Princip činnosti technologie bezdrátového přenosu dat

Neustálé zlepšování digitálních procesů v různých průmyslových odvětvích vyžaduje, aby telekomunikační systémy poskytovaly nepřetržitý přístup k síťovým zdrojům. Stávající kabelová infrastruktura však často nepostačuje k vyřešení stávajících úkolů. V tomto případě se používají bezdrátové komunikační sítě.

Technologie bezdrátových sítí

Bezdrátové technologie se používají k přenosu informací mezi vzdálenými body bez použití kabelů, drátů nebo jiných elektrických vodičů.

Výběr optimální technologie pro bezdrátová řešení závisí na mnoha faktorech:

● Objem dat (sběr megabitů za sekundu/několikrát za den);

● Doba odezvy (přijetí příkazu v daný čas);

● Spolehlivost odezvy (záruka přijetí příkazu, míra pravděpodobnosti chyb);

● Komunikační vzdálenost (umístění uzlů sítě vůči sobě navzájem);

● Počet komunikačních uzlů (obsluhující jeden/více uzlů);

● Strategie operátora (poskytované a plánované služby);

● Cílové publikum (jedna nebo více skupin lidí, pro které je produkt určen);

● Velikost investic do rozvoje sítě a doba jejich návratnosti;

● Již existující síťová infrastruktura, dostupnost zdrojů pro zachování její funkčnosti;

● Čas potřebný ke spuštění sítě.

Vlastnosti bezdrátové komunikace

Bezdrátová komunikace má několik funkcí.

● Přenosová vzdálenost se může lišit od několika metrů až po tisíce kilometrů;

● Tento typ komunikace lze použít pro bezdrátový přístup k internetu, mobilní telefonii, bezdrátovou domácí síť atd.;

● Tento typ komunikace se používá také pro GPS, satelit, televizní vysílání, bezdrátové telefony, různé typy náhlavních souprav, rádiové přijímače.

Typy bezdrátových sítí

Existuje několik hlavních klasifikací bezdrátových sítí:

1. Podle rozsahu:

● WPAN – bezdrátové osobní sítě (např. Bluetooth);

● WLAN — místní bezdrátové sítě (Wi-Fi);

● WMAN – bezdrátové metropolitní sítě (WiMAX).

● Autonomní lokální (datové toky jsou územně uzavřeny v rámci konkrétního objektu);

● Lokální, s přístupem k transportní (primární) síti (někteří uživatelé mají přístup mimo lokální síť, např. přístup k Internetu);

● Poskytování přímého přístupu spotřebitelům k dopravní síti.

3. Podle aplikace:

● Firemní oddělení (vytvořené společnostmi pro potřeby společnosti);

● Operátor (vytvořený operátory za účelem poskytování služeb za úplatu).

Bezdrátové přenosové protokoly

Základem bezdrátové sítě je protokol, který reguluje její topologii, adresování, směrování, formát přenášených paketů, pořadí přístupu síťových uzlů ke kanálu přenosu dat, sadu řídicích příkazů a systém zabezpečení informací.

Existuje následující klasifikace protokolů podle jejich rozsahu:

WWAN

Buněčné sítě s poloměrem měřeným v desítkách kilometrů. Tento typ protokolů zahrnuje GSM, iDEN, CDMAone, PDC, UMTS, GPS.

ŽENA

Městské bezdrátové sítě s dosahem několika kilometrů. Jednou z takových sítí je WiMAX.

Bezdrátová síť LAN

Bezdrátová místní síť s dosahem několika set metrů. Patří mezi ně protokoly Wi-Fi, UWB, ZigBee.

WPAN

Tyto protokoly spojují různá zařízení dohromady a používají se také k jejich připojení k sítím vyšší úrovně. Dosah sítí WPAN se pohybuje od několika metrů do několika desítek metrů. Tento typ zahrnuje následující protokoly: Insteon, RuBee, X10, Bluetooth, ANT, Z-Wave, RFID.

