A vezeték nélküli átviteli technológiák

1. A vezeték nélküli átviteli technológiák Tóth Dávid, Molnár István

2. A vezetékes hálózatokon kívül számos olyan technológia létezik, mely lehetővé teszi az eszközök közötti átvitelt kábelek használata nélkül. Ezeket vezeték nélküli technológiáknak nevezzük. A vezeték nélküli eszközök elektromágneses hullámokat használva cserélik az információkat egymás közt. Egy elektromágneses hullám ugyanaz a közeg, mint amely a rádiójeleket is szállítja az éteren keresztül.

3. Előnyei • Hordozható- egyszerű csatlakozást tesz lehetővé helyhez kötött és változó helyzetű ügyfelek számára. • Skálázható - egyszerűen bővíthető több felhasználó fogadása és a lefedettségi terület bővítése esetén. • Rugalmas - bárhol, bármikor kapcsolódhatunk. • Költség takarékos - a berendezések költsége folyamatosan csökken a technológia kiforrásával.

4. Előnyei • Rövid telepítési idő – egyetlen eszköz felszerelése számos felhasználó kapcsolódását teszi lehetővé. • Megbízható – egyszerűen beüzemelhetőek a veszélyes környezetekben is.

5. Hátrányai • Interferencia – a vezeték nélküli technológia érzékeny a más elektromágneses erőteret keltő eszközöktől származó interferenciára. Pl. mikrohullámú sütők és más WLAN eszközök. • Védtelen – a WLAN technológiát az átvitelre kerülő adatok hozzáférése és nem azok védelmére tervezték. Ezek miatt védtelen bejáratot biztosíthat a vezetékes hálózatba. • Technológia – folyamatosan fejlődik, de jelenleg biztosítja azt a gyorsaságot és megbízhatóságot, mint a vezetékes hálózatok.

6. Csoportosítás átvitel szerint • Infravörös átvitel • Lézeres adatátvitel • Adatátvitel rádióhullámokkal • Bluetooth átvitel

7. Infravörös átvitel Az Infravörös(IR) kommunikáció viszonylag alacsony energiaszintű, és jelei nem képesek áthatolni falakon vagy egyéb akadályokon. Ennek ellenére gyakran használják olyan eszközök közötti kapcsolat létrehozására és adatmozgatásra mint személyes digitális titkár (PDA) és PC-k. Az eszközök közötti információcseréhez az IR egy infravörös közvetlen hozzáférésként (InfraredDirect Access, IrDA) ismert különleges kommunikációs portot használ. Az IR csak pont-pont típusú kapcsolatot tesz lehetővé. Gyakran IR-t használnak a távirányítók, a vezeték nélküli egerek és a billentyűzetek is. Általában kis hatótávolságú, rálátást igénylő kommunikációra használják. Mindamellett reflexiós megoldásokkal az IR jelek hatóköre kiterjeszthető. Nagyobb távolságok esetén, magasabb frekvenciájú elektromágneses hullámok használatára van szükség.

8. Lézeres adatátvitel A lézeres átvitelt alkalmazó adó-vevő párokat pont-pont közötti adatátvitelre használhatjuk. E kommunikáció napjainkban teljesen digitális, a lézerfény irányított energiakoncentrációja nagyobb távolság (akár 5 km) áthidalását teszi lehetővé. Az illetéktelen lehallgatás, illetve külső zavarás ellen viszonylag védett. Az időjárási viszonyok azonban befolyásolják fény terjedését, így az eső, a köd, a légköri szennyeződések zavarként jelentkeznek, amik a kommunikációt akár teljesen blokkolhatják.

9. A lézerfényt azonban nem csak a szabad térben, hanem ún. optikai szálban is lehet vezetni, így lézeres adatátvitel felhasználható lokális hálózatok, telefonközpontok összekötésére, valamint internetszolgáltatók adatátviteli gerincének kiépítéséhez és video rendszereket összefogó kommunikációs hálózat központi gerincének telepítéséhez. A megvalósított adatátviteli sebesség jelenleg 1 és 10 Gb/s között a leggyakoribb. A technológia folyamatos fejlődést mutat, így a maximálisan elérhető adatátviteli sebesség az előbbieket valószínűleg már meghaladja. Magyarország rendkívül fejlett hagyományokkal rendelkezik lézerfejlesztés terén, a magyar lézeres szakembereket világszerte elismerik.

10. Adatátvitel rádióhullámokkal A rádió frekvenciás hullámok képesek áthatolni a falakon és más akadályokon, valamint az IR-hez képest jóval nagyobb a hatótávolságuk. A rádiófrekvenciás (RF) tartomány bizonyos részeit szabadon használható eszközök működésére tartják fenn, ilyenek például a zsinór nélküli telefonok, vezeték nélküli helyi-hálózatok és egyéb számítógépes perifériák.

11. Mikrohullámú adatátvitel A mikrohullámok elektromágneses hullámok a terahertz(THz) tartományénál hosszabb hullámhosszal rendelkeznek, de rövidebbel, mint a rádióhullámok. A mikrohullámok hullámhossza megközelítőleg a 30 cm–től(1 GHz-es frekvencia) az 1 mm–ig(300 GHz) terjed. Mindazonáltal a határok az infravörös fény, a terahertzes sugárzás, a mikrohullámok és az UHF (ultra magas frekvencia) rádióhullámok között eléggé szabadon értelmezettek, és tudományágak szerint változhatnak.

12. A mikrohullámú tartományok • ultra-magas frekvencia: ultra-highfrequency (UHF) (0,3–3GHz) • szuper-magas frekvencia: superhighfrequency (SHF) (3–30 GHz) • extrém-magas frekvencia: extremelyhighfrequency (EHF) (30-300 GHz)

13. Alkalmazásai • A mikrohullámokat műsorszórásban is használják, mivelhogy a mikrohullámok könnyebben hatolnak át a föld atmoszféráján, kisebb zajjal, mint a hosszabb hullámhosszak. • A radar szintén mikrohullámokat használ arra hogy meghatározza tárgyak távolságát, sebességét és egyéb tulajdonságait. • A koaxiális kábelen továbbított kábeltévé és internet szolgáltatások és a felszíni televízió műsorszórás is az alacsonyabb mikrohullámú frekvenciát használják.

14. Bluetooth átvitel A Bluetoothrövid hatótávolságú, adatcseréhez használt, nyílt, vezeték nélküli szabvány. Alkalmazásával számítógépek, mobiltelefonok és egyéb készülékek között automatikusan létesíthetünk kis hatótávolságú rádiós kapcsolatot. A Bluetooth alacsony energiafogyasztása miatt különösen alkalmas hordozható eszközök számára. A Bluetoothnak nem jelentenek akadályt a falak. A készülékek osztályuktól függően képesek kommunikálni.Rövid hatótávolsága ellenére megvan az az előnye, hogy egyidejűleg több eszköz kommunikációját teszi lehetővé. Utóbbi előnyös tulajdonsága emelte a Bluetooth technológiát az Infravörös fölé.

15. Fontosabb Bluetooth szabványok • Bluetooth 1.0 • Bluetooth 1.2 • Bluetooth2.0 • Bluetooth3.0 • Bluetooth 4.0

16. Bluetooth 1.0 A 2,4 GHz-es frekvenciát használó Bluetooth eszközök alapvetően három osztályba sorolhatók be: a Class 1 (100 mW) készülékek hatósugara 100 méter, a leggyakoribb Class 2 (2,5 mW) eszközök 10 méteren belül látják egymást, a Class 3 (1 mW) termékek pedig alig 1 méteres körzeten belül használhatók.

17. Bluetooth1.2 Az AFH a spektrumon belül úgy dolgozik, hogy az elérhető frekvenciákat a Bluetooth átvitelének limitálása nélkül használja ki. Ez az alkalmazkodó tulajdonképpeni frekvencia "ugrálás" (hopping) még hatékonyabb átvitelt tesz lehetővé a spektrumon belül, ennek következtében még nagyobb teljesítményt adva a felhasználóknak és persze mindazon technológiáknak, melyek a Bluetoothra alapoznak. Az AFH (AdaptiveFrequency Hopping) felbukkanásának köszönhetően már sokkal kevésbé volt érzékeny az interferenciára. Adatátviteli sebesség: maximum 1 Mbit/s.

18. Bluetooth 1.2 A korábbi szabványokhoz képest: • Továbbfejlesztett hang feldolgozás • Gyorsabb kapcsolat felépítés • Lefelé kompatibilitás: A fejlesztők nagy figyelmet fordítottak arra, hogy az új specifikáció alapján elkészített eszközök kommunikálni tudjanak a korábbi, 1.1 verziójú BT eszközökkel is.

19. Bluetooth2.0 Az új specifikáció növelt adatátviteli sebességet, a régebbi 1.2 szabványhoz képest háromszor gyorsabbat, több Bluetooth eszköz egyidejű használatát és alacsonyabb energiafelhasználást tartalmaz, a készülékek képesek egyszerre több funkciót is végrehajtani Bluetooth-on keresztül, miközben nagy adatállományok gyorsabb átvitelét is végrehajthatják. A csökkentett fogyasztás miatt az új generációs Bluetooth eszközök üzemideje megkétszereződhet. A 2.0 specifikációt teljesítő készülékek természetesen visszafelé kompatibilisek a korábbi Bluetooth eszközökkel.

20. Bluetooth 2.0 Legfontosabb jellemzői: • háromszor gyorsabb adatátviteli sebesség (akár tízszer gyorsabb bizonyos esetekben) • alacsonyabb energiafogyasztás • egyszerűbb többszörös kapcsolódás, a magasabb sávszélességnek köszönhetően • visszafelé kompatibilis a régi rendszerekkel • tovább javított BER (Bit ErrorRate) teljesítmény

21. Bluetooth 3.0 Bluetooth 3.0 kifejlesztésénél elsődleges szempont a sebesség nagymértékű növelése volt a visszafelé való kompatibilitás megőrzése mellett. Az eddigi legfejlettebb Bluetooth szabvány a 2.1+EDR verzió volt, ami 3 Mbit/s adatátviteli sebességre volt képes. Az új 3.0 már 24 Mbit/s adatátvitelre képes. Az áttörést a ProtocolAdaptationLayer (PAL) alkalmazása hozta meg, amely a Wi-Fi vezeték nélküli megoldások része. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy az adatok aktív áramlásánál az új szabvány az előbb említett Wi-Fi technológiát alkalmazza, amivel természetesen az eszköz fogyasztása is megnő. Kisebb terhelés esetén azonban tökéletesen elég az alacsonyabb adatátviteli sebesség is, így a kapcsolat fennállása alatt energia spórolható meg. A javított energiakezelés azt a kellemetlen problémát is megoldja, amikor a vezeték nélküli kapcsolat a hirtelen mozgások következtében megszakad. Ezenkívül az új szabvánnyal kompatibilis Bluetooth eszközök az eddig megszokott módon kapcsolódnak egymáshoz, így a kompatibilitás teljes mértékig megoldott a korábbi verziókkal.

22. Bluetooth4.0 Az újdonság a Bluetooth 3.0-tól eltérően nem csak a sebességre, hanem emellett a korábbiaknál jelentősen alacsonyabb fogyasztásra és a rendkívül széles felhasználási körre fókuszál. Az úgynevezett "singlemodelowenergy" kivitel ezzel szemben a Bluetooth számára mindeddig ismeretlen területeket hódítja meg magának, így például lépésszámlálókba, kulcstartókba, hőmérőkbe, vagy akár keréknyomás mérőkbe is beköltözhet.Sebessége 1 Mbit/s.

23. Bluetooth technológia alkalmazásai • Vezeték nélküli hálózatok kialakítására asztali és hordozható számítógépek között, illetve csak asztali gépek között kis területen, ha nincs szükség nagy sávszélességre • Számítógép-perifériák csatlakoztatására nyomtatók, billentyűzetek, egerek esetében • Fájlok és adatok átvitelére és szinkronizálására személyi digitális asszisztensek (PDA-k, mobiltelefonok és a számítógép) között • Egyes digitális zenelejátszók, fényképezőgépek és számítógép között • Autóskészletek és fülhallgatók csatlakoztatására mobiltelefonokhoz • Orvosi és GPS-készülékek

24. Csoportosítása kiterjedésük alapján • WPAN • WLAN • WWAN • WMAN

25. Nagy kiterjedésű vezeték nélküli hálózatok (WWAN) • Nagy földrajzi távolságokra terjednek ki, például városokra vagy országokra, vezeték nélküli szolgáltatók több antennaállomása vagy műholdas rendszere segítségével. • A jelenlegi WWAN technológiák második generációs (2G) rendszerekként ismertek. • A legfontosabb 2G rendszerek közé a GSM (Global System for Mobile Communications), a CDPD (Cellular Digital Packet Data) és a CDMA (CodeDivisionMultiple Access) tartozik.

26. Nagyvárosi vezeték nélküli hálózatok (WMAN) • A WMAN technológiák lehetővé teszik egy nagyváros különböző pontjai közötti vezeték nélküli kapcsolatokat • A WMAN hálózatok ezenkívül tartalékrendszerként szolgálhatnak vezetékes hálózatok mellett, ha a vezetékes hálózatok elsődleges bérelt vonalai használhatatlanná válnak • A WMAN hálózatok rádióhullámokat vagy infravörös fényt használnak adatátvitelre.

