.managementul Energiei In Retele Wireless

CAPITOLUL 1 – INTRODUCERE

1. Transmiterea informatiilor

Se stie ca oamenii comunica prin simboluri, de la desenele rupestre la codificarea digitala a datelor, in diverse moduri: prin voce, scriere sau gesturi. Indiferent de natura comunicarii, oriceschimb de informatii presupune 3 etape:

• codificarea unui mesaj la sursa;

• transmiterea acestuia printr-un canal de comunicatie;

• decodificarea mesajului la destinatie.

In prima etapa, mesajul trebuie convertit intr-o reprezentare simbolica, de exemplu cuvinte, note muzicale, ecuatii matematice, biti etc. Un mesaj „La multi ani!” simbolizeaza o urare. Aceeasi urare poate fi transmisa prin dispunerea pe un portativ a notelor muzicale ale cantecului „Multi ani traiascaa, numai ca in acest caz se codifica sunete.

Pentru ca un cod sa fie util, trebuie trimis cuiva. Transmiterea poate fi facuta de asemenea printr-o mare varietate de mijloace: direct prin voce, printr-o scrisoare, prin telefon, prin e-mail, prin radio sau televiziune. La destinatie, cineva (sau ceva, daca mesajul e adresat unui calculator) trebuie sa receptioneze simbolurile si sa le decodifice, comparandu-le cu propriul bagaj informationalpentru a extrage datele utile. Schema generala a unui sistem de comunicatie poate fi gandita astfel:

Mai intai, sursa de informatii produce mesajul care se doreste a fi comunicat. Transmitatorul actioneaza asupra mesajului, aducandu-l intr-o forma convenabila pentru transmiterea prin canalul de comunicatii, adica mediul folosit in acest scop. Aici apar de obicei zgomote care afecteaza calitatea semnalului. Receptorul realizeaza in general operatia inversa celei executate de transmitator, pentru a reconstrui mesajul din semnalul primit. Destinatarul este persoana sau dispozitivul caruia ii este adresat mesajul.

2. Comutarea pachetelor de date

Protoistoria Internetului incepe cu inventarea transmiterii informatiei pe liniile de telecomunicatie, radio, sateliti, prin comutarea pachetelor de date (packet switching). Comutarea pachetelor de date si tot ceea ce urmat de aici inainte pana la Internet, inclusiv, a fost opera culturii stiintifice si tehnologice occidentale. Comutarea de pachete a fost inventata simultan, independent, de Paul Baran (Rand Corporation) in SUA si Donald Davies (National Physical Laboratory) in Anglia in anii 1964-1965. Donald Davies a introdus termenul de apacket switchinga pentru tehnologia divizarii unui mesaj in pachete de date de lungime standard transmise printr-o retea de noduri-calculatoare electronice, fiecare pachet purtand la inceputul lui datele de serviciu necesare pentru a ajunge la destinatie si a fi incadrat in ordinea necesara mesajului intreg. El a scos in evidenta, ca si Baran, eficienta unui asemenea sistem de comunicatie si a propus constituirea unei retele nationale de comunicatie prin comutarea de pachete realizand doua mici sisteme experimentale Mark I (1967) si Mark II (1973), ultimul fiind pastrat in functiune pina in 1986. Proiectului britanic NPL i-au urmat proiectul ARPANET in SUA si proiectul Cyclades (pentru o retea de cercetare) in Franta. Ultimul proiect a inceput in 1972, fiind finantat de guvernul francez, avand ca arhitecti pe Louis Pouzin si Hubert Zimmerman, care au elaborat o serie de idei explicite privind interconectarea intre retele (internetworking), ceea ce nu a preocupat programul ARPANET intr-o prima etapa. Tehnologia comutarii de pachete s-a dovedit a fi fundamentala pentru aparitia Internetului, fiind tehnologia de baza a Internetului, fiind perfectionata in anii 1980 si 1990 in concordanta cu cerintele impuse de dezvoltarea Internetului.

3. Tipuri de retele

Definitie:

Termenul de retea descrie faptul ca un numar de calculatoare si alte echipamente electronice sunt interconectate. Modurile prin care se realizeaza acest lucru sunt diferite. Astfel, pot fi moduri diferite de management al energiei, in retele. Acesta prezentare grupeaza 4 tipuri importante de retele: retele pereche (una cate una), client-server, amestecate si retele terminale (de capat).

In functie de criteriul de clasificare care se are in vedere exista mai multe tipuri de retele de calculatoare. Criteriile cele mai des utilizate in clasificarea retelelor sunt:
  Dupa tehnologia de transmisie:
– retele cu difuzare (broadcast);
– retele punct-la-punct;
  Dupa scara la care opereaza reteaua (distanta);
– retele locale LAN;
– retele metropolitane MAN;
– retele de arie intinsa WAN;
– Internet-ul;
  Dupa topologie:
– retele tip magistrala (bus);
– retele tip stea (star);
– retele tip inel (ring);
– retele combinate.;
  Dupa tipul sistemului de operare utilizat:
– retele peer-to-peer;
– retele bazate pe server.

In continuare vor fi enumerate principalele caracteristici ale fiecarui tip de retea.
          Retele cu difuzare (broadcast) sunt acele retele care au un singur canal de comunicatie care este partajat (este accesibil) de toate calculatoarele din retea. Mesajul (numit pachet) poate fi adresat unui singur calculator, tuturor calculatoarelor din retea (acest mod de operare se numeste difuzare) sau la un subset de calculatoare (acest mod de operare se numeste trimitere multipla). Acest mod transmitere este caracteristic retelelor LAN.

Retele punct la punct sunt acele retele care dispun de numeroase conexiuni intre perechi de calculatoare individuale. Pentru a ajunge de la calculatorul sursa la calculatorul destinatie, un pachet s-ar putea sa fie nevoit sa treaca prin unul sau mai multe calculatoare intermediare. Deseori sunt posibile trasee multiple, de diferite lungimi, etc.

In general retelele mai mici (locale) tind sa utilizeze difuzarea, in timp ce retelele mai mari sunt de obicei punct – la – punct.

Retele LAN – Local Area Network – sunt in general retele private localizate intr-o singura camera, cladire sau intr-un campus de cel mult cativa kilometri. Aceste retele sunt caracterizate prin:

marime: LAN – urile au in general dimensiuni mici iar timpul de transmisie este limitat si cunoscut dinainte;

tehnologia de transmisie consta dintr-un singur cablu la care sunt conectate toate calculatoarele (de aici vine numele de difuzare). Aceste retele functioneaza la viteze cuprinse intre 10 si 100 Mb/s. LAN – urile mai pot functiona si la viteze mai mari, de pana la sute de Mb/s. In general aceste viteze de transmisie se masoara in megabiti / secunda Mb/s si nu in megabytes / secunda (MB/s);

topologie: LAN – urile pot utiliza diferite topologii: magistrala, inel, etc. In figura 1 sunt reprezentate doua astfel de retele: cu topologie magistrala si inel.

Retele MAN – Metropolitan Area Network – reprezinta o extensie a retelelor LAN si utilizeaza in mod normal tehnologii similare cu acestea. Aceste retele pot fi atat private cat si publice. O retea MAN contine numai un cablu sau doua, fara sa contina elemente de comutare care dirijeaza pachetele pe una dintre cele cateva posibile linii de iesire. Un aspect important al acestui tip de retea este prezenta unui mediu de difuzare la care sunt atasate toate calculatoarele. Aceste retele functioneaza, in general, la nivel de oras.

Retele WAN – Wide Area Network – sunt acele retele care acopera o arie geografica intinsa – deseori o tara sau un continent intreg. In aceasta retea calculatoarele se numesc gazde (in literatura de specialitate se mai utilizeaza si urmatorii termeni: host si sistem final). Gazdele sunt conectate intre ele printr-o subretea de comunicatie, numita pe scurt subretea. Sarcina subretelei este sa transmita mesajele de la gazda la gazda.
          Subreteaua este formata din:

linii de transmisie, numite circuite, canale sau trunchiuri, care are rolul de a transporta bitii intre calculatoare;

elemente de comutare, calculatoare specializate, folosite pentru a conecta doua sau mai multe linii de transmisie. Nu exista o terminologie standard pentru denumirea acestor elemente de comutare; astfel putem intalni diferiti termeni pentru desemnarea acestora ca: noduri de comutare a pachetelor, sisteme intermediare, comutatoare de date. Termenul generic pentru aceste calculatoare de comutare este router. Fiecare calculator este in general conectat (face parte) la un LAN in care exista un ruter, prin intermediul caruia se face legatura intre doua retele diferite. 

Reteaua contine numeroase cabluri sau linii telefonice, fiecare din ele legand doua rutere. Daca doua rutere, care nu sunt legate intre ele, doresc sa comunice, atunci ele trebuie sa apeleze la un ruter intermediar.

Subreteaua este de tip punct-la-punct (se mai utilizeaza si urmatorii termeni: subretea memoreaza – si – retransmite sau subretea cu comutare de pachete), deoarece principul de functionare este urmatorul: cand un pachet este transmis de la un ruter la altul prin intermediul unui alt ruter (ruter intermediar), acesta este retinut acolo pana cand linia ceruta devine disponibila si apoi este transmis.

Analizand figura de mai sus putem spune ca subretea, se refera la colectia de ruter – e si linii de comunicatie aflate in proprietatea operatorului de retea. De exemplu, sistemul telefonic consta din centrale telefonice de comutare, care sunt conectate intre ele prin linii de mare viteza si sunt legate la domicilii si birouri prin linii de viteza scazuta. Aceste linii si echipamente, detinute si intretinute de catre compania telefonica, formeaza subreteaua sistemului telefonic. Telefoanele propriu-zise (in retea gazde, sau sisteme)nu sunt o parte a subretelei.

Combinatia dintre o subretea si gazdele sale formeaza o retea. In cazul unui LAN, reteaua este formata din cablu si gazde; aici nu exista cu adevarat o subretea.

O problema importanta in proiectarea unei retele WAN este alegerea topologiei si anume modul de interconectare a router – elor.

O inter – retea se formeaza atunci cand se leaga intre ele retele diferite. De exemplu legarea unui LAN si a unui WAN, sau legarea a doua LAN – uri formeaza o inter – retea.

Al treilea criteriu de clasificare a retelelor este dupa topologie. La instalarea unei retele, problema principala este alegerea topologiei optime si a componentelor adecvate pentru realizare.

Prin topologie se intelege dispunerea fizica in teren a calculatoarelor, cablurilor si a celorlalte componente care alcatuiesc reteaua, deci se refera la configuratia spatiala a retelei, la modul de interconectare si ordinea existenta intre componentele retelei.

Atunci cand se alege topologia unei retele un criteriu foarte important care se are in vedere este cel al performantei retelei. De asemenea, topologia unei retele implica o serie de conditii: tipul cablului utilizat, traseul cablului, etc. Topologia unei retele poate determina si modul de comunicare a calculatoarelor in retea. Topologii diferite implica metode de comunicatie diferite, iar toate aceste aspecte au o mare influenta in retea. In domeniul retelelor locale sunt posibile mai multe topologii, din care doar trei sunt larg raspandite: linie, inel si stea.

Topologia magistrala – bus sau liniara – este cea mai simpla si mai uzuala metoda de conectare a calculatoarelor in retea. Printre cele mai importante caracteristici amintim:

consta dintr-un singur cablu, numit trunchi care conecteaza toate calculatoarele din retea pe o singura linie;

comunicatia pe magistrala presupune intelegerea urmatoarelor concepte:

transmisia semnalului: la un moment dat, numai un singur calculator poate transmite mesaje;

reflectarea semnalului;

terminatorul, utilizat pentru a opri reflectarea semnalului;

este o topologie pasiva, adica calculatoarele nu actioneaza pentru transmiterea datelor de la un calculator la altul;

daca un calculator se defecteaza, el nu afecteaza restul retelei, cu conditia ca placa de retea a calculatorului respectiv sa nu fie defecta;

cablul din aceasta topologie poate fi prelungit prin una din urmatoarele metode:

o componenta numita conector tubular (BNC);

 un dispozitiv numit repetor utilizat pentru a conecta doua cabluri; el mai are si rolul de a ampliul cablului, etc. Topologia unei retele poate determina si modul de comunicare a calculatoarelor in retea. Topologii diferite implica metode de comunicatie diferite, iar toate aceste aspecte au o mare influenta in retea. In domeniul retelelor locale sunt posibile mai multe topologii, din care doar trei sunt larg raspandite: linie, inel si stea.

Topologia magistrala – bus sau liniara – este cea mai simpla si mai uzuala metoda de conectare a calculatoarelor in retea. Printre cele mai importante caracteristici amintim:

consta dintr-un singur cablu, numit trunchi care conecteaza toate calculatoarele din retea pe o singura linie;

comunicatia pe magistrala presupune intelegerea urmatoarelor concepte:

transmisia semnalului: la un moment dat, numai un singur calculator poate transmite mesaje;

reflectarea semnalului;

terminatorul, utilizat pentru a opri reflectarea semnalului;

este o topologie pasiva, adica calculatoarele nu actioneaza pentru transmiterea datelor de la un calculator la altul;

daca un calculator se defecteaza, el nu afecteaza restul retelei, cu conditia ca placa de retea a calculatorului respectiv sa nu fie defecta;

cablul din aceasta topologie poate fi prelungit prin una din urmatoarele metode:

o componenta numita conector tubular (BNC);

 un dispozitiv numit repetor utilizat pentru a conecta doua cabluri; el mai are si rolul de a amplifica semnalul inainte de a-l transmite mai departe;

reprezinta o conexiune multipunct – informatiile emise de un calculator sunt receptionate de toate celelalte calculatoare;

facilitati de reconfigurare (toate calculatoarele conectate au drepturi egale);

costul redus al suportului si al dispozitivelor de cuplare

Cea mai cunoscuta topologie bus este Ethernet.

Topologia stea – star – atunci cand se utilizeaza aceasta topologie toate calculatoarele sunt conectate la un nod central care joaca un rol particular in functionarea retelei. Orice comunicatie intre doua calculatoare va trece prin acest nod central, care se comporta ca un comutator fata de ansamblul retelei. Printre caracteristicile mai importante amintim:

calculatoarele sunt conectate prin segmente de cablu la o componenta centrala numita concentrator (hub – Host Unit Broadcast);

calculatoarele nu pot comunica direct intre ele ci numai prin intermediul concentratorului;

aceste retele ofera resurse si administratie centralizate;

retelele mari necesita o lungime de cablu mare;

daca nodul central (hub-ul) se defecteaza, cade intreaga retea;

daca un calculator sau cablul care il conecteaza la hub se defecteaza, numai calculatorul respectiv este in imposibilitatea de a transmite sau receptiona date in retea;

poate utiliza in mare parte cablajul telefonic vechi existent intr-o societate;

transferul informatiei se face punct la punct dar, cu ultimele tipuri de comutatoare, este posibil si un transfer multipunct.

Topologia inel – ring – intr-o astfel de configuratie toate calculatoarele sunt legate succesiv intre ele, doua cate doua, ultimul calculator fiind conectat cu primul. Dintre caracteristicile mai importante enumeram:

conecteaza calculatoarele printr-un cablul in forma de bucla (nu exista capete libere);

este o topologie activa – este acea topologie in care calculatoarele regenereaza semnalul si transfera datele in retea, fiecare calculator functioneaza ca un repetor, amplificand semnalul si transmitandu-l mai departe; iar daca ii este destinat il copiaza;

mesajul transmis de catre calculatorul sursa este retras din bucla de catre acelasi calculator atunci cand ii va reveni dupa parcurgerea buclei;

defectarea unui calculator afecteaza intreaga retea;

transmiterea datelor se face prin metoda jetonului (token passing).

Cea mai cunoscuta topologie inel este Token – ring de la IBM.

In afara acestor topologii standard exista si alte variante, dintre care cele mai uzuale sunt:

topologia magistrala-stea: exista mai multe retele cu topologie stea, conectate prin intermediul unor trunchiuri liniare de tip magistrala. Daca un calculator se defecteaza, acest lucru nu va afecta buna functionare a retelei, dar daca se defecteaza un concentrator (hub), toate calculatoarele conectate la el vor fi incapabile sa mai comunice cu restul retelei;

topologia inel-stea; este asemanatoare topologiei magistrala – stea. Deosebirea consta in modul de conectare a concentratoarelor: in topologia magistrala – stea ele sunt conectate prin trunchiuri lineare de magistrala, iar in topologia inel-stea sunt conectate printr-un concentrator principal.

Retelele peer-to-peer (de la egal la egal) sunt acele retele in care partajarea resurselor nu este facuta de catre un singur calculator, ci toate aceste resurse sunt puse la comun de catre calculatoarele din retea. Aceste retele au anumite caracteristici:

numarul maxim de calculatoare care pot fi conectate este de 10 calculatoare la un workgroup;

implica costuri mici, si de aceea sunt des utilizate de catre firmele mici;

se utilizeaza atunci cand zona este restransa, securitatea datelor nu este o problema, organizatia nu are o crestere in viitorul apropiat;

toate calculatoarele sunt egale; este si client si server, neexistand un administrator responsabil pentru intreaga retea;

Retele bazate pe server (client / server) sunt acele retele care au in componenta un server specializat: de fisiere si de tiparire; de aplicatii; de posta; de fax; de comunicatii. Printre avantajele retelelor bazate pe server amintim:

partajarea resurselor;

securitate;

salvarea de siguranta a datelor;

redundanta;

numar de utilizatori.

Intr-o retea combinata exista doua tipuri de sisteme de operare pentru a oferi ceea ce multi utilizatori considera a fi o retea completa.

Toate retelele au anumite componente, functii si caracteristici comune, precum:

servere sunt acele calculatoare care ofera resurse partajate pentru utilizatorii retelei;

clienti sunt acele calculatoare care acceseaza resursele partajate in retea de un server;

medii de comunicatie, reprezinta modul in care sunt conectate calculatoarele in retea (tipul cablului utilizat, a modemului);

date partajate, reprezinta fisierele puse la dispozitie de serverele de retea;

resurse: fisiere, imprimante si late componente care pot fi folosite de utilizatorii retelei.

Alti termeni frecvent utilizati sunt:

subretea, termenul este potrivit in contextul unei retele larg raspandite geografic, si se refera la colectia de ruter – e si linii de comunicatie aflate in proprietatea operatorului de retea;

retea, reprezinta combinatia dintre o subretea si gazdele sale (host – uri). In cazul unui LAN, reteaua este formata din cablu si gazde;

inter – retea, ea se formeaza atunci cand se leaga intre ele retele diferite. Legarea unui LAN si a unui WAN, sau legarea a doua LAN – uri formeaza o inter – retea.

4. Managementul energiei in retelele de comunicatie si calculatoare

In ciuda faptului ca sistemele de retele au un rol foarte important pentru calculatoare, discutia cu privire la consumul de energie in reteaua de calculatoare abia a inceput.

La nivel international programul aEPA Energy Stara se ocupa in primul rand de problema pierderilor standby (suplimentare) din PC si de instalatia simpla. In Elvetia, valoarea normei de consum de energie suplimentara admisa in diferite dispozitive independente dateaza din 1994/1995. Biroul Federal al Energiei din Elvetia a creat managemantul energiei in retele, una dintre cele mai importante chestiuni in cercetarea programului aElectricitya. Rezultatele preliminare ale cercetarii arata performanta obtinuta in experimentarea unei retele de energie care functioneaza, spre satisfactia utilizatorilor, scazand consumul de energie al componentelor centrale ale retelei cu peste 50%. In studiul preliminar din Elvetia a fost estimat consumul de energie in retelele de calculatoare. Eventuala reducere a consumului de energie in retelele de calculatoare a fost calculata in trei etape. Cifrele arata ca aceeasi reducere cu 50% a consumului de energie, la fel cum este aratata in experimentarea retelei, ar putea fi realizata chiar la o scara mai larga. Pentru obtinerea acestei performante, tot echipamentul ar trebui sa fie inlocuit cu cel mai puternic si eficient echipment disponibil deja pe piata si managementul energiei ar trebui sa fie implementat in toate retelele. Experienta cu prima retea dovedeste ca este posibil atingerea acestui scop fara sa fie afectate performanta si confortul.

Exista numeroase tendinte in domeniul calculatoarelor si comunicatiei, tendinte care se schimba de la o zi la alta. Calculatoarele si retelele de calculatoare continua sa creasca ca numar.

Intercomunicatia ca e-mailul si Internetul conduc spre cat mai multe retele. Orele de lucru suplimentare si flexibile sunt privite intr-un mod pozitiv de un numar in crestere de companii si salariati. Din ce in ce mai multe calculatoare sunt folosite ca statii multimedia in birouri si acasa. Intotdeauna o tehnologie avansata si preturile scazute maresc cererea. Reteaua globala este o tendinta generala in comunicatie si calculatoare. Aici pot fi mentionate mai multe tendinte dar cele aratate mai sus explica complexitatea dezvoltarii si o tendinta de perfectionare a retelei. Esentialul acestei lucrari ramane problema nerezolvata inca, a consumului de energie in retelele de calculatoare.

Echipamentul independent.

Inainte de toate, mai multe calculatoare consuma mai multa energie. Atat timp cat calculatoarele au fost aparate independente, conectate doar la echipamentele lor periferice cum sunt monitoarele, dispozitivele de stocare externa, imprimantele si altele ca acestea, optimizarea consumului de energie pentru fiecare dintre aceste dispozitive a fost modul de a reduce consumul de energie a calculatoarelor, la o scara larga. Eforturile diverse au fost facute pentru a reduce pierderile suplimentare in ceea ce priveste echipamentul si pentru a folosi strategiile de a accelera dezvoltarea mai multor tehnologii eficiente de energie si prezentarea lor pe piata. Se pare ca multe din aceste eforturi au avut succes. Consumul scazut de energie este acum pe punctul de a fi considerat o trasatura importanta a echipamentului.

Retelele globale

Aceasta dezvoltare (perfectionare) ar putea fi primejduita de tendinta de interconectare. Din moment ce retelele de calculatoare sunt din ce in ce mai extinse, apare necesitatea de a avea calculatoare capabile sa functioneze fara intrerupere. De aceea, scopul managemantului de energie in retelele de calculatoare nu poate fi consumul nul de energie in fiecare caz in parte. Evident, elementele unei retele globale trebuie sa fie pregatite sa functioneze oricand, dar cu ajutorul unor mecanisme de incetinire, consumul de energie poate fi micsorat.

Retelele locale

Chiar si in retelele mai mici economisirea energiei nu este la fel de simpla ca intr-un singur echipament. Exista doar doua motive esentiale: disponibilitatea si conectarea. Cu cat sunt mai multe calculatoare interconectate in retea cu atat mai putine parti ale retelei pot fi intrerupte pentru a scadea consumul de energie. Din motive de siguranta sunt necesare deseori stocurile de energie neintrerupta pentru echipamentul central ca dispozitivele de stocare, serverele pentru furnizarea de energie suplimentara. Oprirea in mod normal a calculatorului necesita mai mult timp in retea decat la calculatoarele independente de aceea, mai multi utilizatori prefera sa-l lase deschis chiar si atunci cand nu lucreaza. Atat timp cat macar un utilizator lucreaza in retea, aceasta si echipamentul central trebuie sa fie in stare de functionare.

Problema eficientei energiei in retelele de calculatoare este o problema majora care va avea mare impotanta in viitor. Problemele de economisire a energiei sunt esentiale si trebuie rezolvate.

CAPITOLUL 2

RETELE DE COMUNICATII WIRELESS

1. Prezentare generala

Tehnologia si serviciile wireless oferite astazi de catre producatori si comercianti se indreapta rapid catre satisfacerea tuturor nevoilor de comunicatie. Cererile de servicii si functionalitati imbunatatite, atat in domeniul public cat si in cel business, au condus dezvoltarea tehnologiei wireless spre oferirea serviciilor de tip „oriunde/oricanda pentru interconectari transparente de voce sau date cu retele telefonice existente si acces la Internet prin intermediul furnizorilor de servicii. Transmisiile mobile de date se indreapta spre dezvoltarea si oferirea unor servicii digitale mobile mai sofisticate.

Wireless LAN: Calea spre retele wireless de mare viteza

Un domeniu pentru care cererea exista de mult timp si care, in mod cert, va cunoaste o crestere exploziva in urmatorii ani este accesul „fara fira (radio, wireless) la informatie. Retelele locale wireless (WLAN, retele aWi-Fia – Wireless Fidelity – sau awireless Etherneta) ofera organizatiilor si angajatilor acestora libertatea de a actiona independent de locul in care se afla. Oameni ce lucreaza in aproape orice industrie cer adesea acces la retelele organizatiilor fara a fi legati de birourile lor printr-o multitudine de fire. Intr-un chestionar al Information Security, aproape 73% din respondentii din zona educationala au afirmat ca laptopurile au acces „fara fir la retelele lor. Citeva exemple de spatii ale unei universitati in care retelele wireless ar putea fi folosite cu succes sunt: salile de mese, bibliotecile, salile de curs mari – astfel, studentii ar putea sa isi verifice e-mail-ul si sa faca schimb de fisiere in timp ce iau pranzul la cantina, iar profesorii ar putea utiliza aplicatiile Web realizate in scop didactic din salile de curs mari, nemaifiind conditionati de laboratoarele neincapatoare.

Acesta solutie este o alternativa la modalitatile folosite pana in prezent (linie inchiriata, cablu TV, fibra optica) pentru conectarea la Internet a unei retele de calculatoare situate intr-o zona cu acces greu sau inexistent la infrastructure actuala de telecomunicatii. Wireless reprezinta un sistem de comunicatii radio punct-la-punct sau punct-multipunct ce permite interconectarea rapida si eficienta a doua sau mai multe locatii/retele de calculatoare folosind ca mediu de transmisie a datelor undele radio.

Standardele IEEE3 dezvoltate in ultimii ani au fost adoptate rapid, ducand la scaderea preturilor, extinderea pietelor si deschiderea acestora pentru utilizatorii obisnuiti.

Un Wireless LAN (WLAN) este un sistem de comunicatii de date implementat ca extensie la, sau alternativa pentru un LAN cablat, intr-o cladire sau campus, combinand conectivitatea la viteza mare cu mobilitatea utilizatorilor, intr-o configuratie mult simplificata. Avantaje evidente, cum ar fi: mobilitate, flexibilitate, simplitate in instalare, costuri reduse de intretinere si scalabilitate au impus WLAN ca o solutie tot mai mult utilizata, estimarile aratand o piata de peste 1 miliard $ numai in Statele Unite.

Majoritatea sistemelor WLAN utilizeaza tehnologia DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), tehnologie dezvoltata in laboratoarele militare pentru operarea in sisteme critice, fiabile si sigure. DSSS s-a impus definitiv in fata alternativelor reprezentate de FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum) sau IR (infrarosii) prin rate mai mari de acces si utilizare eficienta a spectrului.

Principalii producatori, printre care Lucent Technologies, 3Com, Cisco, Intersil (Harris) si Nokia s-au reunit in WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) si au dus la definitivarea in 1997 a standardului IEEE 802.11 pentru WLAN, standardizare ce a reprezentat un important pas in dezvoltarile ulterioare ale tehnologiei. In septembrie 1999 a fost adoptat standardul IEEE High Rate, ce furnizeaza rate mult mai mari de transfer, mentinand protocolul 802.11. Dintre facilitatile oferite de acest standard se numara: roaming intre celule, power management, WEP (wired equivalent privacy, cu cheie de criptare pe 64 sau 128 biti) si interoperabilitate.

Performantele atinse de WLAN in ultima vreme au impus tehnologia wireless ca alternativa serioasa si au modificat conceptul clasic de LAN. Spre exemplu PC Card-ul Orinoco Turbo 11Mb de la Lucent (urmasul lui WaveLAN) a fost primul pe piata cu o rata de transfer de 11 Mb/s, la distante pana la 550 m. Acelasi card, integrat in sisteme outdoor, cu antene de pana la 24 dB castig , poate interconecta 2 LAN-uri clasice pe distante pana la 8 km. Prin implementrea unui protocol CSMA/CA si prin mecanisme RTS/CTS (request-to-send/clear-to-send) se obtin rate de transfer reale mai mari decat in cazul retelelor clasice.

Fizic, retelele wireless sunt extensii ale reteleor cu arie de acoperire locala clasice, dar utilizeaza unde radio pentru transportul datelor, in locul cablurilor de cupru sau din fibra optica. Ele sunt construite in jurul unui emitator care este conectat la Internet. Calculatoarele ce poseda o antena si o cartela WLAN pot accesa Internetul pe o raza de cateva sute de metri de la emitator. In interiorul cladirilor aria de acoperire este de circa 300 de metri, iar in exterior de circa 2 km (daca nu exista bariere fizice – cum ar fi cladirile, denivelarile de teren, copacii sau ploaia). Retelele wireless pot conecta locurile unde instalarea de cablu este dificila, cele aflate la etaje neconsecutive, diferite cladiri din cadrul campusurilor scolare sau al companiilor, retelele temporare, depozitele etc.

Un scurt istoric arata ca instalarea de retele wireless se situeaza pe o curba puternic ascendenta. Potrivit unui raport recent al Allied Business Intelligence, in 1999 erau amplasate in toata lumea 1.4 milioane de noduri. Numarul lor a crescut de aproape 4 ori in 2000, ajungand la 4.9 milioane. Se estimeaza ca in 2006 numarul nodurilor va fi de circa 56 milioane (reprezentand o piata de 4.5 miliarde de dolari). Ca urmare a cresterii in popularitate a retelelor radio, un numar tot mai mare de producatori de calculatoare portabile includ in produsele lor si o cartela WLAN. In 2001, vanzarile din intreaga lume de hardware WLAN au fost de 1,5 miliarde de dolari.

Solutiile de conectare wireless sunt extrem de fiabile, constituind solutia optima pentru transmisii de dimensiuni considerable. Banda de frecventa larga ofera un avantaj major pentru companiile ce necesita comunicatii rapide, sigure si un volum mare de trafic. Datorita faptului ca echipamentele folosesc aerul ca mediu de transmisie, avantajul major al solutiilor de conectare wireless il reprezinta independenta fata de infrastructura traditionala de comunicare prin cabluri si circuite, evitand astfel blocajele si liniile cu un grad mare de ocupare, precum si mari economii financiare in scurt timp de la implementare.

„Cred ca tehnologiile wireless vor juca un rol foarte important in anii ce urmeaza. Internetul viitorului va permite conectarea de oriunde, comunicarea cu oricine si accesarea informatiilor de orice fel. Telefoanele celulare si asistentii personali digitali sunt implicate intr-un proces de contopire. Laptopurile substituie adesea calculatoarele de birou. Avem din ce in ce mai multa putere de calcul in forme portabile…a

Robert Kahn, “inventatorul” TCP/IP, 4 septembrie 2002

2. Avantajele si dezavantajele acestui tip de retea

2.1 Avantajele retelelor wireless

Utilizarea retelelor wireless determina cresterea productivitatii transmisiilor de date si informatie. Ele sunt totodata o alternativa ieftina la retelele costisitoare de generatia a treia (3G), lucru prefigurat si de gigantii telefoniei mobile. Emitatoarele pentru o retea locala radio costa doar cateva sute de euro bucata, iar o antena care mareste semnificativ aria de acoperire costa cateva zeci de euro. Frecventele utilizate nu necesita licenta spre deosebire de cele folosite de telefonia mobila, pentru care se platesc multi bani.

2.1 Dezavantajele retelelor wireless

Cum am precizat si mai sus, exista obstacole fizice care pot diminua mult aria de acoperire a retelelor radio. De asemenea, cartelele WLAN consuma multa energie electrica – o problema pentru asistentii personali digitali si telefoanele mobile. Banda de frecvente utilizata de standardul actual, 2.4 GHz, este folosita si de alte tehnologii cum este Bluetooth. Si acest lucru poate cauza probleme. La scara larga, WLAN-urile nu si-au dovedit inca robustetea. Cele mai mari retele WLAN au circa 100 de noduri. Un dezavantaj care se mai poate adauga este acela ca WLAN-urile nu functioneaza bine daca au o structura defectuoasa ori sunt supraincarcate.

3. Medii de trasmisie

Pentru ca informatiile sa poata fi transmise de la un calculator la altul, trebuie sa existe un mediu fizic prin intermediul caruia acestea sa circule. Aceste medii fizice poarta denumirea de medii de transmisie. Acestea trebuie sa asigure performante cat mai ridicate din punct de vedere al vitezei de transmisie, ratei de erori, costului etc.

Mediile de transmisie pot fi grupate in doua mari categorii:

hardwire (bazate pe fir);

wireless (nebazate pe fir).

Medii wireless

45

Mediile de transmisie nebazate pe fir pot fi si ele folosite pentru realizarea retelelor locale, datorita progreselor inregistrate in ultimii ani in acest domeniu.

Principale avantaje ale folosirii mediilor wireless sunt date de flexibilitatea oferita la instalarea, reconfigurarea si intretinerea statiilor.

Dezavantajele principale sunt date de ratele de transfer reduse (cel mult 16 Mbps) si de ratele ridicate ale erorilor. Erorile pot aparea datorita interferentelor sau atenuarilor cauzate de relief si conditii atmosferice.

Principalele medii wireless pentru transmiterea datelor sunt undele radio, microundele si razele infrarosii.

Legaturile radio acopera o banda de frecvente foarte larga. In telecomunicatii sunt folosite mai ales benzile de frecvente inalte (HF – High Frequency) cuprinse intre 3 si 30 MHz, foarte inalte (VHF – Very High Frequency) cuprinse intre 30 si 300 MHz si ultra inalte (UHF – Ultra High Frequency) cuprinse Intre 0,3 si 3 GHz.

Utilizarea undelor VHF si UHF ofera avantajele unei propagari fara erori a semnalului radio, datorita reflexiei si refractiei reduse din stratele ionosferei. Distanta maxima intre statii este de ordinul zecilor de kilometri, o valoare uzuala fiind 20 km.

Principalele dezavantaje constau in posibilitatile de aparitie a interferentelor si de expunere a utilizatorilor la radiatii electromagnetice. De asemenea, vitezele de transfer sunt relativ mici.

Microundele acopera gama de frecvente cuprinse intre 2 si 40 GHz. Domeniul este impartit in benzi care sunt atribuite diferitelor companii si organizatii. Din aceste motive, retelele locale bazate pe microunde functioneaza in cadrul unei benzi de frecvente dedicate.

Viteza de transfer este comparabila cu cea de la retelele locale clasice, rata de erori este acceptabila, iar interferentele lipsesc datorita faptului ca banda este dedicata.

Totusi, exista si unele dezavantaje: semnalul poate fi atenuat datorita conditiilor atmosferice, iar utilizatorii sunt expusi la radiatii.

Razele infrarosii acopera partea superioara a spectrului electromagnetic; frecventele semnalelor folosite in cadrul retelelor de acest tip sunt de ordinul sutelor de THz.

Viteza de transmisie si rata de erori sunt acceptabile, interferentele lipsesc, iar costul este redus pentru anumite aplicatii.

Principalul dezavantaj il constituie faptul ca statiile de la capetele unei legaturi trebuie sa fie aliniate.

4. Configuratii de retele posibile

O retea WLAN (Wireless Local Area Network) este un sistem flexibil de comunicatii de date, folosit ca o extensie sau o alternativa la reteaua LAN prin cablu, intr-o cladire sau intr-un grup de cladiri apropiate. Folosind undele electromagnetice, dispozitivele WLAN transmit si primesc date prin aer, eliminand necesitatea cablurilor si transformand reteaua intr-un LAN mobil. Astfel, daca o firma are un WLAN, la mutarea in alt sediu nu este nevoie de cablari si gauririle de pereti si plafoane pe care acestea le presupun, ci pur si simplu se muta PC-urile si reteaua poate functiona imediat. Ce-i drept, in general retelele WLAN se folosesc impreuna cu LAN-urile clasice, mai ales pentru partea de tiparire in retea si pentru legatura la server.

4.1 Functionarea

WLAN-urile folosesc unde electromagnetice din domeniul radio (RF) si infrarosu (IR). Primul tip este cel mai raspandit, deoarece undele radio trec prin pereti si alte obiecte solide, pe cand radiatia IR, ca si lumina, nu poate strapunge obiectele opace si are o raza de acoperire mult mai mica. Totusi, si acest din urma tip este luat in considerare de unele solutii, pentru conectarea unor echipamente care nu se deplaseaza in timp ce se realizeaza un transfer de date.

Dupa cum am spus, in majoritatea cazurilor este necesara o legatura intre WLAN si LAN. Aceasta se realizeaza prin asa-numitele puncte de acces (access points, AP). Un punct de acces, care este un emitator/receptor de unde radio, se conecteaza la un LAN prin cablu.

El primeste, stocheaza si transmite date de la/catre aparatele din WLAN si cele din LAN si are o raza de actiune care merge de la 30 metri pana la 300 m. De exemplu, echipamentele AirConnect de la 3Com au o raza de actiune medie de 60 m, in cadrul unei cladiri de birouri standard. Aceste echipamente, folosite in aer liber, desi nu sunt proiectate decat pentru folosirea in incaperi, ajung la 300-400 m.

Utilizatorii acceseaza reteaua WLAN prin adaptoare speciale, care se prezinta sub forma unor placi PCI sau ISA, pentru PC-urile desktop, sau a unor echipamente externe, pentru notebook-uri. Ele functioneaza ca si placile de retea clasice, iar sistemele de operare instalate le trateaza ca pe placile de retea. Practic, faptul ca exista o conexiune wireless in locul celei prin cablu este transparent pentru sistemul de operare. Cele mai raspandite tehnologii radio folosite in WLAN-uri sunt spectrul ingust (narrowband spectrum) si spectrul larg (spread spectrum), cu variantele sale de salt al frecventei (frequency hopping spread spectrum) si de secventa directa (direct sequence spread spectrum).

4.2 Configuratii

Ca si in cazul retelelor LAN, si la cele WLAN exista mai multe topologii. Sa incepem cu cea mai simpla, WLAN-ul independent sau peer-to-peer. De fiecare data cand doua PC-uri se afla in zona de actiune a adaptoarelor lor WLAN, se poate stabili o conexiune. Aceasta configuratie nu necesita o configurare speciala sau administrare.

Un punct de acces adaugat acestei configuratii dubleaza practic raza de actiune, functionand ca un repetor. Extinzand analogia cu retelele LAN, punctul de acces functioneaza ca un hub, dubland distanta maxima dintre PC-uri.

Cea de a doua topologie este cea numita de infrastructura, unde mai multe puncte de acces leaga WLAN-ul de LAN-ul cablat, permitand utilizatorilor sa foloseasca eficient resursele retelei. AP-urile nu fac doar legatura cu LAN-ul, ci si gestioneaza traficul prin WLAN in raza lor de actiune. Mai multe AP-uri pot acoperi chiar si o cladire foarte mare.

Comunicatia fara fir este limitata de distanta pe care o acopera un echipament WLAN, aceasta din urma fiind o caracteristica a puterii emitator/receptorului. WLAN-urile folosesc celule, care aici se numesc microcelule, pentru a extinde zona de acoperire a WLAN-ului. O microcelula este aria de acoperire a unui punct de acces. Principiul este asemanator cu al telefoniei celulare. In orice moment, un utilizator care dispune de un PC mobil, dotat cu adaptor WLAN, este asociat unei singure microcelule.

Deoarece microcelulele se suprapun partial, la trecerea utilizatorului de la o microcelula la alta nu se intrerupe comunicatia dintre el si retea. Exista un singur caz in care aceasta nu este continua: daca se foloseste protocolul TCP/IP. La transferul datelor prin TCP/IP si la trecerea de la o microcelula la alta, punctul de atasament la retea se schimba (deoarece s-a schimbat AP-ul), dar adresa IP nu se modifica. Acest lucru poate duce la pierderea de pachete. Insa chiar si in acest caz, exista solutii de refacere a conexiunii fara pierderea datelor. MobileIP de la 3Com lucreaza astfel: la trecerea de la un AP la altul, adaptorul WLAN lasa primului AP adresa celui de al doilea, astfel incat toate pachetele sunt rutate de la primul la al doilea punct de acces si utilizatorul nu sesizeaza faptul ca a schimbat AP-ul.

4.3 Factori de considerat

La alegerea unei retele, se tine cont de o multime de elemente care influenteaza instalarea, administrarea si comportarea sa. Pe langa distanta de acoperire, de care am discutat deja, mai sunt latimea de banda, costul, siguranta etc. Sa le tratam pe rand.

De maxima importanta este viteza maxima de comunicatie intre doua echipamente WLAN, adica latimea de banda, masurata in megaocteti sau megabiti pe secunda. Sa luam cazul lui AirConnect al lui 3Com. Acesta are o latime de banda maxima de 11 Mb/s, putin mai mare decat a unei retele LAN clasice, de 10 Mb/s. In practica, aceasta latime de banda este adesea mai redusa, din cauza gatuirilor in retea, a numarului de utilizatori care folosesc simultan reteaua, a ariei de propagare a semnalului etc.

Un punct de acces al AirConnect suporta maxim 63 de utilizatori, iar in acelasi punct din spatiu se pot monta maxim trei AP-uri, deci numarul maxim posibil de utilizatori prezenti in aria celor trei microcelule suprapuse este de 189. Desigur, cu cat numarul lor este mai mic, cu atat fiecare va beneficia de o latime de banda mai mare. Mai intervine si calitatea semnalului, care este atenuat de diversele obstacole. Daca legatura nu se poate face stabil la 11 Mb/s, echipamentele AirConnect se vor resincroniza la 5,5, 2 sau 1 Mb/s. Pe ansamblu, se poate afirma ca retelele WLAN ofera o integritate a datelor si o fiabilitate cel putin la fel de buna ca retelele cablate.

Un alt factor demn de luat in seama este interoperabilitatea cu retelele LAN si fara fir. Dupa cum am mai spus, unui PC din retea ii este transparent faptul ca lucreaza cu un alt PC, care se afla in reteaua fara fir. Aceasta datorita prezentei si respectarii standardului IEEE 802.11, care specifica faptul ca se poate realiza o conectare transparenta cu retelele pe cablu Ethernet (802.3) si Token Ring (802.5).

Pentru instalarea unei retele WLAN, trebuie studiat mediul inconjurator din punct de vedere al interferentelor, dintre care cele mai suparatoare sunt cele date de cuptoarele cu microunde. Dar majoritatea producatorilor de echipamente WLAN isi proiecteaza produsele astfel incat sa minimizeze efectul acestora. Pentru ca spectrul in care lucreaza retelele WLAN nu este reglementat, practic oricine poate folosi aceasta latime de banda. De aceea, este posibil ca unele echipamente WLAN sa interfereze cu altele, care provin de la un alt producator. De aceea, in general se alege un singur furnizor de echipamente pentru un WLAN.

Capitolul in care WLAN-urile stralucesc in fata LAN-urilor cablate este cel al usurintei de instalare si configurare. Deoarece doar punctele de acces necesita cabluri pentru interconectare, dispar toate problemele legate de cabluri si reteaua devine foarte mobila. Administrarea se face identic ca la retelele LAN.

Pentru unele organizatii, securitatea datelor transmise prin retea este vitala. Securitatea este alt punct tare al WLAN-urilor. Sa nu uitam ca tehnologia wireless a fost prima data folosita in aplicatii militare. Este mult mai greu pentru cineva din afara sa „asculte” traficul printr-o retea WLAN decat printr-una cablata. Tehnici complexe de criptare asigura de faptul ca doar cei care dispun de echipamente extrem de complexe (si care nu sunt la indemana oricui) pot obtine accesul neautorizat in retea.

Un punct mai slab al WLAN-urilor este costul ridicat al echipamentelor. Un punct de acces costa intre 1000 si 2000 USD, in timp ce un adaptor costa intre 300 si 1000 USD. Dupa cum vedeti, mult mai scump decat hub-urile si placile de retea dintr-un LAN pe cablu. Dar costul de instalare si mai ales timpul de instalare sunt minime, iar in anumite cazuri, in care cablarea cladirii este extrem de complicata si greoaie, instalarea pe ansamblu a unei retele WLAN este mai ieftina decat a unui LAN.
Retelele fara fir au si avantajul unei mari scalabilitati, deoarece un punct de acces poate gestiona un numar foarte mare de utilizatori. Pentru cei care isi fac griji asupra influentei undelor radio asupra sanatatii, un punct de acces are o putere mult mai mica decat un telefon mobil, astfel incat reteaua wireless LAN nu este mai periculoasa decat cea cablata.

Wireless LAN-ul devine tot mai mult o solutie demna de luat in seama pentru completarea sau inlocuirea LAN-ului cablat. Domeniile sale de aplicare sunt din cele mai diverse, de la cel militar pana la cel universitar, de la cel medical la cel de business.

5. Modemuri fara fir

O modalitate mai sigura si mai rapida (din pacate, inca foarte scumpa) de acces la Internet se raspandeste si in Romania: modemurile radio. Sa vedem ce avantaje (si dezavantaje) aduc ele fata de solutiile binecunoscute.

Ca si banalele modemuri de linie telefonica si ca si modemurile de cablu TV (prezentate de CHIP), modemurile radio au aceeasi functie, de a transmite informatia de la un aparat la altul. Spre deosebire de tipurile amintite insa, ele nu au nevoie de un fir (cablu) pentru a transmite datele, legatura facandu-se prin unde electromagnetice. Acest tip de comunicatie reprezinta in mod cert viitorul, deja orice dispozitiv la care se adauga adjectivul „wireless” (fara fir) fiind favoritul discutiilor pe teme de retele.

5.1 Inceputurile

Termenul de modemuri radio defineste o categorie foarte larga de aparate. La inceput, aceasta denumire se aplica chiar si modulelor din aparatele GPS (Global Positioning System), care au rolul de a transmite si primi datele de la sateliti. Apoi, primele radio modemuri, in intelesul pe care il vom folosi in acest articol si pe care l-am explicat in paragraful precedent, erau practic versiuni fara fir ale modemurilor de linie telefonica, din punctul de vedere al vitezei de comunicatii. De fapt, chiar si acum se gasesc o multitudine de astfel de modemuri radio, cu viteze cuprinse intre 300 si 19.200 biti pe secunda (bps). Practic, folosirea lor este recomandata acolo unde nu exista retea telefonica, dar sunt limitate puternic de distanta de lucru (prin constructie), care cateodata nu depaseste trei-patru kilometri. Mai merita spus ca ele lucreaza in banda de frecvente de 800-900 MHz (ca si telefoanele GSM din America) si folosesc tehnologia CDPD (Cellular Digital Packet Data). Pretul lor este relativ mic, sub 500 de USD, dar principalul dezavantaj este viteza mica de comunicatie, de maxim 19,2 Kbps.

Ca si telefoanele mobile, acest tip de modemuri radio se leaga la o retea de statii fixe si permit efectuarea de schimburi de date pentru utilizatorii care se deplaseaza. De fapt, si telefoanele mobile care au posibilitatea de a transmite date pot fi considerate radio modemuri.

5.2 Nevoia de viteza

Cel de al doilea tip de modemuri wireless, cel care ofera o viteza mare de conectare, a aparut mai de curand si lucreaza in general in banda de frecvente de 2,4 GHz, dar exista si modele pentru 900 MHz.

Tehnologia folosita este Spread Spectrum (cu spectru imprastiat), care a fost descrisa in diverse variante. Avantajul lor este latimea de banda mare pe care o ofera. Legatura radio se face cu 0,5, 1, 2 sau 3 Mbps, iar cea utila este de 2048 Kbps pentru E1, legatura digitala europeana, si 1544 Kbps pentru T1, conform standardului american. Si de aici ajungem la principala utilizare a acestror modemuri radio: crearea unei retele MAN (Metropolitan Area Network), al carei scop este adesea conectarea la ISP a firmelor sau conectarea intre ele a unor birouri ale aceleiasi firme, birouri ce se afla in diferite puncte din oras.

Conteaza nu numai latimea de banda a canalului de date, ci si distanta la care se efectueaza transmisia. Aceasta desigur depinde de model, in general ea fiind intre 2 si 10 km, in functie de antena folosita si de diversi factori.

Aceasta este distanta pentru linia dreapta, adica intre cele doua modemuri nu exista nici un obstacol. Ea poate sa scada in cazul aparitiei unor obstacole si poate fi chiar mai mare, prin folosirea unor antene mai puternice. Ca regula generala, antena se amplaseaza pe un punct cat mai inalt, avand astfel o arie de acoperire mai mare. Dar iata ca am vorbit de antena, fara a atinge elementele componente ale unui radio modem. El este format din aparatura de modulare/demodulare, un procesor pentru semnalul analogic, ce controleaza partea de radiofrecventa a aparatului, care la randul ei se conecteaza la antena. Partea de modulare/demodulare este ajutata de memorii si buffere externe, ea fiind conectata de asemenea si la interfetele spre reteaua LAN, spre PC sau spre reteaua telefonica. Optional, se poate folosi un codec hardware pentru transformarea semnalului in voce, in cazul in care se doreste folosirea radio modemului si pentru transmiterea vocii.

Antena are o importanta deosebita in acest ansamblu, deoarece de calitatea ei si a cablurilor ce o leaga la radio modem depinde distanta maxima de realizare a conexiunii. Antenele sunt de obicei unidirectionale, fiind indreptate spre antena celuilalt modem, dar modemul (de fapt, modem pool-ul) aflat la ISP este dotat cu o antena omnidirectionala, deoarece trebuie sa se conecteze cu toate celelalte modemuri, aflate la clienti.

5.3 Topologia retelei

Si astfel am ajuns si la topologia retelei de radio modemuri. Aceasta este de tip stea, in centru aflandu-se punctul de acces (AP, Acces Point), unde se afla modem pool-ul, singurul aparat din retea ce poate comunica simultan cu mai multe modemuri radio. AP-ul se mai compune din interfata cu reteaua ce transmite datele mai departe, spre Internet, si serverul de acces la aceasta retea.

Reteaua de modemuri radio mai are doua avantaje ce nu pot fi trecute cu vederea: stabilitatea si fiabilitatea. Cei ce au lucrat sau lucreaza cu modemuri de cablu, tehnologia concurenta a radio modemurilor, stiu ca datorita interferentelor si unor probleme legate de topologia retelei de cablu, se intampla sa se piarda conexiunea dintre modemul de cablu si head end. Ei bine, reteaua wireless este mult mai stabila din acest punct de vedere, legatura de date intrerupandu-se doar in conditii speciale, cum ar fi o atmosfera extrem de incarcata electric, in caz de furtuna puternica, cu fulgere. Oricum, aceste evenimente apar mult mai rar si chiar si atunci este posibil sa ramana in picioare conexiunea. Practic, pot trece luni de zile fara o deconectare! De asemenea, nefiind legate prin fire, dispare o alta sursa de probleme potentiale: cea de protectie la supracurenti. O descarcare electrica in reteaua de cablu poate arde modemurile, pe cand la cele wireless nu este cazul.

Un modem radio are adesea facilitati de management prin intermediul unui PC sau al unei console, de unde se efectueaza usor configurarea si instalarea, precum si managementul retelei, prin SNMP (Simple Network Management Protocol). O legatura de date prin radio modemuri este transparenta din punctul de vedere al utilizatorilor, pentru ca ea poate transporta orice protocol de retea, de la TCP/IP si IPX la NetBEUI si AppleTalk.

Daca tot au atatea avantaje, oare de ce nu se folosesc pe larg radio modemurile? Raspunsul este simplu: pretul. Acesta este inca foarte mare, sarind bine de 1000 USD, chiar si de 1500 USD. In plus, tehnologia inca nu este matura, existand putini ofertanti de astfel de aparate. Totusi, tendinta mutarii retelelor spre wireless este clara si puternica, incat in cativa ani cu siguranta ca fiecare va avea acces la un astfel de aparat pentru a se conecta la ISP.

6. O clasificare a modelelor de retele wireless cu micro-senzori

Avansarea tehnologiilor in hardware si in retelele wireless ne situeaza intr-o noua era in care mici dispozitive wireless vor asigura un acces la informatii in orice moment , in orice loc precum si o participare activa la crearea unor medii inteligente. Una din aceste aplicatii ale domeniilor inteligente sunt retelele de senzori, aceste retele find formate cand un grup de dispozitive de senzori este dispus intr-un anumit mod detectand un fenomen fizic.

6.1 Caracteristicile retelei de micro-senzori

Peste tot in acest subcapitol, vom gasi urmatoarelele terminologii:

Senzor: Dispozitivul acesta implementeaza semnele fizice ale mediului si raporteaza masuratorile (prin unde radio). In mod caracteristic, se compune din cinci componente – detectare hardware, memorie, baterie, implementarea procesorului, si un aparat de emisie receptie (emitator-receptor).

Observer: Utilizatorul interesat in obtinerea de informatii difuzate de catre reteaua de senzori despre fenomen. Observatorul poate exprima interes (sau intrebari) fata de retea si poate primi raspunsuri la aceste intrebari.

Phenomenon: Entitatea care aprinde interesul observatorului si care este analizata/filtrata de catre reteaua de senzori. Pot fi mai multe fenomene sub observatie simultan in aceeasi retea.

In aplicarea semnelor, observatorul este interesat de monitorizarea fenomenului sub anumite restrictii latente si precise. Intr-o retea de senzori tipica, senzorii individuali detecteaza valorile locale (masuratorile) si si difuzeaza informatii care sunt necesare altor senzori si eventual observatorului. Masuratorile primite de la senzori sunt exemple diferite ale fenomenului fizic specifice preciziei masuratorii de catre senzor precum si locatia fenomenului fizic.

Interesul unui observator (sau un nivel de aplicatie) este o intrebare pentru observator despre fenomenul fizic ca aproximare a datelor distribuite de catre senzorii capabili de detectie. Un semn de intrebare este in implementarea unuia sau a mai multor nivele minime de interes (solicitand unui senzor specific sa raporteze masuri specifice la intervale specifice). In aceasta munca, noi nu punem accentul pe dificultatea problemei de translatie intre observator si nivelele minime de interes. Aceasta translatie poate fi facuta de aplicatia software de la observator si/sau nodurile de sonzori, sau direct catre observatorul uman. Mult mai mult, reteaua poate participa la sintetizarea problemei (de exemplu, prin filtrarea a unor date de senzori sau conncentrarea mai multor masuratori catre o singura valoare), dar noi consideram ca o astfel de inteligenta face parte din procesul de translatie intre interesele observatorului si nivelul minim de implementare.

Retelele de senzori pun un numar mare de probleme retelelor wireless traditionale, inclusiv puterii nodurilor, indreptand energia disponibila catre fiecare nod.

Energy efficiency/system lifetime: datorita faptului ca nodurile sunt baterii operationale, protocoalele trebuie sa foloseasca o energie eficienta pentru a mari durata de viata a retelei. Durata de viata poate fi masurata de parametri generali cum ar fi timpul in care jumatate din nodurile retelei devin ineficiente, cand reteaua se opreste oferind aplicatiei informatiile dorite despre fenomen.

Latency: observatorul este interesat in cunosterea fenomenului cand acesta are loc cu o intarziere data.

Accuracy: obtinerea de informatii precise este principalul obiectiv al observatorului, in ce fel precizia este determinata de aplicatia data. Este vorba despre un schimb intre precizie, latenta si eficienta energiei. Infrastructura data ar putea fi adaptata in asa fel incat sa se obtina precizia dorita si o intarziere cu o furnizare de energie minima.

Fault-tolerance: senzorii pot esua datorita conditiilor fizice inconjuratoare sau datorita insuficientei energiei. Este dificil de inlocuit senzorii existenti, astfel ca reteaua trebuie sa fie toleranta la defect asa incat conditiile actuale ale retelei sunt evidente pentru aplicatia data.

6.2 Modele de comunicatie

Sunt multe moduri pentru o retea de senzori de a atinge precizia si intarzierile necesare; o retea bine proiectata indeplineste aceste necesitati optimizand energia utilizata de senzori si asigurand toleranta la defect. Studiind periodic modul in care se efectueaza comunicatia, structura retelei va fi capabila sa aleaga infrastructura si protocolul de comunicare care furnizeaza cea mai buna combinatie de performanta, robustete, eficienta si cost.

Comunicatia in interirul unei retele de senzori poate fi clasificata in doua categorii: aplicabilitate si infrastructura. Aplicabilitatea comunicatiei reprezinta transferul de date (sau informatia obtinuta de la ele) cu scopul de a informa observatorul despre fenomen. In aplicabilitatea comunicatiei se disting doua modele de senzori: cooperanti si necooperanti. Senzorii necooperanti nu participa la aplicatie pentru raspandirea informatiei, iar cei cooperanti au puterea necesara pentru a comunica cu fiecare din vecinii sai periodic sau incheierea unui eveniment specific.

Infrastructura comunicatiei se refera la comunicatia necesara pentru a configura, mentine si optimiza operatiile. Mai exact, datorita naturii retelelor de senzori, senzorii trebuie sa fie capabili sa gaseasca caile catre alti senzori care le sunt necesare lor si pe observatorului pe care nu-l intereseaza mobilitatea sau defectiunea senzorilor. Astfel, infrastructura comunicatiei depinde de functionalitate retelei, asigurarea robustetii operatiei in medii dinamice, precum si optimizarea tuturor performantelor.

6.3 Modele de date furnizate

Retelele de senzori pot fi clasificate in functie de datele furnizate necesare aplicatiei:

continous: senzorii comunica datele lor continuu si la intervale specificate

event-driven: senzorii comunica informatiile numai daca are loc un eveniment de interes. In acest caz, observatorul este interesat numai de manifestarea anumitor fenomene sau a unui grup de fenomene

observer-initiated: senzorii comunica rezultatele lor numai in cazul unui raspuns la o cerere explicita din partea observatorului (fie direct, fie prin intermediul altor senzori)

hybrid: toate cele trei abordari pot exista in aceeasi retea.

6.4 Modele de retele dinamice

Sunt cateva moduri de a construi si de a mentine legatura intre observator si fenomen. Acestea sunt diferite in functie de dinamica retelei si se vor clasifica astfel:

static sensor network

mobile sensor network

Retele dinamice de senzori

Retelele dinamice de senzori pot fi clasificate in functie de functionarea componentelor. Aceasta functionare este importanta din perspectivele comunicatiilor, in functie de cat de mult gradul si tipul comunicatiei sunt dependente de dinamica retelei.

Mobile observer: in acest caz observatorul este mobil in functie de senzori si fenomen. Un exemplu al acestui model este desfasurarea de senzori intr-o imprejurare “neprietenoasa” pentru monitorizarea mediului. Spre exemplu, observatorul se afla intr-un avion si trece periodic pe deasupra retelei pentru a colecta informatii de la senzorii retelei. Astfel, observatorul, are o miscare relativa fata de senzorii si fenomenul de pe suprafata retelei.

Mobile sensors: in acest caz, senzorii sunt in miscare fata de fiecare dintre ei si fata de observator. Spre exemplu, consideram monitorizarea traficului prin aranjarea senzorilor intr-o anumita dispunere. In acest aranjament mobil, senzorii vor continua sa comunice cu fiecare dintre ei despre observatiile lor fata de conditiile de trafic. Daca senzorii sunt cooperanti, modul de comunicare impune conditii suplimentare, cum ar fi detectarea adreselor de legatura ale vecinilor, localizarea lor si a informatiei difuzate.

Mobile phenomena: in acest caz, fenomenul insusi se afla in miscare. Un exemplu pentru acest caz este dispunerea senzorilor pentru detectia persoanelor in miscare. Infrastructura nivelului de comunicatie ar trebui sa fie event-driven. Depinzand de densitatea fenomenului, el poate fi ineficient daca toate nodurile senzor sunt active tot timpul. Numai senzorii care se afla in vecinatatea fenomenului mobil trebuie sa fie activi. Numarul de senzori activi din jurul fenomenului mobil poate fi determinat prin determinare unor parametri specifici cum ar fi precizia, latenta si eficienta energiei.

CAPITOLUL 3

TEHNOLOGII SI PROTOCOALE DE COMUNICATIE

1. Retele wireless fixe (TDD vs. FDD)

Intr-un fel analog cu disputa CDMA-TDMA-GSM in retelele wireless mobile, o lupta similara se duce in retelele wireless fixe, intre FDD (Frequency Division Duplexing) si TDD ( Time Division Duplexing). Spre deosebire insa de retelele mobile, in LMDS (Local Multipoint Distribution Service) mai mult s-a discutat decat s-a facut. Este de asteptat ca standardizarea interfetei aeriene (IEEE 802.16), care trebuie sa rezolve probleme importante, ca interferenta si interoperabilitatea, sa dea un nou avant acestei tehnologii spre o piata de peste 7,4 miliarde, conform Strategis Group.

TDD a fost proiectata de la bun inceput in ideea transmisiilor de date, trafic “asimetric” ca volum. TDD utilizeaza un singur canal pentru comunicarea simultana pe ambele sensuri, separarea intre emisie si receptie fiind facuta in domeniul temporal (spre deosebire de FDD, cu separare in frecventa). Cu alte cuvinte, in TDD fluxurile de uplink si downlink lucreaza pe aceeasi frecventa, la intervale fixe, iar alocarea de banda pentru fiecare flux este flexibila. Aceasta elimina necesitatea unei benzi mari de frecventa pentru separarea celor 2 fluxuri si duce la o utilizare mult mai eficienta a spectrului.

2. Retele wireless mobile

2.1 Tehnologia TDMA (Time Division Multiple Access)

TDMA – (Time Division Multiple Access) este tehnologia de transmisie digitala care permite unui numar de utilizatori sa acceseze un singur canal de frecventa radio (RF) fara a interfera, alocand fante de timp unice fiecarui utilizator in cadrul fiecarui canal. Schema de transmisie digitala TDMA multiplexeaza trei semnale pe un singur canal. Banda disponibila este impartita in canale iar fiecare canal este divizat in timp. Semnalul vocal este digitalizat si comprimat, permitand la trei utilizatorii sa imparta un canal.

Pe langa eficienta sporita a transmisiei, TDMA ofera o serie de alte avantaje fata de tehnologiile celulare standard. In primul rand, poate fi adaptata cu usurinta la tansmisia de date ca si la transmisia de comunicatii verbale. TDMA ofera posibilitatea de a transporta date la rate de transfer cuprinse intre 64kbps si 120Mbps (expandabile in module de 64kbps). Aceasta permite operatorilor sa ofere servicii de comunicare personala incluzand fax, transmisie de date (voiceband data), si SMS-uri (short messages services), ca si aplicatii care folosesc intensive latimea de banda precum multimedia si videoconferinte

Spre deosebire de tehnicile de spectru larg care pot suferi din cauza interferentei intre utilizatori care sunt toti pe aceeasi banda de frecventa si transmit in acelasi timp, tehnologia TDMA, care separa utilizatorii in timp, garanteaza ca nu va exista interferenta cu alte transmisii simultane.

TDMA ofera de asemenea utilizatorului o mai mare durata de viata a bateriei si o mai mare durata de timp de conversatie deoarece mobilul transmite numai o parte din timp (1/3 pana la 1/10) in timpul conversatiilor.

Instalatile TDMA ofera importante economii la echipament al statiei de baza, spatiu si intretinere, factor important atunci cand marimea celulelor devine din ce in ce mai redusa TDMA este cea mai eficienta tehnologie din punct de vedere al costurilor pentru trecerea unui sistem analog existent la digital TDMA este singura tehnologie care ofera o folosire eficienta a structurilor cu cellule ierarhice (HCS), oferind pico, micro si macro cellule. HCS permite acoperirii sistemului sa fie ajustata pentru a suporta traficul specific si nevoile serviciului. Folosind aceasta abordare, capacitati ale sistemului de mai mult de 40 de ori ca cel AMPS pot fi realizate in mod eficient.

2.2 Tehnologia CDMA (Code Division Multiple Access)

CDMA (Coded Divizion Multiple Access) este un concept radical nou in comunicatiile radio. CDMA este o forma a spectrului extins, o familie de tehnici de comunicatie digitala care au fost folosite in aplicatii militare inca din perioada urmatoare celui de-al doilea razboi mondial. Principiul de baza al transmisiei in spectru extins este folosirea drept purtatoare a undelor cu zgomot mai mare, si extinderea latimii de banda fata de comunicarea simpla, point-to-point, la aceeasi viteza de transfer.

CDMA se bazeaza pe multiplicarea versiunii digitalizate a fiecarui mesaj cu o secventa unica pseudoaleatoare si emiterea sa impratiata pe intregul spectru disponibil. Deoarece functiile de imprastiere sunt mai mult sau mai putin ortogonale are loc practic o impartire probabilistica a benzii de frecventa disponibile.

CDMA ofera de fapt raspunsul la problema de capacitate, iar solutia consta in folosirea unor purtatoare cu latime de banda mare si puteri reduse in locul partitionarii spectrului de comunicatie in sloturi independente, cu latime ingusta si putere mare de transmisie. Sensibilitatea la zgomot si interferente este mult redusa, iar reutilizarea frecventei este universala, adica mai multi utilizatori pot folosi aceeasi purtatoare CDMA. Acest lucru se poate reprezenta grafic prin colorarea fiecarui hexagon in toate culorile curcubeului. La zona de contact dintre celule nici o culoare nu se va repeta de la o celula la alta. Astfel ca intreaga banda de trecere de 1,25 MHz poate fi utilizata de fiecare statie, iar aceeasi banda este reutilizata in fiecare celula.

3. Standardul IEE 802.11

Standardul IEEE P802.11, bazat pe criptarea numita WEP (Wired Equiravalent Privacy Algorithm) a fost elaborat pentru folosirea unor spectre pentru care nu este necesara lincentierea frecventelor (infrarosii, microunde “spread band” 2.4 GHz).. Placile de comunicatie fara fir (unele sub forma de cartele PCMCIA pentru calculatoare portabile) au o scadere continua de pret.

Standardul IEEE 802.11 a fost initiat in 1990 si finalizat in 1997 pentru a acoperi retelele care asigura conexiunile fara fir intre statii fixe, portabile si in miscare pe arie locala. Standardul prevede rate de 1Mb/s si optional 2 Mb/s pe raze de 250-300 m. Se asigura suportul pentru transfer asincron de date si optional serviciul pentru servicii distribuite cu limita de timp (DTBS). Prima optiune se refera la traficul care este relativ insensibil la intarzieri cum este posta electronica sau transferul de fisiere. A doua optiune, DTBS, implica o limita a intarzierii pentru a asigura o calitate acceptabila a serviciului. Pentru a rezolva problemele legate de transmisiune se pot folosi doua variante de organizare (functii) a retelei:

DCF (Distributed Coordination Function) care este similara organizarii din retelele de comutare de pachete si este destinata transferului asincron de date

PCF (Point coordination Function) care se bazeaza pe interogari controlate de punctul de acces (AP) si care este destinata transmisiunilor sensibile la intarzieri.

Majoritatea produselor WLAN pot fi interconectate cu retele standard de tipul IEEE802.3 (Ethernet) sau IEEE802.5 (token-ring). Cu alte cuvinte standardul IEEE 802.11 permite interoperabilitatea sistemelor WLAN.

3.1 Aspecte generale

Blocul fundamantal in arhitectura standardului 802.11 este reprezentat de Setul de Serviciu de Baza – BSS. Acesta reprezinta un grup de statii care lucreaza conform uneia dintre functiile de coordonare mentionate anterior: DCF sau PCF. Aria geografica acoperita de BSS este numita Basic Service Area (BSA) si este analogica unei celule din comunicatiile celulare. Toate statiile dintr-o BSS pot comunica direct cu oricare alte statii din BSS. Totusi, fadingul si interferentele care pot aparea intre BSS vecine care utilizeaza aceea si parametrii pentru nivelul fizic (frecventa si cod de imprastiere) pot face ca anumite statii sa apara ascunse pentru celelalte statii.

Conform standardului 802.11 se disting doua tipuri de retele locale:

retele ad-hoc;

retele infrastructurale.

O retea ad-hoc (BSS independente) este o grupare a statiilor intr-un singur BSS (fig.4) cu scopul comunicarii inter-retele fara ajutorul unei retele infrastructurale. Orice statie poate stabili o sesiune de comunicatie directa cu alta statie fara a fi necesara directionarea traficului printr-un punct de

acces (AP) centralizat.

In opozitie cu retelele ad-hoc, retelele infrastructurale au scopul sa serveasca utilizatori cu servicii specifice si cu extinderea zonei. Aceste retele se constituie utilizandu-se un AP (vezi analogia cu statia de baza in comunicatiile celulare). AP permite extinderea zonei prin conectarea intre mai multe BS formand un Set de Serviciu Extins (ESS). ESS poate apare ca un BSS mai larg pentru subnivelul LLO (Logical Link Control) din fiecare statie. ESS consta din mai multe BSS care pot coopera utilizand un sistem de distributie (DS) implementat independent (poate fi Ethernet LAN, token ring, LAN FDDI, MAN sau alt mediu fara fir IEEE 802.11).

Sistemul de distributie este utilizat pentru transferul pachetelor intre diferite BSS. ESS poate oferi si accesul pentru utilizatorii retelei fara fir la o retea cu fir cum ar fi Internetul. Aceasta se realizeaza printr-un dispozitiv numit portal care specifica punctul de interconectare din DS unde reteaua IEEE 802.11 interactioneaza cu o retea de alt tip. Daca noua retea este IEEE 802.X atunci portalul incorporeaza functii similare cu un pod (bridge). In figura 5 este dat un ESS realizat cu doua BSS, un DS si acces printr-un portal la o retea LAN cu fir.

3.2 Nivelul fizic

Specificatiile standardului IEEE 802.11 prevad trei variante de implementare pentru nivelul fizic:

folosind spectru imprastiat cu salt de frecventa (FHSS),

folosind spectru imprastiat cu secventa directa (DSSS) si

folosind radiatii in infrarosu (IR).

Sistemele care au la baz a FH-SS utilizeaza banda ISM (Industrial, Scientific and Medical band) de 2,4GHz. In SUA sunt specificate maxim 79 de canale pentru salturi de frecventa . Primul canal are frecventa centrala de 2,402 GHz iar celelalte canale sunt distantate cu 1 MHz. Sunt precizate trei seturi de secvente de salt cu cate 26 de secvente pe set. Aceasta permite coexistent a mai multor BSS in aceea si zona geografica ceea ce poate fi important pentru evitarea congestiilor si pentru maximizarea transferului de date in BSS. Motivul pentru care sunt trei seturi diferite consta in evitarea perioadelor prelungite cu coliziuni intre secventele de salt dintr-un set. Rata minima pentru saltul de frecventa este de 2,5 salturi/s. Pentru rata de transfer de 1 Mb/s se utilizeaza modulatia binara cu deplasarea frecventei GFSK (two-level Gaussian frequency shift keying) unde 1 se codeaza cu Fc+f, iar 0 se codeaza cu Fc-f. Pentru cresterea ratei la 2 Mb/s se utilizeaza o modulatie pe patru nivele GFSK prin codarea simultana a doi biti utilizandu-se 4 frecvente.

Sistemele care folosesc DS-SS lucreaza de asemenea banda ISM de 2,4 GHz, In acest caz pentru transmisiunile cu viteza de baza de 1Mb/s se foloseste modulatie diferentiala binara cu comutarea fazei (DBPSK).

Pentru viteze de 2 Mb/s se foloseste modulatie diferentiala in cuadratura cu comutarea fazei (DQPSK). Imprastierea este realizata prin impartirea benzii disponibile in 11 subcanale, fiecare cu latimea benzii de 11 MHz Se foloseste o secventa de imprastiere 11 biti/simbol si rezulta o capacitate maxima a canalului de 1 Mb/s. In cazul unor BSS adiacente sau suprapuse trebuie asigurata o separare intre frecventele centrale pentru BSS diferite de 30 MHz. Aceasta conditie conduce la posibilitatea ca numai doua BSS sa fie adiacente sau suprapuse fara interferente. Aceste sisteme necesita numai omologarea modelului de catre administratia radio a tarii unde se instaleaza . Au dezavantajul ca au statut de utilizator secundar, cu alte cuvinte pot exista si alti utilizatori in aceia si banda .

Sistemele care folosesc IR lucreaza cu lungimi de unda intre 850 si 950 nm. Aceste sisteme se utilizeaza in interiorul cladirilor si opereaza cu transmisiune nedirectionala. Statiile pot receptiona transmisiuni in vizibilitate directa sau reflectate. Pentru viteza de acces de baza de 1 Mb/s se foloseste tehnica de modulatie 16-PPM (Pulse Position Modulation). Pentru 2 Mb/s se utilizeaza 4-PPM;

3.3 Subnivelul MAC (Medium Access Control)

Subnivelul MAC este responsabil pentru:

procedurile de alocare a canalului,

adresarea unitatilor de date de protocol (PDU),

formarea cadrelor, controlul erorilor,

fragmentarea si reasamblarea.

Mediul de transmisiune poate opera in doua moduri:

modul concurential CP (contend period), cand statiile isi disputa accesul la canal pentru fiecare pachet transmis, sau

modul neconcurential CFP, cand utilizarea mediului este controlata de AP.

IEEE 802.11 accepta trei tipuri de cadre:

de management (pentru asocierea statiilor cu AP, sincronizare si autentificare),

de control (pentru negocieri in timpul CP respectiv pentru confirmari in timpul CP si spre sfarsitul CFP);

de date (pentru transmisie de date si date combinate cu interogari si confirmari in timpul CFP).

Formatul cadrului (fig.6) cuprinde:

adrese MAC de 48 de biti pentru identificarea statiilor,

2 octeti pentru specificarea duratei cat canalul va fi alocat pentru transmiterea cu succes a unei MPDU (MAC Protocol Data Unit),

campul de date cu posibilitate de criptare daca protocolul optional WEP (Wired Equivalent Privacy),

2 biti pentru tipul cadrului (de control, de management sau de date))

un CRC de 32 de bi t i.

Octeti:

3.4. Varianta Distibuted Coordination Function (DCF)

DCF este metoda fundamentala de acces utilizata pentru transferul asincron al datelor. Toate statiile au implementata aceasta varinata. Ea poate opera singura sau poate coexista cu PCF. DCF are la baza un algoritm cu detectia purtatoarei si evitarea coliziunilor (CSMA/CA). Nu se utilizeaza CSMA/CD deoarece statia care transmite nu poate sa asculte canalul. Detectia purtatoarei este facuta :

fizic, la interfata radio (physical carrier sensing)

logic, la subnivelul MAC (virtual carrier sensing).

Detectia fizicã a purtãtoarei se face detectand prezenta altor utilizatori WLAN prin analiza tuturor pachetelor detectate si prin detectia activitatii in canal observand puterea relativa a semnalului ce poate proveni de la alte surse.

Detectia virtualã a purtãtoarei se face prin transmiterea unei informatii cu privire la durata MPDU in antetul RTS (request to send), CTS (clear to send) si in cadrele de date.

Sa ne reamintim cã MPDU este o unitate completã de date transmisã de subnivelul MAC nivelului fizic. Aceasta informatie reprezinta timpul (in microsecunde) cat canalul va fi utilizat pentru transmiterea cu succes a datelor sau cadrelor de management, incepand de la sfarsitul cadrului curent. Statiile din BSS utilizeaza informat ia privitoare la durata pentru actualizarea unui vector de alocare in retea (NAV), care indica timpul care trebuie sa treaca pana cand sesiunea de transmisiune e completa si canalul poate intra in modul LIBER (IDLE).

Canalul e marcat ocupat daca mecanismul de detectie a purtatoarei (fizic sau virtual) indica acest lucru. Accesul cu prioritati la mediu e controlat prin intervalele de timp plasate in spatiu intre cadre. Intervalele dintre cadre, “intraframe space” (IFS), sunt perioade de timp liber pentru transmisiune si pot fi de trei tipuri: SIFS (Short IFS), PIFS (Point Cordination Function IFS) si DIFS (DCF-IFS). Statiile care necesita un SIFS au prioritate in transmisiune fata de statiile care asteapta PIFS sau DIFS. Cand statia sesizeaza canal liber, asteapta o perioada de un DIFS si testeaza canalul din nou. Daca acesta e liber, statia transmite un MPDU. Statia destinatie verifica daca pachetul a fost transmis corect si in caz de receptie corecta, asteapta un SIFS si transmite un cadru de confirmare pozitiva (ACK) catre statia sursa .

In figura 8 este data o diagrama de timp ilustrand transmiterea cu succes a unui cadru de date. Cand se transmit cadre de date, campul de duratã e utilizat pentru a informa toate statiile din BSS cat timp este ocupat mediul de transmisiune. Toate statiile isi ajusteaza indicatorul NAV in functie de campul de durata, plus intervalele SIFS si intervalele necesare pentru ACK.

Deoarece statia sursa nu-si poate asculta transmisiunea, cand apar coliziuni, statia continua sa transmita MPDU. Daca acesta este lung se pierde timp de transmisiune pentru un MPDU eronat. Acest inconvenient poate fi eliminat daca statiile isi rezerva canalul inaintea transmisiunii prin intermediul cadrelor de control RTS si CTS. Aceste cadre sunt relativ scurte (RTS – 20 octeti si CTS – 14 octeti) comparativ cu lungimea maxima a unui cadru de date (2346 octeti). Cadrul de control RTS, transmis de statia sursa, contine date sau cadre de management pregatite pentru transmisiune catre o statie destinatie. Toate statiile din BSS, asculta pachetul RTS, citesc campul de durata (fig.3) si isi ajusteaza NAV-ul. Statia destinatiera spunde cu un pachet CTS dupa o perioada de asteptare de un SIFS. Statiile care aud pachetul CTS isi ajusteaza NAV corespunzator. Dupa receptia CTS statia sursa este asigurata ca mediul este stabil si rezervat pentru transmiterea unui MPDU (fig.9).

Statiile pot alege sa utilizeze sau nu acest mecanism functie de lungimea MPDU (RTS – Threshold). Daca apar coliziuni pe durata unui RTS sau CTS acestea conduc la o pierdere mai mica de timp. Totusi, pentru un mediu putin incarcat se introduc intarzieri suplimentare datorate cadrelor RTS/CTS. Unitatile lungi de date transmise de la LLC la MAC pot necesita impartirea in fragmente pentru a creste fiabilitatea transmisiunii. Se compara unitatea de date cu un parametru (Fragmentation – Threshold) si, daca acesta este depasit, se transmit fragmente de MPDU in mod secvential (figura10). Canalul este eliberat numai dupa ce s-a transmis cu succes tot MPDU sau daca statia sursa nu a primit confirmare pentru un fragment. Confirmarea se transmite de la statia destinatie pentru fiecare fragment receptionat corect. Statia sursa mentine controlul asupra canalului, dupa o confirmare ACK, asteapta un SIFS si transmite fragmentul urmator. Atunci cand nu este primita confirmarea unui fragment, statia sursa intrerupe transmisia si cere acces la canal, urmand sa reia transmisia de la ultimul fragment neconfirmat.

Daca se utilizeaza RTS si CTS, numai primul fragment este transmis folosind acest mecanism.

Campul de durata din RTS si CTS acopera transmiterea primului fragment. Statiile din BSS isi mentin NAV prin extragerea informatiei din fragmentele urmatoare. Evitarea coliziunilor la revenire in CSMA/CA se realizeaza cu o procedura aleatoare. O statie asteapta pana cand canalul devine liber si calculeaza un timp aleator pentru revenire. Spre deosebire de S-Aloha unde cuanta de timp era egala cu durata transmiterii unui pachet, in IEE 802.11 lungimea unui segment este mult mai mica decat durata unui MPDU si este utilizata prin definirea intervalelor IFS si a timpilor de revenire. Timpul de revenire este un numar intreg de cuante de timp (initial intre 0 si 7). Dupa ce mediul devine liber mai mult de un DIFS, statiile decrementeaza contorul de revenire pana cand acesta devine zero sau mediul este din nou ocupat. Daca mediul devine ocupat, contorul este inghetat urmand sa fie decrementat dupa ce mediul devine liber din nou. Atunci cand contorul ajunge la zero, statia transmite cadrul. Daca doua sau mai multe statii au decrementat contorul la zero in acelasi timp apare o coliziune si fiecare statie trebuie sa-si genereze un nou timp de revenire in intervalul 0-15. Pentru fiecare incercare de retransmitere timpul de revenire creste cu [22+i rand] Slot – Time, unde i este numarul de incercari consecutive, rand este o variabila aleatoare uniforma in intervalul (0,1) iar [ ] reprezinta partea intreaga. Perioada de timp libera de dupa un DIFS este numita fereastra de concurenta, (contention window – CW). Avantajul DCF consta in aceea ca asigura un acces cu sanse egale pentru toate statiile. Totusi ea nu poate garanta o intarziere minima pentru statiile cu servicii in timp real (pachete de voce sau video).

3.5 Varianta Point Coordination Function (PCF)

PCF este un serviciu optional, orientat pe conexiune, care asigura transferul cadrelor neconcurential (contention-free CF). PCF se bazeaza pe coordonatorul de punct (PC) pentru realizarea interogarilor si pentru a permite accesul statiilor la canal. Functia de coordonare (PC) este realizata de AP (acces point) in interiorul fiecarui BSS. Statiile care sunt capabile sa opereze in perioada de CF (CFP) sunt cunoscute ca statii CF-aware. Metodele de mentinere a tabelelor cu secventele de interogare sunt la latitudinea implementatorului.

PCF trebuie sa coexiste cu DCF si din punct de vedere logic este o organizare superioara acesteia (figura 7). PCF se repeta dupa un interval stabilit de un parametru, CFP-Rate. O parte din acest interval este alocata traficului PCF, iar timpul ramas este alocat DCF. Intervalul de repetitie este initiat cu un cadru de balizare (B – beacon) transmis de AP cadru care are si functie de sincronizare. Durata intervalului de repetitie a CFP este un parametru determinat prin stabilirea CFP-Rate si este intotdeauna un numar intreg de cadre B. Durata minima a acestuia este timpul de transmitere a doua MPDU de dimensiune maxima plus cadrul B si cadrul CF-End, iar maximul este stabilit de CFP-Max-Duration si nu poate depasi intervalul de repetitie a CFP minus timpul necesar transmiterii unui MPDU in CP (incluzand cadrele RTS/CTS si ACK). De aceea timpul trebuie alocat astfel incat cel putin un MPDU sa poata fi transmis in CP. Depinde de AP sa stabileasca cat de mare sa fie CFP. Daca traficul este mic, AP poate scurta CFP si ofera restul de timp pentru DCF. CFP poate fi scurtat si daca traficul DCF din intervalul precedent se intinde in intervalul curent.

In fig. 11 este ilustrata coexistenta PCF si DCF.

La inceputul fiecarui interval de repetare a CFP, toate statiile din BSS isi actualizeaza NAV-ul cu valoarea maxima a CFP. In timpul CFP, singurele momente cand statiile pot transmite sunt pentru a raspunde la interogarile de la PC sau pentru a transmite ACK. La momentul de inceput al CFP, PC testeaza daca mediul este neocupat pe o perioada PIFS, apoi transmite un cadru B pentru initierea CFP. Transmiterea CF incepe dupa un interval SIFS prin transmiterea unor cadre CF-Poll (fara date), Date sau Date+CF-Poll. Intreruperea CFP se face prin transmiterea de catre CP a unui cadru CF-End. Daca o statie CF-aware primeste un cadru CF-Poll de la PC, ea poate raspunde dupa o perioada de un SIFS cu un cadru CF-ACK sau Data+CF-ACK. Daca PC primeste cadru Data+CF-ACK, acesta poate trimite un cadru Data+CF-ACK+CF-Poll altei statii, unde CF-ACK reprezinta confirmarea receptiei cadrului anterior. Posibilitatea de combinare a cadrelor de interogare cu cadrele de confirmare si cu cele de date a fost conceputa pentru imbunatatirea eficientei. Daca PC transmite un CF-Poll si statia destinatie nu are nimic de transmis, aceasta transmite un cadru Null Function inapoi la PC. In figura 9 se reprezinta transmisia cadrelor intre PC si statii.

Daca PC nu reuseste sa receptioneze o confirmare ACK pentru un cadru transmis, PC asteapta un interval PIFS si continua transmisia catre statia urmatoare din lista de interogari.

Dupa primirea unui CF-Poll, o statie poate alege sa transmita un cadru altei statii din BSS. Cand statia destinatie receptioneaza cadrul ea returneaza un DCF ACK, iar PC asteapta un interval PIFS dupa cadrul ACK inainte sa continue transmiterea cadrelor urmatoare.

Figura 13 ilustreaza transmisiunea statie–la-statie in timpul CFP.

PC poate de asemenea sa transmita un cadru catre statii non-CF-aware. Dupa receptia cadrului, statia asteapta un SIFS si raspunde PC cu un cadru ACK standard. Si in acest context se poate lua in considerare fragmentarea si reasamblarea MPDU, statia destinatie avand responsabilitatea sa reasambleze fragmentele pentru a forma pachetul original.

4. Standardul IEEE 802.11a

Pe de alta parte, standardul IEEE 802.11a a fost dezvoltat pentru a opera în banda UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) de 5 GHz, recent alocata. Spre deosebire de 802.11 b, standardul 802.11a se deosebeste de tehnologia spectru-împrastiat traditionala, folosind în schimb o schema de multiplexare a diviziunilor de frecvente care este menita sa fie mai prietenoasa cu mediile office. Standardul 802.11a, care suporta viteze de transfer de pana la 54 Mbps, este echivalentul Fast Ethernet pentru 802.11b, care suporta viteze de transfer de pana la 11 Mbps. Asemanator standardelor Ethernet si Fast Ethernet, 802.11b si 802.11a folosesc adrese unice MAC (Media Access Control). Oricum, în timp ce Fast Ethernet foloseste aceea si schema de codificare la nivelul fizic ca si Ethernet (doar ca mai rapid), 802.11a, spre deosebire de 802.11b, foloseste o schema de codificare total diferita, numita COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

5. Standardul IEEE 802.11b

Primul standard oficial de comunicatii wireless de mare viteza , IEEE 802.11b, revolutioneaza conceptul traditional de LAN oferind o rata de tranmisie de 11 Mbps. Dezvoltarea standardului 802.11b a fost în mare parte condusa de catre companiile Lucent Technologies si Intersil Corp. (fosta divizie wireless Harris Semiconductor care s-a desprins de Harris Corp. în iulie 1999). Standardul 802.11b a fost dezvoltat pentru a opera în banda nelicentiat a ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 2,4 GHz folosind tehnologia DSSS (Direct-Sequence Spread-Spectrum) care reprezinta o tehnica de modulatie în care informatia continuta în semnalul util este dispersata într-o banda mai larga si este mixata cu un semnal pseudoaleator. Metoda consta în principal în împrastierea semnalului util, ceea ce face ca acesta sa semene cu un zgomot, cu forma aleatoare, din care nu poate fi reconstituita informatia prin simpla interceptare. Liderul în acest domeniu este Lucent Technologies cu produsele ORiNOCO care sunt conforme si cu specificatiile standardul Wi-Fi (wireless fidelity) impus de WECA pentru a se obtine o compatibilitate între echipamentele 802.11b ale diferitilor producatori.

Protocolul 802.11b nu satisface decât cerinte minime de securitate: control al accesului si autentificare, la un nivel elementar (autentificarea este bazata numai pe hardware). O alta metoda de securitate a accesului utilizata de 802.11b se bazeaza pe un Service Set Identifier (SSID), care este asignat unuia sau mai multor puncte de acces pentru a crea un segment de retea wireless. Clientii wireless trebuie sa fie configurati cu SSID-ul corect pentru a accesa reteaua – securitatea asigurata prin acest mecanism fiind elementara. Mecanismul de criptare al 802.11b este defectuos: s-a dovedit usor de spart si paralizat de lipsa unei scheme de administrare a cheilor. Un cracker poate cauta punctele de acces ale 802.11 si poate decripta datele capturate utilizând un laptop si software descarcat de pe Internet.

6. Standardul IEEE 802.11g

Standardul 802.11g este o extensie a 802.11b, care sta la baza majoritatii retelelor wireless existente la ora actuala. 802.11g largeste ratele de transfer de date ale 802.11b pana la nivelul de 54 Mbps in interiorul benzii de frecventa 2,4 GHz, folosind tehnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Din ratiuni de compatibilitate inversa, un card radio 802.11b poate interfata direct cu un punct de acces 802.11g (si vice versa) la 11 Mbps sau mai putin, in functie de aria de acoperire. Se urmareste modernizarea punctelor de acces 802.11b pentru a fi compatibile cu 802.11g prin intermediul unor relativ simple actualizari firmware. Aria de acoperire pentru un transfer la 54 Mbps este mai mica decat la punctele de acces 802.11b existente, care opereaza la 11 Mbps.

6. Standardul IEEE 802.1X

Standardul 802.1x adoptat în iulie 2001, foloseste autentificarea in retea pe baza de port (Port Based Network Authentication) folosind drept cadru de autentificare Protocolul de Autentificare Extensibila (EAP – Extensible Authentication Protocol), pentru a autentifica utilizatorii. În mediul WLAN, un client wireless va trimite o cerere catre un punct de acces 802.11b, care va stabili apoi o conexiune cu serverul de autentificare.

Autentificarea utilizatorilor finali sau a sistemelor finale ofera controlul accesului in reteaua locala wireless LAN. De exemplu, in aplicatii enterprise, numai utilizatorii autorizati pot avea acces la intranetul corporatiei. In cazul aplicatiilor pentru spatiul public, este necesara identificarea exacta a utilizatorilor de catre furnizorul de servicii. 802.1X permite sa fie folosita orice metoda EAP definita, activand suportul pentru o varietate larga de legitimatii de autentificare. La momentul actual exista doua metode EAP de autentificare, non-proprietare: EAP-TLS si EAP-TTLS. Aceste metode suporta autentificarea reciproca bazata pe doua cai majore de autentificare a utilizatorilor finali sau a echipamentelor: certificate digitale si parole. Autentificarea bazata pe certificate este EAP-TLS. Echipamente ORiNOCO de tip puncte de acces wireless, incluzand AP-2000, AP-1000 si AP-500, care suporta EAP-TLS sunt disponibile inca din 2001. Metoda bazata pe parola-utilizator este EAP-TTLS. EAP-TTLS a

devenit disponibila din februarie 2002 si este suportata de ORiNOCO AP-2000 (martie 2002). EAP-TLS si EAP-TTLS sunt selectate ca metode disponibile pentru aplicatii real-world.