Беспроводные локальные сети
Беспроводная локальная сеть ( WLAN ) — локальная сеть, в которой соединения между сетевыми устройствами выполнялись без использования проводов. Термин Wi-Fi (хотя первоначально это было название только одного продукта, использующего определенный стандарт WLAN) используется в качестве синонима для термина WLAN.
Характеристики
Эти типы сетей чаще всего создаются с использованием микроволн в качестве среды передачи сигнала, а также с использованием инфракрасного излучения . Они разработаны на основе стандарта IEEE 802.11 , который описывает физический и MAC- уровни.
Для связи через микроволны используется диапазон 2,4 ГГц [в стандартах: 802.11, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.15.1 (bluetooth)] или 5 ГГц (в стандартах 802.11a, 802.11n, 802.11 переменный ток). В Европе полоса 2,4 ГГц разделена на 13 каналов в диапазоне 2400–2483,5 МГц с шагом 5 МГц (центральная частота первого канала составляет 2412 МГц). Однако полоса пропускания, занимаемая одной сетью, составляет около 20 МГц, поэтому на практике только три сети могут работать без взаимных помех, поскольку каналы перекрываются. Каждый канал имеет свою собственную несущую частоту , которая модулируется при передаче информации.
Скорость передачи данных зависит от используемого стандарта и расстояния между используемыми устройствами и обычно составляет 11 (802.11b) или 54, 108 (802.11a / g) Мбит / с .
Вся инфраструктура беспроводных сетей состоит из следующих элементов:
сетевые карты — обычно PCI , USB или PCMCIA
точки доступа
антенна
кабели, разъемы, адаптеры , антенные разветвители , терминаторы
Безопасность
WEP-шифрование использовалось как стандартная защита данных в беспроводных сетях. Длина ключа от 40 до 104 бит замедляет передачу. Пользователь должен знать пароль, на основании которого будет сгенерирован ключ. Без ключа пользователь не сможет подключиться к беспроводной сети.
Из-за известных недостатков WEP-шифрования в настоящее время используется WPA или WPA2 .
Совместимость с беспроводными и проводными сетями
Кабельные и беспроводные сети могут использоваться вместе (например, две кабельные сети, подключенные по беспроводной сети, компьютер, подключенный по беспроводной сети к проводной сети или наоборот). Это возможно благодаря внешним беспроводным сетевым картам, подключенным к разъему RJ-45 (их можно подключить к любому устройству, а не только компьютеру), беспроводному маршрутизатору с разъемами RJ-45 и т.д.
Преимущества
мобильность — терминалы могут перемещаться
простая установка — нет необходимости прокладывать кабели
гибкость — простое добавление новых терминалов
дальность действия — от нескольких метров (в зданиях) до нескольких десятков километров
быстрое расширение и модификация структуры сети
Недостатки.
частая несовместимость решений разных производителей
более низкий уровень безопасности, чем у проводных решений
низкая скорость передачи данных до времени стандарта 802.11n
помехи в сети
меньшая стабильность соединения
Места все более распространенных установок беспроводной сети:
транспорт — обмен информацией при перевозке грузов, перемещении товаров, обновлении дорожных знаков и т. д.
торговля — быстрые изменения в организации интерьера
здравоохранение — возможность для врачей и персонала получать быстрый доступ к данным пациента и пользоваться консультациями, а также удаленное использование медицинского оборудования с компьютерным управлением
финансовые услуги — простая организация банковских услуг и коммерческих операций
образование — наличие университетских компьютеров из разных точек университета
производство — возможность удаленно контролировать работу роботов
Топология беспроводной сети
Беспроводные локальные сети — это решение для использования в домах и небольших офисах, где необходимо подключить компьютеры, принтеры, мультимедийные устройства, игровые приставки и модемы. Беспроводные устройства устраняют необходимость в проводке.
В настоящее время среди беспроводных сетей мы можем выделить два основных типа топологии, а именно:
Топология звезды
Наиболее широко используемой топологией (в беспроводных сетях) сегодня является топология типа «звезда». Для связи используется одна центральная база (точка доступа). Информационный пакет отправляется с сетевого узла и принимается на центральной станции и направляется через него на соответствующий узел. Сети, построенные в этой топологии, имеют большой потенциал и эффективны. Использование точки доступа увеличивает максимальное расстояние между станциями (компьютерами), а также позволяет подключать проводную локальную сеть к беспроводной локальной сети. Сеть, построенная на основе этой топологии, может быть расширена практически по желанию путем подключения большего количества точек доступа.
Топология решетки
Топология «решетки» отличается от топологии «звезда» и представляет немного другой тип архитектуры сети. В ячеистых сетях отдельные узлы (точки доступа) не связываются с другими узлами через центральные точки переключения, а обмениваются данными с ними напрямую или через другие узлы, которые являются частью сетки. Коммутируемые сети устанавливать не нужно, поскольку решения для точек доступа принимаются самими точками доступа с помощью специального программного обеспечения. Протоколы играют центральную роль в ячеистых сетях, которые автоматически обнаруживают узлы и определяют топологию всей среды.
Сетевые ЛВС чаще всего основаны на технологии 802.11 (a, b или g), но они также могут использовать любую радиотехнологию, такую как UltraWideband или 802.15.4. Важно, чтобы в этой ситуации протоколы не поглощали слишком большую пропускную способность сети (не более 2 процентов). Все задачи, связанные с определением топологии и выбором пути, выполняются в фоновом режиме, и каждый узел создает свой собственный список, который содержит смежные узлы и другую информацию, необходимую для отправки пакетов. Если конфигурация сети изменяется, то есть прибывает новый узел или «выпадает» существующий узел из топологии, список автоматически изменяется, всегда отражая текущее состояние сети. Преимущество ячеистых сетей состоит в том, что их можно быстро и легко расширять. Просто добавьте больше узлов, а остальные автоматически выполняются специальными программами, расположенными в точках доступа.
Типы беспроводных сетей
Режим Ad-hoc (также называемый IBSS — независимый базовый набор услуг ) — в этом случае все сетевые устройства обмениваются данными друг с другом напрямую (если это позволяет диапазон радиосвязи) — не использует точки доступа.
Режим инфраструктуры (также называемый стационарным) — использует точки доступа (AP); все устройства обмениваются данными только с точкой доступа, которая действует как шлюз (для проводной сети) и обеспечивает связь между устройствами беспроводной сети.
Признание патента для WLAN
2 апреля 2012 года австралийское правительственное исследовательское агентство CSIRO выиграло патентную заявку в США на патент на WLAN
Беспроводные локальные сети
Беспроводные соединения окружают нас повсюду. Это и пульт от телевизора, и сотовый телефон, и разумеется, персональный компьютер, подключенный к беспроводному интернету. Небольшой маршрутизатор с беспроводной точкой доступа сегодня становится обычным делом дома, не говоря уже о небольшом офисе. И, тем не менее, подавляющее большинство пользователей не имеют представления о базовых принципах работы данных устройств, об их возможностях и способах использования. Именно этими аспектами я и хотел бы поделиться в данной статье.
