logo
А

8.1 Сети wpan

Беспроводные персональные сети WPAN стали появляться в конце 90-х годов 20 века, когда развитие микроэлектроники позволило создать под них дешёвую интегральную элементную базу. Главная особенность таких сетей – малый радиус действия, который обычно не превышает 10 м.

К данному классу обычно относят технологии, построенные по стандартам Bluetooth, HomeRF (SWAP), Wireless USB (WUSB), IEEE 802.15.3, IEEE 802.15.3а, IEEE 802.15.4 (ZigBee), IrDA. Кроме того, к классу WPAN можно отнести ряд технологий сверхширокополосной связи (UWB), стандарты на которые окончательно пока не определены. Выпускаются в этом классе и однокристальные радиотрансиверы (радиомодемы), а также готовые модули на их основе для пакетной передачи данных. Такие модули незаменимы при проектировании простых специальных сетей, они имеют предельно упрощенный протокол обмена физического уровня, так как структура их пакетов содержит минимум служебной информации. Но с другой стороны, разработчику, который решил применить такие модули, приходится самому решать все проблемы управления работой сети [59].

Bluetooth. Название „Bluetooth“ – „Голубой зуб“ (русская транскрипция „Блютуз“) технология получила в честь короля викингов Харальда I Блаатанда (Harаld Blatand, в поздней английской транскрипции – Bluetooth, Голубой зуб или Синезубый), который в 10 веке объединил Данию с Южной Норвегией и Южной Швецией и создал единое Датское королевство, которым правил с 940 по 985 годы.

190

По замыслу создателей, данная технология должна объединять в беспроводную сеть класса WPAN самые разные устройства: от персональных компьютеров и мобильных телефонов до любых бытовых и промышленных приборов. В 1994 году в исследовательском центре компании Ericsson в городе Лунд (Швеция) начались первые исследования по созданию подобной технологии, в феврале 1998 года к этим работам подключились Intel, Nokia, IBM и Toshiba, организовавшие SIG (Special Interest Group, Группа специальных интересов). В настоящее время в SIG входят более 2500 различных организаций. В 1999 году было опубликовано первое описание технологии версии 1.0, спустя год появилась версия 1.1 (которая была наиболее массово поддержана производителями аппаратуры), 5 ноября 2003 года – версия 1.2, а 15 октября 2004 года – версия 2.0+ EDR (Enhanced Data Rate). Успех Bluetooth у производителя аппаратуры привел к тому, что между Bluetooth SIG и IEEE было достигнуто соглашение, в соответствии с которым спецификация Bluetooth 1.1 вошла в стандарт IEEE 802.15.1, опубликованный 14 июня 2002 года. Дальнейшим развитием технологии Bluetooth стало появление стандартов Bluetooth 2.1 (улучшение ряда параметров) и 3.0 (реальная скорость передачи около 24 Мбит/с), о которых более подробно будет сказано несколько ниже [102, 103].

Технология Bluetooth использует нелицензируемый в ряде стран диапазон частот 2,45 GHz (точнее, 2400 – 2483,5 MHz). Это так называемый диапазон ISM – Industry, Science and Medicine, то есть диапазон, предназначенный для промышленности, научных исследований и медицины (например, все СВЧ-печи работают именно в этом диапазоне). Стандарт Bluetooth описывает пакетный способ передачи информации с временным мультиплексированием. В радиотракте применен метод расширения спектра посредством частотных скачков (FHSS – frequency hopping spread spectrum, в отечественной литературе ППРЧ – псевдослучайная перестройка рабочей частоты). Способ модуляции – двухуровневая частотная манипуляция с фильтром Гаусса GFSK, т. е. один модуляционный символ представляет один информационный бит.

Метод частотных скачков подразумевает, что вся отведенная для передачи полоса частот подразделяется на определённое число подканалов шириной 1 MHz каждый. Канал представляет собой псевдослучайную последовательность (ПСП) скачков по 79 радиочастотным подканалам. Каждый канал делится на временные сегменты продолжительностью 625 мкс, причём каждому сегменту соответствует определённая несущая (подканал). Передатчик „перескакивает“ с несущей на несущую синхронно с приёмником в последовательности, определяемой номером канала. За одну секунду может происходить до 1600 частотных скачков. Метод обеспечивает конфиденциальность и некоторую помехозащищённость передач. Последняя обусловлена тем, что если переданный по какому-либо подканалу пакет не был принят, то приёмник сообщает об этом и передача пакета повторяется на

191

одном из следующих подканалов, то есть уже на другой частоте. Конфиденциальность передачи помимо того, что передача данных ведётся в пакетном режиме методом частотных скачков, дополнительно обеспечивается аутентификацией устройств и 128-битовым шифрованием. Частотные скачки и аутентификация также призваны решать проблему перегрузки сети при одновременной работе множества Bluetooth-устройств.

Протокол Bluetooth поддерживает логические соединения типа „точка – точка“ и „точка – многоточка“, два и более использующих один и тот же канал устройства образуют пикосеть (piconet). Одно из устройств пикосети работает как основное (master), а остальные – как подчинённые (slaves). В одной пикосети может быть до семи активных подчинённых устройств, при этом остальные подчинённые устройства находятся в состоянии „парковки“, оставаясь синхронизированными с основным устройством. Всего в одной пикосети может быть задействовано до 256 отдельных устройств. Взаимодействующие пикосети образуют „распределённую сеть“ (scatternet), причём количество устройств, задействованных в ней, не ограничено.

В каждой пикосети действует только одно основное устройство, однако подчинённые устройства могут входить в разные пикосети. Кроме того, основное устройство одной пикосети может являться подчинённым в другой. Пикосети не синхронизированы между собой по времени и частоте – каждая использует свою последовательность частотных скачков. В пределах одной пикосети все устройства синхронизированы по времени и частотам. Псевдослучайная последовательность скачков уникальна для каждой пикосети и определяется физическим адресом её основного устройства. Длина цикла псевдослучайной последовательности – 227 элементов.

Стандартом Bluetooth предусмотрена дуплексная передача на основе метода разделения времени (TDD – time division duplexing). Основное устройство передаёт пакеты в нечётные временные сегменты, а подчинённое устройство – в чётные. Пакеты в зависимости от длины могут занимать до пяти временных сегментов, при этом частота канала не меняется до окончания передачи пакета.

