По прогнозам аналитиков, рынок WLAN наберет обороты не раньше середины следующего года. Темпы его ускорения сегодня прогнозировать трудно, а загвоздка состоит в том, что две основные разновидности стандарта 802.11 несовместимы друг с другом

Рост популярности беспроводных технологий и завидная активность органов стандартизации привели к своеобразному «клонированию» некогда единого стандарта 802.11. Из его разновидностей хорошо известны 802.11a и 802.11b (последний именуется также Wi-Fi), однако в действительности эти стандарты составляют лишь малую долю разросшегося семейства. Если так пойдет и дальше, в скором времени для обозначения спецификаций 802.11 попросту не хватит букв латинского алфавита.

Несколько лет назад все было просто. Стандарт 802.11, в России больше известный как RadioEthernet, предусматривал передачу данных со скоростями до 2 Мбит/с и вполне соответствовал потребностям в пропускной способности беспроводных сетей. Последнее утверждение — не пустые слова. Несколько лет назад один из руководителей компании BreezeCom (ныне входит в состав Alvarion) поведал автору в кулуарной беседе, что в беспроводных сетях, построенных на оборудовании этой фирмы, ни разу не возникла необходимость в увеличении пропускной способности. (Следует иметь в виду, что 2 Мбит/с — предельное значение, предусмотренное стандартом; средняя же скорость передачи данных в сетях RadioEthernet при использовании технологии прямого расширения спектра, DSSS, составляет примерно 1,4-1,5 Мбит/с.)

Но вскоре ситуация стала стремительно меняться. Потребность в новых классах приложений, работе с мультимедиа и транспортировке смешанного трафика, которая активно подогревалась производителями беспроводного оборудования, стимулировала вывод сетей 802.11 на новые технологические рубежи.

«а» и «б»

Стандартам 802.11a и 802.11b посвящено огромное количество материалов, в том числе на русском языке (см. Сети, 2001, № 5, с. 30), поэтому ограничимся лишь кратким описанием.

Начало их разработке было положено во второй половине 90-х, когда в составе IEEE сформировались две противоборствующие группы, стремившиеся навязать индустрии собственный сценарий радикального увеличения пропускной способности сетей 802.11. Предводителем первой оказалась фирма BreezeCom, во главе второй стали Lucent Technologies и Intersil (бывшее подразделение Harris Semiconductor, выделившееся в самостоятельную компанию в июле 1999 года). Однако результат противостояния оказался несколько неожиданным: в один прекрасный день 1999 года на свет появились сразу два стандарта — 802.11a и 802.11b.

В покорении рынка на сегодняшний день пока преуспел только второй: свою роль тут сыграли большая проработанность технологии, готовность элементной базы и, как следствие, ценовой фактор. В результате оборудование 802.11b выпускается множеством компаний (3Com, Alvarion, Avaya Communication, Cisco Systems, Lucent Technologies, SMC Networks и др.), а заказчики воспринимают его как наиболее естественный выбор для построения беспроводных сетей.

Путь технологии 802.11a к сердцам пользователей оказался более тернистым, и долгое время все ограничивалось обещаниями. И вот несколько недель назад дело перешло в практическую плоскость: 5 сентября молодая американская компания Atheros Communications объявила о начале оптовых поставок комплекта AR5000, состоящего из двух микросхем и позволяющего создавать оборудование для беспроводных локальных сетей 802.11а. Не исключено, что в ближайшее время о готовности своих продуктов сообщит главный конкурент Atheros в этом секторе рынка — Radiata Communications (в феврале нынешнего года приобретена Cisco Systems).

Любопытно, что, четко выполнив технические требования указанного стандарта, фирма Atheros предусмотрела возможность функционирования своих микросхем в турбо-режиме, который (за счет объединения двух частотных каналов) обеспечивает увеличение максимальной скорости передачи данных до 72 Мбит/с. По заявлению производителя, заинтересованность в приобретении AR5000 уже проявили Card Access, Intermec, Proxim, TDK и другие компании, так что в самые ближайшие месяцы на рынке должны появиться первые коммерческие экземпляры оборудования для сетей 802.11a (точки доступа и адаптеры). Тем не менее, по прогнозам аналитиков, данный сегмент рынка наберет обороты не раньше середины следующего года.

