WPAN domácí sítě

Bluetooth je jednou z možností řešení rádiové komunikace v domácnosti pro zařízení jako PDA, mobilní telefony, per...


Bluetooth je jednou z možností řešení rádiové komunikace v domácnosti pro
zařízení jako PDA, mobilní telefony, periferie i spotřební elektroniku nebo
domácí spotřebiče do vzdálenosti několika metrů. Za pozornost ovšem stojí i
některé další alternativy.
Název technologie Bluetooth je odvozen od přezdívky dánského krále Haralda II
-Blatand ("modrý zub", prý podle jeho mimořádné záliby v borůvkách a
ostružinách), který během 10. století sjednotil skandinávský lid. Technologie
Bluetooth (www.bluetooth.org) má také za cíl sjednotit osobní komunikační a
výpočetní zařízení, a navíc vznikla z popudu skandinávských společností,
zejména Ericssonu a Nokie. Bluetooth je dobře zabezpečenou komunikační
technologií, protože používá WEP (Wired Equivalent Privacy) se 128bitovým
klíčem.
Nejběžnější rychlost přenosu Bluetoothu je 1 Mb/s podobně jako u 802.11, stejné
je i využívané pásmo 2,4 GHz (podle specifikace schválené v roce 1999).
Uživatelská rychlost, po odbourání režie bezdrátových protokolů, je kolem 720
Kb/s. Novější verze 2.0 specifikace (které je nyní v přípravě) je určena pro
maximální teoretickou rychlost kolem 10 Mb/s. Technologie Bluetooth podporuje
jak dvoubodovou, tak mnohabodovou komunikaci. Pokud je více stanic propojeno do
ad hoc sítě, tzv. pikosítě (piconet), jedna rádiová stanice působí jako hlavní,
která může obsloužit až 7 dalších klientských zařízení. Specifikace umožňuje
fungování až 10 pikosítí (scatternet) vedle sebe v prostoru o průměru 10 metrů.

Na startu
Technologie Bluetooth měla zažít velký nástup v minulém roce, ale nestalo se
tak přestože stovky nejrůznějších zařízení byly schváleny do konce loňského
roku. Jedním z důvodů pozdějšího průniku na masový trh je cena: Bluetooth je
zatím příliš drahý, aby se uplatnil ve větší míře u více předmětů běžné denní
potřeby. Současně se také objevily nejasnosti v souvislosti s postavením
Bluetoothu a normalizovaných sítí WLAN. Oba typy technologií se ovšem svým
využitím spíše vzájemně doplňují, protože sítí WLAN (IEEE 802.11) je určena
především pro firemní sítě nebo pro rychlý veřejný bezdrátový přístup k
firemním sítím nebo k internetu.

HomeRF
HomeRF je rádiová (domácí) síť (specifikace www.homerf.org), která propojuje
zařízení rychlostí 1,6 Mb/s, přičemž verze 2 nabízí až 10 Mb/s. Výhodou je
zabudovaná podpora pro přenos hlasu i bezpečnost. S výrazným nástupem IEEE sítí
802.11b je další vývoj tohoto typu sítě nejasný, protože se nejedná o levné
řešení pro domácnosti (802.11b si stojí cenově lépe) a svou lepší bezpečností a
podporou QoS se spíše hodí pro podnikové bezdrátové sítě, kde sítím WLAN může
konkurovat.

Další generace
Vývojem další generace WPAN se začala zabývat pracovní skupina IEEE 802.15.3 s
cílem specifikovat rychlou bezdrátovou osobní síť (11-55 Mb/s) se zabudovanou
podporou pro kvalitu služeb (QoS) pro náročné domácí multimediální aplikace
(video v reálném čase, vysoce kvalitní audio, přenosy velkých datových
souborů).o

Bezdrátové sítě: trable i přínosy

Bezdrátová komunikace se v datových sítích prosazuje již poměrně dlouho.
Možnost připojení se do sítě a komunikace bez současného připojení kabelu k
síťové zásuvce a kabelu k elektrickému napájení je velmi svůdná, zejména, pokud
síť nabízí svou podporu i skutečně mobilním uživatelům. Nicméně nízké přenosové
rychlosti a krátký dosah bezdrátových sítí včetně možného rušení i odposlechu
bránily doposud většímu rozkvětu tohoto typu komunikace.