Протокол Bluetooth 1.1 может поддерживать асинхронный канал данных, до трёх синхронных (с постоянной скоростью) голосовых каналов или канал с одновременной асинхронной передачей данных и синхронной передачей голоса. Скорость каждого из трёх голосовых каналов – 64 кбит/с в каждом направлении, асинхронного в асимметричном режиме – до 723,2 кбит/с в прямом и 57,6 кбит/с в обратном направлениях или до 433,9 кбит/с в каждом направлении в симметричном режиме. Максимальная теоретическая скорость передачи данных составляет 1 Мбит/с.

Синхронное соединение (SCO) возможно только для логических соединений „точка – точка“ и применяется для передачи чувствительной к задержкам информации (например, голоса). Основное устройство поддерживает до трёх синхронных соединений, вспомогательное – до трёх с

192

одним основным устройством или до двух – с разными основными устройствами. При синхронном соединении даже если пакет принят с ошибкой, повторно он не передаётся.

Асинхронное соединение (ACL) использует временные сегменты, не зарезервированные для синхронного соединения. Оно возможно между основным и всеми активными подчинёнными устройствами в пикосети. Основное и подчинённое устройство могут поддерживать только одно асинхронное соединение, причём подчинённое устройство отправляет пакет основному только в том случае, если в предыдущем временном интервале в его адрес пришёл пакет от основного устройства (так определяется очерёдность передачи, если в пикосети участвует более одного подчинённого устройства). Если в адресном поле ACL-пакета адрес не указан, пакет считается широковещательным и его могут принимать все устройства пикосети. Асинхронное соединение применяется для передачи данных, чувствительных к ошибкам, поэтому оно позволяет повторно передавать пакеты, принятые с ошибками (механизм ARQ – automatic repeat request).

Каждому устройству Bluetooth изначально при производстве присваивается уникальный 48-разрядный физический адрес или Bluetooth-адрес. Он служит для идентификации и регистрации устройств в сети, для обращения к неактивным устройствам, но при непосредственном обмене пакетами не используется.

Протокол Bluetooth версии 1.2 отличается от описанной выше версии 1.1 лишь некоторыми улучшениями: ускоренным установлением соединения, адаптивной схемой переключения частотных каналов (от 79 до 20), расширенными синхронными соединениями и усовершенствованными алгоритмами обнаружения ошибок.

Протокол Bluetooth 2.0 + EDR состоит из двух частей, которые могут поддерживаться аппаратурой независимо. Это обновлённая версия спецификации 2.0 (не содержит принципиальных отличий от 1.2) и расширенный набор скоростей передачи данных EDR (Enhanced Data Rate, улучшенная скорость передачи данных). Последнее означает, что помимо базовой скорости 1 Мбит/с возможен обмен со скоростями 2 и 3 Мбит/с (на практике скорость обычно не превышает 2,1 Мбит/с). Увеличение скорости передачи происходит за счёт изменения методов модуляции. В базовой версии используется частотная модуляция с фильтром Гаусса – GFSK (на 1 модуляционный символ приходится 1 бит), в режиме EDR применяется дифференциальная фазовая модуляция – 4-х и 8-ми-позиционные ¶/4-DQPSK и 8-DPSK (1 модуляционный символ представляет 2 или 3 бита соответственно). Таким образом, если в базовой версии скорость модуляции 1 Мбит/с была равна скорости потока данных, то в режиме EDR при той же скорости модуляции 1 Мбит/с скорость передачи данных составит

193

соответственно 2 или 3 Мбит/с [2, 44, 45, 46, 59]. Одновременно значительно уменьшилось энергопотребление Bluetooth-модулей [102].

Следующим шагом в совершенствовании технологии Bluetooth стало появление версии стандарта 2.1, основным нововведением которой является технология NFC (Near Field Connection). Она позволяет быстро устанавливать соединение при нахождении устройств в непосредственной близости друг от друга. Помимо этого, данной версией стандарта поддерживается энергосберегающая технология Sniff Subrating (больше всего её применение отразится на времени работы беспроводных клавиатур и манипуляторов типа „мышь“), а также обеспечивается увеличение безопасности соединения и уменьшение времени его установления по сравнению с предыдущими версиями [102].

В первой половине 2009 года группой Bluetooth SIG была опубликована спецификация технологии Bluetooth версии стандарта 3.0. Версия 3.0 на порядок поднимает скорость передачи данных по сравнению с версией 2.1, что в перспективе позволит легко перемещать мультимедийную информацию, имеющую большие объёмы, между мобильными устройствами. Заявлена теоретическая скорость передачи данных 54 Мбит/с (реальная скорость составляет около 24 Мбит/с). Причём достигается такая скорость достаточно необычным способом: вместо создания обновлённого протокола Bluetooth и соответствующего чипа было решено приспособить под свои нужды уже имеющиеся аппаратные решения. В устройства с поддержкой Bluetooth 3.0 предполагается встраивать два чипа – контроллеры Bluetooth и WLAN (например, стандарта IEEE 802.11g). За установку связи между устройствами отвечает технология Bluetooth, но как только Bluetooth-контроллер определяет, что должны передаваться данные большого объёма, он проверяет, поддерживает ли другое устройство режим работы Bluetooth High Speed (HS). Если режим HS поддерживают оба устройства, для передачи данных будет задействован контроллер WLAN и передача будет вестись с высокой скоростью. Если же одно из устройств не поддерживает этот режим, передача будет осуществляться через контроллер Bluetooth со скоростью около 2 Мбит/с (как в предыдущей версии стандарта), чем достигается полная обратная совместимость технологии с ранее выпущенными устройствами. По завершении передачи канал в режиме WLAN закрывается в целях экономии энергии [103].

Первоначально идея объединения технологий возникла в связи с тем, что использование WLAN в чистом виде для соединений типа „точка – точка“ было сопряжено со сравнительно сложной процедурой установления соединения. Переложив эту задачу на технологию Bluetooth, процедуру удалось значительно упростить и автоматизировать. Кроме того, поскольку особенностью Bluetooth 3.0 является возможность использования сторонних аппаратных средств интерфейса WLAN стандарта 802.11g (которые на сегодняшний день стандартно встраиваются во множество мобильных

194

устройств), появляется возможность значительно увеличить скорость передачи данных практически без увеличения стоимости аппаратной части устройства.

Ещё одним нововведением Bluetooth 3.0 является Unicast Connectionless Data – одностороння передача данных без установления соединения, которая нужна, к примеру, для пульта дистанционного управления и в ряде других случаев. Для более ранних стандартов Bluetooth реализация такой функции была невозможна [103].

Согласно источнику [103], первые коммерческие продукты с поддержкой Bluetooth 3.0 должны появиться на рынке примерно в первой половине – середине 2010 года.