27. Vezeték nélküli személyes hálózatok (WPAN) • A legkisebb méretű hálózattípus, melyet általában olyan perifériális eszközök számítógéphez való csatlakoztatására használnak, mint például egerek, billentyűzetek és PDA-k • Ezen eszközök mindegyike kizárólag egy állomáshoz csatlakozik, és általában Infravörös vagy Bluetooth technológiát használ.

28. Szórt spektrumú sugárzás • WLAN: (wireless LAN) rádióhullámot használó vezeték nélküli helyi hálózat, ami szórt spektrum technológia segítségével lehetővé teszi a közeli számítógépek összekapcsolódását. • A WLAN-ok ideiglenes irodákban vagy más helyeken használhatók, ahol kiterjedt kábelezés nem oldható meg, vagy egy meglévő LAN-t kell kiegészíteni

29. Szórt spektrumú sugárzás • A WLAN RF (Rádió frekvencia) technológiát használ, és megfelel az IEEE 802.11-es szabványoknak. • Vezeték nélküli környezetben alkalmazott hálózati topológiák: a csillag és a háló.

30. WLAN topológiák (Csillag) • Csillag: A csillag topológia, ami ma a világon a legelterjedtebb, olyan hálózatot jelent, ami egy központi bázisállomás, vagy más néven hozzáférési pont (AP = Access Point) köré épül. • A kiinduló csomópont elküldi az információcsomagot a központi állomásnak, amit az a célcsomópontra irányít

31. WLAN topológiák (Csillag) • AccesPoint jelentheti a hidat egy vezetékes hálózat (LAN = Local Area Network) számára, amin keresztül elérhet további vezetékes klienseket, az Internetet, vagy más hálózati eszközt.

32. WLAN topológiák (Háló) • A háló (mesh) topológia csak annyiban különbözik a csillagtól, hogy ott nincs központi bázisállomás. • Minden csomópont szabadon kommunikálhat a hatósugarán belül levő bármelyik másikkal.

33. Wi-Fi • Összefoglaló néven Wi-Fi-nek(WirelessFidelity) nevezzük. • Egy Wi-Fi hálózat építésekor, fontos tényező, hogy az egyes összetevők a megfelelő WLAN-hoz csatlakozzanak. • Erről a Szolgáltatáskészlet azonosító (Service SetIdentifier, SSID) használatával gondoskodhatunk. Az SSID érzékeny a kis és nagy betűkre, maximum 32 alfanumerikus karakterből áll.

34. Wi-Fi • Egy WiFi WLAN esetében minden kliensnek(számítógép, telefon, pda, stb.) szüksége van egy WiFi kártyára. Ezek általában PCMCIA kártyák • Ha struktúra módú hálózatot építünk legalább egy AP-ra is szükségünk lesz • Az AP a legtöbb szerver feladatát el tudja látni (természetesen ez függ a konkrét funkciótól, valamint az AP karakterisztikájától); a leggyakoribbak: tűzfal, DHCP, NAT, DNS, stb

35. Wi-Fi PCMCIA kártya Access Point

36. Wi-Fi

37. Wi-Fi • Az IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11-es szabvány határozza meg a WLAN környezeteket. • Négy fő ajánlása létezik, amelyek különböző jellemzőket adnak meg a vezeték nélküli kommunikáció számára. • A jelenleg létező ajánlások a 802.11a, 802.11b, 802.11g és 802.11n, valamint 2013-ban tervezik bevezetni a 802.11ac ajánlást, de erről sajnos még nem tudni semmi konkrétumot.

38. Wi-Fi szabványok • 802.11a: • Az 5 GHz-es frekvencia tartományt használja. • Maximális adatátviteli sebessége 54 Mbit/s • Nem kompatibilis a 2.4 GHz-es sávot használó 802.11 b/g/n eszközökkel. • Hatótávolsága beltérenkörülbelül 30 méter, míg kültérenkörülbelül 100-120 méter. • Jellemzően csak pont-pont kapcsolatra használják és az ehhez használható eszközök általában drágábbak. • Különösen fontos az optikai rálátás a két pont között.

39. Wi-Fi szabványok • 802.11b: • A 2.4 GHz-es frekvenciatartományt használja. • Maximális adatátviteli sebessége 11 Mbit/s. • Beltéren maximálisan 38-40 méter, kültéren 120-140 méter a hatótávolsága, de ezt lényegesen befolyásolják a terepviszonyok.

40. Wi-Fi szabványok • 802.11g: • A 2.4 GHz-es frekvenciatartományt használja. • Maximális adatátviteli sebessége 54 Mbit/s • Hatótávolsága nagyjából megegyezik 802.11b-vel. • Hátránya a 802.11b-vel szemben, hogy a távolság növekedésével lényegesen romlik a hatásfoka és érzékenyebb az interferenciára. • Felülről kompatibilis a 802.11b-vel

41. Wi-Fi szabványok • 802.11n: • 2,4 GHz-es és az 5 GHz-es frekvenciatartományt is tudja használni. • Maximális adatátviteli sebessége600Mbit/s • Hatótávolsága beltérenkörülbelül 60-70 méter, míg kültéren körülbelül 200-250 méter. • Felülről kompatibilis a meglévő 802.11g és 802.11b eszközökkel

42. Wi-Fi szabványok • 802.11ac (hírek/pletykák alapján az eddig tervezett tulajdonságai): • Az 5 GHz-es frekvencia tartományt használja. • Maximális adatátviteli sebessége1300Mbit/s. • Hatótávolsága pedig még nem ismert.

43. Celluláris mobilrendszerek • Az analóg és a digitális mobiltelefon rendszereknél alkalmazott úgynevezett celluláris technika egyszerűsített lényege, hogy a mobiltelefonnal ellátandó területet kisebb területekre, cellákra osztják fel azért, hogy a rendelkezésre álló frekvenciák - lehetőleg egymás zavarása nélkül, kellő cellatávolságban - ismételten felhasználhatók legyenek

44. Celluláris mobilrendszerek • A cellás hálózatok tervezésének jól kialakult elmélete és gyakorlata van. • Mindemellett a mobil szolgáltatók számára jelentős probléma a rendelkezésre álló frekvencia tartomány korlátozottságán (spektrumhiány) túlmenően, a földreflexiók, valamint az átviteli út mentén lévő tereptárgyi akadályok okozta járulékos csillapítások, amelyek csökkenthetik a szolgáltatási terület (SA) fizikai méreteit.

45. Celluláris mobilrendszerek • A gyakorlatban 120 fokos szektorsugározó antennát használnak, amely három cella találkozásának csúcspontjában helyezkedik el. • Ebben az esetben minden cella két 60 fokban sugárzó adóantennát és két 60 fokba osztott (diverzitív) vevőantennát használ. • Azon szomszédos cellák csoportjait, amelyekben a képzeletbeli hatszög oldalai mentén az összes frekvenciát felhasználhatjuk clusternek, kötegnek nevezzük.

46. Celluláris mobilrendszerek

47. VSAT • A VSAT kisméretű, földi, telekommunikációs állomás, mely Internet hozzáférést, kétirányú adatkommunikációt és adattovábbítást, hang-, fax, video konferencia szolgáltatásokat tesz elérhetővé műholdas rendszeren • A VSAT kommunikáció során a szolgáltatási helyszínek közötti adatátvitelt földi parabolaantennák biztosítják

48. VSAT • Minden VSAT hálózat jellemzője, hogy zárt rendszert alkot, ami nagy kommunikációs adatbiztonságot tesz lehetővé (nagyvállalatok esetén ez elengedhetetlen) • Minden VSAT rendszer két alapvető egységből áll: egyrészt a mindig GEO műholdon lévő átjátszó(k)ból, másrészt a földi egységekből (VSAT terminálok, HUB), melyek függetlenül a felhasználástól mindig professzionális kivitelűek

49. VSAT • Ha a rendszer csak a műholdat és a VSAT terminálokat tartalmazza, hálóstruktúráról beszélünk • Akkor alkalmazzák, ha kisszámú terminál kommunikál egymással, ugyanis nagy a sávszélesség igénye • Ennek oka, hogy rendszerfigyelő és vezérlőegység (HUB) hiánya miatt az ütközések elkerülése végett minden felhasználó között előre definiált frekvenciájú összeköttetésnek kell rendelkezésre állnia.

50. VSAT • Előnye, hogy nincs szükség a HUB üzemeltetésére; másrészt bármely felhasználó bármikor tud bármelyik másik terminállal kommunikálni (nincs sorban állás) • Csillag topológia esetén az alterminálokszáma nagyon nagy. A rendszer lelke egy nagykapacitású központi vezérlőegység, a HUB.