Беспроводные ячеистые сети возникли как альтернатива технологии беспроводной коммутации. Их основной задачей является распределение интеллекта от коммутаторов LAN по точкам доступа с помощью ячеистой топологии.

Это направление развивается параллельно с эволюцией архитектуры в компьютерной индустрии. Если вначале для организации компьютерной среды было достаточно мэйнфреймов, то затем она стала дополняться архитектурой клиент-сервер и одноранговыми системами. Теперь сетевая архитектура неизбежно эволюционирует к распределенной динамической беспроводной архитектуре.

Ячеистая сеть позволяет точкам доступа связываться с другими узлами беспроводной сети без маршрутизации через центральный пункт коммутации. Она исключает централизованный сбой системы и обеспечивает ее почти мгновенное самовосстановление и самоорганизацию. Хотя решения по переадресации трафика принимаются локально, на каждом узле, система в целом может управляться глобально, из единого центра.

Сеть под контролем

Современные беспроводные ячеистые сети основаны на радиостандартах 802.11a/b/g, но могут быть расширены и за счет других рабочих частот, например спектра систем UltraWideband (802.15.4 Zigbee). Поскольку интеллект сети содержится в каждой точке доступа, отпадает необходимость в централизованных коммутаторах: нужны лишь интеллектуальные точки доступа, оснащенные сетевыми процессорами и управляющим ПО.

В беспроводной сети активное оборудование должно быть наделено функциями самообнаружения. Этот необходимо для определения роли узлов: будут ли они являться точками доступа для абонентских устройств, шлюзами для пересылки транзитного трафика, идущего от одной точки доступа к другой, или комбинировать такие функции.

Отдельные узлы распознают «соседей», используя протокол обнаружения типа «вопрос—ответ». Он должен быть экономичным, чтобы не загружать сеть избыточной информацией. Оптимально, если протокол требует не более 1—2% полосы пропускания беспроводной сети.

Распознав друг друга, узлы вычисляют оптимальный путь передачи пакетов, доступную полосу пропускания, частоту возникновения ошибок и время ожидания. Рассчитанные значения передаются соседним узлам, не занимая много места в радиоканале. Оптимальный путь передачи трафика соседям выбирается на основе анализа мощности принимаемых сигналов, благодаря чему достигается высокое качество обслуживания.

Процессы обнаружения узлов и выбора пути идут постоянно, поэтому каждый узел поддерживает текущий список соседей и при изменении их расположения может быстро вычислить наилучший маршрут. Если какой-то узел изымается из сети (для технического обслуживания или вследствие сбоя), соседние узлы быстро изменяют конфигурации своих таблиц и заново определяют маршруты для поддержания потоков трафика. Это свойство самовосстановления и преодоления сбоев существенно отличает сети с ячеистой топологией от сетей с централизованной архитектурой.

Каждый узел знает...

Каждый самоуправляемый узел является частью сети, которая может контролироваться и конфигурироваться централизованно. Используя протокол SNMP, системный администратор устанавливает и настраивает отдельные элементы, узлы, домены или всю сеть. Протоколы обнаружения облегчают задачу, разыскивая отдельные узлы и указывая их положение на экране администратора.

В ячеистых сетях необходимо отделять управляющий трафик (в который входят сообщения по контролю за узлами и их обнаружению) от пользовательской информации и защищать его от внешних воздействий, поэтому внутренние команды передаются по защищенным шифрованным туннелям. Основанные на стандартах механизмы безопасности, такие как 802.1х и шифрование по стандарту Advanced Encryption Standard, обеспечивают присоединение к сети только аутентифицированных беспроводных устройств и узлов, а также стойкое шифрование данных.

Границы масштабируемости

Ячеистая топология надежна, имеет дублирующие связи и готова к быстрому расширению. Беспроводная ячеистая сеть не требует детального планирования и картографирования местности. Узлы способны функционировать сразу после их установки администратором. Если сигнал от одного из узлов не поступает или является очень слабым, администратор может оперативно передвинуть передающую аппаратуру или разместить в «мертвой» зоне другой узел. Таким образом, радиосети легко перепроектировать в целях повышения надежности и масштабируемости: ячеистые сети могут расширяться до сотен и даже тысяч узлов.

Имея распределенные интеллектуальные точки доступа, ячеистые сети могут самоорганизовываться, выбирать оптимальный путь для трансляции трафика пользователей, маршрутизировать данные в обход точек сбоя или заторов, обеспечивать безопасные соединения. Децентрализация архитектуры дает реальную возможность неограниченного роста и стабильность работы беспроводных систем.

Боб Джордан (bob.jordan@strixsystems.com) — вице-президент по маркетингу фирмы Strix Systems

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями