Лекция_6_СиТ_2024 (WLAN)

1.

Институт информационных технологий
и анализа данных.
«Анализ и оптимизация сетей и
протоколов связи в системах IIoT»
Лекция 5:
Беспроводные технологии передачи данных
(WLAN)
Руководитель лаборатории сетевых технологий
института ИТиАД ИРНИТУ:
Аношко Алексей Федорович
Telegram: @a_anoshko

2.

Основные сведения о WLAN
2

3.

Основные сведения о WLAN
3

4.

Основные сведения о WLAN
4

5.

Что такое WLAN?
5

6.

Что такое WLAN?
*) Анонсировано
**) Wi-Fi 0, 1, 2 и 3 не имеют брендирования, это общепринятое обозначение
Поколение
Стандарт IEEE
Wi-Fi 7
802.11be
Wi-Fi 6E
Wi-Fi 6
802.11ax
Максимальная
скорость
(Мбит/сек)
Год
(2024)*
2020
2019
1376 to 46120
574 to 9608
Радиочастота
(ГГц)
2.4/5/6
6
2.4/5
Wi-Fi 5
802.11ac
2014
433 to 6933
5
Wi-Fi 4
802.11n
2008
72 to 600
2.4/5
(Wi-Fi 3)**
802.11g
2003
6 to 54
2.4
(Wi-Fi 2)**
802.11a
1999
6 to 54
5
(Wi-Fi 1)**
802.11b
1999
1 to 11
2.4
(Wi-Fi 0)**
802.11
1997
1 to 2
2.4
6

7.

Развитие WLAN
7

8.

Развитие WLAN
8

9.

Регулирующие организации
https://www.etsi.org/
Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI)
является независимой некоммерческой организацией по стандартизации в
телекоммуникационной отрасли (производители оборудования и операторы сетей)
в Европе.
ETSI был официально признан Европейской комиссией в 1988 году,
расположен в технопарке Софии-Антиполис (юго-западнее Ниццы).
9

10.

Регулирующие организации
10

11.

Определение
11

12.

Несущая волна
12

13.

Длина волны
13

14.

Амплитуда
14

15.

Фаза
15

16.

Усиление фазы сигнала
16

17.

Затухание фазы сигнала
17

18.

Частота волны
18

19.

Модуляция и демодуляция
19

20.

Поглощение сигнала
20

21.

Отражения сигнала
21

22.

Рассеивание сигнала
22

23.

(Рефракция) преломление сигнала
Отражение — это явление, при котором волна отталкивается, а рефракция — это
явление, при котором волна меняет направление при прохождении через
определенную поверхность. Например, рефракция происходит, когда сигналы
проходят через слои атмосферы или стены зданий различной плотности.
23

24.

Дифракция
24

25.

(Затухание) Ослабление сигнала
25

26.

Многолучевое распространение
26

27.

Усиление сигнала
27

28.

Зона Френеля
Огюсте́н Жан Френе́ль 10 мая 1788 — 14 июля 1827)
Например, на расстоянии 2.5 км (половина общего расстояния), диаметр первой зоны Френеля для
частот диапазона 2.4 ГГц, равен 12 метрам. Это означает, что линия прямой видимости должна
проходить на 6 метров выше любого препятствия расположенного по ходу луча.
28

29.

Частотные диапазоны и каналы
29

30.

IEEE 802.11
Так как диапазон 2,4 ГГц широко используется, стандарт 802.11a, который
работает
на частоте 5 ГГц, характеризуется низким числом конфликтов в каналах. Однако
высокая частота имеет свои ограничения. Диапазон 5 ГГц передает сигналы
лишь в
зоне прямой видимости; поэтому требуется больше точек доступа. При
использовании частоты 2,4 ГГц сигнал передаётся на более дальнее
расстояние, по
30
сравнению с частотой 5 ГГц.

31.

Сравнительные характеристики
31

32.

Частотные диапазоны
32

33.

Технология объединения каналов
Каналы 40 МГц в большей степени подвержены помехам и могут мешать работе других
устройств, что вызовет проблемы с производительностью и надежностью, особенно при
наличии других сетей Wi-Fi и других устройств, работающих в диапазоне 2,4 ГГц.
33

34.

Частотный диапазон 5Ггц
Для 5 ГГц следует помнить, что надежно работают только 4 канала:
36/40/44/48
34

35.

Wi-Fi роуминг
Сколько копий сломано над этими словами. Сколько людей мечтают о
управлении конечными устройствами Wi-Fi в процедуре переключения с одно
узла Wi-Fi сети на другой.
Увы, пока это миф.
Существующий набор стандартов 802.11 не может заставить конечное
устройство переключиться на узел с более лучшими характеристиками чем
тот, к которому устройство подключено в настоящий момент.
Если устройство способно воспринимать расширения 802.11r/k/v, есть
возможность только "предложить" конечному устройству переключиться.
35

36.