Темпы его ускорения сегодня прогнозировать трудно. Загвоздка состоит в том, что две основные разновидности стандарта 802.11 несовместимы друг с другом. Документом IEEE Std. 802.11b-1999 предусмотрены работа в частотном диапазоне 2,4 ГГц, который не подлежит лицензированию во многих странах, и использование метода прямого расширения спектра. Закрепленная в стандарте максимальная скорость передачи составляет 11 Мбит/с (реальная пропускная способность равна 6-7 Мбит/с). Стандарт 802.11a предполагает переход в диапазон 5 ГГц, а вместо технологии расширения спектра в нем применяется метод кодированного ортогонального частотного мультиплексирования (Coded Orthogonal Frequensy Division Multiplexing, COFDM), разделяющего одну высокочастотную несущую на несколько поднесущих. Максимальная скорость передачи (теоретически) может быть доведена до 54 Мбит/с.

Указанная несовместимость означает: организациям, вложившим немалые средства в построение сети 802.11b, при переходе на более скоростную разновидность стандарта придется начинать фактически с нуля. Правда, потребность в столь резком увеличении пропускной способности остается под вопросом (если, конечно, заказчик не настроился на передачу высококачественного потокового видео по беспроводной сети). Ситуация усугубляется еще и тем, что пока апологеты сетей 802.11a переходили от слов к делу, у их любимого стандарта появились новые конкуренты, в том числе в стенах самого института IEEE.

«Разгоняем» 802.11b

В марте 2000 года в составе IEEE была сформирована рабочая группа g (до сентября прошлого года — High Rate 802.11b Study Group), участники которой сконцентрировали свои усилия на расширении спецификаций физического уровня стандарта 802.11b (802.11b PHY). Их главной целью стало увеличение максимальной пропускной способности сетей 802.11b до 20 Мбит/с (а возможно, и до больших значений) при сохранении ключевых характеристик 802.11b, использовании частотного диапазона 2,4 ГГц и обеспечении обратной совместимости с сетями 802.11 на уровне протокола доступа к среде передачи (MAC).

Напомним, что стандарт 802.11b допускает четыре скорости передачи данных (1; 2; 5,5 и 11 Мбит/с), а спецификации уровня MAC обеспечивают функционирование в одной сети устройств, поддерживающих различные скорости. Это стало возможным, поскольку спецификации 802.11 MAC в явном виде предусматривают применение алгоритмов интерпретации сведений, относящихся к пропускной способности, и вычисления ожидаемой «длительности» одного пакета, хотя конкретная станция может не поддерживать скорость, на которой этот пакет передается.

Предназначение 802.11g — содействовать распространению таких возможностей на более высокие скорости передачи за счет применения более эффективного метода кодирования сигналов, однако в нынешнем году процесс стандартизации этих спецификаций столкнулся с неожиданным препятствием. В рабочую группу 802.11g поступило два конкурирующих предложения. Корпорация Texas Instruments представила алгоритм, основанный на методе двоичной свертки (Packet Binary Convolution Coding, PBCC) с единственной рабочей частотой модулируемого сигнала, а фирма Intersil — технологию OFDM, в которой используется несколько несущих. Несмотря на то что инициатива TI с самого начала не получила поддержки в IEEE, альтернативный вариант также не набрал необходимых 75% голосов ни на одном из заседаний IEEE. Существенно, что оба варианта уже активно применяются в сетевой индустрии, а PBCC был даже рекомендован IEEE для сетей 802.11b. Не исключено, впрочем, что к моменту выхода из печати этого номера «Сетей» окончательный выбор в пользу предложения Intersil все же будет сделан. Принятия же окончательной версии стандарта 802.11g стоит ожидать лишь к концу будущего года.

Обратную совместимость оборудования 802.11g с устройствами 802.11b обеспечит использование одного и того же формата заголовков пакетов. Это означает, что оборудование нового стандарта можно будет устанавливать в существующие беспроводные локальные системы. Наряду с возросшей скоростью передачи данных указанное обстоятельство обещает превратить 802.11g в грозного соперника 802.11a.

Поддержка QoS

По мере увеличения доли смешанного трафика в беспроводных сетях 802.11b и переноса в них приложений VoIP проявляются слабые места этого стандарта, в том числе отсутствие встроенных средств обеспечения качества сервиса. Стандарт 802.11e, подготовка которого ведется одноименной рабочей группой IEEE, призван устранить данный недостаток.

В ноябре прошлого года был утвержден документ QoS Baseline, определяющий эффективные методы обработки мультимедиа-трафика в беспроводных сетях, алгоритмы согласования передачи (синхронной и организуемой методом опроса), а также адаптивные интерфейсы для обработки потокового трафика, которые регулируют доступ к протоколам вышележащих уровней и взаимодействие с соседними подсетями. Применение механизмов прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction, FEC), избирательной повторной передачи и динамической смены канала позволило повысить устойчивость и пропускную способность каналов. Предусмотренная в QoS Baseline централизованная диспетчеризация каналов гарантирует отсутствие коллизий и, как следствие, большую надежность при доставке трафика, особенно чувствительного к временным задержкам. В результате появляется возможность существенно уменьшить среднюю задержку передачи и ее флуктуации. Поддержка QoS обеспечивается даже в корпоративной среде, состоящей из нескольких перекрывающихся беспроводных подсетей.

Документ QoS Baseline станет основой спецификации 802.11e, которая, по сути дела, представляет собой расширение стандарта 802.11b. Сообщается, что он совместим с будущим стандартом 802.11g и даже с 802.11a. По данным консорциума Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), для обеспечения различных уровней QoS в спецификациях 802.11e предусмотрено использование протокола Resource Reservation Protocol (RSVP) и механизма приоритизации очередей.

Не исключено, что предварительный вариант стандарта 802.11e будет утвержден институтом IEEE уже в текущем году. Это событие откроет путь к построению мультисервисных беспроводных сетей и передаче по ним потокового мультимедиа. Как обычно, не дожидаясь появления стандарта, некоторые производители уже предлагают соответствующее ему оборудование.

Спецификации 802.11e в значительной мере базируются на технологии Whitecap компании ShareWare. В марте нынешнего года фирма объявила о бесплатном предоставлении всем желающим доступа к указанной технологии. (Несколько ранее аналогичный шаг предприняла корпорация AT&T, также активно участвующая в разработке нового стандарта.)

Весной 2001 года компания Panasonic выпустила адаптер и базовую станцию на основе технологии от ShareWare. В июле к поставкам похожих продуктов — адаптеров PC Card и мостов между беспроводными локальными сетями и Ethernet — приступила фирма Netgear (подразделение Nortel Networks). В обоих случаях поддержка QoS соответствует спецификациям 802.11е.

Продолжение алфавита

Помимо рассмотренных выше представителей семейства 802.11, в его состав входят еще несколько спецификаций, разработкой которых занимаются специализированные рабочие группы в составе 11-го комитета IEEE. Эти будущие стандарты вряд ли когда-либо смогут претендовать на пристальное внимание, какое привлекают к себе 802.11a, 802.11b и — будем надеяться — 802.11g, однако их не стоит недооценивать.

Управляющие базы данных. После появления первых же сетей 802.11b обнаружились проблемы на уровне администрирования. Несмотря на наличие в базовом стандарте описания структуры административных БД (Management Infromation Base, MIB), их переносимость и возможность использования в разных сетях оказались сильно ограниченными. Для решения этой проблемы была создана рабочая группа 802.11b-cor1.