Беспроводные технологии – классификация беспроводных сетей
Прежде всего, давайте определимся с названиями и стандартами, дабы мы с вами говорили на одном языке.
Итак, взаимодействие беспроводных устройств регламентируется целым рядом стандартов. В них указывается спектр радиочастотного диапазона, скорость передачи данных, способ передачи данных и прочая информация. Главным разработчиком технических стандартов беспроводной связи является организация IEEE.
Стандарт IEEE 802.11 регламентирует работу беспроводных устройств в сетях WLAN (Wireless LAN). На сегодняшний день действуют следующие поправки — 802.11a, 802.11b, 802.11g и 802.11n. Все эти технологии отнесены к категории Wi-Fi (Wireless Fidelity).
- использует радиочастотный спектр 5 ГГц;
- несовместим со спектром 2.4 ГГц, т.е. устройствами 802.11 b/g/n;
- радиус действия – приблизительно 33% от 802.11 b/g;
- сравнительно дорог в реализации по сравнению с другими технологиями;
- оборудование, отвечающее стандарту 802.11a, становится все более редким.
- первая технология 2.4 ГГц;
- максимальная скорость передачи данных 11 Мбит/с;
- радиус действия – приблизительно 46 м в помещении и 96 м на открытом воздухе.
- семейство технологий 2.4 ГГц;
- максимальная скорость передачи данных повышена до 54 Мбит/с;
- радиус действия – такой же, как у 802.11b;
- имеется обратная совместимость с 802.11b.
- новейший стандарт;
- технологии 2.4 ГГц (в проекте стандарта предусмотрена поддержка 5 ГГц);
- увеличенный радиус действия и пропускная способность;
- обратная совместимость с существующим оборудованием 802.11g и 802.11b.
Идентификатор SSID сообщает беспроводным устройствам, к какой беспроводной сети они принадлежат и с какими устройствами они взаимодействуют. Соответственно, если несколько беспроводных устройств (компьютеров) подключаются к одной точке доступа – они образуют локальную беспроводную сеть.
Идентификатор SSID представляет собой алфавитно-цифровую строку, воспринимаемую с учетом регистра, длиной до 32 символов. Этот идентификатор пересылается в заголовке всех пакетов данных, передаваемых по локальной беспроводной сети.
- Сеть ad-hoc (читается эд-хок) это наиболее простая беспроводная сеть, которая создается посредством объединения двух или более беспроводных клиентов без наличия точки доступа. Все клиенты внутри сети ad-hoc равноправны и позволяет организовать обмен файлами и информацией между устройствами без затрат и сложностей, связанных с приобретением и настройкой точки доступа.
- Инфраструктурная сеть – обладает точкой доступа, управляющей обменом данных в пределах беспроводной соты (зоны покрытия). Точка доступа определяет, какие узлы и в какое время могут устанавливать связь. Такой режим работы сети наиболее популярен. При такой форме организации беспроводных сетей отдельные беспроводные устройства не могут взаимодействовать между собой напрямую. Чтобы эти устройства могли взаимодействовать между собой, им необходимо разрешение от точки доступа. Точка доступа управляет всеми взаимодействиями и обеспечивает равный доступ к сети всем устройствам.
Базовая настройка точки доступа
Давайте попробуем настроить точку доступа. Я приведу пример настройки интегрированного маршрутизатора (именно так называется та коробочка, которая совмещает в себе маршрутизатор, коммутатор и беспроводную точку доступа) D-Link DGL-4500. Поскольку веб-интерфейс взаимодействия с маршрутизатором очень похож у различных моделей различных производителей, вы без труда сможете проделать те же операции со своим устройством.
В моем случае настройки беспроводного соединения выглядят следующим образом:
- Enable Wireless – включает и выключает точку доступа. Нас, разумеется, интересует состояние «вкл».
- Wireless Network Name (Also called SSID) – идентификатор беспроводной сети, или иными словами, её имя. Идентификатор SSID является отличительным признаком каждой беспроводной локальной сети, и все устройства, участвующие в одной сети, должны использовать единый идентификатор SSID.
- 802.11 Band – эта настройка не присутствует в большинстве маршрутизаторов и отвечает частоту используемого радиочастотного спектра. Оставим значение по умолчанию – 2.4 ГГц.
- 802.11 Mode – здесь стоит заострить внимание. Большинство точек доступа для домашнего использования поддерживают различные стандарты. Это, в основном, стандарты 802.11b, 802.11g и 802.11n. Хотя все они используют диапазон частот 2.4 ГГц, в каждом из них применяется своя технология достижения максимальной пропускной способности. Поэтому выбор 802.11 Mode в точке доступа зависит от типа подключенного беспроводного устройства. Если к точке доступа подключен только один тип устройств, выберите 802.11 Mode, поддерживающий данное устройство. Если подключено несколько типов беспроводных устройств, следует выбрать смешанный режим, но помните, что производительность сети снизится из-за повышенной нагрузки на поддержку нескольких 802.11 Mode. О типе стандарта беспроводной связи в каждом устройстве можно узнать в руководстве пользователя.
- Wireless Channel – если бы все точки доступа работали на единой частоте, то окажись в единой зоне покрытия, они стали бы серьезной помехой друг на друга, так же как мешаю две радиостанции на соседних частотах. Для решения этой проблемы, были созданы 11 каналов беспроводной связи – каждому каналу своя частота (все они близки к 2.4ГГц или 5ГГц в зависимости от используемого типа соединения). Канал для точки доступа выбирается с учетом прилегающих беспроводных сетей. Для достижения оптимальной работы соседних точек доступа следует пропускной способности необходимо выбирать в каждой из них каналы с разницей как минимум в 6 каналов (например, в одной 1й канал, во второй 7ой и выше). Во всех точках доступа предусмотрена возможность ручной настройки канала. В моей точке доступа также предусмотрена возможность автоматического поиска наименее загруженных каналов (настройка Enable Auto Channel Scan).
- Transmission Rate и Channel Width – эти настройки также не присутствует в большинстве маршрутизаторов и отвечают за скорость передачи данных. Оставим в них значения по умолчанию.
- Visibility Status – для быстрого обнаружения беспроводной сети клиентами, точка доступа каждые несколько секунд рассылает идентификатор сети SSID. Функцию рассылки SSID можно отключить, если установить Visibility Status в положение «invisible». В таком случает, идентификатор SSID не будет выдаваться в эфир, то его необходимо будет вручную настроить на беспроводных клиентах, поэтому невидимость сети может служить дополнительной мерой безопасности для пресечения нежелательных подключений. Это может быть полезным, в случае, если необходимо скрыть сеть (она просто не будет показываться в результатах поиска доступных сетей на клиентских устройствах).
