Sieci radiowe Wireless LAN












   Sieci radiowe Wireless LAN






Po sukcesie telefonów komórkowych kwestią czasu było wprowadzenie sieci bezprzewodowych, opierających się na podobnych zasadach. I tak w 1997 roku organizacja IEEE ustanowiła normę 802.11 definiującą "radiowy ethernet" znany pod nazwą Wireless LAN (WLAN). Wykorzystuje on nie do końca (w Polsce) bezpłatne pasmo od 2400 do 2485MHz.
Sieć radiowa jest bardzo ciekawą alternatywą wszędzie tam, gdzie niemożliwe jest przeprowadzenie kabla pod ziemią lub zależy nam na zachowaniu charakteru np. zabytkowego budynku (nie każdy lubi garść kabli oplatających ściany). Swe zastosowanie znajdzie także w miejscach gdzie ważna jest swoboda poruszania się oraz łatwość dostępu do sieci. Niestety nie ma róży bez kolców. WLAN jest bardzo drogi (w porównaniu go do swych poprzedników) oraz stosunkowo wolny.
Ponadto moich informacji wynika iż aby kożystać z dobrodziejstw sieci radiowej należy wykupić w URT pozwolenie oraz płacić stosowny abonament. Wszelkich informacji na ten temat udziela Departament Zarządzania Zasobami Częstotliwości URT a w szczegulności Wydział Radiokomunikacji Stałej i Satelitarnej http://www.urt.gov.pl.




Zalety sieci WLAN

Jest prosta w montażu.
Łatwa diagnoza usterki.
Daje duże możliwości rozbudowy (modularność).
Nieograniczona swoboda poruszania się.
Nie wymaga okablowania.
Można ją (przynajmniej teoretycznie) połączyć z kablową siecią LAN.
Anteny kierunkowe pozwalają osiągnąć znaczny zasięg sieci.
Brak konieczności podłączania jakichkolwiek kabli podczas przyłączania stacji roboczej do sieci.



Wady sieci WLAN

Jest bardzo droga.
Jest bardzo wolna.
Na drodze sygnału nie powinno być żadnych przeszkód.
Rozwiązania różnych producentów rzadko kiedy są ze sobą kompatybilne.




Obecnie występują dwa standardy sieci WLAN:




Pierwszy z nich zgodny z normą IEEE 802.11 pozwala na osiągnięcie maksymalnej przepustowości 2Mb/s. Przy większych dystansach prędkość spada do 1Mb/s. Maksymalna odległość pomiędzy urządzeniami nadawczymi ściśle zależy od jakości podzespołów wyprodukowanych przez producenta. Ogólnie przyjmuje się wartość 30-60 m w pomieszczeniach zamkniętych i do kilku set metrów na otwartej przestrzeni przy komunikacji niezależnej. Przy użyciu HUB-ów AP promień pokrycia zwiększa się dwukrotnie.

Nowsza modyfikacja IEEE 802.11b zezwala na transmisję z prędkością 11Mb/s w promieniu 25m w pomieszczeniach zamkniętych. Przy większych odległościach (do 35m w pomieszczeniach zamkniętych) ze względu na ilość błędów transfer spada do 5Mb/s. Na otwartych przestrzeniach odległość nie powinna być większa niż odpowiednio 150 i 250m. Pozostałe parametry podobnie. Rozwiązanie to jest dostępne w Polsce dopiero od końca 2000r i charakteryzuje się horrendalną wręcz ceną.





   Struktura sieci WLAN





Cóż to jest ta sieć WLAN? Najprościej mówiąc jest to zespół urządzeń komunikujących się ze sobą drogą radiową za pomocą specjalnych adapterów nadawczo odbiorczych. Zasadniczo wyróżniamy trzy struktury sieci radiowych ze względu na ich organizację, oto one:

IBSS (Independet Basic Service Set) - sieć niezależna; w tym elementarnym przypadku do stworzenia sieci potrzebne są dwie rzeczy: komputer i radiowa karta sieciowa. Każda stacja nadawczo odbiorcza posiada ten sam priorytet i komunikuje się z innymi komputerami bezpośrednio, bez żadnych dodatkowych urządzeń aktywnych kierujących ruchem w LAN-ie. Po prostu wystarczy "wsadzić" do komputera kartę radiową, zainstalować sterowniki, i już możemy rozkoszować się niczym nie ograniczoną komunikacją z innymi komputerami (z danej podsieci) wyposażonymi w "radiówki". Nie wolno zapominać, iż maksymalna odległość między stacjami w tym przypadku wynosi od 30 do 60 metrów, oraz o ustawieniu we wszystkich urządzeniach tego samego identyfikatora domeny (Wireless domain ID), umożliwiającego komunikacje tylko z wybranymi maszynami, i zabezpieczającego przed nieautoryzowanym dostępem do naszej sieci WLAN.
Struktura sieci niezależnej
BSS (Basic Service Set) - sieć zależna; wyżej przedstawiona konfiguracja (IBSS) jest wystarczająca w przypadku małych, tymczasowych i niezorganizowanych sieci. Co jednak się stanie jeśli zapragniemy połączyć ją z kablową instalacją np. 10Base-T lub też zwiększyć zasięg poruszania się stacji roboczych? Tutaj konstruktorzy proponują urządzenie zwane HUB-em AP (Access Point, punkt dostępu, koncentrator radiowy różnie to zwą ale chodzi o to samo:)). Ów element spełnia funkcję bardzo podobną do huba stosowanego w sieciach UTP, mianowicie wzmacnia i regeneruje odebrany sygnał oraz kieruje ruchem w LAN-ie. Teraz wszystkie stacje robocze należące do danej podsieci (domeny radiowej) nie komunikują się już bezpośrednio ze sobą lecz za pośrednictwem owego koncentratora. Maksymalna ilość komputerów obsługiwanych jednocześnie przez AP jest ściśle określona przez producenta i oscyluje w granicach kilkudziesięciu urządzeń.
Takie rozwiązanie w istocie zwiększa zasięg sieci, niestety implikuje także spory spadek prędkości transmisji. Jest to związane ze wzrostem odległości pomiędzy jednostkami nadawczymi, występowaniem pośrednika w komunikacji (stacja najpierw dogaduje się z HUB-em później HUB z docelowym obiektem transmisji co w teorii dwukrotnie zwiększa czas potrzebny na wymianę danych), poza tym do spadku wydajności przyczynia się ogromna ilość danych dodatkowych, takich jak: synchronizacja czy mechanizm kontroli dostępu.

ESS (Extended Service Set) - sieć złożona; powstaje podczas połączenia ze sobą co najmniej dwóch podsieci BSS. Wystarczy zespolić ze sobą HUB-y AP tradycyjnym okablowaniem umożliwiając w ten sposób komunikację stacjom bezprzewodowym z tradycyjną siecią LAN oraz z jednostkami znajdującymi się w innych podsieciach radiowych. Jeśli przy okazji zapewnimy nakładanie się na siebie sygnałów z poszczególnych podsieci możliwe będzie poruszanie się komputerów po całej sieci ESS. Roaming umożliwia przekazywanie klientów kolejnym punktom dostępu, w ten sposób po wyjściu ze strefy zarządzanej przez jeden Access Point jesteśmy automatycznie przekazywani kolejnemu znajdującemu się akurat w zasięgu transmisji.
Do łączenia podsieci WLAN można użyć specjalnych anten dookólnych i kierunkowych oraz tzw. punktów rozszerzających. Dwa pierwsze służą do zespalania podsieci na większych odległościach nawet do 30km. Natomiast punkty rozszerzające są to najzwyklejsze w świecie HUB-y AP, różni je tylko możliwość komunikacji z innymi punktami dostępu bez konieczności stosowania okablowania.








   Co trzeba mieć







Radiowa karta sieciowa - Co tu dużo gadać, karta sieciowa jest podstawowym elementem każdej sieci, więc dlaczego miało by być inaczej i w tym przypadku. Do wyboru mamy trzy rodzaje interfejsów: ISA, PCI i PCMCIA. Każdy z nich ma swoje wady i zalety. Modele ze złączem ISA zazwyczaj pozwalają na własnoręczną konfiguracje parametrów działania adaptera oraz świetnie nadają się do starszych komputerów, w których każdy slot PCI jest na wagę złota.
Jeśli chodzi o karty PCI to są one zgodne ze standardem Plug&Pray co jest ważne dla początkujących użytkowników sprzętu, choć nie zawsze oznacza to bezproblemową instalację (ach ta Windoza). Ponadto należy mieć na względzie iż większość nowych płyt głównych prócz AGP posiada tylko i wyłącznie złącza PCI, więc jeśli ktoś zamierza "ubgardować" swoją konfigurację, rozsądniejszą alternatywą jest właśnie ten standard. Oczywiście przy tak niskich prędkościach rodzaj złącza nie ma wpływu na przepustowość. Notebook-owych kart PCMCIA chyba nie trzeba charakteryzować, można tylko napomknąć, iż często odznaczają się większą wydajnością od swych stacjonarnych odpowiedników.

Kolejną ważną sprawą jest kompatybilność adapterów (jeżeli można o takowej mówić). Otóż tak jak za dawnych czasów kablowe karty różnych producentów niezbyt się lubiły, tak i teraz nie należy się spodziewać aby sprzęt np. firmy Planet dogadywał się z podzespołami np. Micronet-u i na odwrót (to są oczywiście przykłady). Dochodzą tu także różne techniki komunikacji (warstwa fizyczna) choć by DSSS (rozpraszanie widma za pomocą sekwencji bezpośredniej) czy FHSS (rozpraszanie widma z przeskokiem częstotliwości). W sumie niezły kocioł, dlatego należy definitywnie kupować cały osprzęt tylko i wyłącznie jednego producenta (dot. także HUB-ów AP).



Dobra, mamy już ustalone dwie podstawowe sprawy: producenta i interfejs, pozostaje tylko dobór optymalnej prędkości adaptera. Do wyboru mamy wersję podstawową 1Mbit/s i (przy dobrych warunkach) 2Mbit/s oraz wersję B (super speed comfort standard:)) 5,5Mbit/s oraz 11Mbit/s. Oczywiście nie należy się spodziewać aby sprzęt działał z prędkością jaką chwali się w instrukcji producent, w praniu zazwyczaj wygląda to 2x gorzej. Upewnijcie się także czy do zestawu (w wypadku kart PCI i ISA) dostarczono odpowiednią antenkę, którą można umieścić na ścianie, biurku lub półce, co zapewnia najlepszy odbiór bez względu na lokalizację komputera.
Karty w wersji podstawowej kosztują w granicach 1700 złota a modeli w wersji 802.11b nie widziałem jeszcze w sklepach, więc nie mam pojęcia ile to może kosztować (jeśli ktoś widział to niech napisze).
Chyba nie muszę mówić, iż wszystkie urządzenia w sieci muszą komunikować się z tą samą prędkością. Stąd nie widzę powodu zakupu Hub-ów AP 11Mbit/s a kart sieciowych 2Mbit/s czy na odwrót.





Access Point - nie jest już urządzeniem niezbędnym, aczkolwiek w niektórych zastosowaniach okazuje się nieoceniony. W wypadku małych i tymczasowych sieci (mieszczących się w jednym pokoju) naprawdę nie ma sensu na siłę zaopatrywać się w takie oprzyrządowanie, ponieważ prowadzi to do spadku wydajności sieci a ponadto kosztuje co niemiara. Opłaca się je kupować w razie nie dostatecznej mocy sygnału samych kart radiowych lub większych i bardziej złożonych struktur typu ESS. Wybierając to urządzenie należy zwrócić uwagę na kilka spraw mianowicie zasięg (promień pokrycia), ilość stacji obsługiwanych jednocześnie, efektywną przepustowość, możliwość zastosowania w roli mostu (bridge) np. do łączenia z siecią 10Base-T. Wartości te należy skonfrontować z cenami i wybrać najodpowiedniejsze urządzenie. Jeśli chodzi o efektywną przepustowość oraz zasięg to lepiej nie opierać się na danych technicznych producenta lecz na testach innych niezależnych jednostek. Chodzi tu głównie o to do jakiej odległości (od HUB-a) będzie można przeprowadzić transmisję z maksymalną prędkością (11Mbit/s lub 2Mbit/s - w zależności od wyboru sprzętu) a kiedy spadnie ona do żenujących (choć nadal teoretycznych) 5,5 lub 1Mbit/s.
Punkty dostępu posiadają szereg dodatkowych funkcji którymi producenci mydlą oczy. Niestety tylko na niektóre z nich warto zwrócić uwagę. Bardzo fajną sprawą jest możliwość konfiguracji urządzeń oraz sprawdzenia stanu sieci z dowolnego komputera za pomocą przeglądarki WWW lub dedykowanego oprogramowania SNMP. Docenią ją wszyscy którzy próbowali wydawać komendy za pomocą Telnetu. Inna konkretna rzecz to możliwość zasilania HUB-ów poprzez sieć 10Base-T bez konieczności podłączania ich do gniazd zasilania. Wiele jest jednak tzw. "wodotrysków", które w praktyce nie używa się tak często a podnoszą nie małą już cenę. Za wersję 1/2Mbit/s przyjdzie Ci zapłacić ok. 3000zł i dożo więcej za wersję 5,5/11Mbit/s.
W sprzedaży są także dostępne tzw. punkty rozszeżające (extension point). W odróżnieniu od zwykłych AP potrafią komunikować się ze sobą drogą radiową, bez użycia okablowania. W ten sposób jeśli zaistnieje możliwość komunikacji (np. dużą hala) watro się zastanowić czy nie będą lepszym rozwiązaniam.









   Projektowanie sieci radiowych





Pierwszą sprawą jaką należy ustalić jest wybór topologii (IBSS, BSS czy ESS) oraz maksymalnej przepustowości sieci (IEEE 802.11 czy IEEE 802.11b) . Wybór ten implikuje rodzaj urządzeń niezbędnych do jej budowy oraz ich rozmieszczenie. W przypadku sieci IBSS nie ma się nad czym zastanawiać. Kupujemy odpowiednią ilość "radiówek" i instalujemy je w komputerach. Takie rozwiązanie zda egzamin w małych pomieszczeniach lub na otwartych przestrzeniach, w sytuacji gdzie zależy nam na szybkiej instalacji urządzeń a sieć ma mieć charakter okresowy. Oczywiście dla wzmocnienia sygnału można zastosować HUB AP zawieszony wysoko na ścianie co tylko nieznacznie utrudni sam proces instalacji - BSS. Niestety w niektórych przypadkach zasięg oferowany przez same adaptery sieciowe okaże się zbyt mały, sieć ma obejmować kilka pomieszczeń a nadal zależy nam na prostocie przyłączania kolejnych stacji do pajęczyny i na nieograniczonej mobilności. W takiej sytuacji w każdym pokoju instalujemy Access Pointy i łączymy je za pomocą np. skrętki tworząc w ten sposób strukturę ESS. Oczywiście bardzo podobnie można zespalać sieć radiową z kablową instalacją LAN, podnosząc wydajność sieci oraz jej funkcjonalność.

Przy projektowaniu sieci radiowych nie wolno zapominać o kilku niezmiernie istotnych sprawach bez których można zapomnieć o prawidłowym działaniu konstrukcji.

Na linii między nadawcą a odbiorą nie może być żadnych większych przeszkód co zapewni prawidłową transmisję.
Koncentratory AP należy instalować wysoko na ścianie lub pod sufitem co zwiększy ich zasięg.
W strukturze ESS "okręgi" wyznaczone przez zasięg AP powinny częściowo na siebie zachodzić zezwalając na prawidłowe przełączanie klientów pomiędzy podsieciami oraz nieprzerwaną komunikację.
Należy pamiętać iż aby sieć tworzyła spójną całość wszystkie urządzenia w sieci powinny należeć do tej samej domeny (Wireless domain ID).


Niestety nie da się tu rozłączyć procesu projektowania i montażu, ze względu na nieprzewidywalność "użytecznego" zasięgu komponentów. Przy planowaniu radzę wziąć pod uwagę kilka wariantów rozlokowania urządzeń i sprawdzić w jakiej konfiguracji wydajność sieci jest największa.






   Zastosowanie w sieciach amatorskich






Wiele osób może się zastanawiać po co właściwie opisuję sieć WLAN, skoro ze względu na cenę jest ona przewidziana dla komercyjnych rozwiązań. Pomimo to (tak jak w przypadku światłowodu) znajdzie swoje zastosowanie w dużych sieciach, a za kilka lat gdy technologia stanieje będzie jak znalazł dla domorosłych amatorów sieci.
Ale przejdźmy do konkretów. Wyobraźcie sobie sytuacje gdzie nie możliwe jest połączenie dwóch bloków za pomocą tradycyjnego okablowania (kłaniają się pozwolenia). Zabieg ten (w naszej teoretycznej sytuacji) diametralnie obniżył by koszta dostępu do Internetu a nawet zezwolił by na zwiększenie przepustowości łącza. W takim przypadku wystarczy w obu budynkach umieścić 2 serwery pełniące rolę mostu. W każdym z nich umieścić kartę radiową - łączącą 2 podsieci (bloki) i zwykłą siecówkę - do komunikacji z wewnętrzną siecią kablową.


Legenda

K
komputer


---
standardowe okablowanie


Radio
adapter WLAN


Kabel  
kablowa karta sieciowa




Nie zapomnijcie tylko o ustawieniu antenki od adaptera WLAN tuż przy oknie. Teraz wystarczy już zapuścić Linucha, NT lub WinRoute PRO w systemie Windows 9x i ustawić routing (wykorzystując możliwość łączenia sieci Ethernet o różnych warstwach dostępu do sieci). Nic nie stoi na przeszkodzie aby zastosować jeden z tych komputerów w roli bramki do Internetu. - Proste co


K
|
| { Serwer } - -- { Serwer }
K--HUB----{ } - -- - { }----K---K--K
| {Kabel Radio} - - - {Radio Kabel}
|
K
Fale
BLOK 1 radiowe BLOK 2

schemat dwóch podsieci połączonych radiowo
Oczywiście można by użyć w tym przypadku specjalnych anten kierunkowych lub punktów rozszerzających lecz ich koszt (odpowiednio kilkadzieścia i kilka tyś zł) przekracza możliwości nie tylko sieciowców amatorów ale także wielu przedsiębiorstw.