Функции моста. Подразделение IEEE 802.11 Task Group C занималось вопросами поддержки отдельных функций мостовой передачи на подуровне 802.11 MAC. Соответствующие предложения вошли в состав стандарта ISO/IEC 10038 (IEEE 802.1D).

Гармонизация на физическом уровне. Стандарты 802.11 в их современном виде могут использоваться для построения беспроводных сетей только в ограниченном числе стран. Стремясь расширить сферу их распространения, IEEE создает универсальные требования к физическому уровню 802.11 (процедуры формирования каналов, псевдослучайные последовательности частот, дополнительные параметры для MIB и т. д.). Соответствующий стандарт 802.11d пока находится в стадии разработки.

Взаимодействие точек доступа. Базовая архитектура, определяемая спецификациями 802.11 физического уровня и уровня MAC, опирается на концепции точек доступа (Access Point, AP) и распределительных систем (Distribution System, DS), но детали их реализации в конкретном оборудовании не регламентируются основным стандартом. На каком-то этапе развития беспроводных технологий это обеспечило дополнительную гибкость производителям оборудования и позволило им адаптировать свои продукты к потребностям протоколов более высоких уровней. Однако в связи с внушительным ростом числа поставщиков платой за такую гибкость стала неспособность изделий разных компаний взаимодействовать друг с другом. Спецификации 802.11f описывают протокол обмена служебной информацией между точками доступа (Inter-Access Point Protocol, IAPP). Дата их утверждения в качестве стандарта пока не определена.

Согласование частот. Как известно, частотные диапазоны, выделенные Федеральной комиссией связи США (FCC) для услуг беспроводной передачи данных, не совпадают с таковыми в других регионах. IEEE рассматривает возможность дополнения существующих спецификаций 802.11 MAC и 802.11a PHY алгоритмами эффективного выбора частот в офисных и уличных беспроводных сетях, а также средствами управления использованием спектра, контроля за излучаемой мощностью и генерации соответствующих отчетов. Не последняя роль отводится протоколам Dynamic Frequency Selection (DFS) и Transmit Power Control (TPC), которые были предложены Европейским институтом стандартов по телекоммуникациям (ETSI) и предусматривают динамическое реагирование клиентов беспроводной сети на интерференцию радиосигналов (путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами). В результате сигналы, являющиеся «традиционными» для данного диапазона (т. е. относящиеся к системам федерального или военного назначения) получат приоритет перед трафиком 802.11a. Предполагается, что перечисленные дополнения будут закреплены в стандарте 802.11h.

Безопасность. Защита данных в беспроводных сетях пока явно не на высоте, хотя истинная степень уязвимости информации остается предметом многочисленных споров ученых и экспертов, пользователей и производителей.

До недавнего времени стандартизация средств обеспечения безопасности данных относилась к ведению рабочей группы «e», но в мае текущего года эта проблематика была передана самостоятельному подразделению. Разрабатываемый стандарт 802.11i призван расширить возможности протокола 802.11 MAC, предусмотреть средства шифрования передаваемых данных и аутентификации. Сроки представления проекта стандарта на рассмотрение заседания IEEE пока неизвестны.

Кто кого?

Анализ современных технологий беспроводной передачи данных показывает, что за последние несколько лет спектр возможных решений сильно усложнился. Даже ограничившись рамками семейства 802.11 и примыкающей к нему технологии HiperLAN/2 (см. врезку), приходится констатировать: налицо явный разнобой в принятых и готовящихся стандартах. В сложившейся ситуации резко возрастает цена ошибки при выборе конкретного технологического решения: перевод беспроводной сети на новый стандарт может полностью обесценить прежние инвестиции.

