Анализ существующих технологий организации беспроводных сетей

В начале развития основных принципов радиотехники термин «беспроводной» применяли при обозначении всей радиосвязи в общем смысле данного понятия, то есть когда для передачи информации не использовалось проводное соединения. Позднее данное толкование перестали использовать, заменив применение термина беспроводной как эквивалент термина «радио», либо «радиочастота». Данные понятия сейчас считаются взаимозаменяемыми только в том случае, когда речь ведется про использование диапазона частот радиосигнала от 3 кГц до 300 ГГц. При этом термин «радио» чаще всего используют для обозначения уже дано существующих и используемых технологий, таких как радиовещание, радиолокация, радиотелефония и т.д. А термин «беспроводной» стали тесно связывать с современных технологиями радиосвязи, к которым можно отнести сотовую телефонию, компьютерные сети и т.д. [26]
Все многообразие протоколов беспроводной передачи данных можно классифицировать несколькими различными путями, выбрав в качестве основного один из параметров, например топологию сети, скорость работы или алгоритмы безопасности. Наиболее распространенный метод классификации в технической литературе исходит из максимального радиуса действия беспроводной сети. Ниже приведена классификация рассматриваемых протоколов по порядку уменьшению радиуса:
WWAN (Wireless Wide Area Network) – глобальные беспроводные сети;
WLAN (Wireless Local Area Network) – локальные беспроводные сети;
WPAN (Wireless Personal Area Network) – персональные беспроводные сети.
В случае реализации сетей типа WLAN и WPAN, а также систем, основанных на широкополосном беспроводном доступе (BWA - Broadband Wireless Access), используются в целом схожие технологии. К ключевым различиям в данном случае следует отнести основные диапазоны применяемых в качестве рабочих частот, а также характеристики радиоинтерфейса [13]. Сети типа WLAN и WPAN функционирую в диапазонах частот 2,4 и 5 ГГц, не требующих лицензирования, что в свою очередь не требует выполнения частотного планирования и координации с другими беспроводными сетями при реализации сетей данного класса. В сетях типа BWA (Broadband Wireless Access) могут использовать как диапазоны лицензированного типа, так и диапазоны нелинзированного типа (от 2 до 66 ГГц).
Рисунок 1.1 – Классификация беспроводных технологий
Все существующие протоколы реализации беспроводных сетей можно классифицировать на основании нескольких различных классификационных признаков, например, используя разделение на основании топологии сети, максимальной скорости передачи информации, либо уровне защиты на основании алгоритмов безопасности [9]

.
Для организации беспроводных сетей может использоваться несколько различных протоколов передачи данных:
Bluetooth – данный протокол беспроводной связи был разработан совместно такими известными компаниями, как Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia в 1998 году. Данный протокол применяется для осуществления соединения на небольшом расстоянии между такими устройствами, как персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, принтеры и множество других средств оргтехники и вычислительной техники. Считается протоколом, позволяющим реализовать недорогую и доступную связь с использованием радиочастоты ближнего радиуса действия на удалении устройств от 10 до 100 метров.
Протокол UWB – разработан в 2007 году альянсом фирм WiMedia. Представляет собой протоколо для обеспечения широкополосной беспроводной связи на небольших удалениях между устройствами. Данный протокол описывает основные факторы взаимодействия между устройствами на физическом уровне, а также на подуровне доступа к среде. При использовании данного протокола возможна передача данных на максимальной скорости в 480 Мбит/с, что аналогично применению проводного соединения посредством протокола USB, а диапазон используемых частот радиоканала составляет от 3,1 до 10,6 ГГц. Данный протокол является прямым конкурентом протокола Bluetooth [29].
Протокол ZigBee является стандартом в случае развертывания недорогих беспроводных сетей передачи данных на основании использования ячеистой топологии с маломощными передатчиками. Основное преимущество данного протокола – низкая стоимость, за счет чего подобные сети часто используются при реализации беспроводного контроля и наблюдения, что за счет низкого потребления энергии позволяет работать автономным устройствам довольно длительный промежуток времени. Данный протокол был разработан одноименным альянсом из нескольких компаний. Нижние уровни данного стандарта определены на основании стандартов IEEE 802.15.4-2006.
Протокол реализации ячеистых сетей Z-Wave основан на применении функций самоорганизации и самовосстановления. Считается довольно простым в применении сетевым решением, обладающим высокими возможностями по интеграции и невысокой стоимости реализации. Обладает поддержкой различного вида устройств, с питанием как от сети, так и автономным. Для данного протокола устройства классифицируются по трем типам: устройство-контроллер, устройство-маршрутизатор для исполнительных механизмов, и непосредственно исполнительные механизмы. При реализации сети передачи данных на основании данного протокола существует возможность использования самых различных комбинаций перечисленных устройств