OSI model

Síťový model zásobníku protokolu OSI. Použití tohoto modelu umožňuje vzájemnou interakci síťových zařízení na různých úrovních, z nichž každá plní specifické funkce:

1. Fyzické – fyzické médium nebo kabel;

2. Kanál – přenos, příjem datových paketů, výpočet hardwarových adres;

3. Síť – účtování, směrování;

4. Transport – zajištění nepřetržitého přenosu dat end-to-end;

5. Relace – autentizace, kontrola autority;

6. Interpretace dat – prezentace, komprese dat;

7. Aplikované – poskytování služeb koncovému uživateli: registrace, pošta atp.

Rozdíl mezi OSI a TCP/IP Suite

Mezi OSI a TCP/IP je několik rozdílů:

1. TCP/IP Suite je digitální model používaný k navazování spojení a komunikace přes síť, zatímco OSI je koncepční model, který se nepoužívá v komunikaci, ale používá se pro návrh a pochopení architektury systému;

2. Model OSI má sedm úrovní síťové hierarchie, TCP/IP má čtyři;

3. TCP/IP používá horizontální přístup, OSI používá vertikální přístup;

4. OSI se řídí přístupem zdola nahoru, TCP/IP přístupem shora dolů.

Topologie bezdrátových sítí

Sítě tohoto typu fungují v jedné nebo více variantách.

Dot-Dot

Jednoduchá možnost organizace sítě skládající se z dvojice zařízení. Poskytuje obousměrnou přímou komunikaci přes vyhrazené kanály bez potřeby řídicího systému. Uzly této sítě jsou obvykle peer-to-peer, tedy rovnocenné. Topologii využívají Bluetooth, RFID, Wi-Fi atd.

Hvězda

Provádí kruhový vícesměrný provoz mezi centrální stanicí a vzdálenými terminály. Hvězdicová topologie je základní možností organizace komunikačních sítí. Používají ho protokoly UWB, Insteon, Wi-Fi atd.

Vícebuněčná síť

Plně propojená základní topologie komunikačních sítí, kde je každá síťová pracovní stanice připojena k dalším stanicím ve stejné síti. Každý uzel má několik možností pro připojení k jiným uzlům, což dává topologii další stabilitu. Typický pro velké sítě, vyznačuje se vysokou odolností proti poruchám, ale zároveň je obtížně konfigurovatelný a vyžaduje další spotřebu kabelů v drátových sítích. Používané protokoly WiMAX, GSM, GPRS a dalšími.

Clusterový strom

Vytvořeno z kombinací výše popsaných topologií. Základna „stromu“ se nachází v bodě („kořen“), kde se shromažďují informační komunikační linky („větve“). Stromově strukturované sítě se používají tam, kde nelze použít základní topologie.

Metody řízení přístupu

Takové metody umožňují přenášet značné množství informací v krátkém časovém období a také udržovat komunikaci s několika uživateli v úzkém frekvenčním rozsahu.

CDMA

Rozšíření technologií vícenásobného přístupu, které využívá inovativní schéma kódování, které umožňuje více účastníkům současně vyměňovat data přes jediný fyzický kanál. Každá uživatelská skupina má přidělen jedinečný sdílený kód, který není dostupný jiným skupinám. Tato technologie zvyšuje počet signálů pro dané frekvenční pásmo a používá se pro 3G telefonii.

CSMA

Protokol síťové pravděpodobnostní spojové vrstvy. Při přenosu datového paketu uzel nejprve vyhodnotí čistotu kanálu (určí úroveň šumu). Pokud je volný, uzel paket přenese. Pokud na kanálu probíhá další přenos, uzel „ustoupí“ a chvíli čeká, než paket znovu odešle.

TDM rozšíření

Základní technologie pro mobilní sítě. Protokolem je vícenásobný přístup s časovým dělením. V tomto případě je několik účastníků současně umístěno v jednom frekvenčním rozsahu a jsou definovány různé časové intervaly (sloty) pro přenos dat různým uživatelům.

OFDM

Jedná se o aplikaci GSM – frekvenčního multiplexování v rádiové komunikaci. Technologie je reprezentována vícenásobným přístupem, kde jsou kanály distribuovány podle frekvence. V jednom rozsahu je jeden uživatel a různí účastníci používají v buňce různé frekvence. Dokud není dokončen počáteční požadavek, kanál zůstává uzavřen pro ostatní komunikační relace.

Zabezpečení bezdrátové sítě

Závisí na použití několika technologií: digitální podpis, šifrování, změna klíčů, hesel atd. Stupeň zabezpečení sítě závisí na jejich použití.

Šifrovací algoritmy

Existuje několik šifrovacích algoritmů:

1. E0 – tato proudová šifra se používá pro standard Bluetooth. Postaveno na základě tří lineárních generátorů posunu;

2. AES – používá se k ochraně kanálů bezdrátového přenosu dat v protokolech ZigBee, UWB, RuBee, Wi-Fi, WiMAX;

3. Rolling Code System – šifra využívá rekurentní lineární posuvný registr (hlavní – 32 bitů, doplňkový – 5). Šifrování se provádí bitovým sčítáním s klíčem;

4. Crypto 1 – kombinace nelineárních a lineárních rekurentních registrů s délkou klíče 48 bitů;

5. A5 – šifrování datového toku se provádí bit po bitu. Dochází k součtu toku informací přijatých prostřednictvím rádiového kanálu od uživatele a bitového toku klíče generovaného podobným algoritmem.

Objednávka satelitního vybavení

Zranitelnosti bezdrátových protokolů a možná rizika

Mezi hlavní zranitelnosti a rizika bezdrátových protokolů patří:

Vysílání rádiového majáku

Přístupový bod oznamuje svou přítomnost blízkým bezdrátovým uzlům pomocí vysílače. Tímto způsobem může jakákoli nečinná pracovní stanice třetí strany získat SSID (Service Set Identifier) ​​a přidat se do odpovídající sítě.

Odposlechy

Provádí se za účelem sběru informací o síťových zdrojích za účelem následného útoku. Protože bezdrátové sítě umožňují zařízením připojit se k síti na dálku, může se připojit téměř každý uživatel třetí strany.

Falešné přístupové body

Simulujte skutečné body a síťové zdroje. Předplatitelé poskytují důležité informace do takového bodu, který se tak dostává do rukou vetřelců.

Odmítnutí služby

Účelem DDoS útoku je zasahovat do přístupu předplatitele k síťovým zdrojům. Útočník zapne zařízení, které na provozní frekvenci zaplní celé spektrum rušením a nelegálním provozem, čímž paralyzuje chod systému.

Útok muže uprostřed

Používá se k narušení integrity a důvěrnosti komunikace nahrazením informací z jednoho ze síťových zdrojů. Provedení takového útoku vyžaduje podrobné informace o síti.

Anonymní přístup k internetu

Nechráněné bezdrátové sítě umožňují útočníkům volně přistupovat do globální sítě a páchat v ní nezákonné akce, aniž by za sebou zanechali stopy.

Výhody bezdrátové komunikace

Tento typ komunikace má několik výhod.

Ekonomická účinnost

Takové sítě nevyžadují složité metody údržby nebo použití vodičů, a proto vyžadují nižší náklady.

Flexibilita

Bezdrátová komunikace umožňuje uživatelům komunikovat bez ohledu na to, kde se nacházejí.

pohodlí

Bezdrátová zařízení (jako jsou mobilní telefony) se snadno používají a nejsou vázána na konkrétní místo kvůli absenci kabelů, drátů atd.

Rychlost

Bezdrátové sítě mají vyšší rychlosti než drátové sítě, což zajišťuje rychlou reakci na zadané příkazy.

Dostupnost

Takové technologie jsou dostupné i pro odlehlé oblasti, kde není možné správně položit zemnící vedení.

Neustálá komunikace

Bezdrátová řešení poskytují stálou konektivitu bez ohledu na pohyby uživatele, což je něco, co kabelové připojení nemůže poskytnout.

Charakteristika bezdrátového komunikačního kanálu

Bezdrátový komunikační kanál je charakterizován následujícími parametry:

Ztratil cestu

Jsou reprezentovány poměrem výkonu přenášeného signálu k výkonu stejného signálu, který byl přijat přijímačem na dané cestě.

Takové ztráty závisí na povaze terénu, použité rádiové frekvenci a lze je popsat dvěma modely:

1. Distribuce volného prostoru – jednoduchý model, kde existuje přímá cesta signálu mezi přijímačem a vysílačem bez vícecestných složek nebo atmosférického útlumu;

2. Dvoucestný model předpokládá, že signál dosáhne přijímače dvěma cestami, z nichž jedna je v přímé viditelnosti a druhá je umístěna na dráze, která přijímá odraženou vlnu. První typ modelu se používá častěji.

Blednutí

Kolísání úrovně signálu při dosažení přijímače.

Vyblednutí se dělí na dva typy:

Rychlé vyblednutí

Dochází k němu v důsledku rychlých fluktuací fáze, amplitudy a vícecestného zpoždění přijímaného signálu v důsledku interference, která se objevuje mezi několika verzemi stejného vysílaného signálu, který dosáhne přijímacího zařízení v různých časových bodech.

Pomalé blednutí

Vyskytuje se, když se mezi přijímačem a vysílačem nacházejí částečně absorbující vysílací objekty, které způsobují změnu výkonu přijímaného signálu. Doba trvání zmrazení se pohybuje od několika sekund do několika minut.

Rušení

Bezdrátové technologie musí odolat několika typům rušení z různých zdrojů:

● Sousední kanál – signály umístěné na sousedních frekvencích mají složky, které ruší aktuální přenos na sousedních frekvencích, protože jsou mimo přidělené rozsahy;

● Co-channel (úzkopásmový) – vyskytuje se v důsledku sousedních systémů používajících podobnou přenosovou frekvenci;

● Intersymbol – zkreslení signálu způsobené dočasnou expanzí jednotlivých signálových impulsů s jejich následným překrýváním.

Dopplerovský posun

Jde o změnu frekvence signálu, když se přijímač pohybuje vzhledem k vysílači.

Bezdrátové optické komunikační kanály

Optické linky pracující v infračerveném spektru slouží k propojení jednotlivých lokálních sítí (LAN), které se používají v následujících případech:

● Vytvoření záložního a/nebo primárního komunikačního kanálu;

● Kombinace několika sítí LAN;

● Organizace nouzové komunikace;

● Pro komunikaci point-to-point s maximální vzdáleností mezi body do 1 kilometru;

● Vytváření dálkových kanálů;

● Organizace přístupu k internetu nebo k resortním a obecným sítím pro přenos informací.

Princip fungování optických bezdrátových komunikačních kanálů (BOX) je následující: síťový provoz z kabelu přes zařízení rozhraní směřuje k LED, která pracuje v infračerveném rozsahu spektra. Úzký paprsek světla vysílá signál do přijímací fotodiody umístěné na druhém konci sítě. Dále je přijatý světelný signál demodulován a převeden na komunikační protokol.

BOXY mají řadu výhod:

● Nízké náklady na vybavení;

● Vysoká spolehlivost přenosu dat;

● Rychlá instalace (2-3 hodiny);

● Vysoká rychlost distribuce informací (10 Mbit/s);

● Zvýšená odolnost proti rušení;

● Provoz za všech povětrnostních podmínek;

● Bezpečnost (infračervené záření není pro člověka nebezpečné).

Bezdrátové technologie se dnes pro nás staly natolik známou součástí života, že pouhá přítomnost drátů je spojena s nepohodlím a potížemi. Mezitím ne každý ví, jaké technologie bezdrátového připojení jsou, na jaké typy se dělí a jak to všechno funguje. To je to, o čem vám chceme říct.

Bezdrátové principy

Trochu teorie. Bezdrátové technologie jsou technologie pro přenos dat nebo energie mezi dvěma nebo více body, které nejsou propojeny dráty. Princip přenosu dat je zpravidla založen na možnosti přenosu informací změnou jednoho nebo více parametrů kolísání prostředí, případně elektromagnetických polí. Nejběžnější typy nosičů informací jsou:

• Rádiové vlny. Dosah přenosu může být velmi malý – od několika centimetrů pomocí technologie NFC (ta se mimochodem používá v Apple Pay, Pay Pass a dalších bezkontaktních platebních systémech), nebo obrovský – až několik milionů kilometrů v komunikačních sítích hlubokého vesmíru. . Rádiové vlny se používají v mobilních telefonech, satelitní televizi, navigacích, bezdrátových mikrofonech, dětských rádiem řízených autech a dokonce i WiFi – to vše a mnohem více je úspěchem přenosu dat rádiovými vlnami. Patří sem také slavná technologie Bluetooth.
• Viditelné světlo nebo technologie VLT. Je možné přenášet informace bez použití rádiových vln. V tomto případě mohou být nosným signálem elektromagnetické oscilace vyšších frekvencí – např. viditelné světlo. Jeho optické spektrum je 400-800 THz. Tato technologie umožňuje přenos dat rychlostí až 100 Mbit za sekundu.
• Zvukové vlny.

Jak funguje bezdrátové připojení?

Bezdrátová komunikace může být jednosměrná nebo obousměrná. Jednosměrná komunikace zahrnuje přenos dat pouze jedním směrem – od vysílajícího zařízení k jednomu nebo více přijímacím zařízením. Na tomto principu funguje jedna z variant satelitního TV vysílání, rádiové senzory přenášející polohu objektu apod. Dalšími příklady jsou FM rádio, navigační systémy GLONASS, GPS, Galileo a další.

V případě obousměrného připojení může každé zařízení přijímat i vysílat data do druhého zařízení. Jedná se o známé mobilní sítě: GSM, LTE, 3, 4, 5G. Patří sem také bezdrátové místní sítě – WiFi, Bluetooth, přenosné a stacionární radiostanice, vysílačky pro různé účely

Spojení lze organizovat přímo mezi dvěma zařízeními – jako jsme například zvyklí propojovat svůj telefon přes Bluetooth s audiosystémem v autě či reproduktorem, nebo může pro připojení využít jiné, mezilehlé zařízení. Je to WiFi router u nás doma, základnové stanice mobilního operátora a další. Společně tvoří globální systémy, které sjednocují heterogenní zařízení. Takové systémy se nazývají komunikační systémy.

Všechny komunikační systémy nefungují libovolně, ale na základě určitých provozních principů a algoritmů. Říká se jim komunikační protokoly. Popisují, jak se přenášené informace převádějí na signály rádiových vln a z nich, a také pravidla interakce mezi zařízeními. Protokoly různých výrobců zařízení představují ten či onen komunikační standard – například všichni známe takové standardy přenosu dat jako 3G, LTE atd. To umožňuje připojit zařízení od různých výrobců.

Výhody bezdrátového připojení

Za krátkou dobu své existence se bezdrátová komunikace stala základem moderního internetu. Stala se také jednou z klíčových technologií tzv. internetu věcí – tedy interakce mezi jednotlivými gadgety přes internet. Rozvoj těchto technologií poprvé umožnil mnoho různých využití internetu. Hlavní výhody, které bezdrátová komunikace dala lidstvu, jsou:

• Pohodlí a ergonomie bezdrátových zařízení, zvýšení jejich mobility, možnost zůstat online, i když jsou daleko od komunikačních center.
• Rozvoj technologií chytré domácnosti, digitalizace procesů v domácnosti, technologie chytrého města, bezpilotní vozidla.
• Snížení ceny zařízení, jejich velikostí, ale i celkové úrovně spotřeby elektřiny ve městě a v každém domě zvlášť.
• Neustálé zvyšování rychlosti přenosu dat.