V poslední době se však hodně udělalo jak pro řešení skutečně širokopásmových
sítí (podporujících moderní multimediální aplikace v reálném čase), tak pro
bezpečnost komunikace. Podívejme se, jaké možnosti se dnes uživatelům nabízejí.
Pokud by bezdrátová komunikace byla opravdu ideální, mohla by se výhodně
používat pro vysílání velkého objemu dat, velmi daleko a velmi rychle, mnoha
koncovým uživatelům, a to naráz. Naneštěstí ale všechny tyto atributy není
možné současně splnit v bezdrátových systémech pro obousměrnou a bezpečnou
komunikaci. Současný trend v bezdrátových sítích se zaměřuje na většinu výše
uvedených výhod, a to na úkor jediné: vzdálenosti. Proto se také stále více
hovoří o bezdrátových technologiích s malým (short-range) nebo středním dosahem
(mid-range). Nejstarší specifikace rádiové bezdrátové sítě Bluetooth
(http://www.bluetooth.com/) se řadí k sítím s velmi malým dosahem v rámci tzv.
osobního prostoru, takže kvalitní komunikace je možná v okruhu cca 10 m. Z
tohoto důvodu se Bluetooth hodí především pro domácí využití. Původně firemní
specifikace verze 1.1 (nedávno přijata jako IEEE 802.15.1 jedna z variant WPAN,
Wireless Personal Area Network) nabízí rychlost 1 Mb/s. Vedle toho existují
alternativní řešení bezdrátových domácích sítí, jako např. HomeRF
(http://www.homerf.org/) s rychlostí 1,6 Mb/s. Normalizační organizace IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers) si bezdrátových lokálních
sítí (Wireless Local Area Network, WLAN) začala všímat později a její první
norma byla přijata v roce 1997 (http://standards.ieee.org/getieee802/). Tato
síť 802.11 však nebyla dostatečně zajímavá svou rychlostí 1 nebo 2 Mb/s,
přestože dosah sítě už byl kolem 100 m (tedy desetinásobek dosahu Bluetoothu).
Proto se ve vývoji pokračovalo rychle dál a vznikly WLAN, které dosahují
teoretických rychlostí až 54 Mb/s, kdy uživatel může prakticky využít zhruba
poloviční rychlost (v závislosti na vzdálenosti a kvalitě přenosového
prostředí). WLAN lze dnes využít nejen jako součást podnikových sítí, ale i v
domácnostech (zejména v případě domácí kanceláře). Cenově totiž momentálně
vyhovují koncovým uživatelům lépe než osobní nebo domácí sítě. Bezdrátové sítě
WLAN (IEEE 802.11) a osobní sítě WPAN (Bluetooth a IEEE 802.15) se řadí k
technologiím nenáročným na napájení, protože mají zabudovaný management
napájení a jeho úspory. Bezdrátové sítě jsou vhodné jak pro řešení nebo
rozšíření podnikových sítí, tak pro momentální (dočasné) užití třeba ve
školách, na konferencích nebo v prostorách, kde kabeláž není možná (nebezpečné
tovární provozy apod.). Kromě toho už se v oblasti bezdrátové datové komunikace
nejedná jen o čistě domácí nebo podnikové bezdrátové sítě, které si musí
provozovat subjekt sám, ale lze už využít nabídky provozovatelů veřejných
bezdrátových lokálních sítí umožňujících bezdrátový přístup k internetu i
podnikové síti. Ty už jsou dnes už nabízeny např. na letištích, v hotelích nebo
v kongresových centrech či v kavárnách (obecně v tzv. hot spots).

Mobilní uživatelé
Pokud jde o mobilní podporu, je třeba si uvědomit, že ne vše, co je bezdrátové,
lze také považovat za mobilní. Přesněji: Ne každá bezdrátová síť umožňuje svým
uživatelům pohyb se zapnutým zařízením pro příjem/odesílání dat. Řada
bezdrátových sítí je už dostatečně zajímavá pro své zákazníky tím, že se
nemusejí připojovat kabely k síťových (a elektrickým) zásuvkám. Ale pak si
musejí tito zákazníci uvědomit, že i když nejsou zrovna omezováni v pohybu
délkou kabelů, mohou být omezeni principem fungování bezdrátové sítě. Mobilita
souvisí se schopností sítě předávat si připojeného aktivního účastníka mezi
sousedními buňkami a řešit otázku směrování dat skutečně tam, kde se právě
uživatel nachází. To lze řešit na úrovni samotné činnosti WLAN (tedy spojové
vrstvy) pouze částečně, protože většinu musí řešit vrstva síťová, zodpovědná za
směrování, tedy nejčastěji IP (Internet Protocol). Roaming mezi WLAN a
směrování v mobilních IP sítích jsou oblasti, na nichž tvůrci specifikací stále
pracují.
Mnozí provozovatelé mobilních sítí již nabízejí služby veřejných WLAN jako
doplněk ke svým telefonním a datovým službám ve formě GPRS (General Packet
Radio Service). Kromě toho také vzniká (a bohužel stejnou rychlostí zaniká)
řada projektů na veřejné WLAN v určitém malém regionu, kdy přístup k internetu
se takto bezdrátově umožní okolním domácím uživatelům, mnohdy bez poplatku.
Tyto sítě se začínají označovat jako NANs (Neighborhood Area Networks).
Požadavky
Bezdrátové LAN musejí splňovat požadavky typické pro lokální síť včetně
dostatečné kapacity, schopnosti pokrýt určitý prostor, plné komunikace
připojených stanic sdílejících stejné přenosové médium. Kromě těchto požadavků
jsou na WLAN kladeny ještě další specifické požadavky:
- propustnost efektivní využití přenosového, tedy bezdrátového média -
propojitelnost a počet stanic podpora připojení stovek stanic v mnoha
spolupracujících WLAN, se snadnou návazností na páteřní sítě
- dosah typicky do 100-250 m (u domácích sítí řádově méně)
- napájení baterie v přenosných zařízením mají omezenou životnost, proto
specifikace WLAN musí pamatovat na minimalizaci použití zdroje napájení (ne
nutně stálé monitorování sítě, možnost režimu spánku)
- konfigurace stanice musí být schopna snadného připojování a odpojování od
bezdrátové LAN včetně podpory předávání stanice mezi různými WLAN
- spolehlivost a bezpečnost komunikace musí být odolná proti rušení a
dostatečně zabezpečená proti odposlechu

Jedním z cílů WLAN je samozřejmě minimalizace vzájemného rušení pracujících
zařízení, ale to je u sítí v bezlicenčním pásmu 2,4 GHz poněkud složité,
protože je zde velice "hustý provoz" a všechna bezdrátová zařízení v něm
pracující (např. mikrovlnné trouby nebo bezšňůrové telefony) se mohou vzájemně
ovlivňovat. Využití vyšších kmitočtů, 5 GHz, nabízí menší náchylnost k rušení,
protože se v tomto pásmu používají lepší modulační a kódovací systémy pro
přenos dat.

Marketingové výzkumy
V letošním roce se předpokládá nárůst zájmu o bezdrátový přístup k internetu.
Podle Cahners In-Stat/MDR (http://www.instat.com) je jenom v USA více než 78
milionů mobilních pracovníků a pracovníků přistupujících k síti ze vzdálených
míst (remote and mobile, RAM) včetně častých cestovatelů (stráví více než 20 %
pracovní doby na cestách) a pracovníků na dálku (telecommuters).
Podle CyberAtlas Research
(http://cyberatlas.internet.com/article/0,,5861_944521,00.html) nainstalovalo
již 33 % společností z Fortune 1 000 bezdrátové komunikační systémy. Dalších 25
% tak plánuje učinit v letošním roce. Ale výdaje nepřesáhnou 6 % z celkových
podnikových výdajů na nové technologie (podle Gartner http://www.gartner.com).
V roce 2000 se HomeRF podílela na domácích bezdrátových sítích asi 45 %, ale
její podíl se v dalším roce snížil na 30 %. V roce 2001 se již výrazně
prosadila WLAN 802.11b, která pokrývá prakticky zbytek trhu, tedy 70 %.
Odhaduje se, že ve světě je nyní něco přes 4 miliony uzlů WLAN v domácnostech
(podle Cahners In-Stat/MDR). V roce 2002 se poprvé začínají objevovat rychlé
WLAN typu 802.11a.

WLAN podle IEEE
Specifikace WLAN prošla v IEEE bouřlivým vývojem. V současné době je
nejrozšířenějším typem IEEE 802.11b (1999), která nese přezdívku Wi--Fi
(Wireless Fidelity). 802.11b pracuje do vzdálenosti 100 m v pásmu 2,4 GHz s
maximální teoretickou rychlostí 11 Mb/s, která pro uživatele znamená až
skutečných 6 Mb/s. Tím se podstatně zvýšila rychlost oproti původní 802.11 s 1
nebo 2 Mb/s, mnohé jiné charakteristiky zůstaly stejné.
Buňka bezdrátové lokální sítě může pracovat ve dvou konfiguracích: lnezávislá
konfigurace (ad hoc) stanice mezi sebou komunikují přímo a není třeba
instalovat žádnou podpůrnou infrastrukturu; je vhodná pro náhodná uspořádání,
ale nehodí se pro rozsáhlejší sítě.
- konfigurace s distribučním systémem s přístupovým bodem (Access Point, AP),
který funguje jako základnová rádiová stanice a současně datový most.
Přístupový bod je centrem každé WLAN a je nepohyblivý. Většina přístupových
bodů na trhu obsahuje podporu pro Ethernet, takže mohou fungovat jako mosty pro
propojení bezdrátové sítě a Ethernetu (díky určité podobnosti s Ethernetem IEEE
802.3 v oblasti přístupu k médiu se o sítích 802.11 hovoří jako o bezdrátovém
Ethernetu).
Protože ani 11 Mb/s se nezdálo jako dostatečná kapacita WLAN, současně se
pracovalo na IEEE 802.11a (schválena v roce 1999). Tento typ WLAN má plánovaný
dosah působnosti 50-80 m s vrcholnou rychlostí 54 Mb/s, kdy uživatel může
komunikovat rychlostí až kolem 31 Mb/s. 802.11a na rozdíl od předchozích typů
WLAN pracuje v bezlicenčním pásmu 5 GHz, takže je s nimi neslučitelná.
Zatímco produkty pro 802.
11b jsou již ve velkém výběru značek k dispozici a jsou také otestovány WECA
(Wireless Ethernet Compatibility Alliance) na vzájemnou spolupráci, o prvcích
pro 802.11a se totéž říci nedá. Testy se zatím připravují pod označením Wi-Fi5.
Proto stávající sítě 802.11b zřejmě nebudou v rámci modernizace zatím přecházet
na 802.11a ale budou čekat na specifikaci a produkty vylepšené 802.11b podle
802.11g.

Připravovaná specifikace 802.
11g totiž slouží jako rozšíření stávající 802.11b až na rychlost 54 Mb/s s
dosahem do 150 m, pracující v pásmu 2,4 GHz. Takže vedle 802.11a bude existovat
802.11g, zpětně kompatibilní se stávajícími WLAN typu 802.
11b a stejně výkonná.

Tipy pro WLAN
Je třeba si uvědomit, že v bezdrátových sítích panuje vztah nepřímé úměry mezi
dosahem a rychlostí. Čím větší vzdálenost pro komunikaci, tím menší rychlost. A
do toho ještě vstupují vlivy prostředí, které svým rušením mohou dosah i
rychlost snížit. WLAN automaticky detekuje kvalitu signálu a podle potřeby
snižuje nebo zvyšuje rychlost přenosu, aby nedocházelo k chybám a zároveň aby
se přenosový kanál efektivně využíval. Takže z 11 Mb/s může rychlost v
nepříznivých podmínkách přejít na 5 Mb/s, případně až na 2 nebo 1 Mb/s. Rádiové
bezdrátové sítě nemají příliš problém s pevnými překážkami, rádiové vlny
procházejí zdmi, takže jedna WLAN může být sdílena v několika kancelářích.
Naproti tomu sítě využívající infračervené záření (jeden z drahých a málo
používaných typů 802.11) jsou omezeny pouze na ohraničený prostor, protože
signál nemůže pronikat pevnou překážkou. Nově uplatňované optické bezdrátové
sítě (spíše pro řešení poslední míle, než pro samotné WLAN) mají sice
nesrovnatelně vyšší dosah i kapacitu, ale musí existovat přímá viditelnost mezi
zdrojem signálu a příjemcem. Bezpečnost
IEEE 802.11a a 802.11b nabízejí pro autentizaci počítače a zabezpečení
bezdrátové komunikace protokol WEP (Wired Equivalent Privacy). Používá se zde
40bitový klíč stejný pro všechny uživatele dané sítě. Proto lze bezpečnost sítě
narušit snadno jak mechanicky (krádeží jednoho z koncových zařízení), tak
odposlechem. Bez WEP (jeho použití není povinné) není obtížné provést odposlech
podnikové nebo domácí sítě, používající kmitočet 2,4 GHz (podobně jako domácí
bezdrátový telefon), zvenčí (do vzdálenosti až 1 kilometru) pouze za pomoci
přenosného počítače a výkonné antény. Kupodivu mnoho podnikových WLAN existuje
bez jakékoli, aspoň minimální ochrany, kterou jim WEP nabízí.
Bezpečnostní protokol IEEE 802.1x (2001), obecný protokol autentizace a
autorizace přístupu k síti na základě portů LAN na bázi EAP (Extensible
Authentication Protocol), lze použít i pro bezdrátové sítě. Bylo ale prokázáno,
že minimálně dva způsoby útoku (session hijacking a man-in-the-middle) snadno
umožní útočníkovi tvářit se jako oprávněný uživatel také díky pouze
jednostranné autentizaci používané u WEP.
WEP má být vylepšen protokolem TKIP (Temporal Key Integrity Protocol, dříve
označovaným jako WEP2), ale ani to nebude konečná, protože TKIP sice používá
128bitový klíč, ale je plně zpětně kompatibilní s WEP a sdílí všechny jeho
problémy. V připravovaném návrhu IEEE 802.11i je zabezpečení sítě prováděno
pomocí skutečně bezpečného šifrování AES (Advanced Encryption Standard), které
by mělo být možné použít ve všech typech WLAN. První produkty mají být k
dispozici do jednoho roku. AES si vyžádá urychlení hardwaru pro šifrování a
dešifrování, které by jinak mohlo výrazně snížit propustnost sítě.

Alternativní síť
Kromě IEEE nabízejí alternativní řešení rádiové lokální sítě ETSI (European
Telecommunications Standards Institute, http://www.etsi.org) v podobě HIPERLAN
(High Performance Radio LAN). Jedná se o použití rádiové komunikace v pásmu 5
GHz. HIPERLAN může přenášet jak datové, tak hlasové i obrazové informace
(nabízí podporu Quality of Service, QoS) a zajišťuje krátkou dobu odezvy. První
verze HIPERLAN/1 byla schválena už před deseti lety, a podle vzdálenosti nabízí
rychlosti v řádu jednotek až desítek Mb/s (max 20 Mb/s). Druhá verze,
HIPERLAN/2 (http://www.hiperlan2.com), nabízí kapacitu až 54 Mb/s (charakterem
je specifikace konkurentem 802.11a). Vysoká nabízená rychlost pro uživatele až
42 Mb/s plně vyhovuje současným požadavkům na přenosy multimediálních aplikací
v reálném čase.
Zatímco 802.11 má své kořeny v Ethernetu a IP, a proto má problémy s dosažením
podpory pro QoS (za předpokladu zpětné slučitelnosti), HIPERLAN je založena na
bezdrátovém ATM, žádné problémy s kompatibilitou nemá a podpora QoS je jeho
nedílnou součástí.

Nasazení WLAN
Typy sítí, se kterými se dnes nejběžněji setkáme, jsou Wi-Fi (IEEE 802.11b),
které vlastně znamenaly průnik bezdrátových technologií do klasických lokálních
sítí. Výhody bezdrátové komunikace se ukázaly zcela jasně, ale současně se také
projevila nutnost zvýšit přenosovou rychlost WLAN, aby bylo možné plně vyhovět
požadavkům současných uživatelů (a jejich aplikací), pro něž jednotky Mb/s
nestačí. S tím souvisí také volání po zabudování podpory kvality služeb (QoS)
přímo do specifikace nových bezdrátových LAN, pro kvalitní podporu provozu
různě náročného na šířku pásma a citlivého na zpoždění a ztrátu paketů, zejména
hlasových služeb (Voice over IP, VoIP) vedle interaktivních multimediálních i
čistě datových služeb.
Tyto požadavky splňují IEEE 802.11a, 802.11g a HIPERLAN/2. Pro širší nasazení
se tedy nabízejí tři možnosti, otázkou zůstává, které se ujmou v nejbližší době
nejvíce. Zatímco 802.11a i HIPERLAN jsou určitě zajímavé svými rychlostmi
řádově desítek Mb/s, 802.11g má jinou přednost: zpětnou slučitelnost s 802.11b
s ohledem na pásmo 2,4 GHz. Horkým tématem, které se nadále v oblasti WLAN
řeší, je bezesporu bezpečnost. Nesmíme ale zapomínat, že širokopásmové
bezdrátové služby se neomezují pouze na nabídku WLAN, ale jsou tu také pevné
bezdrátové (Fixed Wireless Access, FWA, Broadband Wireless Access, BWA) sítě či
bezdrátové optické sítě (Wireless Optical Networks, WON), obojí spíše pro
řešení přístupových sítí k internetu. Mezi nejnovější hity v lokální bezdrátové
komunikaci pak patří ultraširokopásmové sítě (UltraWideBand, UWB), které jsou
velmi výkonné na krátkou vzdálenost (rychlost do 100 Mb/s) právě díky využívání
velmi širokého kmitočtového pásma.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.