Впрочем, не исключено, что проблема несовместимости технологий (усугубляемая несовместимостью оборудования разных фирм) слегка преувеличена. Скажем, в прошлом году фирма Atheros направила в IEEE спецификации 5 Unified Protocol (5-UP), принятие которых в качестве стандарта обеспечило бы взаимодействие оборудования 802.11a и HiperLAN/2 в одной сети при различных скоростях передачи данных. Протокол 5-UP предусматривает автоматический выбор поднесущей для транспортировки трафика. Его применение позволило бы разнообразным устройствам, работающим в 5-гигагерцевом диапазоне, использовать отдельные части спектра, и это не вызывало бы сетевых перегрузок и конфликтов, которые характерны для диапазона 2,4 ГГц. К сожалению, предложение Atheros было встречено в IEEE без особого энтузиазма. Возможно, разочаровавшись в перспективах 5-UP, американская фирма Xilinx и ее германский конкурент Systemonic сегодня разрабатывают программируемые микросхемы, допускающие настройку и на 802.11a, и на HiperLAN/2 на уровне MAC.

Определенный прогресс наблюдается и в рамках самого семейства 802.11. Разнесенность частотных диапазонов для сетей 802.11a и b отдельными производителями преподносится как достоинство: для достижения максимальной пропускной способности можно будет использовать обе технологии в одной сети. Фирма Intermec даже разработала комбинированную точку доступа, поддерживающую оба стандарта и способную выступать в роли моста между сетями двух типов. В какой мере подобные двухдиапазонные решения будут поддержаны другими компаниями и востребованы рынком — сказать трудно, однако, по мнению экспертов, разница в протяженности соединений и зонах покрытия потребует установки в сети дополнительных точек доступа, обеспечивающих поддержку 802.11a, а значит, без серьезных капиталовложений не обойтись.

Противостояние сторонников технологий 802.11a и 802.11b (читай: 802.11g) грозит накалиться до предела. В мае FCC заявила о пересмотре некоторых положений, относящихся к частотному регулированию (в том числе в диапазоне 2,4 ГГц), так что максимальная скорость сетей 802.11b теперь может быть доведена до тех же 54 Мбит/с, что и у сетей 802.11a. Объявленные изменения должны быть окончательно утверждены осенью. Если не возникнет каких-либо непредвиденных обстоятельств, IEEE успеет учесть их в окончательной версии спецификаций 802.11g, а готовые продукты могут появиться на рынке уже в середине следующего года. Добавьте сюда совместимость оборудования 802.11g с сетями Wi-Fi, а также его меньшую стоимость по сравнению с устройствами для сетей 802.11a, и радужные перспективы последних сильно померкнут.

Правда, по мнению некоторых аналитиков, истинным двигателем рынка оборудования 802.11a могут стать домашние пользователи, активно применяющие мультимедиа-приложения. Но и здесь не все так просто. При таком сценарии развития событий оборудованию 802.11a, скорее всего, будет уготовано место устройств доступа, ведь на главную роль в беспроводных домашних сетях и сетях небольших офисов и так кандидатов хватает. Достаточно назвать Bluetooth и HomeRF. Постаравшись, их можно «развести по разным углам», да только искусственно воздвигаемые барьеры не выдерживают проверки временем. Демонстрация на CeBIT?2001 продуктов Bluetooth, поддерживающих связь на расстояниях до 100(!) м,— весьма убедительное тому доказательство.

В общем, все только начинается.


Европа не дремлет

Стандарты и спецификации семейства 802.11, разрабатываемые в стенах IEEE, в первую очередь рассчитаны на рынок США и Канады. Применение за пределами Американского континента оборудования 802.11b особых проблем не вызывает, поскольку такие устройства работают в 2,4-гигагерцевом диапазоне ISM, выделенном для нужд промышленности, науки и медицины. Со стандартом 802.11a дело обстоит хуже.

Если сравнивать США со странами Европы, то в диапазоне 5 ГГц из трех полос частот, выделенных под беспроводные сервисы, совпадают только две нижние (5,15-5,25 и 5,25-5,35 ГГц), тогда как верхние различаются (5,725-5,825 ГГц в США и 5,470-5,725 ГГц в Европе). Возможно, это несоответствие частот удастся нивелировать после появления спецификаций 802.11h. Однако не меньшие препятствия для победного шествия оборудования 802.11a по Европе могут возникнуть из-за наличия конкурирующей технологии HiperLAN/2 (High Performance Radio Local Area Network Type 2), стандартизацией которой занимался ETSI в рамках проекта Broadband Radio Access Networks (BRAN).

Упомянутая технология имеет почти десятилетнюю историю. Ее первоначальный вариант HiperLAN/1, несмотря на активную поддержку некоторыми производителями, не способен составить достойную конкуренцию современным беспроводным технологиям. Появление второй версии, характеризуемой поддержкой различных уровней QoS и очень высокой скоростью беспроводной передачи данных, позволило говорить о двух альтернативных подходах к построению беспроводных локальных сетей.

Существенный прогресс в производительности достигнут благодаря применению ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), которое пришло на смену использовавшейся в HiperLAN/1 гауссовой манипуляции (Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK). Гибкость технологии OFDM позволяет на физическом уровне реализовать различные алгоритмы модуляции сигналов — от простейшей двухпозиционной фазовой манипуляции (Binary Phase-Shift Keying, BPSK) до 128-позиционной квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation). Последнему варианту соответствует теоретический максимум пропускной способности сетей HiperLAN/2, составляющий 54 Мбит/с (хотя на уровне приложений типичная скорость передачи данных окажется как минимум вдвое меньшей).

Сходство между технологиями 802.11a и HiperLAN/2 не ограничивается пиковой производительностью и методом модуляции (см. таблицу). По большому счету, обе они используют одни и те же протоколы физического уровня, хотя нетрудно заметить и различия.

Стандарт HiperLAN/2 вырос из попыток разработать беспроводной вариант технологии ATM, поэтому используемый в нем метод доступа к среде передачи ориентирован на установление соединений, то есть больше походит на режим ATM, нежели на Ethernet. В результате в спецификации HiperLAN с самого начала закладывались механизмы обеспечения QoS, позаимствованные у технологии асинхронной передачи. Преимущества такого подхода более чем очевидны, однако не следует забывать и об обратной стороне медали: применение метода доступа, радикально отличающегося от CSMA/CA, означает, что стандарт HiperLAN/2 еще дальше отстоит от 802.11 и 802.11b, чем 802.11a.

К сильным сторонам сетей HiperLAN/2 следует отнести способность взаимодействовать с проводными сетями разных типов (Ethernet, IP, ATM, UMTS), наличие встроенных средств шифрования трафика, алгоритмов аутентификации и механизма автоматического выбора рабочей частоты в пределах радиуса действия данной точки доступа, наконец, поддержку мобильных пользователей, перемещающихся со скоростью до 10 м/с.

Жесткой конкуренции между решениями на базе 802.11a и HiperLAN/2 можно ожидать еще и в связи с использованием одного и того же 5-гигагерцевого диапазона. Более того, стандарт HiperLAN/2 исходно разрабатывался с ориентацией на полосы частот, выделенные для сервисов беспроводной передачи данных в Европе, а значит, здесь ему будет дан «зеленый свет».

Технология продвигается консорциумом HiperLAN/2 Global Forum (H2GF, www.hiperlan2.com), в настоящее время объединяющим десятки компаний. Спецификации HiperLAN/2 были внесены на рассмотрение в ETSI и в феврале 2000 года получили статус европейского стандарта. Согласно одному из пресс-релизов, опубликованных H2GF несколько месяцев назад, массовые поставки оборудования для сетей HiperLAN/2 можно ожидать к середине 2002 года. Впрочем, этот стандарт уже сегодня поддерживается изделиями компаний Proxim (заявила о соответствии ему продуктов семейства Harmony) и Ericsson (продемонстрировала прототипы оборудования для сетей HiperLAN/2 в конце прошлого года).

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями