR — это Bluetooth 1.2 с исправленными ошибками. Некоторые устройства поддерживают именно такую его версию, хотя большинство производителей обеспечили повышенную скорость передачи данных. Помимо этого было снижено и энергопотребление.

Bluetooth 2.1

Совсем недавно был принят стандарт Bluetooth 2.1. Произошло это уже в бытность нашего проекта, о чем мы даже писали соответствующую новость. Нововведений было сделано незначительно. Среди них — еще большее снижение энергопотребления, ускоренное спаривание, лучшая помехозащищенность и другие. До сих пор поддержкой этой версии пока озаботились не многие. Так современные ноутбуки (для которых скорость передачи данных куда чаще имеет большее значение, чем для мобильных телефонов) до сих пор оснащаются контроллерами Bluetooth 2.0 + EDR.

Bluetooth 3.0

Конечно, развитие Bluetooth не остановилось. Хотя сегодня есть довольно много альтернатив этому стандарту, о которых речь пойдет далее, уже сейчас ведется разработка стандарта Bluetooth 3.0, известного под кодовым именем "Seattle". Что он будет еще быстрее, можно догадаться и так. Организация Bluetooth SIG хочет адаптировать UWB-технологию (о ней несколько ниже), способную обеспечить скорость до 480 Мбит/с (тут уже без лишней скромности можно говорить о нескольких сотнях "рядов зубов").

Если эта концепция будет реализована, то Bluetooth станет серьезным конкурентом активно разрабатываемого и уже внедряемого стандарта Wireless USB, который, как ни странно, основан на той же спецификации UWB. Но об этом тоже потом.

Конечно, помимо значительно возросшей пропускной способности добавятся и новые возможности. Так планируется внедрение поддержки специальных информационных точек, которые будут содержать какую-либо информацию (рекламную, данные о погоде, курсах акций, валют и т.д.), и с них можно будет читать ее. Также ожидается упрощение сопряжения устройств, благодаря автоматизированному управлению топологиями. Будут внедрена альтернатива MAC и PHY профилям при передачи данных, что позволит снизить энергопотребление при низком потоке данных, а также повысить скорость при необходимости передать большой объем информации.

Сеть Bluetooth

Сеть Bluetooth

Теперь рассмотрим принцип работы Bluetooth. Данный стандарт работает не при помощи точек доступа подобно Wi-Fi — "точкой доступа" может выступить любое устройство, оснащенное соответствующим контроллером. Условно оно называется "мастером" и формирует вокруг себя "пикосеть" (piconet), в которую может войти до семи других устройств. Точнее семь устройств могут быть активны в данный момент времени, тогда как еще 255 штук могут находится в неактивном состоянии, которое меняется на противоположное при необходимости.

Пикосети могут быть объединены между собой. Тогда несколько устройств будут выступать в роли моста для обмена данными. Но пока полноценная поддержка подобной функциональности не появилась. Впрочем, именно она и должна быть реализована в будущих версиях стандарта.

В один момент времени может происходить обмен данными с одним устройством. Если потребуется отдать данные другому, то быстро происходит переключение. Возможна и параллельная передача, но используется она довольно редко. При этом в пикосети любое из подчиненных устройств при необходимости запросто возьмет на себя роль мастера.

Bluetooth-донгл

Bluetooth-донгл

Обеспечить поддержку Bluetooth современным компьютерам призваны специальные USB-адаптеры. Многие современные ноутбуки среднего ценового диапазона (от $1000) как правило имеют встроенный контроллер. Контроллеры бывают трех классов:

  • Class 3. Мощность 1 мВт. Радиус действия около 1 метра;
  • Class 2. Мощность 2.5 мВт. Радиус действия около 10 метров;
  • Class 1. Мощность 100 мВт. Радиус действия около 100 метров.

Сегодня более всего распространены Class 1 и 2. Оно и не удивительно — несмотря на очень малое энергопотребление Class 3 область его применения крайне ограничена. Даже для гарнитуры он подходит очень плохо. Телефон совсем не обязательно держать в нагрудном кармане — он запросто может оказаться и в джинсах, где карман пришит чуть выше колена, либо вообще на столе, а хозяин будет наблюдаться в радиусе 5-7 метров от аппарата.

Зато Class 1 и 2 продаются довольно активно. Если вы выбираете себе внешний USB-адаптер Bluetooth, то лучше позаботиться о его дальнобойности. Ведь даже с адаптером Class 1 более слабое устройство Class 2 сможет работать на большем расстоянии.

Ну и немного об области применения. Как уже стало ясно, это прежде всего мобильные "прибамбасы": обмен данными между сотовыми телефонами (карманными компьютерами, сотовыми и ноутбуком и т.д.), подключение беспроводной гарнитуры для разговора. В последнее время Bluetooth стал активно применяться в компьютерных мышках и клавиатурах. Множество GPS-навигаторов "говорят" при помощи "синих зубов". Даже джойстики современных приставок Nintendo Wii и PlayStation 3 работают через Bluetooth.

Bluetooth-гарнитура

Bluetooth-гарнитура

Тем не менее, далеко не всем устройствам нужна большая скорость передачи данных, а также большой радиус действия. Это явно продемонстрировала Apple в своем коммуникаторе-телефоне iPhone. Кто не в курсе, сообщаем, что его Bluetooth-контроллер может работать только с гарнитурой. Обмен данными ему недоступен.

И действительно, зачем сотовому телефону (особенно начального уровня) возможность передачи большего объема информации? "Зубы" в них чаще всего используются для гарнитуры. А в этом случае нужен стабильный поток данных, нормально передаваемый на расстояние 5-10 метров с фиксированной скоростью, потребляющий минимум энергии. Именно это и побудило некоторые компании к созданию ответвленных стандартов.

Wibree

В середине июня 2007 года компания Nokia выступила с официальным пресс-релизом, которым было сообщено о ведении разработки стандарта Wibree. Wibree основан на технологии Bluetooth и призван дополнить ее, но не конкурировать. Самое главное его отличие от "оригинала" — значительно более низкое энергопотребление. Предполагается, что модули Wibree будут применяться в устройствах вроде биометрических датчиков, отслеживающих параметры жизнедеятельности человека, в беспроводную гарнитуру, клавиатуры, различные устройства дистанционного управления. Так что не удивляйтесь, если скоро рядом стоящий с вами в автобусе человек вдруг нажмет что-то в районе своего пупка и начнет говорить сам с собой.

Работать Wibree будет в том же диапазоне, что и Bluetooth: 2.4 ГГц. Максимальная пропускная способность — до 1 Мбит/с. Радиус действия — 5-10 метров. В целом напоминает Bluetooth 1.2 Class 2 с ультранизким энергопотреблением.

Принцип синхронизации Bluetooth и Wibree устройств

Принцип синхронизации Bluetooth и Wibree устройств

Хотя Wibree и основана на "синих зубах", все равно полной обратной совместимости не будет. Хотя ничто не мешает встроить ее в современные контроллеры Bluetooth — придется лишь немного доработать их. Но в любом случае все современные устройства не смогут вести обмен данными с вашей теннисной ракеткой, биодатчиком, прилепленным на тело или умным чайником, сообщающим о кипении не банальным свистом, а через ваш мобильный телефон посредством SMS.

Но Wibree — это не единственный "low-power" стандарт. Существуют его аналоги, причем уже готовые, а местами даже не первого поколения. Финальные спецификации Wibree будут готовы в первой половине этого года, тогда как ZigBee уже существует в своей третьей версии.

ZigBee

ZigBee — еще один "ultra mega super maxi low-power" беспроводный стандарт с двумя "ee" на конце. Впервые он был задуман еще в далеком 1998 году, когда стало понятно, что Wi-Fi и Bluetooth подходят далеко не для всех случаев. Как и последний ZigBee создан для сопряжения устройств, но принцип его работы несколько отличается.

Логотип ZigBee

Существует три вида ZigBee-устройств: координатор (ZigBee Coordinator — ZC), роутер (ZigBee Router — ZR) и "конечное устройство" (ZigBee End Device — ZED). Первый является главным в созданной беспроводной сети и может служить как роутером, так и мостом для обмена данным и с другими сетями. Роутер принимает данные от конечного устройства, а также может вести обмен информацией с другими роутерами и координаторами. Само конечное устройство способно только передавать данные.

Таким образом ZigBee исключается как технология для обмена данными между цифровыми девайсами вроде плееров, фотоаппаратов, принтеров, КПК, ноутбуков и так далее. Зато применение этой технологии на производстве или в качестве охранной системы куда более актуально. Именно в этом направлении она и используется.

На официальной странице проекта можно прочитать успешные проекты, связанные с автоматизацией производства (на заводе, при строительстве и др.), обеспечением безопасности помещения, автоматизацией современных зданий, объединением бытовых устройств в единую сеть и так далее. Bluetooth (и Wibree) более ориентированы на передачу "компьютерных" данных, тогда как по каналам ZigBee циркулирует преимущественно биты и байты с техническими сведениями от датчиков, пультов ДУ и т.п.

Сеть ZigBee

Сеть ZigBee

Теперь немного о принципах построения ZigBee-сетей. Их два: без и с постоянным опросом ZED. В первом случае роутер или координатор находятся в режиме постоянного ожидания сигнала от конечного устройства (ZED). Хорошим примером такой сети может послужить работа беспроводного выключателя света. В качестве роутера выступает лампа, как правило оснащенная постоянным источником питания. ZED — это сам выключатель. Он находится в неактивном состоянии. Но как только вы нажмете на него, то он активизируется и отправит сигнал роутеру. Последний среагирует и даст команду на включение света. При этом энергии не пересылку данных будет затрачено самый минимум. Батарейки в выключателе хватит на год, а то и несколько лет. Конечно, если постоянно не устраивать "светомузыку".

Второй вариант предполагает что роутер через равные интервалы времени будет опрашивать ZED. При этом он будет потреблять меньше энергии, поэтому нет нужды в постоянном источнике питания. Зато больше электричества потребуется для ZED. Полагаем, такой тип сети больше подходит для охранных систем, либо для различных датчиков. Делая опрос ZED можно проверить состояние на том или ином объекте, и при необходимости быстро отреагировать на изменение ситуации.

Устройства ZigBee должны соответствовать стандарту IEEE 802.15.4-2003, который позволяет функционировать на частотах 2.4 ГГц, 915 и 868 МГц. В первом случае для передачи данных может использоваться до 16 каналов (на частотах 2405-2480 МГц с шагом 5 МГц). В этом случае скорость обмена информацией может достигать 250 Кбит/с. На частотах 915 и 868 МГц скорость равна 40 и 20 Кбит/с соответственно. Выбор именно этих трех частотных диапазонов продиктован как технологическими причинами, так и географическими. Так частота 868 МГц разрешена в Европе, 915 в Австралии и США, а 2.4 ГГц почти везде. Стоит заметить, что ZigBee поддерживает 128-битное шифрование.

Роутер ZigBee

Роутер ZigBee

Итак, ZigBee — отличный пример реализации промышленного беспроводного стандарта, расширяющий и упрощающий нашу жизнь и работу. Bluetooth и Wibree действительно плохо подошли бы для этих целей, поэтому и была создана такая специализированная технология. Сегодня она поддерживается большим числом производителей. Вступить в ZigBee Alliance и начать использовать спецификации стандарта в коммерческих целях стоит всего $3500 в год. А если не в коммерческих, то вообще бесплатно.

Существует еще несколько подобных разработок, например, MiWi, JenNet, EnOcean, Z-Wave. Они конкурируют как с ZigBee, так и с Wibree и их реализация в некоторых моментах совпадает. Останавливаться мы на них не станем - они хоть и цифровые, все равно используются для обмена данными между относительно простыми и узкоспециализированными устройствами. А нас в данном материале интересует прежде всего то, что обеспечивает взаимодействие компьютеров, сотовых телефонов, КПК и мультимедийной бытовой техники. ZigBee был описан лишь как пример альтернативного использования беспроводных сетей. Тем временем мы переходим к следующему подклассу стандартов, работающих на относительно малом радиусе, но уже с огромными в сравнении с Bluetooth скоростями.

UWB

Объемы передаваемой информации растут с каждой секундой. Так 7-8 лет назад формат MP3 казался панацеей для повсеместного распространения музыки через Интернет. В Сети появились тысячи трэков сжатых со средним битрейтом 128 Кбит/с, что делало средний размер одной композиции равным 3-6 Мбайтам. В то время сайты оптимизировались как в плане кода, так и графики, а о загрузке фильмов никто даже не думал.

Давайте посмотрим что происходит теперь. Песни все также распространяются в MP3, только средний битрейт подрос до 160-320 Кбит/с. Причем раньше если мы могли искать вариант песни размером поменьше, то сейчас наоборот — ищем покачественнее, особенно если трэк очень нравится. Фильмы в формате MPEG4, так отлично подошедшего для ужатия одного DVD на один CD, теперь часто занимают 1400 Мбайт вместо более привычных 700 Мбайт. Но современные скорости позволяют из P2P-сети (например, BitTorrent) за несколько часов скачать полный DVD, которые постепенно уже начинают заменяться HDTV. В последнем случае речь идет о десятках гигабайтах.

Современные жесткие диски запросто передают данные со скоростью до 100 Мбайт/с, а емкость оптических дисков возросла до 50 Гбайт, а через года два-три может удвоится. Как думаете, достаточно ли современной скорости Bluetooth для таких объемов? Сколько потребуется времени, чтобы перекачать 20 Гбайт через канал 3 Мбит/с? Даже достаточно быстрый стандарт Wi-Fi здесь плохо подходит. Он создан скорее для беспроводного Интернета, нежели для просмотра HDTV-фильма с соседнего компьютера. В данном случае нужна технология, способная обеспечить высокую скорость передачи данных, причем не обязательно на большом расстоянии. Именно это и есть главная концепция UWB.

UWB — это аббревиатура Ultra-WideBand, что в нашем вольном переводе звучит как "афигенно быстрая связь". Шутка? Почти. Связь действительно получается очень быстрой, что обеспечивается благодаря широкополосной (wideband) передачи данных. Как было отмечено немного выше, это не совсем технология, а скорее концепция. Это как бы основа для различных стандартов, два из которых описываются далее.

UWB есть базис для современных скоростных стандартов

UWB есть базис для современных скоростных стандартов

В самой основе UWB лежит пока еще черновой стандарт IEEE 802.15.4a. В отличие от обычной радио-передачи UWB передает данные при помощи волн, генерируемых в определенные моменты времени. При этом используется широкий частотный диапазон, вызывая таким образом модуляцию по времени.

Для передачи данных могут использоваться частоты от 500 МГц и выше. Но 14 февраля 2002 года федеральной комиссией по коммуникациям (FCC - Federal Communications Commission) США для UWB был рекомендован диапазон 3.1-10.6 ГГц. При этом предполагается, что передача данных будет вестись в пределах одного помещения, хотя с ростом мощности передатчика и приемника будет расти и радиус действия сети. Впрочем, это запрещено.

Теперь о назначении. Не сложно догадаться, что UWB будет применяться для передачи больших объемов данных между цифровыми устройствами. В число последних прежде всего можно включить компьютеры, сотовые телефоны (особенно топовые модели с большим объемом памяти), принтеры, цифровые фото- и видеокамеры, аудио и видео плееры и так далее. Максимальная скорость UWB нам неизвестна, но она может достигать десятков гигабит. Весьма внушительное значение не только по современным меркам, но и по меркам ближайшего будущего. Так что запас есть.

UWB позволит объединить всю периферию

UWB позволит объединить всю периферию

Теперь непосредственно о стандартах, основанных на UWB. Прежде всего это новое поколение Bluetooth. Пока точно не ясно, будет ли использована эта концепция в Bluetooth 3.0 или нет, но в планах что-то подобное определенно есть. Ходят слухи о возрастании скорости до 480 Мбит/с. Мы полагаем, что они не далеки от истины, только вот доступны подобные возможности будут в основном для передачи больших объемов данных и после полусотни предупреждений о высоком энергопотреблении. Все же такие скорости станут доступны не за просто так.

Но когда свет увидят спецификации Bluetooth 3.0 пока неизвестно. Зато уже сейчас готовы к массовому производству контроллеры Wireless USB, а совсем недавно мы сообщили о выпуске первой версии стандарта WirelessHD 1.0. Остановимся на этих двух технологиях более подробно.

Wireless USB

Стандарт Wireless USB (сокращенно WUSB) не является совсем новым. Впервые о нем заговорила компания Intel на своей весенней сессии IDF в 2004 году. Самих устройств тогда не представили, как и не анонсировали доступность спецификаций. Просто объявили о том, что вот такая технология существует. Существует так существует, подумали услышавшие это люди, и продолжили жить дальше как жили до этого.

В 2005 году во время осенней сессии IDF Intel уже показала первые прототипы. Прототип, надо сказать, внушал. Правда, не ясно что именно: уважение или изумление. Это была массивная PCI-плата, на которую был интегрирован PCMCIA-контроллер, а за креплением торчала антенна. Странное решение, которое в перспективе должно было быть интегрировано на материнские платы и в ноутбуки. Впрочем, как оказалось, это был скорее первый рабочий образец, нежели прототип серии.

Wireless USB адаптеры D-Link

Wireless USB адаптеры D-Link

На сегодняшний день уже вроде как доступны нормальные модули Wireless USB, так и первые устройства с его поддержкой. Что это за устройства? Да собственно точно такие же, которые мы подключаем через обычный разъем USB: принтеры, сканеры, фотоаппараты, мышки, внешние жесткие диски, КПК и т.д. WUSB позволяет перенести возможности столь популярной проводной последовательной шины на беспроводные рельсы.

Топология Wireless USB

Топология Wireless USB

Давайте разберемся как это работает. Начнем с топологии. За обмен данными между устройствами отвечает специальный хост-контроллер. Каждому устройству, находящемуся в радиусе действия, выделяется отдельный канал связи. Последнее особенно важно, если приходится передавать данные с большой скоростью — разделение канала подобно Wi-Fi может привести к печальным последствиям (например, к порче оптического диска при записи, если данные будут поступать слишком медленно). Один "нормальный" WUSB-хост поддерживает подключение до 127 устройств.

Существуют также не совсем "нормальные" хост-контроллеры — это непосредственно сами устройства. Они обладают ограниченным перечнем возможностей, однако также могут принимать и передавать данные от других источников. Таким образом получается некое подобие сотовой сети, когда информация от довольно удаленного источника может пройти через несколько устройств, после чего попадет на главный хост, который передаст ее непосредственно на компьютер, сделавший запрос.

Использование Wireless USB дома

Использование Wireless USB дома

Как это можно использовать в рамках одной квартиры или дома? Где-нибудь не очень далеко от главного компьютера вы устанавливаете WUSB-контроллер, либо подключаете его непосредственно к материнской плате. После в пределах комнаты можете пользоваться любыми устройствами, способными работать как с Wireless USB напрямую, так и через хаб. Да, именно хаб — хост-контроллер может быть оснащен самыми обычными портами USB к которым можно подключаться самые заурядные девайсы вроде мышки, клавиатуры, принтера.

Список устройств, найденных в пределах действия хост-контроллера Wireless USB

Список устройств, найденных в пределах действия хост-контроллера Wireless USB

При этом для связи с другими комнатами могут быть использованы как другие хост-контроллеры или Wireless USB устройства сами, так и более удобные Wi-Fi точки доступа, а то и обычные LAN-коммутаторы.

Огромное достоинство Wireless USB — это полная совместимость с оригинальным проводным стандартом. Здесь уместна аналогия с LAN и WLAN: точка доступа Wi-Fi подключается к проводной локальной сети при помощи самой обычной витой пары, после чего все устройства, находящиеся в радиусе ее действия, могут спокойно пользоваться ресурсами всей сети, а не только беспроводной.

Раз уж WUSB обеспечивает совместимость с USB, то этот беспроводный стандарт должен работать не менее быстро. Собственно, так оно и есть: в радиусе 3 метров скорость составит 480 Мбит/с, а в радиусе 10 метров — 110 Мбит/с. В последующих версиях стандарта обещают поднять скорость до 1 Гбит/с. Для передачи данных используются частоты из диапазона 3.1-10.6 ГГц, что явно указывает на происхождение данного стандарта от UWB.

Что касается энергопотребления, то оно должно быть не очень значительным. Так современные мобильные телефоны и КПК с включенным WUSB-контроллером будут работать примерно столько, сколько и раньше (конечно, если постоянно не перекачивать гигабайты информации), а пульты ДУ, основанные на WUSB, смогут продержаться на одном заряде несколько месяцев. Хотя в последнем случае куда актуальнее воспользоваться технологиями вроде Wibree или ZigBee — экономичнее выходит, да и радиус действия побольше.

Имеет ли Wireless USB перспективы в будущем? Судя по данным агенства iSuppli имеет. Так в 2007 году рынок совместимых устройств составил всего $15 млн., но уже к 2011 он возрастет до $2.6 млрд. Число проданных девайсов увеличится с 1 млн. до 500 млн. в том же 2011. Что же, понадеемся, что все так и будет.

WirelessHD

Объединять без проводов компьютеры и периферийные устройства, работающие с ними, далеко не предел для современных технологий. Да и стерпеть короткий USB-кабель от принтера к системному блоку большого труда не составит. Но если у вас установлена дорогая система домашнего кинотеатра, от которой и к которой тянется туча проводов, то может возникнуть мысль избавить от них и ее. Все же упрятать подобные "прелести жизни" не всегда так просто, даже если их и немного.

Логотип WirelessHD

Если же учесть, что современные домашние кинотеатры представляют собой своеобразные полукомпьютеры, то оснастить их поддержкой беспроводных коммуникаций не так сложно. Стоит ли удивляться, что стали появляться приставки подобно Apple TV и Sony LocationFree способные транслировать видео и аудио с компьютера на ЖК-телевизоры и акустику? Тем не менее, они работают через Wi-Fi, а пропускной способности сети такого типа будет не всегда достаточно, особенно если передавать видео в формате 1080i/p.

Так и был придуман стандарт WirelessHD. Совсем недавно мы сообщали о принятии первой версии его спецификаций. Это специальный беспроводный стандарт, призванный объединить бытовую электронику. Его частотный диапазон выходит далеко за рамки UWB и в функционирует на частоте 60 ГГц (±5 ГГц в зависимости от страны). Его радиус действия невелик — всего 10 метров. Этого вполне достаточно, чтобы настроить взаимодействие устройств домашнего кинотеатра.

Использование таких частот необходимо для достижения больших скоростей передачи данных. Речь идет о 2-5 Гбит/с в первых версиях стандарта. Но теоретический предел составляет 20-25 Гбит/с. Для сравнения — пик для HDMI 1.3 равен 10.2 Гбит/с. Так что запас на будущее есть, причем очень неплохой.

Топология WirelessHD

Топология WirelessHD

Во главе сети WirelessHD находится координатор — устройство, управляющее передачей аудио и видео потоков, а также задающее их приоритеты. Все остальные устройства — это станции, которые могут быть как источником, так и приемником данных, так же как и сам координатор.

Будет ли обеспечена поддержка WirelessHD для компьютера пока неизвестно, но мы полагаем, что будет. Это точно так же как выходы HDMI есть на многих современных видеокартах и ноутбуках. Таким образом видео и аудио можно будет воспроизводить с обычного компьютера, что позволит значительно расширить функциональность. Ведь бытовые плееры не всегда поддерживают самые последние кодеки, не говоря уже о форматах дисков. Надо сказать, что реализация данной технологии действительно очень полезна и актуальна. Она куда удобнее того, что используется сейчас. А сейчас, как мы уже говорили, используется Wi-Fi. К описанию этого стандарта как раз и переходим.

Wi-Fi

Из всех рассматриваемых в этой статье стандартов Wi-Fi на пару с Bluetooth является самым известным и распространенным. Свою популярность Wi-Fi обрел благодаря ноутбукам. Сегодня даже самые дешевые модели оснащаются беспроводной сетевой картой. Но, как всегда, данная технология стала популярной совсем не сразу как была представлена.

Логотип Wi-Fi

Первые работы над Wi-Fi начались еще в 80-х годах прошлого века. Однако финальные спецификации были готовы лишь в 1997 году. Организация IEEE присвоила им маркировку 802.11 (а точнее 802.11-1997). В 1999 году они были приняты в качестве стандарта. Новую и перспективную технологию сразу же подхватила Apple. В качестве опции к новым тогда ноутбукам iBook стала предлагаться сетевая карта Wi-Fi. Но Apple даже сейчас не занимает доминирующего положения на рынке, а тогда она только начала выходить из затяжного кризиса. Так что "фруктовой компании" не удалось пройтись по планете в качестве первооткрывателя, сея зерна Wi-Fi повсюду. Эта честь была уготована Intel.

Полагаем, многие слышали о мобильной платформе Intel Centrino. Ее первое поколение было представлено в 2003 году. Ноутбук, чтобы получить новый и модный логотип, должен быть основан на процессоре Intel (сейчас Core Duo или Core 2 Duo, а тогда на Pentium M), чипсете Intel, а также внутри него должна быть установлена Wi-Fi сетевая карта производства Intel. Именно это и послужило толчком к повсеместному распространению беспроводных локальных сетей.

Впрочем, утверждать что это заслуга исключительно одной Intel нельзя. Просто рынок уже был готов к такой технологии. Инициатива Apple в свое время оказалась слишком новаторской, что ее приняли далеко не все. Четыре года спустя оборудование для Wi-Fi было также достаточно дорого, но уже не на столько. Да и ассортимент значительно расширился. Intel же просто предоставила всем наиболее удобную форму для принятия очередной технологии, призванной приблизить светлое будущее.

Wi-Fi 802.11n сетевая карта D-Link в формате ExpressCard/34

Wi-Fi 802.11n сетевая карта D-Link в формате ExpressCard/34

Теперь давайте разберемся каким образом Wi-Fi работает. Как уже стало понятно, в компьютере должна быть установлена соответствующая сетевая карта. Это может быть как PCI (или PCI Express) карта расширения, так и относительно небольшой USB-брелок. Для ноутбуков существуют версии в формате PCMCIA (PC Card) и ExpressCard.

При помощи беспроводной сетевой карты можно установить соединение с другой такой же. То есть не составит труда наладить сетевое соединение между двумя ноутбуками или между ноутбуком и настольным ПК. Только вот несмотря на кажущуюся свободу подключить к ним еще одного участника не удастся. Третий, как говорится, лишний. Чтобы обойти это ограничение приходится прибегать к точкам доступа.

Wi-Fi точки доступа

Wi-Fi точки доступа

Точка доступа в Wi-Fi — это аналог роутера обычной локальной сети. Только подключения к ней осуществляются через радиопередачу, а не по проводам. Теоретически их число неограничено, хотя для большей скорости и стабильности лучше распределять подключенные компьютеры между несколькими точками. В данном случае уместна аналогия с сотовой связью. Одна базовая станция может обслужить несколько абонентов одновременно, но если их очень много она перегружается и кто-то может не дозвониться, а у кого-то прервется связь.

Сеть Wi-Fi

Сеть Wi-Fi

Вообще принцип разворачивания Wi-Fi довольно схож с сотовой сетью. В роли базовых станций выступают точки доступа. Если их настроить соответствующим образом, то они будут поддерживать связь друг с другом, делая возможным обмен информацией между компьютерами, подключенными к любой из них. Если такой настройки не делать, то программа управления картой Wi-Fi предоставит возможность подключиться к одной из доступных сетей.

Но чтобы подключиться к Wi-Fi сети иногда необходимо знать пароль, либо ключ доступа к ней. Все-таки через сеть могут передаваться весьма важные данные, вроде паролей доступа к денежным учетными записям различных сервисов, а радиопередачу перехватить куда проще, чем обычный обмен информацией по проводам. Для этого было внедрены несколько стандартов шифрования.

Первый из них, WEP (Wired Equivalent Privacy), принятый в 2001 году, продержался совсем недолго. Он считается довольно слабой защитой от несанкционированного проникновения. Сегодня запросто можно найти программу, способную за короткое время взломать ключ, после чего станет возможно отслеживать все пакеты в сети.

В середине 2003 года на смену WEP был предложен новый алгоритм шифрования WPA (Wi-Fi Protected Access). Он базировался на черновом стандарте 802.11i. Позже последний был принят в июне 2004 года. При этом в качестве основного способа защиты он предлагал более совершенный алгоритм WPA2. Его взломать уже куда сложнее, поэтому настоятельно рекомендуется его использование. Конечно, прогресс не стоит на месте и уже предложены еще более совершенные возможности защиты, которые в будущем будут приняты в качестве стандартов. Один из таких — 802.11w.

Немного о необходимости защиты данных. Сегодня довольно часто точка доступа устанавливается в квартире для объединения в сеть всех локальных компьютеров (да и КПК с сотовыми телефонами, если они поддерживают Wi-Fi). При этом если вы обмениваетесь только фильмами, музыкой и тому подобной информацией, то большой ценности ваша сеть не представляет. Тем не менее, ничто не помешает соседу за стенкой подключиться своим ноутбуком к вашей сети, особенно если она не защищена. К тому же в подобной сети нет нужды боятся всех и вся, поэтому вы можете открыть в полный свободный доступ те или иные разделы жестких дисков. Конечно, ничего кроме последней комедии и боевика там может не лежать, но всегда найдется желающие напакостить. Все равно не приятно, если только что скопированный фильм будет удален до просмотра.

А вот другая ситуация. У вас дома Интернет подключен через ADSL-модем. Если у вас несколько компьютеров, либо один ноутбук для удобства модем может быть оснащен Wi-Fi точкой доступа. Согласитесь, удобно сидеть из любой точки квартиры в Сети. Если же должным образом Wi-Fi не защитить, то к вашему Интернету может получить доступ кто угодно. Теоретически даже с улицы можно, присев под окном на лавочке. Хорошо если у вас нелимитированный канал — вы просто почувствуете снижение скорости. А если трафик? Можно влететь на всю сумму, что лежит на счету. Так что защита локальной беспроводной сети имеет огромное значение. Причем не обязательно ограничиваться только WPA(2)-шифрованием. Если компьютеров всегда статическое число, каждому можно создать отдельный аккаунт, а заодно сделать идентификацию по MAC-адресу сетевой карты.

Ну и о стандартах Wi-Fi. Всего нам удалось узнать о 28 стандартах. Но только шесть из них описывают непосредственно скорость обмена данными, дальность действия и рабочую частоту:

Самая первая версия Wi-Fi мягко говоря не впечатляет. Хоть она и была принята раньше Bluetooth, она даже не дотягивает до современного Bluetooth 2.0+EDR. А ведь изначально стандарт разрабатывался как беспроводный аналог проводных локальных сетей, где могут передаваться огромные объем данных. 802.11a/b предоставили куда лучшие возможности, особенно 802.11a. Но частота 5.0 ГГц не везде разрешена, поэтому он и не получил широкого распространения. Именно поэтому и был разработан 802.11g, обеспечивающий аналогичную скорость, а также и способность работы на частоте 2.4 ГГц.

С прошлого года на рынке стали появляться точки доступа и сетевые карты с поддержкой 802.11n. Как видно по таблице, он работает в несколько раз быстрее 802.11g. Тем не менее, до сих пор этот стандарт обозначен как черновой. Судя по имеющимся данным он будет принят не ранее чем в следующем году. Но вероятнее всего все современные устройства на основе 802.11n draft будут совместимы с финальной спецификацией после обновления прошивки.

Стандарт 802.11y представляет собой аналог 802.11g способный работать на значительно большем расстоянии (до 5 км на открытом пространстве). Именно с этой целью он и был создан. Чтобы достигнуть таких показателей пришлось использовать более высокочастотные волны из диапазона 3.7 ГГц.

Теперь перечислим все остальные стандарта из семейства 802.11. Под него были зарезервированы все символы латинского алфавита:

Как видим, расти Wi-Fi еще есть куда. Не исключено, что скорость данной технологии в будущем еще больше увеличится. Кроме того сегодня не малое внимание уделяется внедрению поддержки этого стандарта во все устройства. Уже не редки коммуникаторы и мобильные телефоны с Wi-Fi. Оно и не удивительно, точки доступа есть во многих современных городах. А Интернет через них может быть куда более быстрым, чем через сети WWAN (EDGE/GPRS, UMTS/WCDMA, HSDPA). Впрочем, именно для Интернета придумана еще одна весьма перспективная технология: WiMAX.

WiMAX

Завершает наш список стандарт WiMAX. Его главное отличие от всех предыдущих заключается в радиусе действия. В зависимости от используемых передатчиков сигнал может приниматься на расстоянии до 50 км от источника. Тут уже идет речь об аналоге сотовой связи, а не просто об "еще одной беспроводной локальной сети".

Логотип WiMAX

WiMAX предназначен не совсем для разворачивания сети в рамках квартиры, дома или района, хотя может быть использован и для этого. Одна из главных его целей — обеспечить высокоскоростной доступ к сети Интернет как особо отдаленных населенных пунктов, так и отдельных районов города.

Это не совсем альтернатива сотовой связи, поскольку предоставляет несколько иные возможности и ориентирована больше не компьютеры. Скорее это промежуточный вариант между стандартами сотовой связи последних поколений (UMTS, HSDPA) и беспроводными локальными сетями. WiMAX обеспечивает радиус больший, чем Wi-Fi, но средняя скорость передачи данных будет ниже. В то же время сотовая связь развернута на куда большее расстояние и более помехоустойчива, зато скорость передачи данных в ней ниже.

Тем не менее, WiMAX называют конкурентом сотовым сетям четвертого поколения. Мы склонны полагать, что это не далеко от истины, но лишь отчасти. Все же WiMAX рассчитан прежде всего на компьютеры, а только потом на коммуникаторы и мобильные телефоны. Но это мы начинаем углубляться в особенности работы этого стандарта. Для начала немного истории.

За разработку спецификаций WiMAX отвечает организация WiMAX Forum, сформированная в 2001 году. Само название WiMAX является аббревиатурой от Worldwide Interoperability for Microwave Access или "Всемирное объединение сетей для микроволнового доступа". В декабря 2001 года были представлены финальные спецификации WiMAX, ратифицированные как стандарт 802.16-2001. В 2004 году был принят стандарт 802.16-2004 известный также как 802.16d, описывающий возможность организации WiMAX внутри помещений. Наконец самая последняя версия стандарта была принята в 2005 году и получила индекс 802.16-2005, но также неофициально именуется как 802.16e.

Теперь о принципах работы. Внутри WiMAX реализован протокол IP, позволяющий ему просто интегрироваться с современными сетями. Так данная технология может стать отличным дополнением к Wi-Fi. Но в отличие от последней WiMAX обеспечивает более устойчивое соединение. Например, соединение с Wi-Fi точкой доступа при значительном удалении может быть неустойчивым, если поблизости окажется другая точка. В случае WiMAX одному подключению выделяется отдельный слот, который более никто не может использовать. И при вашем перемещении за его активность будут отвечать различные базовые станции WiMAX.

Да, WiMAX также строится на основе базовых станций. В зависимости от задач они могут быть достаточно небольшими (например, для помещений), так и устанавливаться на отдельные вышки, чтобы передавать данные на большое расстояние. Изначально для WiMAX был отведен диапазон частот 10-66 ГГц, но позже добавилась поддержка более низких частот 2-11 ГГц.

Сеть WiMAX

Зачем всем это надо? Диапазон 10-66 ГГц хорош для постоянной передачи на больших скоростях. Так пиковая скорость передачи может составить 120 Мбит/с и это на расстоянии десятков километров. Отличный вариант для подключения небольшого населенного пункта. Но поскольку сверхвысокие частоты требуют прямой видимости для обычного города они подходят не так хорошо. Так с ноутбука или мобильного телефона подключиться к сети будет несколько проблематично. Для них куда лучше подходит диапазон 2-11 ГГц.

В связи с этим выделяют четыре режима работы WiMAX:

  • Fixed WiMAX. Использует высокочастотный диапазон 10-66 ГГц, предназначенный для объединения удаленных объектов, находящихся в пределах прямой видимости;
  • Nomadic WiMAX. По сути тот же Fixed WiMAX, но с поддержкой сессий. Так подключившись к одной вышке создается сессия. Если вы выйдете за пределы ее досягаемости, но окажетесь в зоне действия другой, то ваша сессия может быть передана. При этом соединение никак не пострадает;
  • Portable WiMAX. Позволяет автоматически переключать сессии от одной базовой станции к другой. Использует более низкий частотный диапазон, позволяющий перемещаться со скоростью до 40 км/ч;
  • Mobile WiMAX. Данная версия стандарта была принята самой последней в качестве дополнения 802.16-2005. Позволяет принимать сигнал на скорости до 120 км/ч. Отлично подходит для мобильных устройств.

Как видите, охвачены все категории: от спальных районов больших городов, а также их офисов, до удаленных населенных пунктов и перемещающихся между ними людьми с ноутбуками, КПК, мобильными телефонами. Если он получит широкое распространение, то действительно сможет стать серьезным конкурентом разрабатываемым сегодня сотовым сетям четвертого поколения. Конечно, последние пока что обещают скорости вплоть до нескольких гигабит, но вторая версия стандартов WiMAX также поднимет планку до 100 Мбит/с в случае мобильного режима и до 1 Гбит/с в фиксированном режиме.

Впрочем, WiMAX толком еще нигде не внедрился. Развернуты десятки пробных сетей по всему миру, включая Россию и Украину. Причем в своем большинстве пока это Fixed WiMAX. Впрочем, Южная Корея в тестовом режиме развернула сеть WiBro, являющейся по сути переименованным Mobile WiMAX. Она обеспечивает соединение на скорости до 30-50 Мбит/с в радиусе до 5 км. Скорость движения при этом может составлять до 120 км/ч. Для сравнения — обычная сотовая связь работает на скоростях до 250 км/ч.

Также пока еще в продаже мало устройств как для разворачивания, так и для использования WiMAX. Последние должны быть представлены с пятым поколением мобильной платформы Intel Centrino в середине 2008 года. Надеемся, что это сможет послужить похожим толчком для рынка, каким в свое время стала первая Intel Centrino для Wi-Fi.

Завершаемся

Итого что мы видим? Беспроводные сети опоясывают своими невидимыми "нитями" весь мир. Им не мешают ни границы, не суша не вода, ни строения, а еще лучше было бы побольше энергии и побольше открытого пространства. И чем больше всего этого будет, тем ближе наше с вами светлое будущее. Будущее, где все будет объединено в единую сеть между не только всеми возможными телефонами, компьютерами, кофеварками, чайниками, плитами, холодильниками и утюгами, но и всеми планетами солнечной системы, галактики, а также маленькой планетой K-PAX.

Если серьезно, то будущие перспективы очевидны. Миниатюрные устройства постепенно обретут возможность обмена данными при помощи стандарта Bluetooth (или его схожей замены). Расширится диапазон беспроводной гарнитуры при содействии Wibree, а включать свет в комнате с пульта позволит ZigBee.

Объединять периферию в рамках комнаты призван Wireless USB. Кстати, не так давно ему в помощь был призван Sony Transfer Jet. Скорости он обеспечивает такие же, только вот расстояние от источника может быть не более нескольких сантиметров. Свободы размещения девайсов не много, зато проводов не надо. Для домашнего кинотеатра предназначен WirelessHD. Интересная и перспективная технология, которая может со временем вытеснить современное проводное соединение.

На уровне квартиры или даже нескольких квартир, либо для объединения проводных локальных сетей между домами будет использоваться Wi-Fi. Он для этого создан и это удобнее. Куда дешевле установить маленькую точку доступа за $50-70 в квартире или в кафе (для посетителей), чем дорогостоящее WiMAX-оборудование. А ведь его еще и поставить и настроить придется правильно.

Что касается WiMAX, то этот стандарт хорошо подходит прежде всего для интернет-провайдеров. С его помощью они смогут довести луч света всемирной паутины в самые темные захолустья нашей планеты. Впрочем, пока еще неизвестно что нам предложит четвертое поколение сотовой связи. В любом случае выиграем мы — обычные обыватели маленькой планеты Земля, уже опоясанной проводами, от которых сейчас все стремительно избавляются.

В материале использовалась информация со следующих ресурсов:

  1. THG.
Содержание Одной страницей
Стр. 1. Вступление. Bluetooth
Стр. 2. Wibree
Стр. 3. UWB
Стр. 4. Wireless USB, WirelessHD
Стр. 5. Wi-Fi
Стр. 6. WiMAX. Заключение
Комментарии
Добавить комментарий

Введите имя:
Войти от:
или
Ваш комментарий:


Введите код:

E-mail (не обязательно)
Адрес электронной почты не предназначен к показу и будет использован только для уведомлений об ответах



Обзор Huawei Y5 (2017)
Интересный смартфон за свои деньги
19 августа 2017 /
Планшет в металлическом корпусе - Samsung Galaxy Tab S3
Планшет с хорошей камерой и отличной автономностью
5 августа 2017 /
5G-сеть: что это такое и когда запустят
Характеристики и возможности сотовых сетей пятого поколения
1 августа 2017 / 1
Смартфон с диагональю экрана 5,5" - Samsung Galaxy J7 (2017)
Отличный металлический смартфон от Samsung за разумные деньги
22 июля 2017 /
 
 
Samsung выкупила все процессоры Snapdragon 845
Де-факто они являются обновленными Core предыдущего поколения
Компания, как и ожидалось, назвала его в честь печенья Oreo
Файловая система станет фирменной особенностью Windows 10 for Workstation
Смартфон Samsung Galaxy A5 (2018) на базе Snapdragon 660 замечен в Geekbench
Разработкой игры занимается Relic Entertainment, подробностей нет
 
 

Опрос

Вы уже перешли на 64-битную ОС?
или оставить собственный вариант в комментариях





Статистика