Радиус действия Bluetooth-устройств зависит от того, к какому из трёх классов они принадлежат. Радиус действия устройств третьего класса (самых распространённых) составляет 10 м, а у устройств первого класса он достигает 100 м. Однако при этом сильно увеличивается энергопотребление, поэтому большинство мобильных устройств оборудуют Bluetooth-устройствами третьего класса [46]. Современная аппаратная реализация Bluetooth – единый микрочип, который можно встроить в любое оборудование. Мощность передатчика Bluetooth-устройств обычно составляет около 100 mW [59].

Одним из важнейших свойств технологии Bluetooth является полная автоматизация всей технической части и процедуры соединения устройств. Каждое включенное устройство может находится в двух состояниях: non-connectable mode (невидимы) или connectable mode (видимы другими устройствами и готовы для соединения). Работа включенного устройства начинается с режима device discovery (поиск других устройств), причём оно в состоянии обнаружить только те устройства, которые находятся в видимом режиме. Если в радиусе действия данного Bluetooth-устройства обнаружено другое в видимом режиме, устройства автоматически определяют параметры соединения (диапазон частот, порядок их смены, размер пакетов данных и т. д.), после чего новое устройство получает набор адресов и имён всех доступных устройств. В дальнейшем следует процедура service discovery (определение услуг, предоставляемых этими устройствами) [2]. Только определив все эти условия, устройство обращается к оператору, запрашивая, связываться или нет с обнаруженными устройствами.

Всё говорит о том, что у Bluetooth большое будущее. Кроме того, данная технология уже сегодня признана огромным количеством производителей, стандартизирована IEEE (транскрипция „ай-трипл-и“, The Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров электротехники и электроники, США) и широко распространена в реально существующих устройствах. К достоинствам технологии можно отнести такие качества, как небольшой радиус действия (что автоматически означает малую мощность передатчика, низкую потребляемую мощность и

195

возможность безлицензионного распространения), высокая устойчивость к интермодуляционным помехам, отсутствие влияния на бытовую и промышленную технику и низкая стоимость аппаратной реализации. Вместе с тем, в настоящее время стандарт Bluetooth как основа построения сетей передачи данных используется относительно редко. Чаще эта технология находит применение для создания соединений типа „точка – точка“ между различными мобильными устройствами, компьютерами и бытовой электроникой, что не задействует и десятой доли заложенных в неё возможностей. Такое положение дел объясняется как относительной новизной технологии, так и слишком большой её универсальностью. В одних приложениях этому стандарту недостаёт скорости обмена (например, для передачи видеосигнала), в других – требуются более простые и дешёвые решения и т. д. [59].

Из перспективных технологий, призванных решать тот же круг задач, что и Bluetooth, можно упомянуть Gi-Fi – новый стандарт беспроводной связи, представленный на суд общественности группой австралийских специалистов. Эта технология обеспечивает передачу данных в радиусе 10 м со скоростью до 5 Гбит/с (загрузка фильма в DVD-качестве на такой скорости будет занимать 5-7 секунд). До серийной реализации данная технология пока далека, её слабой стороной является повышенное энергопотребление передатчиков, однако в дальней перспективе она может быть интересной. Реальных задач для столь высоких скоростей передачи данных в настоящее время практически не существует, и разработчики в основном рассчитывают на маркетинговый эффект „больших цифр“ при продвижении технологии на рынке.

Чтобы окончательно стандартизировать принципы организации сетей WPAN, рабочая группа IEEE 802.15 после разработки стандарта IEEE 802.15.1 создала ещё две исследовательские группы (Tg3 и Tg4). В результате в конце сентября 2003 года были опубликованы два новых стандарта для высокоскоростной (IEEE 802.15.3) и низкоскоростной (IEEE 802.15.4) персональных сетей [59]. Данные стандарты будут рассмотрены нами несколько позднее.

HomeRF (SWAP). HomeRF – название созданной в марте 1998 года группы производителей компьютерного и бытового оборудования (Home Radio Frequency Working Group), в которую в первый год существования вошло свыше 90 фирм, включая Intel, Compaq, Ericsson, Hewlett-Packard и Microsoft. Группа организовалась для разработки открытого протокола распределённого беспроводного доступа SWAP (Shared Wireless Access Protoсol), который должен был лечь в основу радиосети HomeRF. Впоследствии спецификацию вместо SWAP стали называть по имени радиосети HomeRF. Первая версия спецификации HomeRF появилась 17 декабря 1998 года, последняя (HomeRF 2.01) – 1 июля 2002 года. В январе 2003 года рабочая группа HomeRF была расформирована.

196

Стандарт HomeRF задумывался как беспроводная домашняя (персональная) сеть, беспроводной аналог известной к тому времени проводной Ethernet-подобной сети HomePNA, использовавшей в качестве среды передачи уже проложенную телефонную линию. Для нормальной работы сети HomeRF необходим host-компьютер или устройство, выполняющее его функции. Последнее сильно снижает стоимостную привлекательность и удобство развёртывания такой сети.

Необходимость наличия host-компьютера является также главным отличием этой технологии от Bluetooth. Стандарт HomeRF прекрасно проработан для решения сетевых задач, в то время как стандарт Bluetooth не требует дорогой аппаратной поддержки и помимо построения персональной сети может быть использован для решения широчайшего спектра задач, в основном сводящихся к замене провода радиоинтерфейсом. Поскольку рынок такого рода приложений во много раз превосходит рынок специализированных сетевых устройств, Bluetooth и стал первой массовой беспроводной WPAN-технологией. Что же касается HomeRF, он пока не нашел массового применения. С одной стороны, его вытесняют Bluetooth-устройства, с другой – системы семейства стандартов IEEE 802.11, которые за последние несколько лет стали существенно дешевле (лишив тем самым HomeRF основного преимущества – низкой стоимости).

С технической точки зрения технология HomeRF использует пакетный способ передачи данных при помощи шумоподобного сигнала по методу частотных скачков (50 сигналов в секунду). Мощность передатчика приёмопередающей станции составляет 100 mW, скорость обмена данными 1 или 2 Мбит/с (может быть увеличена до 10 Мбит/с), передача ведется на частоте 2,4 GHz. При передаче применяется двух- или четырехуровневая частотная модуляция, количество устройств в сети – до 127. Защита информации при передаче осуществляется по алгоритму Blowfish data security, радиус действия приёмопередатчика – до 50 м [59].

Wireless USB (WUSB). История технологии Wireless USB (WUSB, дословно – беспроводной USB) начинается в 2004 году, когда была создана рабочая группа Wireless USB Promoter Group, в которую вошли представители семи крупнейших IT-компаний: Agere Systems, Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC, Philips и Samsung. Идеологией стандарта является избавление существующего популярного компьютерного интерфейса USB от соединительного кабеля и создание его беспроводного аналога.