Обеспечение безопасности беспроводной локальной сети
Одним из главных преимуществ беспроводных сетей является удобство в подключении устройств. Обратной стороной медали является уязвимость сети для перехвата информации и атак со стороны злоумышленников – взломщику не требуется физического подключения к вашему компьютеру или к любому другому устройству для получения доступа в вашу сеть; он может настраиваться на сигналы вашей беспроводной, сети точно так же, как на волну радиостанции.
Взломщик может получить доступ в вашу сеть из любой точки в пределах действия беспроводной связи. Получив доступ к вашей сети, злоумышленники смогут бесплатно воспользоваться вашими интернет-услугами, а также получить доступ к компьютерам в сети и повредить файлы, либо украсть персональную или конфиденциальную информацию. Разумеется, сказанное не относится к кафе, аэропортам и других заведениях, где специально устанавливается точка доступа лишенная какой-либо защиты, для того чтобы ей могли пользоваться все желающие.
Для защиты от упомянутых уязвимостей беспроводной связи необходимы специальные функции обеспечения безопасности и методы защиты от внешних атак. Для этого достаточно выполнить несколько несложных операций в процессе исходной настройки точки доступа.
Как было сказано, один из простейших способов ограничить доступ в беспроводную сеть – отключить рассылку идентификатора SSID.
В качестве дополнительной меры защиты настоятельно рекомендуется изменить настройки, заданные по умолчанию, так как интегрированные маршрутизаторы поставляются с предварительно настроенными SSID, паролями и IP-адресами. Используя настройки по умолчанию, злоумышленник сможет легко идентифицировать сеть и получить доступ.
Даже если рассылка SSID отключена, существует вероятность проникновения в сеть, если злоумышленнику стал известен SSID, заданный по умолчанию. Если не изменить другие настройки по умолчанию, а именно пароли и IP-адреса, то взломщики могут проникнуть в точку доступа и внести изменения в ее конфигурацию. Настройки, заданные по умолчанию, должны быть изменены на более безопасные и уникальные.
Эти изменения сами по себе еще не гарантируют безопасности вашей сети. Например, SSID передаются открытым текстом, без шифрования данных. Но сегодня имеются устройства для перехвата беспроводных сигналов и чтения сообщений, составленных открытым текстом. Даже если функция рассылки SSID отключена и значения по умолчанию изменены, взломщики могут узнать имя беспроводной сети с помощью таких устройств, так как идентификатор пересылается в заголовке всех пакетов данных, передаваемых по локальной беспроводной сети. Используя эту информацию, они смогут подключиться к сети. Для обеспечения безопасности беспроводной локальной сети следует использовать комбинацию из нескольких методов защиты.
Один из способов ограничения доступа в беспроводную сеть – фильтрация по MAC-адресам:
- Открытая аутентификация – это установка аутентификации по умолчанию, при которой всем устройствам разрешено устанавливать соединения независимо от их типа и принадлежности. Открытая аутентификация должна использоваться только в общедоступных беспроводных сетях, например, в школах и интернет-кафе (ресторанах).
- Предварительно согласованный ключ (PSK) – в данном режиме точка доступа и клиент должны использовать общий ключ или кодовое слово. Точка доступа отправляет клиенту случайную строку байтов. Клиент принимает эту строку, шифрует ее, используя ключ, и отправляет ее обратно в точку доступа. Точка доступа получает зашифрованную строку и для ее расшифровки использует свой ключ. Если расшифрованная строка, принятая от клиента, совпадает с исходной строкой, отправленной клиенту, то клиенту дается разрешение установить соединение. Как видно, в этой технологии выполняется односторонняя аутентификация, т.е. точка доступа проверяет реквизиты подключаемого узла. PSK не подразумевает проверки устройством подлинности точки доступа, а также не проверяет подлинности пользователя, подключающегося к точке доступа.
- Расширяемый протокол аутентификации (EAP) – обеспечивает взаимную или двухстороннюю аутентификацию, а также аутентификацию каждого конкретного пользователя. Если на стороне клиента установлено программное обеспечение EAP, клиент взаимодействует с внутренним сервером аутентификации, таким как служба удаленной аутентификации пользователей с коммутируемым доступом (RADIUS). Этот внутренний сервер работает независимо от точки доступа и ведет базу данных пользователей, имеющих разрешение на доступ в сеть. При применении EAP пользователь должен предъявить имя и пароль, которые затем проверяются по базе данных сервера RADIUS. Если предъявленные учетные данные являются допустимыми, пользователь рассматривается как прошедший аутентификацию.
- Протокол обеспечения конфиденциальности, сопоставимой с проводными сетями (WEP) – это усовершенствованный механизм безопасности, позволяющий шифровать сетевой трафик в процессе передачи. В протоколе WEP для шифрования и расшифровки данных используются предварительно настроенные ключи. WEP-ключ вводится как строка чисел и букв длиной 64 или 128 бит (в некоторых случаях протокол WEP поддерживает и 256-битные ключи). Для упрощения создания и ввода этих ключей во многих устройствах используются фразы-пароли. Фраза-пароль – это простое средство запоминания слова или фразы, используемых при автоматической генерации ключа.
- Для эффективной работы протокола WEP точка доступа, а также каждое беспроводное устройство, имеющее разрешение на доступ в сеть, должны использовать общий WEP-ключ. Без этого ключа устройства не смогут распознать данные, передаваемые по беспроводной сети.
- Протокол WEP – это эффективное средство защиты данных от перехвата. Тем не менее, протокол WEP также имеет свои слабые стороны, одна из которых заключается в использовании статического ключа для всех устройств с поддержкой WEP. Существуют программы, позволяющие взломщику определить WEP-ключ. Эти программы можно найти в сети Интернет. После того как взломщик получил ключ, он получает полный доступ ко всей передаваемой информации.
- Одним из средств защиты от такой уязвимости является частая смена ключей. Существует усовершенствованное и безопасное средство шифрования – протокол защищенного доступа к Wi-Fi (WPA).
- Протокол защищенного доступа к Wi-Fi (WPA) – в этом протоколе используются ключи шифрования длиной от 64 до 256 бит. При этом WPA, в отличие от WEP, генерирует новые динамические ключи при каждой попытке клиента установить соединение с точкой доступа. По этой причине WPA считается более безопасным, чем WEP, так как его значительно труднее взломать.
При таком соединении все пользователи, желающие подключиться к сети, будут должны ввести единый пароль, заранее заданный в настройках точки доступа (Pre-Shared Key), а пересылаемые данные будут зашифрованы протоколом WPA.
В условиях масштабной беспроводной сети, возможно, стоит перейти на использование WPA-Enterprise, где контроль доступа к сети будет регулироваться сервером аутентификации RADIUS, а пересылаемые данные будут зашифрованы протоколом WPA.
Настройка клиентов
В случае включенной рассылки SSID, настройка клиентов, укомплектованных современным программным обеспечением, сводится к простому вводу пароля (в случае не открытой аутентификации в сети):
В случае отключенной рассылки SSID, сеть единожды придется определить вручную. В Windows 7 для этого нужно зайти в Network and Sharing Center, выбрать Manage Wireless Networks и нажать кнопку Add. В появившемся окне выбираем Manually create a network profile и в появившемся окне вводим все данные сети:
После сохранения настроек вы сможете подключаться к данной скрытой сети в любое время, выбрав ее в списке доступных.
Стандарты локальной беспроводной связи: кто победит в радиовойне?
В настоящее время беспроводной связью уже никого не удивишь. Давно прошло то время, когда инфракрасный порт был редкостью. Сейчас по ИК-порту мобильные телефоны связываются с компьютерами, карманные ПК управляют бытовой техникой и т.д. Однако такой способ обмена информацией имеет ряд серьезных недостатков, например очень ограниченный радиус действия, необходимость наличия зоны прямой видимости и т.п. Долгое время инфракрасная связь была лидером локальных коммуникаций, но прогресс не стоит на месте, и сегодня на смену ИК-связи приходит радиосвязь.
Что же готовы предоставить нам производители радиокоммуникационных устройств? На сегодняшний день в нише локальной радиосвязи за место под солнцем сражаются три стандарта: Bluetooth — коллективное детище множества компаний, таких как Ericsson, Intel, Nokia и т.д., HomeRF от Home Radio Frequency Working Group, а также RadioEthernet, известный как IEEE 802.11.
Сейчас на рынке беспроводных ЛВС создалась весьма жесткая конкуренция этих трех стандартов за обладание правом предоставить пользователю возможность передачи данных. Расклад сил следующий. RadioEthernet прочно занимает нишу носителя WLAN (Wireless LAN — беспроводная локальная сеть) корпоративного масштаба. Обусловлено это, по-видимому, двумя факторами: достаточно высокой скоростью передачи данных по сравнению с конкурентами (до 11 Мбит/с) и большой дальностью связи (известны случаи отличной работы систем, находящихся в прямой видимости, но удаленных друг от друга на десятки километров, например связка «Главное здание МГУ им. Ломоносова — г.Троицк»). RadioEthernet уже достаточно долгое время занимает прочные позиции. Именно на этом стандарте функционируют многие сети по всему миру. В частности, в России примером может служить Магнитогорский металлургический комбинат, где была создана WLAN на основе оборудования AiroNet. Двухмегабитный радиоканал связывает МФТИ с Москвой, МГУ имеет множество подобных радиоканалов, объединяющих между собой целый ряд институтов в регионе. Кроме того, RadioEthernet активно используется для создания WLAN в офисах, на складах и в жилых домах. Например, существуют готовые решения по автоматизации складской работы с применением портативных терминалов, которые работают именно на этом стандарте (скажем, решение от Galaxy computes: связка Psion WorkAbout плюс Aironet-станция позволяет свободно работать в сети на большом складе).
Первоначально предполагалось, что RadioEthernet будет основным средством связи между портативными и домашними компьютерами и узлами доступа к другим сетям. На сегодняшний день устройства беспроводной связи на основе стандарта 802.11 прочно заняли нишу сетей масштаба города (по крайней мере, в России). В основном это точки доступа, решающие традиционную задачу «последней мили». В то время как локальные беспроводные сети еще не завоевали большой популярности в секторе локальных беспроводных сетей, HomeRF, давний конкурент RadioEthernet, уравнял шансы стандартов, увеличив свою скорость до 10 Мбит/с. Это стало возможным благодаря решению Федеральной комиссии по cвязи (FCC) о возможности расширения диапазона FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum — широкополосный спектр со скачкообразной перестройкой частоты) с 1 до 3 и 5 МГц. То, что IEEE проголосовало против такого решения, уже не интересовало ни Intel, ни Proxim, стоящих за спиной HomeRF. Таким образом, RadioEthernet в одночасье перестал быть лидером по скорости передачи данных. Тем не менее у HomeRF осталось слабое звено, не позволяющее ему встать на один уровень с RadioEthernet, — это радиус действия, который составляет всего 50 м (против десятков километров у RadioEthernet). Однако HomeRF прекрасно вписывается в концепцию домашней беспроводной сети (собственно, это вполне соответствует названию стандарта), поскольку в пределах дома может обеспечить высокоскоростную связь электронных устройств на уровне RadioEthernet, а иногда и лучше. Кроме того, цена на устройства HomeRF ниже, чем на аналогичные продукты RadioEthernet, что делает его более предпочтительным для домашнего пользователя. Например, адаптер WirelessPC для RadioEthernet стоит около 250 долл., а адаптер для HomeRF — около 120 долл.
«Синий зуб» — именно так переводится название третьего стандарта беспроводной связи нового тысячелетия — Bluetooth, возникшего как средство организации межсетевого взаимодействия мобильных устройств. Сегодня эта концепция распространяется не только на мобильные устройства, но и на персональные компьютеры и даже на бытовую технику. Если верить создателям, поддержка Bluetooth вскоре будет реализована практически у всех устройств — от стиральной машины до мобильного телефона. Отметим, однако, что Bluetooth вовсе не претендует на конкуренцию с RadioEthernet, ибо обладает весьма скромными характеристики — скорость передачи данных составляет около 720 Кбит/с при радиусе действия до 10 м. Видимо, в качестве средства WLAN Bluetooth выступать не может, а вот как средство доступа к LAN — еще как. Особенности технологии Bluetooth — малый размер и универсальность, что делает его привлекательным для мобильных устройств (для чего он, собственно говоря, и разрабатывался).
Борьба стандартов
Поскольку HomeRF также претендует на роль средства связи мобильных устройств с другими сетями, между HomeRF и Bluetooth намечается серьезная конкуренция. Впрочем, Bluetooth предполагает в себе все-таки большую функциональность, нежели HomeRF. В частности, Bluetooth может связывать сотовый телефон и гарнитуру, прикрепленную к уху, в то время как HomeRF предназначен для более-менее интеллектуальных устройств. В частности, фирма Proxim выпустила WLAN-адаптер с интерфейсом Compact Flash type II, который весит меньше 20 г. Несмотря на привлекательность данного адаптера, вряд ли он составит серьезную конкуренцию устройствам Bluetooth. Связано это с тем, что большинство производителей мобильных или портативных устройств все-таки в большей степени ориентировано на «синезубые» устройства — хотя бы ввиду того, что именно Bluetooth был разработан ими для соответствующих целей.
Впрочем, Bluetooth тоже не остался в долгу и замахнулся на нишу HomeRF. Так, в крупных отелях и ресторанах планируется создать возможность предоставления клиентам доступа к локальной и глобальной сетям посредством технологии Bluetooth. Видимо, это объясняется тем, что в подобных местах клиенты имеют при себе, как правило, мобильные устройства, для которых проектировался Bluetooth, а не домашние компьютеры, для которых неплохо подходит и HomeRF. Предположим, что у пользователя есть ноутбук, мобильный телефон и гарнитура. Все это связано, естественно, через Bluetooth. При таком раскладе просто нет смысла организовывать доступ к сети посредством другого протокола.
Производители аппаратного обеспечения
Лагерь производителей аппаратного обеспечения тоже разделился по интересам. Каждый стандарт поддерживается своей группой заинтересованных производителей железа. Так, за RadioEthernet выступает WECA — Wireless Ethernet Compatibility Alliance, в который входят более 20 компаний, в том числе компания Cisco Systems, владеющая торговой маркой AvioNet. Поддержку HomeRF осуществляет HomeRF Working Group — рабочая группа по HomeRF, ведущей фирмой в которой является Proxim — разработчик HomeRF. Промежуточную позицию занимает Intel. Дело в том, что эта корпорация совместно с Proxim участвует в продвижении HomeRF, но одновременно совместно с Microsoft работает в Bluetooth SIG (Special Interest Group — группа специальных интересов Bluetooth). Да и в RadioEthernet компании Intel тоже имеет свою долю. Впрочем, позиция, на мой взгляд, весьма разумная — кто бы ни победил, Intel все равно останется в индустрии WLAN.
Bluetooth имеет и весьма солидную поддержку производителей аппаратного обеспечения, и широкую область применения. Так, например, IBM планирует выпустить свои ноутбуки ThinkPad с поддержкой Bluetooth. Ведущие производители сотовых телефонов также намерены включить в свою продукцию поддержку технологии Bluetooth, не говоря уже о PDA. Например, Psion PLC — компания, занимающаяся выпуском КПК Psion, выбрала фирму Cambridge Silicon Radio (CSR) в качестве поставщика устройств Bluetooth для своих компьютеров. CSR — лидер по производству чипов Bluetooth на CMOS-технологии. В свою очередь, Microsoft планирует включить поддержку технологии Bluetooth в последующие версии своих операционных систем.
Анализ вышесказанного позволяет сделать вывод, что по поддержке производителей аппаратного обеспечения лидирующее место занимает все-таки Bluetooth, поскольку эта технология имеет более широкое применение, чем конкуренты, ибо охватывает не только область сетевых адаптеров, но и сферу бытовой техники, мобильных телефонов, а также PDA — карманных компьютеров.
Коммунальная радиосеть
Как видно, противостояние стандартов весьма серьезное. Однако ни одна из них не покрывает все сегменты рынка. Как следствие возникает вполне логичный вопрос: могут ли сосуществовать эти технологии могут?
С одной стороны, пользователю нет никакого резона иметь на своем компьютере (как домашнем, так и портативном) несколько адаптеров для разных типов сетей, поскольку это создает весьма серьезную путаницу и непонимание у «чайников», а также головную боль у профессионалов при администрировании. Логичнее было бы предположить, что каждый стандарт должен отвечать за наиболее подходящее звено сети. Казалось бы, небольшая проблема. Но дело в том, что все три стандарта подразумевают работу на одной и той же частоте — 2,45 ГГц. Так сложилось, что эта частота не требует лицензирования, поэтому подобные радиоустройства могут свободно использоваться практически везде. Но как выясняется, такая свобода приводит к тому, что устройства разных стандартов влияют на работу друг друга, не говоря уже о помехах, наводимых другими СВЧ-устройствами, в частности микроволновыми печами.
Так, например, проведенные тесты показали, что Bluetooth и сети стандарта 802.11 создают взаимные помехи, но значительно меньшие, чем ожидалось. Тем не менее некоторые производители ноутбуков отложили поддержку Bluetooth до 2002 года.
Компания Symbol Technologies провела тесты по оценке взаимного влияния стандартов. В эксперименте участвовали два портативных компьютера и один карманный. Ноутбуки располагались на расстоянии в 1 фут и осуществляли передачу файлов по FTP, в то время как КПК производил обмен данными с базовой станцией RadioEthernet, находящейся на расстоянии 40 футов. Когда КПК располагался на расстоянии от 1 до 3 футов от ноутбуков, скорость передачи по RadioEthernet падала с 10 до 1 Мбит/с, но поток данных ни разу не прервался. Канал Bluetooth тоже испытывал некоторые трудности, но тем не менее тоже продолжал стабильно работать. При удалении КПК взаимное влияние постепенно ослабевало, и на расстоянии 6 футов (около 2 метров) каналы переставали интерферировать и работали как обычно.
Вроде мелочь, но за этой мелочью кроются достаточно серьезные проблемы совместимости сетей. Дело в том, что 2,45 ГГц — диапазон ISM (Industry-Scientific-Medical — диапазон, на котором работают различные индустриальные, медицинские и научные радиоустройства), и он до отказа забит разными устройствами, даже микроволновые печки используют этот диапазон. Проблемы возникают в основном с Bluetooth. Разработчики стандарта предполагали, что он должен работать везде, поэтому сделали его наиболее помехоустойчивым. Принцип, который лежит в основе «перескока» частот, FHSS, состоит в следующем: передатчик в случайном порядке изменяет частоту вещания в данном диапазоне для каждого пакета. Таким образом, если у диапазона есть n частотных каналов, то устройство может при передаче каждого следующего пакета выбирать один из этих каналов. Поэтому если в месте работы устройства занят один из этих каналов, то соответствующий пакет потеряется, зато пакеты, переданные по другим радиочастотным каналам, дойдут без проблем. Так вот, Bluetooth посылает пакеты по всем каналам диапазона из 79, на которые этот диапазон делится. Получается, что в начале работы устройства Bluetooth спектр заполняется практически полностью, так как частота переключается 1600 раз в секунду. Для стандарта IEEE 802.11 это не так страшно, поскольку он использует другую технологию передачи — пакет одновременно передается по нескольким частотным каналам. А вот HomeRF тоже использует FHSS, поэтому их сосуществование весьма сомнительно. При такой скорости переключения частот, как у Bluetooth, использование всех частотных каналов диапазона может привести к блокировке работы остальных устройств, работающих по протоколу FHSS. Следует заметить, что это не является недоработкой создателей Bluetooth — наоборот, это было сделано специально, так как согласно идеологии «синезубые» устройства должны работать в любых условиях независимо от того, какие еще устройства используют рабочий диапазон частот. Поэтому устройства Bluetooth начинают вещать, не выяснив, какие частоты свободны, и равномерно заполняя все имеющиеся каналы своими пакетами. В то же время HomeRF и RadioEthernet прекрасно сосуществуют за счет использования разной технологии распределения каналов.
Многие пользователи всерьез озабочены данной проблемой. На некоторых предприятиях даже вводятся правила, запрещающие использование Bluetooth. Однако это временная мера, поскольку в будущем, когда Bluetooth станет использоваться массово, запреты не помогут. Настораживает другое: похоже, производители и разработчики «Синего зуба» не собираются менять ни идеологию, ни спецификацию, а это означает, что конфликт все-таки останется неразрешенным.
Останется только один?
Впрочем, несмотря на все проблемы, хочется надеяться, что каждый стандарт займет свое место. Видимо, наименее радужное будущее ждет HomeRF, и вот по какой причине. Карманные компьютеры приобретают все большее распространение, как и их интеграция с мобильными телефонами и другими устройствами подобного класса. Очень высока вероятность того (то есть практически наверняка), что для связи этих устройств будет использоваться Bluetooth. Следовательно, конечному пользователю нет резона иметь дома HomeRF, когда его PDA, мобильный телефон и GPS-приемник работают на Bluetooth, особенно если учесть крайне низкую совместимость этих стандартов вследствие помех, создаваемых Bluetooth в HomeRF. В конечном итоге это может стать решающим доводом в пользу первого, даже несмотря на более высокую скорость передачи данных у HomeRF. Видимо, спасти этот стандарт в состоянии только сетевые адаптеры, которые могут вещать как по стандарту Bluetooth, так и по HomeRF, но и на это надежда тоже небольшая.
Стандарт Bluetooth постоянно развивается и с помощью компании Ericsson вырывается на улицы города. Речь идет о проекте BLIP (Bluetooth Infotainment Point). Идея заключается в создании сотовой сети Bluetooth, которая покрывала бы всю территорию крупных населенных пунктов, давая возможность счастливым обладателям устройств Bluetooth выйти в Интернет прямо на улице без помощи мобильного телефона. Идея, конечно, неплохая, однако непонятно, как будут решаться вопросы, скажем, радиочастотных помех, тарификации доступа, распределения адресов и др. Видимо, это все же вопрос отдаленного будущего.
Кроме того, группа производителей средств Bluetooth-связи Bluetooth Special Interest Group (SIG) объявила о том, что сейчас она занята разработкой проекта «высокоскоростных» версий спецификации ближней радиосвязи по технологии Bluetooth. Эти высокоскоростные версии предусматривают передачу информации со скоростями 2 и 10 Мбит/с. Проект планируют завершить уже к концу текущего года, однако появление устройств с поддержкой новых скоростей пока не прогнозируется.
Что же касается RadioEthernet 802.11, то его будущее вполне стабильно, поскольку каналы на основе RadioEthernet занимают достаточно большую часть всех LAN. Видимо, в этой нише RadioEthernet и останется. На руку ему играет и то, что не за горами появление технологии, которая позволит увеличить скорость передачи данных по сетям RadioEthernet до 54 Мбит/с. Поэтому будущее, на мой взгляд, за двумя стандартами: дома и в пути мы будем использовать устройства Bluetooth, а LAN и доступ к WAN у нас будет осуществляться через новый RadioEthernet.
- ПК и комплектующие
- Настольные ПК и моноблоки
- Портативные ПК
- Серверы
- Материнские платы
- Корпуса
- Блоки питания
- Оперативная память
- Процессоры
- Графические адаптеры
- Жесткие диски и SSD
- Оптические приводы и носители
- Звуковые карты
- ТВ-тюнеры
- Контроллеры
- Системы охлаждения ПК
- Моддинг
- Аксессуары для ноутбуков
- Принтеры, сканеры, МФУ
- Мониторы и проекторы
- Устройства ввода
- Внешние накопители
- Акустические системы, гарнитуры, наушники
- ИБП
- Веб-камеры
- KVM-оборудование
- Сетевые медиаплееры
- HTPC и мини-компьютеры
- ТВ и системы домашнего кинотеатра
- Технология DLNA
- Средства управления домашней техникой
- Планшеты
- Смартфоны
- Портативные накопители
- Электронные ридеры
- Портативные медиаплееры
- GPS-навигаторы и трекеры
- Носимые гаджеты
- Автомобильные информационно-развлекательные системы
- Зарядные устройства
- Аксессуары для мобильных устройств
- Цифровые фотоаппараты и оптика
- Видеокамеры
- Фотоаксессуары
- Обработка фотографий
- Монтаж видео
- Операционные системы
- Средства разработки
- Офисные программы
- Средства тестирования, мониторинга и диагностики
- Полезные утилиты
- Графические редакторы
- Средства 3D-моделирования
- Веб-браузеры
- Поисковые системы
- Социальные сети
- «Облачные» сервисы
- Сервисы для обмена сообщениями и конференц-связи
- Разработка веб-сайтов
- Мобильный интернет
- Полезные инструменты
- Средства защиты от вредоносного ПО
- Средства управления доступом
- Защита данных
- Проводные сети
- Беспроводные сети
- Сетевая инфраструктура
- Сотовая связь
- IP-телефония
- NAS-накопители
- Средства управления сетями
- Средства удаленного доступа
- Системная интеграция
- Проекты в области образования
- Электронный документооборот
- «Облачные» сервисы для бизнеса
- Технологии виртуализации
Стандарты беспроводных компьютерных сетей
В наше время беспроводные компьютерные сети стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Они позволяют нам оставаться подключенными к Интернету и обмениваться данными, будь то в офисе, дома, в общественных местах и на промышленных предприятиях. Однако разнообразие стандартов беспроводных сетей может быть запутывающим для тех, кто только начинает разбираться в этой области.
В данной статье мы погрузимся в мир стандартов беспроводных компьютерных сетей, рассмотрим различные технологии, которые лежат в их основе, и узнаем, какие преимущества и ограничения сопутствуют каждому стандарту. Мы также рассмотрим их практическое применение, от домашних беспроводных сетей Wi-Fi до промышленных сетей мобильной связи нового поколения.
Наиболее распространенные стандарты беспроводных сетей
Стандарты беспроводных сетей — это наборы технических спецификаций и правил, которые определяют, как устройства должны взаимодействовать в радиоволновой среде для обеспечения беспроводной связи.
Эти стандарты определяют как физический, так и логический уровни связи, что включает в себя методы модуляции, спектральное распределение сигнала, протоколы управления доступом к среде, а также форматы данных и протоколы для передачи информации.
Стандарты беспроводных сетей служат основой для различных беспроводных технологий и применяются в разных сферах, включая беспроводные локальные сети (Wi-Fi), мобильную связь (3G, 4G, 5G), беспроводные сенсорные сети, беспилотные авиационные системы (дроны) и многие другие области.
Эти стандарты разрабатываются различными стандартизационными организациями, такими как IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике), 3GPP (3rd Generation Partnership Project), Bluetooth SIG (Special Interest Group), и другими.
Стандарты беспроводных сетей обеспечивают совместимость и интероперабельность между различными устройствами и сетями, позволяя им успешно взаимодействовать и обмениваться данными.
Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных стандартов беспроводных сетей и их значение.
- Wi-Fi (802.11). Этот стандарт является основой для беспроводной связи в домах, офисах, общественных местах и даже на улицах. Стандарт 802.11 предлагает различные версии, такие как 802.11n, 802.11ac и 802.11ax, которые предоставляют разные скорости передачи данных и характеристики. Wi-Fi позволяет мобильным устройствам подключаться к Интернету и локальным сетям с высокой скоростью и без необходимости использования проводов.
- Bluetooth. Стандарт Bluetooth предназначен для ближней беспроводной связи между устройствами. Это позволяет смартфонам и другим устройствам обмениваться данными, управлять аксессуарами, такими как наушники или гарнитура, и даже управлять умными домашними устройствами. Bluetooth также используется для передачи аудио-сигнала на беспроводные наушники и гарнитуры.
- 3G, 4G, 5G. Эти стандарты относятся к мобильной связи и предназначены для передачи данных по мобильным сетям. 3G (третье поколение) был первым, кто предложил высокоскоростной доступ к Интернету с мобильных устройств. 4G (четвертое поколение) значительно увеличило скорость передачи данных, что позволило потоковое воспроизведение видео и другие приложения высокой пропускной способности. 5G (пятое поколение) обещает еще более высокую скорость и низкую задержку, что сделает возможным впечатляющие новые приложения, такие как расширенная реальность (AR) и многие другие.
- NFC (Near Field Communication). NFC — это стандарт для ближней беспроводной связи, который позволяет устройствам обмениваться данными на краткое расстояние, обычно менее 4 см. Этот стандарт активно используется для бесконтактных платежей, передачи данных между устройствами и других задач, где важна близкая связь.
Стандарты беспроводных сетей играют ключевую роль в обеспечении совместимости и надежности беспроводной связи между мобильными устройствами и сетями.
Использование стандартов беспроводных сетей в мобильных устройствах
Давайте рассмотрим пример использования различных стандартов беспроводных сетей в современных мобильных устройствах.
Сценарий 1. Подключение к Wi-Fi дома
Представьте, что у вас есть смартфон, и вы хотите подключиться к Интернету в домашней сети. В данном случае, ваш смартфон использует стандарт Wi-Fi (например, 802.11ac), чтобы установить беспроводное соединение с вашим Wi-Fi маршрутизатором. Это обеспечивает высокую скорость передачи данных и стабильное подключение для просмотра видео, чтения электронной почты и многих других задач.
Сценарий 2. Передача файлов через Bluetooth
Вы хотите отправить фотографию с вашего смартфона на смартфон вашего друга. Для этой ближней связи смартфоны используют стандарт Bluetooth. Вы активируете Bluetooth на обоих устройствах, после чего сможете быстро и удобно передать файл с одного смартфона на другой.
Сценарий 3. Использование мобильного интернета
Когда вы находитесь вне дома или офиса, и Wi-Fi недоступен, ваш смартфон может подключиться к мобильной сети. Здесь используются стандарты мобильной связи, такие как 4G LTE или даже 5G. Они обеспечивают быстрый доступ к Интернету, что позволяет вам использовать приложения, просматривать веб-сайты и потоковое воспроизведение контента в движении.
Сценарий 4. Бесконтактные платежи
Представьте, что вы хотите оплатить покупки в магазине, используя свой смартфон. В этом случае, смартфон может использовать технологию NFC для бесконтактных платежей. Вы прикладываете смартфон к устройству считывания NFC на кассе, и платеж осуществляется быстро и удобно.
Стандарты беспроводных сетей в промышленных устройствах
В промышленных электронных устройствах также часто используют различные стандарты беспроводных сетей в зависимости от конкретных потребностей и требований.
Вот несколько примеров таких стандартов.
- Wi-Fi (802.11). Стандарт Wi-Fi, такой как 802.11b/g/n/ac/ax, широко используется в промышленности для беспроводного подключения к сети и обмена данными между устройствами. Это может быть применено в складских системах, системах мониторинга и управления, а также в системах управления зданиями.
- Bluetooth. Bluetooth предоставляет беспроводное соединение для коротких дистанций и используется, например, для связи между мобильными устройствами и промышленными сенсорами, этикетками и устройствами сбора данных.
- Zigbee. Это протокол для беспроводных сетей, который часто используется в системах умных домов и промышленных системах автоматизации и контроля. Он может обеспечивать надежную и низкую потребляемую мощность сеть на больших площадях.
- LoRaWAN. Этот протокол предназначен для долгосрочных и дальних беспроводных сетей. Он используется в системах мониторинга и сбора данных на открытом воздухе, таких как системы учета воды или мониторинг окружающей среды.
- Cellular (сотовая связь, 4G/5G). В некоторых случаях, особенно когда требуется широкополосное соединение на больших расстояниях, используют сотовые сети 4G и 5G. Это может быть полезно для мониторинга удаленных объектов и передачи больших объемов данных. Cellular также может включать в себя сети CDMA, GSM и другие стандарты, которые разные операторы мобильной связи используют для обеспечения связи и передачи данных.
- WirelessHART. Этот стандарт представляет собой беспроводную версию протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer), который широко используется для мониторинга и управления в промышленных средах. Он обеспечивает надежное и гарантированное время передачи данных в сетях с низкой потребляемой мощностью.
Мониторинг и управление системами освещения в промышленных зданиях с помощью Zigbee
В промышленных зданиях часто требуется мониторинг и управление системами освещения для оптимизации потребления электроэнергии и обеспечения безопасности.
Zigbee — это беспроводный стандарт для низкомощных, беспроводных сетей, который используется в различных областях, включая умные дома, промышленные автоматизированные системы и медицинские устройства.
Он основан на протоколе IEEE 802.15.4 и предназначен для связи между небольшими, энергоэффективными устройствами, которые могут работать долгое время от батареек или других источников питания.
Устройства, поддерживающие Zigbee, могут создавать собственные сети, известные как «сети Zigbee». Одно из устройств может выступать в роли координатора сети, а другие устройства могут быть подключены к этой сети. Каждое устройство в сети имеет свой уникальный 64-битный идентификатор.
Устройства в сети Zigbee могут обмениваться данными в формате «кадров», которые содержат информацию о передаваемых данных, идентификатор устройства-отправителя и адрес устройства-получателя. Это позволяет устройствам общаться и передавать команды друг другу.
В сетях Zigbee используется маршрутизация данных, что означает, что устройства могут передавать данные через промежуточные устройства, чтобы достичь удаленных устройств. Это особенно полезно в больших сетях или сетях с устройствами, находящимися вдали друг от друга.
В нашем примере стандарт беспроводной связи Zigbee используется в данном случае для создания сети, которая объединяет все светильники и датчики в единую систему управления:
- Сеть Zigbee. Все светильники и датчики оснащаются модулями Zigbee, которые образуют беспроводную магистральную сеть. Эти модули позволяют светильникам передавать информацию о своем статусе и потреблении энергии в центральную систему управления.
- Датчики движения и освещенности. Датчики движения и освещенности включены в систему. Они могут определять присутствие людей и изменения уровня освещенности в помещении.
- Умное управление освещением. Система управления на основе Zigbee может реагировать на данные от датчиков и регулировать уровень освещенности в соответствии с окружающими условиями. Например, она может автоматически выключать свет в пустых помещениях и увеличивать яркость в зависимости от времени суток.
- Мониторинг и анализ данных. Центральная система может собирать данные о потреблении энергии, состоянии светильников и эффективности освещения. Эти данные могут быть использованы для оптимизации расходов на электроэнергию и планирования технического обслуживания.
Этот пример показывает, как стандарт Zigbee и беспроводная сеть могут быть применены для создания интеллектуальной системы управления освещением в промышленных и в административных зданиях, что приводит к эффективному использованию энергии и снижению операционных расходов.
Применение стандаротов беспроводных сетей в промышленной автоматизации
Предположим, у нас есть промышленное оборудование, такое как пресс, который используется для формовки деталей из металла. В данном случае, беспроводные сети могут быть использованы для управления пневматической системой внутри пресса:
- Bluetooth. Для управления пневматической системой и мониторинга состояния пресса можно использовать беспроводные модули Bluetooth. Операторы и инженеры могут подключаться к прессу через смартфоны или планшеты, оснащенные Bluetooth, и регулировать давление и скорость пневматической системы.
- Wi-Fi. Для централизованного управления несколькими прессами и мониторинга данных с разных точек в заводе можно использовать беспроводные точки доступа Wi-Fi. Это обеспечит стабильное и высокоскоростное соединение для управления и мониторинга.
- IoT (Internet of Things). В рамках концепции Интернета вещей, пневматические системы могут быть оборудованы датчиками для сбора данных о производительности и состоянии оборудования. Эти данные могут передаваться по беспроводной сети на сервер, где они анализируются для улучшения производственных процессов.
Интернет вещей (IoT) — это концепция, в рамках которой физические объекты и устройства, оборудованные датчиками, актуаторами и возможностью подключения к Интернету, способны обмениваться данными и взаимодействовать друг с другом без участия человека.
Эти объекты и устройства могут собирать информацию, анализировать её и принимать решения, что делает IoT полезным в различных сферах, включая умный дом, здравоохранение, промышленность, сельское хозяйство и многое другое.
Интернет вещей создает сеть из миллиардов взаимосвязанных устройств, что предоставляет новые возможности для автоматизации, мониторинга и улучшения эффективности в различных областях.
Давайте рассмотрим еще один вариант использования стандартов беспроводных сетей в промышленных электронных устройствах на примере Endress+Hauser Proline 300/500, который является массовым расходомером для измерения потока жидкостей в промышленных процессах.
В данном случае применяются следующие беспрводные сети:
- Wi-Fi. Устройство может поддерживать Wi-Fi для беспроводного удаленного мониторинга и управления. Это позволяет инженерам и операторам мониторить данные и настраивать прибор, не подключаясь физически.
- Bluetooth. Возможно использование Bluetooth для локального программирования и настройки устройства. Операторы могут настроить параметры и получать данные с помощью смартфона или планшета, поддерживающих Bluetooth.
- WirelessHART. Для надежного сбора данных и связи в промышленных средах устройство может использовать стандарт WirelessHART.
- Cellular. В некоторых случаях, когда устройство находится в удаленных местах без доступа к локальным сетям, оно может быть оборудовано сотовым модемом для передачи данных через сотовую сеть, такую как 4G или 5G.
Рассмотрим пример использования стандартов беспроводных сетей в другом промышленном устройстве: Siemens SIMATIC S7-1500, который является промышленным программируемым логическим контроллером для автоматизации производственных процессов.
- Ethernet/IP. SIMATIC S7-1500 поддерживает стандарт Ethernet/IP для подключения к сети промышленной автоматизации. Это позволяет интегрировать контроллер в систему управления производственным процессом и обмениваться данными с другими устройствами на заводе.
- Profinet. Контроллер также поддерживает стандарт Profinet, который является ещё одним промышленным Ethernet-протоколом. Profinet широко используется в автоматизации производства для передачи данных и управления промышленными устройствами.
- Wi-Fi (опционально). Для некоторых применений, где проводное подключение нецелесообразно, контроллер может быть дополнительно оснащен модулем Wi-Fi. Это позволяет устанавливать беспроводное соединение для мониторинга и программирования контроллера.
- Сервер OPC UA. Siemens SIMATIC S7-1500 также может выступать в качестве сервера OPC UA, что обеспечивает стандартизированный интерфейс для обмена данными с другими системами в предприятии, такими как системы управления верхнего уровня (SCADA) или системы предприятия (ERP).
Profinet (Process Field Network) — это протокол промышленной автоматизации, который обычно используется в промышленных системах и автоматизированных производственных средах. Profinet предназначен для обмена данными и управления промышленными устройствами, такими как контроллеры, датчики и приводы, в промышленной среде.
Протокол Profinet работает поверх сетевых технологий, таких как Ethernet, что делает его совместимым с мобильными сетями, включая беспроводные сети.
Многие мобильные устройства, такие как автоматизированные мобильные роботы и машины, могут быть оснащены сетевыми интерфейсами, поддерживающими Ethernet. Profinet может быть настроен для работы поверх Ethernet-сетей, что позволяет мобильным устройствам обмениваться данными с другими устройствами в промышленной сети.
В мобильных приложениях, где проводные соединения могут быть неудобными или невозможными, можно использовать промышленные беспроводные сети. Это могут быть Wi-Fi-сети, Zigbee или другие беспроводные технологии, которые поддерживают Profinet.
Устройства с беспроводными модулями могут обмениваться данными с другими устройствами в сети с использованием Profinet через беспроводные соединения.
В случае, если мобильные устройства не имеют непосредственной поддержки Profinet, могут быть использованы специальные шлюзы и маршрутизаторы, которые преобразуют данные в формат, совместимый с Profinet. Эти устройства могут обеспечивать связь между мобильными устройствами и сетью Profinet.
Это всего лишь несколько примеров стандартов беспроводных компьютерных сетей, которые могут использоваться в промышленных электронных устройствах. Они иллюстрируют, как различные беспроводные сети могут использоваться в одном промышленном устройстве для обеспечения связи, мониторинга и управления. Это позволяет повысить надежность и удобство использования такого оборудования в промышленных технологических процессах.
Выбор стандарта зависит от конкретных требований к дальности связи, скорости передачи данных, надежности и потребляемой мощности.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика