Всем привет!

Эта статья будет вводной в безопасности беспроводных сетей. Материал взят из книги «Безопасность беспроводных сетей» С.В. Гордейчик, В.В. Дубровин.

Особенности радиосетей

В отличие от проводных сетей, где направление распространения сигнала определяется траекторией прокладки кабеля, а протяженность сети — длинной, беспроводные сигналы гораздо менее предсказуемы.

На качество и путь распространения сигнала могут влиять ряд явлений, такие как:

отражение рассеяние преломление дифракция поглощение многолучевая интерференция

При соприкосновении волны с объектом, геометрические размеры которого намного превышают длину волны, происходит отражение, приводящее к изменению направления радиосигнала. Причинами отражения радиосигнала могут быть различные объекты, такие как стены помещений, поверхность земли, крыши, металлические двери и т. д.

В большинстве случаев кроме изменения направления распространения сигнала происходит и уменьшение его мощности, поскольку часть сигнала рассеивается на шероховатостях отражающей поверхности. Рассеивание возникает в результате столкновения фронта радиоволны с объектами, размеры которых соизмеримы с длинной волны. Примерами рассеивающих объектов являются светофоры, листва деревьев и т. д.

Если сигнал происходит через слои с различной плотностью, его направление меняется в результате преломления. Это приводит к тому, что часть радиоволны передается в направлении, отличном от линии прямой видимости, что может сказаться на работоспособности беспроводных линий точка-точка. Причиной преломления могут стать различные погодные условия, например сгустки тумана или зоны холодного воздуха.

В случае столкновения фронта волны с объектами небольших размеров возникает явление дифракции, также приводящее к изменению направления радиосигнала.

Некоторые материалы поглощают радиоволны, что приводит к значительному уменьшению мощности сигнала. Такие материалы могут быть использованы для ограничения распространения радиоволн.

В результате отражения, преломления и дифракции может возникнуть явление многолучевой интерференции, когда сигналы на приемник подают различными путями. Поскольку сигналы проходят от приемника до передатчика различные расстояния, их фазы на приемнике различаются и при наложении могут возникнуть различные эффекты, такие как искажение сигнала, уменьшение его мощности. На рис. 1.1 приведен пример искажения сигнала, возникающего в результате многолучевой интерференции, причинами которой послужили отражение и рассеивание.

Рис. 1.1 Многолучевая интерференция

Многолучевая интерференция является серьезной проблемой, особенно на больших скоростях, когда время, отводимое на передачу одного символа, невелико. В таких ситуациях задержка может привести к тому, что на приемнике возникает интерференция сигналов, передающих различные символы (межсимвольная интерференция).

При построении радиосетей между различными зданиями также приходится учитывать такой параметр, как зоны Френеля. Зоны Френеля представляют собой совокупность концентрических эллипсов, осью которых является вектор распространения сигнала между приемником и передатчиком (линия прямой видимости, Light of Sight, LOS). Блокирование первой зоны Френеля более чем на 40%, может привести к серьезному ухудшению качества связи.

Источниками возникновения помех могут быть поверхность Земли (если антенны не подняты на достаточную высоту), деревья, вершины холмов, крыши зданий и т. д. Для расчета радиуса первой зоны Френеля, наиболее важной с точки зрения качества связи, в любой точке между приемником и передатчиком можно воспользоваться формулой, приведенной на рис. 1.2.

Зоны Френеля

Рис. 1.2 Зоны Френеля

В качестве исходных параметров используется расстояние от приемника до передатчика (S и D), указываемые в километрах, и частота несущей в ГГц. Полученный результат представляет собой радиус первой зоны Френеля в метрах.

Отсутствие физических препятствий в первой зоне Френеля является необходимым условием устойчивой беспроводной связи, особенно при организации взаимодействия между зданиями по схемам точка-точка или точка-многоточка.

Технология широкополосного сигнала

В основе беспроводных стандартов 802 лежит технология широкополосного сигнала (ШПС, Spread Spectrum, SS). Разработанная с целью снижения мощности передатчика и повышения устойчивости к узкополосным помехам, технология ШПС направлена на преобразование изначально узкополосного полезного сигнала в сигнал гораздо более широкого спектра. При этом спектральная мощность сигнала перераспределяется по используемому частотному диапазону, и максимальная мощность передаваемого сигнала становиться значительно ниже исходной (см. рис. 1.3).

технология широкополосного сигнала

Рис. 1.3 Использование технологии ШПС

Одинаковый эффект дает передача сигнала мощностью 10 Вт с шириной спектра в 1 МГц и сигнала с шириной спектра в 200 МГц, но мощностью всего лишь 200 мВт.

Поскольку используемый в широкополосных системах уровень сигнала сравним с уровнем естественного шума, часто их называют системами шумоподобного сигнала. Низкий уровень сигнала снижает помехи, создаваемые широкополосного сигнала для других передатчиков и наоборот — узкополосные помехи слабо влияют на качество приема широкополосного сигнала.

В беспроводных сетях используются такие методы реализации технологии широкополосного сигнала, как метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS).

Глубокое погружение в особенности реализации физического уровня беспроводных сетей хотя и выглядит очень заманчивой перспективой, но явно грозит увести нас далеко от основной цели. Для этого предлагаю читателю самому разобраться в этом вопросе (см. раздел «Ресурсы»).

Стандарты беспроводных сетей

Семейство стандартов 802.11 включает в себя четыре ратифицированных стандарта, используемых для организации передачи данных, и ряд документов, описывающих дополнительные функции. Семейство стандартов 802.11 часто обозначают как 802.11x (не путать с 802.11Х).

На этом все. Если возникнут вопросы, обращайтесь.

Чтобы следить за статьями блога, оформляйте подписку по E-MAIL или RSS.

Использованная литература

С.В. Гордейчик, В.В. Дубровин «Безопасность беспроводных сетей»

Первоначальная ссылка

(Первоначальный автор: Hub-lex)