Существующая в настоящее время версия стандарта Wireless USB 1.0 позволяет добиться пропускной способности между USB-устройствами до 480 Мбит/с на расстоянии до трёх метров и 110 Мбит/с – на дистанции до десяти метров. Передача ведется в безлицензионном диапазоне 2,4 GHz, при этом создаваемые для других беспроводных устройств помехи минимальны.

197

В случае возникновения помех при связи проблемная частота блокируется и устройства WUSB переходят на другие частоты рабочего диапазона.

Работа WUSB-сети строится вокруг внешнего (подключаемого к USB-порту) или встроенного в компьютер передатчика, к которому можно подключить до 127 беспроводных устройств. Другие компьютеры подключаются к сети аналогичным образом, в периферийные устройства транслятор WUSB-сигналов также может либо встраиваться, либо подключаться через USB-порт.

Учитывая то, что уже в самой первой версии Wireless USB 1.0 была достигнута скорость передачи данных до 110 Мбит/с на расстоянии до 10 м, эта технология имеет большое будущее. Для сравнения, чтобы обеспечить передачу сигнала телевидения высокой чёткости HDTV в пределах помещения, необходима скорость передачи порядка 24 Мбит/с. Таким образом, WUSB реально может обеспечить одновременную передачу нескольких высококачественных видеосигналов. Малая распространённость решений на основе WUSB в настоящее время (на январь 2009 года) объясняется только недавним происхождением технологии, которая в дальнейшем, безусловно, распространится очень широко [83].

IEEE 802.15.3. Стандарт IEEE 802.15.3 (утвержден 12 июня 2003 года) описывает работу высокоскоростной малой беспроводной сети передачи данных (пикосети, англ. piconet). Пикосеть данного стандарта – это так называемая ad hoc-система, в которой несколько независимых устройств могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Радиус зоны действия приёмопередатчика устройств стандарта IEEE 802.15.3 как правило не превышает 10 м. Основные требования к такой сети – высокая скорость передачи данных, простая инфраструктура, легкость установления соединения и вхождения в сеть, наличие средств защиты данных и предоставление для определённых типов данных соединения с гарантированными параметрами передачи (QoS).

Пикосеть может объединять несколько устройств, одно из которых выполняет функции управления (координатор пикосети – piconet coordinator, PNC). Кроме того, стандарт предусматривает возможность формирования дочерних пикосетей и описывает порядок взаимодействия между независимыми соседними пикосетями. Каждое устройство обладает глобальным 64-разрядным MAC-адресом, но для ускорения работы в сети ему присваивается и 8-разрядный сетевой адрес (идентификатор DEVID).

В пикосети возможен обмен как асинхронными, так и изохронными (потоковыми) данными – чаще всего звуком и видео. Весь информационный обмен в пикосети основан на последовательности суперкадров (superframe), каждый из которых состоит из управляющего заголовка (пакет beacon), интервала конкурентного доступа (contention access period – CAP) и набора временных интервалов (каналов), назначенных определённым устройствам.

198

Во время интервала конкурентного доступа к каналу работа станций регулируется на основе механизма контроля несущей с предотвращением коллизий – CSMA/CA. Суть этого механизма состоит в том, что ни одна станция не может начать работу до тех пор, пока не удостовериться, что в канале никто не работает на передачу. После этого станция выжидает случайный интервал времени и, если канал остается свободным, начинает передачу (принцип „кто первый успел занять канал, тот и работает“). Подобный механизм применен и в сетях стандарта IEEE 802.11.

Канальные интервалы (СТА) координатор пикосети назначает каждому устройству или группе устройств по предварительному запросу с их стороны, назначение канального интервала для устройства означает, что другие устройства в этот момент не могут работать на передачу. СТА могут динамически распределяться в суперкадре (для асинхронных и изохронных данных) или быть фиксированными (только для изохронных данных). Также возможны управляющие канальные интервалы (МСТА) для передачи команд и служебных сообщений.

Обмен данными в сети IEEE 802.15.3 осуществляется посредством пакетов (кадров). Пакеты MAC-уровня включают в себя MAC-заголовок (10 байт) и поле полезных данных (до 2048 байт), которое заканчивается контрольной суммой FCS (до 4 байт). По типу кадры могут быть командными, кадрами данных, управления (beacon) и подтверждения.

Спецификация физического канала стандарта IEEE 802.15.3 приведена только для диапазона 2400 – 2483,5 MHz. Она предусматривает пять допустимых скоростей передачи и, соответственно, пять типов квадратурной фазово-амплитудной модуляции:

Скорость 22 Мбит/с является базовой, её обязаны поддерживать все устройства данного стандарта. При работе на этой скорости данные не кодируются, на остальных скоростях перед передачей данные кодируются посредством свёрточного кодера с 3-разрядным сдвиговым регистром (модуляция посредством решётчатого кода, англ. Trellis Code Modulation, TCM) с восемью состояниями.

Пакеты физического уровня (PHY) в сети стандарта IEEE 802.15.3 включают в себя преамбулу, PHY-заголовок, MAC-заголовок, HCS (общая для заголовков физического и MAC-уровней контрольная

199

последовательность), MAC-поле данных, контрольную сумму FCS, дополнительные биты SВ (выравнивают общую длину MAC-поля данных так, чтобы она оказалась кратной числу информационных бит в символе) и хвостовые символы TS (предназначены для процедуры TCM-кодирования).

Описываемый стандарт требует, чтобы устройства могли работать в любом из пяти возможных частотных каналов с центральными частотами 2412 (1), 2428 (2), 2437 (3), 2445 (4) и 2462 (5) MHz. При этом предусмотрено два канальных плана – режим высокой плотности (1, 2, 4, 5 каналы) и режим совместимости с сетью стандарта IEEE 802.11b (1, 3, 5 каналы). Последнее означает, что перед началом работы на передачу каждое устройство сканирует диапазон и находит свободные каналы с учётом работающей сети стандарта IEEE 802.11b [59].

IEEE 802.15.3а. Существующий стандарт высокоскоростных персональных сетей IEEE 802.15.3 оказался неспособным удовлетворить абсолютно все требования к WPAN-сетям в части скорости передачи данных. Для ряда приложений даже максимально возможная в нём скорость передачи 55 Мбит/с может быть недостаточной. В результате был поднят вопрос о создании стандарта сверхбыстродействующих персональных сетей IEEE 802.15.3а, который сегодня существует в виде проекта и не принят в окончательном виде.

С технической точки зрения (а в проекте стандарта речь идет о скоростях порядка 110 – 480 Мбит/с и выше – до 1320 Мбит/с) достичь столь высоких скоростей обмена возможно только путем увеличения спектральной ширины частотного канала, переходя в область так называемой сверхширокополосной связи (СШП, англ. UWB). 14 февраля 2002 года Федеральная комиссия связи (FCC) США разрешила применение сверхширополосных устройств внутри помещений в диапазоне 3100 – 10600 MHz, после чего в 2002 году при IEEE образовалась исследовательская группа Tg3a, в которую вошли представители практически всех крупнейших полупроводниковых и телекоммуникационных фирм. Вскоре появляются два конкурирующих предложения по технологии СШП-передачи – мультиполосный множественный доступ посредством ортогональных несущих MB-OFDM и метод прямой последовательности расширения спектра DS-UWB. На сегодня ни один из методов не утвержден в качестве стандарта, а производители элементной базы готовы начать выпуск элементной базы как для поддержания одного из них, так и для создания двухмодовых устройств MB-OFDM/DS-UWB.

Суть технологии MB-OFDM состоит в том, что весь разрешённый диапазон делиться на полосы шириной 528 MHz. В стандартном режиме предусмотрено три полосы, в расширенном – семь. Каждая полоса делится на 128 поднесущих частот с шагом 4,125 MHz. Из них используется 122 поднесущих: 100 – для модуляции данных, 12 – пилотные и 10 – защитные. Каждая поднесущая модулируется посредством QPSK. Один OFDM-символ

200

содержит 100 или 200 кодированных бит. Период следования символов 312,5 нс. При этом каждый последующий символ может передаваться в иной частотной полосе по жёстко определённой схеме для каждого логического канала (в этом, собственно, и состоит отличие MB-OFDM от OFDM).

Последовательность перехода с одной частоты на другую называют частотно-временным кодом. Обмен информации происходит кадрами (пакетами).

Таким образом, предлагается комбинация OFDM и известного механизма частотных скачков Fh. В результате в зависимости от скорости кодирования и числа повторов символов формируется спектр скоростей от 55 до 480 Мбит/с (изменяя вид модуляции, можно достичь и больших скоростей).

Недостаток технологии MB-OFDM состоит в том, что метод частотных скачков не самый эффективный с точки зрения использования спектрального диапазона.

Технология метода прямой последовательности расширения спектра DS-UWB предполагает замену каждого бита специальной кодовой последовательностью длиной до 24 бит. Предусмотрено два вида модуляции – двоичная фазовая BPSK (один бит на символ) и так называемая 4ВОК-модуляция (модуляция на основе четырёх ортогональных двоичных кодов, фактически – вариант квадратурной модуляции, один 4ВОК-символ содержит 2 бита).

Весь диапазон вещания разбивается на две зоны: 3,1 – 4,85 GHz (нижний диапазон) и от 6,9 до 9,7 GHz (верхний диапазон). В каждом диапазоне предусмотрено по шесть каналов пикосети (с шагом 39 МHz в нижнем диапазоне, начиная с 3900 МHz, и с шагом 78 МHz в верхнем, начиная с 7800 GHz). Только четыре канала нижнего диапазона с центральными частотами 3939, 3978, 4017 и 4056 МHz считаются обязательными для поддержки каждым устройством, остальные каналы – дополнительные. Частота следования модуляционных символов в каждом канале равна 1/3 его центральной частоты. В зависимости от скорости предварительного кодирования, вида модуляции и длины кодовой последовательности скорость передачи данных может составлять 28, 55, 110, 220, 500, 660, 1000 и 1300 Мбит/с [59].

IEEE 802.15.4 (ZigBee). До сих пор мы рассматривали сети класса WPAN в порядке увеличения скорости обмена данными (из этого стройного ряда несколько выбивается только новейшая технология WUSB, причём тоже в сторону увеличения скорости). Но для решения очень широкого спектра задач вполне достаточно низкой скорости обмена данными. Здесь на первый план выходят такие показатели, как максимальная простота и дешевизна сетевых устройств, сверхнизкое потребление энергии и наличие несложного механизма подключения к сети. Скажем, для интерактивных игр не нужна скорость обмена между компьютерами свыше 250 кбит/с, а

201

разнообразные задачи автоматизации и системы сбора информации и вовсе не требуют скоростей передачи данных свыше 20 кбит/с.

Для решения данного круга задач и был разработан стандарт низкоскоростных WPAN-сетей IEEE 802.15.4. Его разработчиком выступил альянс компаний (Invensys, Honeywell, Mitsubishi Electric, Motorola, Philips), назвавший себя ZigBee (от Zig-zag – зигзаг и Bee - пчела). Подразумевалось, что топология сети будет напоминать зигзагообразную траекторию полёта пчелы от цветка к цветку. Под этим названием технология и получает всё большее распространение.

Стандарт IEEE 802.15.4 предусматривает работу в трёх диапазонах: один канал в диапазоне 868,0 – 868,6 MHz (диапазон для Европы, модуляция BPSK, скорость 20 кбит/с), 10 каналов в диапазоне 902 – 928 MHz (шаг центральных частот 2 MHz, самая нижняя из них – 906 MHz, модуляция BPSK, скорость 40 кбит/с) и 16 каналов в диапазоне 2400 – 2483,5 MHz (шаг центральных частот 5 MHz, самая нижняя из них – 2405 MHz, модуляция О-QPSK, скорость 250 кбит/с). В радиоканале используется метод широкополосной передачи с расширением спектра прямой последовательностью DSSS.

Сеть стандарта IEEE 802.15.4 содержит два типа устройств – полнофункциональные (FFD) и устройства с уменьшенной функциональностью (RFD). Основное отличие этих типов заключается в том, что FFD могут устанавливать соединение с любыми устройствами, а RFD – только с FFD. В каждой пикосети должно быть устройство-координатор, функции которого может выполнять только FFD.

Сеть, состоящая из одного FFD и нескольких RFD, образует топологию типа „звезда“. Если в сети FFD несколько, топология может быть более сложной – типа одноранговой сети (сети равноправных устройств, peer-to-peer) „каждый с каждым“ или объединение нескольких звездообразных кластеров. Но в любом случае одно из FFD выполняет функцию координатора сети. Стандарт предусматривает взаимодействие устройств не только в рамках одной WPAN, но и между соседними WPAN, для чего нужна развитая система адресации. Каждому устройству сети присваивается 64-разрядный адрес, но внутри сети координатор может присвоить устройствам более короткие 16-разрядные адреса (в этом случае для межсетевого взаимодействия используются 16-разрядные идентификаторы сетей, также назначаемые координатором).

Информационный обмен в пикосети происходит посредством последовательности суперфреймов. Структура суперфреймов в целом аналогична принятой в стандарте IEEE 802.15.3.

Каждое устройство передаёт информацию посредством фреймов (пакетов). Они могут быть четырёх типов – управляющие (beacon frame), фреймы данных, фреймы подтверждения приёма данных и фреймы команд MAC-уровня. Фреймы физического уровня содержат заголовок с

202

синхропоследовательностью и информацией о размере фрейма (до 127 байт) и собственно поле данных – пакет MAC-уровня. Последний содержит заголовок со всей необходимой информацией о фрейме, адреса и идентификаторы устройств (отправителя и получателя, в целом до 21 байта), собственно поле данных произвольной длины и проверочную последовательность (2 байта). Сама процедура обмена информацией может использовать пакеты подтверждения приёма данных (если потеря пакета в данном приложении критична).

Аппаратная реализация стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee) на сегодня уже достаточно проработана. Чипсеты производятся весьма широким кругом производителей, причём компанией Freescale Semiconductor выпускается однокристальный модем МС13192 для диапазона 2,4 GHz. Это законченное решение беспроводного модема, который содержит интерфейс с микроконтроллером и может применяться для решения множества задач. Именно за такими аппаратными решениями будущее стандарта IEEE 802.15.4, как, собственно, и всего семейства стандартов IEEE 802.15 [59].

Сверхширокополосные системы UWB. Работы в области сверхширокополосных систем начались приблизительно с конца 50-х годов 20 века в связи с развитием радиолокационной техники. Они проходили параллельно как в США, так и в СССР. До 1989 года для обозначения сверхширокополосных систем использовались термины „сигналы без несущей“, „импульсные сигналы“, „несинусоидальные сигналы“ и другие. Определение термина „сверхширокополосные устройства“ (Ultra Wideband, UWB) было введено агентством DARPA Министерства обороны США (FCC) в 1990 году. По определению FCC к UWB-устройствам относятся все системы со спектральной полосой не менее 500 MHz, а также устройства, у которых ширина спектральной полосы по уровню -10 дБ относительно максимума мощности излучения составляет по крайней мере 20% от значения центральной частоты. В отечественной науке к широкополосным относили сигналы, у которых ширина спектра соизмерима с центральной частотой. Понятие „сверхширокополосный сигнал и система“ впервые было введено известным советским специалистом Л. Ю. Астаниным.

Ключевым моментом в становлении сверхширокополосных систем явилась разработка в 1974 году UWB-радарной системы для исследования подземных объектов. Появление этой системы стало настоящим толчком для нового направления – UWB-радаров для геолокации и локации сквозь стены. Важным этапом в развитии UWB-технологий стало также появление стробоскопических осциллографов с частотой сканирования выше 10 GHz.

В целом к 80-м годам 20 века основные теоретические исследования в области UWB были завершены и на их основе созданы первые гражданские и военные системы в области радиолокации, геолокации, позиционирования и связи. В качестве примера можно привести работу компании Multispectral Solutions, которая по заказу правительства США создала коммуникационную

203

систему с высокой скрытностью и помехоустойчивостью (с малой вероятностью обнаружения и противодействия, LPI/D), принятую в 1987 году. Аналогичные исследования велись и в СССР, хотя почти все они как у нас, так и на Западе, были связаны с радарной тематикой. Первые работы по UWB-системам связи с кодовым разделением каналов были выполнены в СССР в середине 80-х годов 20 века, однако с начала 90-х годов многие работы по этой тематике на территории стран СНГ были полностью или частично заморожены.

Прорыв на рынке гражданских UWB-систем связи произошёл в конце 80-х годов 20 века в США, когда несколько компаний очень активно начали продвигать свои системы гражданского назначения. Наибольшего успеха добилась компания Time Domain, которая была основана в 1987 году и за десять лет работы на рынке со своей технологией PlusOn превратилась в одного из лидеров в области портативных UWB коммуникационных систем и радаров.

Существует множество способов формирования сверхширополосных сигналов, защищенных патентами ряда фирм. Рассмотрим сущность технологии UWB на примере так называемого „импульсного радио“ (патент Гарри Фуллертона „Полнодуплексная система и метод связи“).

Передача по данному методу ведется короткими (20 – 0,1 нс) импульсами, следующими друг за другом с интервалом 2 – 5000 нс (в реальных системах значения этих параметров могут быть и другими). Импульс – моноцикл Гаусса – описывается первой производной от функции распределения Гаусса. Ширина полосы такого импульсного сигнала в диапазоне 3 дБ составляет около 160% от центральной частоты. Для импульса длительностью 0,5 нс центральная частота равна 2 GHz, а ширина полосы – около 3,2 GHz. Регулярная последовательность таких импульсов не несёт никакой информации, её спектр имеет выраженный „гребенчатый“ характер. Следовательно, подобный сигнал может интерферировать с сигналами других радиотехнических систем.

В „импульсном радио“ (термин Л. Фуллертона) информация кодируется посредством временной позиционно-импульсной модуляции. Смещение импульса относительно исходного положения в последовательности вперёд задаёт 0, назад – 1. Время смещения не превышает четверти длительности импульса. Один информационный бит кодируется последовательностью многих импульсов, например, 200 импульсов на бит.

Для разделения каналов передачи исходное положение каждого импульса сдвигают на время, пропорциональное текущему значению некоторой псевдослучайной последовательности (разделение посредством временных сигналов, Time Hopping). При этом время сдвига на один-два порядка выше, чем смещение при временной модуляции. В результате спектр сигнала существенно сглаживается, становится шумоподобным и уже не мешает другим устройствам, работающим в той же частотной полосе.

204

Применяя систему ортогональных кодов для управления временными задержками импульсов, теоретически можно в одной полосе создавать тысячи дуплексных голосовых каналов связи. В отличие от технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) системы импульсного радио используют ортогональные псевдослучайные последовательности не для расширения спектра сигнала, а только для сглаживания его спектральной характеристики, формирования отдельных каналов связи и защиты от помех. С другой стороны, импульсное радио можно рассматривать как предельный случай CDMA, в котором полностью отказались от несущей или, что физически почти то же самое, длительность выходного импульса сделали равной одному периоду несущей.

Кроме временного кодирования в системе импульсного радио можно применять и дополнительные поднесущие – информационный сигнал предварительно модулируется тем или иным традиционным методом (AM, FM, PM, FSK, PSK, PCM и т. д.). Далее модулированные поднесущие подвергаются временной модуляции (иными словами, вместо информационного сигнала модулируется поднесущая, промодулированная информационным сигналом).

Приёмное устройство импульсного радио функционально представляет собой приёмник (детектор) прямого преобразования и коррелятор. По-другому его можно назвать синхронным приёмником без промежуточного преобразования частоты с системой ФАПЧ, где частота гетеродина заменяется импульсной последовательностью, позволяющей выбрать канал связи. Будучи синхронизированным с передатчиком и зная псевдослучайную последовательность канала, коррелятор определяет отклонение принятых импульсов. Если сигнал пришёл раньше межипульсного интервала на заданный промежуток времени, коррелятор формирует на выходе +1, если позже – -1, во всех остальных случаях – 0. Эти значения накапливаются в интеграторе. В результате узкополосная помеха от передатчика с непрерывной несущей или сигнал от другого импульсного передатчика способны помешать приёму отдельных импульсов, но не информационного бита в целом. Накопленным значением коррелятора от случайных помех будет 0. причем описанный здесь метод корреляционного детектирования последовательности сверхкоротких импульсов – далеко не единственно возможный для применения в системах импульсного радио.

Одно из главных достоинств импульсного радио – отсутствие интерференции прямо распространяющегося сигнала с его отражениями, которая является серьёзной проблемой для многих технологий связи. В данном случае отражённый сигнал попадёт в коррелятор с задержкой и будет однозначно воспринят как случайная помеха. Кроме того, благодаря широкополосности затухание короткоимпульсного сигнала в различных средах достаточно мало – короткие импульсы легко проходят сквозь

205

различные препятствия, поскольку подавление сигнала происходит не во всём диапазоне.

Системы импульсного радио обладают также высоким эффективным усилением обработки за счёт большого отношения ширины межимпульсного интервала к длительности импульса. Из-за этого UWB-системы могут работать с очень малой средней мощностью передатчика. Так, в октябре 1997 года Time Domain демонстрировала полнодуплексную связь по технологии UWB с центральной частотой 1,7 GHz на дистанции свыше 900 м и скоростью передачи 32 кбит/с при средней мощности передатчика около 2 мВт. Кроме того, система одновременно определяла расстояние с точностью до 3 см. Компанией была разработана также полнодуплексная система передачи данных с центральной частотой 1,3 GHz, скоростью передачи 39 – 156 кбит/с на дальность до 16 км при мощности передатчика 250 мкВт. Ещё одна разработка – демонстрационная беспроводная локальная сеть со скоростью передачи 5 Мбит/с и радиусом действия свыше 10 м (через две стены внутри здания) при мощности излучения 50 мкВт.

Таким образом, на основании технологии UWB могут быть построены сети WPAN, WLAN и WMAN со скоростями передачи данных свыше 20 Мбит/с, а также телефонные системы, системы позиционирования и локации. Поскольку средняя мощность передатчиков UWB-устройств может быть чрезвычайно низкой, а сам сигнал распределён по очень широкому спектру, обнаружить, перехватить или заглушить его весьма проблематично. Кроме того, работа подобных систем в теории никак не влияет на работу других радиотехнических средств при работе в одном диапазоне. Учитывая ещё и достаточно простую аппаратную реализацию, а также возможность работы через стены внутри помещений со сложной архитектурой, UWB-системы сразу же после своего появления заинтересовали военные ведомства различных стран. В СССР и США практически любая деятельность в этой сфере до конца 70-х годов 20 века носила закрытый характер. Правила по разработке и применению широкополосных систем общего применения в Соединённых Штатах были окончательно утверждены только в 2004 году. Согласно этим правилам в диапазонах частот 1990 – 10600 MHz допустимый уровень эквивалентного изотропного излучения (EIRP) составляет 7,41·10-14 Вт/Hz (-41,3 дБм/MHz).

Аппаратная реализация UWB-систем основана на специально разработанных комплектах интегральных схем, антенные системы к ним могут быть изготовлены непосредственно на печатных платах. В целом, решения настолько просты, что по утверждениям компании Time Domain на основе созданного ей комплекта интегральных схем можно создавать законченные решения систем импульсного радио стоимостью ниже 20 долларов. Целый ряд других производителей также готов к выпуску массовых решений.

206

С другой стороны, в настоящее время вопросы массового применения UWB-технологии окончательно не разрешены. Продолжаются исследования интерференции излучения UWB-устройств с сигналами других радиотехнических систем. Вместе с тем почти готовы стандарты на сверхширокополосные персональные беспроводные сети передачи данных IEEE 802.15.4а и IEEE 802.15.3а, практически все ведущие мировые полупроводниковые и телекоммуникационные компании (включая Институт радиотехники и электроники Российской академии наук ИРЭ РАН) вовлечены в работы в области UWB-технологий. Всё это говорит о том огромном потенциале, который заложен в сверхширокополосные системы и который будет реализован в самое ближайшее время в массовых решениях общего назначения [59].

Системы передачи данных в инфракрасном диапазоне (IrDA, FSO) и системы, основанные на иных физических принципах. Системы передачи данных в инфракрасном диапазоне по стандарту IrDA уже упоминались нами в разделе 4 Сотовые (территориальные) системы. Аббревиатура IrDA первоначально расшифровывалась как Infrared Data Association, Ассоциация средств пересылки данных в инфракрасном диапазоне, в дальнейшем она стала использоваться для обозначения стандарта на такие системы [81]. Ассоциация IrDA была создана в 1993 году Hewlett-Packard (HP) и рядом других компаний, в этом же году была утверждена первая версия стандарта IrDA 1.0. Осенью 1995 года появляется вторая версия стандарта IrDA 2.0, обратно совместимая с IrDA 1.0, на чём развитие данного семейства стандартов фактически прекращается [81].

При работе через ИК-порт стандарта IrDA 1.0 и 2.0 передача информации ведется в инфракрасном диапазоне при длине волны от 850 до 880 нанометров. Дальность передачи для мобильных устройств обычно не превышает 1 м, между устройствами не должно быть никаких препятствий (обеспечение прямой видимости). Угол передачи для стандарта 1.0 не должен превышать 60 градусов, а для стандарта 2.0 – 30 градусов. IrDA – полудуплескный или симплексный канал, т. е. он не может одновременно получать и принимать информацию. При передаче вспышка соответствует нулю, а отсутствие излучения – единице [41, 81].

Скорость передачи через ИК-порт стандарта IrDA 1.0 составляет от 2400 бит/с до 115 кбит/с, стандарта IrDA 2.0 – от 1,152 до 4 Мбит/с. Но такие скорости достижимы только в случае, когда оба ИК-порта работают по второй версии стандарта. В случае с персональным компьютером (рабочей станцией) это возможно только при использовании стационарных ИК-портов, подключаемых непосредственно к системной плате 5-контактным разъёмом IRI. Выносной ИК-порт, подключённый через USB-порт, принципиально не может работать со скоростью выше 115 кбит/с (подробнее см. раздел 4 данной работы; данное утверждение справедливо

207

для USB-порта поколения 1.0 и 1.1, порт USB 2.0 допускает обмен данными со скоростью до 480 кбит/с) [41, 44, 81].

Все ИК-порты независимо от производителя аппаратно совместимы между собой, хотя у различных устройств может наблюдаться программная несовместимость. Иллюстрацией этого утверждения может служить возможность управлять бытовой техникой при помощи ИК-порта смартфона, коммуникатора или PDA после установки на него соответствующего ПО. Что касается различной бытовой техники, то она обычно снабжается так называемым пользовательским ИК-портом или ИК-приёмником (CIR), который рассчитан только на приём сигналов пульта дистанционного управления. Таким ИК-приёмником оснащаются и большинство ноутбуков последних моделей. Сам же пульт ДУ содержит ИК-передатчик намного большей мощности, чем на портативных устройствах, который позволяет управлять техникой с расстояния до 10 и более метров. Возможность установки передатчика такой мощности в пультах ДУ объясняется в первую очередь кратковременной импульсной работой пульта ДУ на передачу.

В любом случае технология стандарта IrDA позволяет организовать только полудуплексный (симплексный) канал между не более чем двумя точками (так называемый point-to-point, точка-точка). Последнее характерно для всех технологий передачи данных в инфракрасном диапазоне. При рассмотрении пары управляемое устройство – пульт ДУ мы фактически имеем дело с односторонним каналом передачи данных.

Все устройства семейства стандартов IrDA по дальности действия соответствуют WPAN-сетям. Но на основе ИК-технологий могут быть построены и намного более „дальнобойные“ системы передачи данных типа point-to-point. Это так называемые АОЛС (Атмосферные оптические линии связи , англоязычный термин Free space optics, FSO), которые по дальности действия соответствуют WLAN-сетям. Рассмотрим системы этого класса на примере оборудования компании GeoDesy.

Осенью 2008 года компания представляла на рынке четыре подобных системы: GD 1500, GD 2500, Super Giga и GD 5000 с дальностью передачи до 1500, 2500, 3000 и 5000 м соответственно со скоростью Gigabit Ethernet (1 Гбит/с). Оборудование этих систем представляет собой два лазерных модуля (головки), два внешних блока питания и комплект соединительных кабелей. Система обеспечивает полнодуплексную связь (full-duplex), она оборудована стандартным интерфейсом локальных компьютерных сетей LAN на основе кабеля типа 4 витые пары и коннекторов стандарта 8Р8С. Патентованная автоматическая система защиты от сатурации (насыщения) луча позволяет обеспечивать надёжную работу оборудования в самых экстремальных погодных условиях. По утверждению фирмы-производителя, система передачи данных FSO по надёжности аналогична системам на основе оптоволоконных кабелей. Стандартный комплект оборудования может быть

208

дополнен средством management platform, которое позволяет осуществлять дистанционное наблюдение и настройку модулей с помощью стандартных средств Ethernet или SNMP Manager (SNMP – Simple Network Management Protocol – простой протокол управления локальной сетью, который позволяет дистанционно контролировать работу отдалённых узлов сети [81]). Для обеспечения работы FSO необходимо, чтобы лазерные модули находились в прямой видимости [82].

Преимущества подобных систем в основном сводятся к тому, что для их эксплуатации не нужно никаких разрешений, аренды радиочастотного канала и т. д. Кроме того, FSO-системы не чувствительны к радиопомехам (а значит, не поддаются глушению стандартными средствами) и обладают высокой защищённостью от перехвата информации уже на аппаратном уровне. Дело в том, что концентрированный оптической системой головки лазерный луч инфракрасного диапазона очень сложно даже просто обнаружить, а незаметно считывать информацию с такой линии под силу пожалуй, только государственным спецслужбам. Главные недостатки системы – ограниченная дальность передачи и необходимость обеспечения прямой видимости двух лазерных модулей.

Сфера применения FSO-систем может быть весьма широкой. В первую очередь это соединение двух локальных сетей LAN в разных зданиях высокоскоростным каналом без прокладки кабеля или аренды радиоканала. Причём скорости передачи и наличие полнодуплексной связи позволяют использовать этот канал для сервисов реального времени, в частности для VoIP-связи, решив таким образом ещё одну проблему: установление местной телефонной связи между этими зданиями. Возможно применение данных систем и в качестве резервных каналов связи, а также в составе систем безопасности, построенных на основе IP-решений [82].

Помимо систем передачи данных в инфракрасном диапазоне существует и ряд систем, основанных на иных физических принципах (чаще всего это устройства типа point-to-point). В качестве примера можно привести системы передачи данных на основе микроволнового канала. Передатчики подобной аппаратуры построены на специальных лазерах, а приёмные устройства – на основе фотоэлементов. В опытных установках информация передавалась в пределах прямой видимости на расстояние 15 – 20 км со скоростью до 20 Гбит/с. О частотах, на которых ведется передача, в доступной литературе не упоминается (как собственно, и других подробностей). Преимуществами систем на микроволновом канале являются огромная пропускная способность и полная нечувствительность к электромагнитным помехам. Из недостатков можно отметить высокую стоимость аппаратуры каналообразования, недостаточную её отработанность и невозможность организовать разветвлённую сеть (только point-to-point). Возможно, в настоящее время существует ещё ряд подобных систем, которые применяются в военной сфере и в силу этого пока засекречены.

209

Иной раз сообщения о системах передачи данных, основанных на иных физических принципах, носят характер сенсации и обещают скорую революцию в деле связи и передачи данных. Однако на практике они распространены очень мало, никакой решающей роли не играют и всегда могут быть замещены более традиционными решениями. Кроме того, любое оборудование для передачи данных типа point-to-point операторского класса по своим характеристикам приближается к классическим радиорелейным линиям связи (связь типа point-to-point между двумя стационарными приёмопередатчиками с узконаправленными антеннами в радиодиапазоне, фактически – замена проводной линии направленным радиоканалом, применяется как для телефонной связи, так и для передачи данных), которые выходят за рамки обзора систем мобильной связи.