В России многие иностранные идеи и реализации получают неожиданное воплощение. Эта участь постигла и беспроводные радиосети. Не секрет, что они разрабатывались для офисных применений, но, как оказалось, на базе такого оборудования можно создавать очень неплохо работающие сети масштаба города.

Как правило, на начальном этапе строительства создаются несколько базовых станций с круговой диаграммой направленности, накрывающих всю территорию обслуживания. В дальнейшем, с увеличением числа пользователей, для снижения нагрузки на сеть разворачиваются дополнительные базовые станции и в идеальном случае сеть должна состоять из большого числа базовых станций с малым радиусом действия. В этом случае возникает проблема взаимных помех от соседних базовых станций, но радиооборудование позволяет решить эту проблему, о чем будет сказано ниже.

Топология радиосети - дело вкуса ее создателя, хотя главным критерием при выборе все же следует поставить минимизацию нагрузки на базовые станции, поскольку число пользователей, поддерживаемых радиомостами доподлинно неизвестно. Не понимать же буквально заявления компании Aironet, что их ARLAN поддерживает до 2048 устройств. На мой взгляд, радиомост способен без снижения пропускной способности поддерживать от 10 до 20 пользователей, хотя я буду весьма признателен за сведения о количестве реально работающих пользователей на одной точке доступа и получающейся при этом пропускной способности. В результате сеть является довольно сложной структурой, тем более, что до сих пор определение таких параметров радиоканала как, например, дальность и качество связи производилось на глазок или на собственном горьком опыте, что, безусловно, неприемлемо для построения, а главное эксплуатации сложной радиосети. А эти параметры можно рассчитывать. Это называется расчетом энергетики радиолинии. Если кто сомневается, то в Санкт-Петербурге для нужд фестиваля Microsoft97 по результатам расчетов была построена без применения усилителей радиотрасса Петербург - Репино общей протяженностью 32 км!

Простой расчет энергетики радиолинии производится следующим образом - суммируются (с учетом знака!) приведенные ниже параметры, выраженные в дБ:

1. (+) мощность передатчика (дБ/мВт);
2. (-) затухание в кабеле;
3. (-) потери на разъемах (1-2дБ);
4. (+) коэффициент усиления передающей антенны;
5. (-) затухание в радиотрассе;
6. (+) коэффициент усиления приемной антенны;
7. (-) затухание в кабеле;
8. (-) потери на разъемах (1-2дБ);
9. (+) чувствительность приемника (для ARLAN - 86дБ/мВт),

РИСУНОК 1.

Oбратите внимание, что чувствительность приемника в расчете берется со знаком плюс, хотя обычно указывается со знаком минус.

Мощность передатчика, выраженная в мВт, переводится в дБ/мВт по формуле:

Мощность передатчика (дБ/мВт) = 10Log 10 P, где
P мощность передатчика (мВт),
т.о. мощность ARLAN составляет 20 дБ/мВт.

Затухание в радиотрассе определяется по формуле:
Затухание в радиотрассе (дБ) = 92,45+20*Log 10 L+20*Log 10 F, где
L - длина радиотрассы (км),
F - частота передатчика (ГГц).

Получившаяся в результате суммирования величина должна быть больше +15 дБ (запас на погрешность коэффициента усиления антенн и помехи). В этом случае можно гарантировать радиосвязь хорошего качества. Если связи нет - значит, вы чего-то не заметили.

Но кроме удачного размещения базовых станций на местности и выбора оптимальной топологии сети, следует подумать о количестве радиочастот, используемых для организации каналов связи. Итак, нужны одна или две частоты на каналы межстанционной связи и некоторое количество частот на базовых станциях для подключения пользователей. Понятно, что одной частоты не хватит, иначе базовые станции будут мешать друг другу. В самом худшем варианте, когда плотность базовых станций велика, и они покрывают большую территорию, понадобятся четыре частоты. Таким образом, для эффективной работы сети необходимы 5 или 6 частот.

Особенностью России является обязательное лицензирование любых радиопередающих систем, а это, пожалуй, главный фактор, влияющий на выбор оптимального оборудования. По моему мнению, идеальное радиооборудование передачи данных для России должно удовлетворять следующим условиям:

• радиопередающая система должна быть узкополосной;
• желательно, чтобы частота лежала в диапазоне, где нет радиопередающих средств военного назначения (свыше 11ГГц);
• должна иметься возможность регулировки мощности и чувствительности передатчика;
• желательно наличие у абонента одного канала передачи данных с пропускной способностью 2 Мб/с и одного или двух синхронных каналов для передачи телефонного трафика.

А пока рассмотрим один вид широко распространенного у нас оборудования в свете его использования для построения радиосетей масштаба города.

Здесь мы рассмотрим некоторые особенности ARLAN-640 и ARLAN-630, т.к. только эти устройства подходят для построения базовых станций беспроводной сети.

Радиомост ARLAN-640 (далее - просто ARLAN) - широкополосный радиопередатчик мощностью 100 мВт. Широкополосный сигнал формируется по методу размытого спектра, используя 11-элементный код Баркера. Благодаря такому сигналу, ARLAN хорошо защищен от помех любой мощности, создаваемых узкополосными радиопередатчиками. С другой стороны, в непосредственной близости от узкополосного приемника, ARLAN выступает в роли великолепного широкополосного глушителя.

Для возможности организации нескольких сетей передачи данных на одной и той же частоте используется уникальный 3-байтный идентификатор сети, который добавляется к каждому передаваемому пакету данных. Мнение о том, что на основе идентификатора сети ARLAN формирует код Баркера ошибочно, т.к. для 11 элементов существует только одна единственная кодовая последовательность. В связи с этим нежелательно строить высокозагруженные радиосети в одном и том же частотном диапазоне, поскольку одновременная работа двух радиоканалов, различающихся только идентификаторами сети, с большими потоками данных приводит к снижению скорости передачи данных через радиоканал примерно в два раза. У моста имеется возможность генерировать идентификатор сети автоматически, но, кажется, генератор случайных чисел выполнен не самым лучшим образом, поскольку, при довольно большом количестве ARLAN-ов, велика вероятность того, что мост с автоматически выбранным идентификатором сети зацепится за какой-нибудь чужой мост, о существовании которого никто и не подозревал. Подобные прецеденты имели место в Петербурге.

Радиомост имеет возможность выбора частоты и скорости передачи данных в канале. ARLAN может работать в одном из пяти, частично перекрывающихся, диапазонов шириной 22МГц (центральные частоты - 2412, 2427, 2442, 2457 и 2465 МГц). Диапазоны 2412, 2442 и 2465 МГц не перекрываются между собой и, т.о. позволяют организовывать три независимых радиоканала передачи данных.

Эта возможность применительно к построению городских радиосетей позволяет строить сотовую структуру достаточно высокой плотности - что очень важно для развития радиосети (при увеличении числа пользователей и возрастании нагрузки на базовые станции).

РИСУНОК 2

Скорость передачи данных у мостов ARLAN - тема, заслуживающая отдельной статьи. Всего скоростей четыре - 354, 500, 1000 и 2000 Кб/с. Максимальная скорость указана, скорее всего, потому, что определяется стандартом. Реально, скорость передачи данных при установленных 2000 Кб/с колеблется около 1000 Кб/с (меньше в 2 раза!), а в очень редких случаях достигает 1200 Кб/с. То же наблюдается и на других скоростях, правда, разница между установленной и фактической скоростями с уменьшением скорости уменьшается.

При наличии широкополосных помех, с увеличением установленной скорости передачи падает фактическая скорость, что, скорее всего, связано с увеличением числа повторов и снижением надежности связи. Правда, это сказывается в основном, если в качестве источника помехи выступает другой ARLAN. Так, например, если сигнал помехообразующего ARLAN-а превосходит сигнал собственного, то наиболее надежная и быстрая передача данных возможна при скоростях 500 и 1000 Кб/с. В приведенном примере паразитный сигнал превосходил полезный в 1,5 - 2 раза. Значения скорости получены по результатам передачи тестовой информации с максимальной загрузкой канала, причем при скорости 1000 Кб/с распределение реальных скоростей передачи данных четко образует два максимума, поэтому графиков два.

РИСУНОК 3

Cчитается, что передача данных в радиоканале осуществляется по протоколу CDMA/CA (Code Division Multiple Access/Collision Avoid). От себя могу заметить только одно, представление о том, что ARLAN выдает определенный сигнал, свидетельствующий о незанятом канале, миф, на анализаторе спектра хорошо видно, что когда радиомосту передавать нечего, он молчит.

Одной из самых ценных функций для построения беспроводной сети, является наличие у радиомостов ARLAN таблицы регистрации подключений. Таблица регистрации служит для определения списка MAC-адресов (Ethernet-адресов), с которыми работает радиомост. Таблица может содержать до 2048 записей - вот они 2048 устройств, которые поддерживает мост! Возможно автоматическое обновление таблицы самим устройством, в этом случае мост сам заносит в таблицу все адреса, обнаруженные им в сети (как в кабельном, так и в беспроводном сегментах). В случае автоматического обновления адресов, таблица регистрации позволяет вводить вручную адреса, которые игнорируются радиомостом независимо от того, в каком сегменте, кабельном или беспроводном, они находятся (аналог черного списка). При добавлении адресов вручную, есть возможность полностью контролировать все подключения к радиосети.

Оба устройства (ARLAN-640 и ARLAN-630) поддерживают фильтрацию протоколов и фильтрацию пакетов по группам MAC-адресов, но только ARLAN-640 поддерживает фильтрацию пакетов по MAC-адресам источника и приемника.

Система фильтрации пакетов по сетевым адресам ARLAN-640, поддерживает фильтры четырех типов:

• фильтр широковещательных пакетов. Мост может пропускать в радиосегмент все пакеты, не пропускать широковещательные пакеты вообще, пропускать пакеты, но передавать их только подчиненным радиомостам и пропускать пакеты, но передавать их только подчиненным радиомостам и стационарным компьютерам с радиокартами (т.е. игнорируются PCMCIA-радиокарты);
• фильтр пакетов по адресу назначения, полученных из кабельного сегмента. Мост может либо пропускать, либо не пропускать пакеты;
• фильтр пакетов по адресу назначения, полученных из радиосегмента. Мост может либо пропускать, либо не пропускать пакеты;
• фильтр пакетов по адресу отправителя. Мост может пропускать пакеты, не пропускать пакеты и пропускать пакеты в соответствии с настройками фильтра широковещательных пакетов.

Для каждого из фильтров существуют настройки по умолчанию, когда адреса отправителя или назначения отсутствуют в таблице регистрации.

По наблюдениям, качество работы фильтрации полностью зависит от версии программного обеспечения моста. На мой взгляд, из всех версий вплоть до 4.1 наилучшим образом фильтрация реализована в версии 3.3S. С использованием программного обеспечения именно этой версии, рабочей станции из беспроводного сегмента удавалось работать только с некоторыми компьютерами из сегмента кабельного.

Пожалуй, это все основные качества ARLAN, определяющие возможность построения на их основе беспроводной сети. Довершает этот букет наличие протоколов Spanning Tree и возможность удаленного управления по Telnet и SNMP, а в последней версии программного обеспечения и по HTTP.

О жизнеспособности систем на основе ARLAN говорит успешная эксплуатация таких сетей, например, в Москве. Подробнее о беспроводных сетях и радиооборудовании можно узнать, связавшись с автором по телефонам 232-0481 и 232-1189 или по электронной почте: yura@ramax.spb.ru. Юрий Громов, инженер RAMAX International