802.11k
Radio Resource Management, поправка 2008 года, с 2012 года в стандарте,
опция. Точка доступа флагом указывает в Beacon поддержку опции, при
запросе со стороны клиента отправляет ему список соседних точек, клиент не
тратит время на сканирование всех доступных каналов и сразу переходит на
нужный и выбирает новую точку.
Экономится батарейка, в High-Load также улучшается общее состояние эфира.
Вместе с 802.11v может сделать жизнь клиентов достаточно комфортной,
чтобы не думать об остальных технологиях (ведь точку-кандидата клиент всё
равно выбирает сам) — если конечно вам не важен VoIP и магия 50 мс для
WPA2-Enterprise.
Без поддержки со стороны клиента бесполезна.
36

37.

802.11v
Wireless Network Management (WNM) поправки опубликованы в 2011 году и в
2012 вошли в стандарт, следующие опции:
Assisted Power Saving устанавливает максимальный тайм-аут для клиента, не
требуя от него частых сообщений keep-alive,
Direct Milticast Service позволяет получать мультикаст-кадры на скорости
подключения клиента, а не скорости соты – что освобождает эфир и сохраняет
батарею (к роумингу данные функции не относятся).
Load Balancing Request в случае если точка перегружена, и просит клиента
перейти на другую и
Optimized Roaming Request если параметры Data Rate не удовлетворяют
минимальным требованиям.
Важно отметить, что это рекомендательные сообщения, и действия остаются на
усмотрение клиента.
Совместное использование 802.11k/v даёт хороший результат, и в большинстве
случаев домашних и малоофисных сетей достаточно для клиентов, не создавая
проблем в работе различных устройств.
37

38.

802.11r/FT
Fast Roaming/Fast BSS Transition – 802.11r обязательна для клиента при
использовании на точке, т.е. те кто его не поддерживают, не могут
подключиться – это флаг в управляющих кадрах и измененный механизм
обмена ключами, если абонент старый и не знает о его существовании, у
него проблема (на новых устройствах даже при отсутствии поддержки
функции иногда добавляют понимание данного флага, хотя по стандарту
нужно полностью реализовать протокол).
Может также обрушить некорректные драйвера старых клиентских
адаптеров — дело в использовании при первоначальном подключении FT 4Way Handshake для распространения общего ключа
38

39.

LoRaWAN
Что такое LoRaWAN?
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) – это протокол связи для IoT
(Интернета вещей), разработанный для энергоэффективных устройств с
большим радиусом действия.
Основные характеристики:
•Дальность связи: до 15 км в сельской местности, 2–5 км в городе.
•Низкое энергопотребление: устройства могут работать от батареи несколько
лет.
•Поддержка большого количества устройств (тысячи на одну базовую станцию).
•Работа в нелицензированных частотных диапазонах (868 МГц в Европе, 915
МГц в США, 433 МГц в Азии).
39

40.

LoRaWAN
Преимущества
✔ Дальность связи.
✔ Низкое энергопотребление.
✔ Масштабируемость (тысячи устройств на один
шлюз).
✔ Работа в нелицензированном спектре.
Недостатки
✖ Низкая скорость передачи (0,3–50 кбит/с).
✖ Ограниченный размер пакета (~250 байт).
✖ Возможны коллизии в плотных сетях.
40

41.

LoRaWAN
Основные компоненты
1.End Devices (Устройства) – сенсоры или исполнительные устройства
(например, датчики температуры, GPS-трекеры).
2.Gateways (Шлюзы) – принимают данные от устройств и передают их в
сетевой сервер.
3.Network Server (Сетевой сервер) – управляет сетью, проверяет целостность
данных, маршрутизирует сообщения.
4.Application Server (Прикладной сервер) – обрабатывает данные для
конечных приложений.
2.2. Классы устройств (Class A, B, C)
•Class A (Асинхронный) – устройство передает данные и открывает два
коротких окна для приема (самый энергоэффективный).
•Class B (Полусинхронный) – устройство периодически прослушивает канал
(баланс между энергопотреблением и задержкой).
•Class C (Синхронный) – устройство постоянно слушает канал (высокое
энергопотребление, но минимальная задержка).
41

42.

Вывод
Не стоит гоняться за технологиями ради технологий, они не всегда играют
решающую роль. Даже с самыми модными WiFi-точками, последнее слово за
клиентом.
Грамотная расстановка точек по помещению и планирование сети позволят
получить хорошие результаты даже с недорогим оборудованием, точно так же
используя топовое железо можно легко получить неработающую систему.
42