Страница 29 из 64
Рис. 1.31. Замирания вследствие многолучевого распространения
Так как беспроводная передача принципиально является широковещательной, 802.11-передатчики сталкиваются с проблемой одновременной передачи множества сигналов, которые интерферируют друг с другом, что может оказывать влияние на прием. Чтобы решить эту проблему, в 802.11 задействована схема CSMA (Carrier Sense Multiple Access), использующая идеи классического проводного Ethernet, которые были взяты из еще более ранней беспроводной сети — ALOHA, созданной на Гавайях. Компьютеры находятся в режиме ожидания передачи в течение короткого случайного интервала времени и задерживают сигнал, если какое-либо устройство передает информацию. Эта схема снижает вероятность ситуации, когда два компьютера отправят сигналы в одно и то же время. Но сама схема работы не такая, как в проводных сетях. Чтобы увидеть различия, изучите рис. 1.32. Предположим, что компьютер A передает сигнал компьютеру B, но уровня передатчика А недостаточно, чтобы сигнал достиг компьютера C. Допустим С собирается передать информацию компьютеру B, и тот факт, что он не «слышит» информации, передаваемой А, не означает, что его сигнал будет принят. Такая «глухота» C становится причиной некоторых проблем. После любого конфликта отправитель делает паузу на более длительный случайный интервал времени и повторно передает пакет. Несмотря на такие трудности и некоторые другие проблемы, на практике схема работает достаточно хорошо.
Еще одна проблема — движение. Если перемещающийся клиент отходит от используемой точки доступа и попадает в зону действия другой точки, возникает проблема, которую необходимо преодолеть. 802.11-сеть может объединять множество ячеек,
каждая из которых имеет собственную точку доступа, а управляющая система объединяет ячейки. Такая система часто подключается к Ethernet, но может использовать любые другие технологии. Когда клиенты перемещаются, они могут попадать в зону действия точек доступа с лучшим уровнем сигнала и переключаться на них. Извне такая система похожа на обычную проводную локальную сеть.
Зона действия Зона действия
приемопередатчика А приемопередатчика В
Рис. 1.32. Радиус действия одного радиопередатчика может не покрывать всю систему
Подвижность клиентов в 802.11 существенно более ограничена, чем в мобильных телефонных сетях. Как правило, 802.11 используется клиентами, которые двигаются от одного стационарного местоположения до другого, а не тогда, когда они непрерывно перемещаются. Для такого использования полноценная мобильность не требуется. Даже когда 802.11 используется в движении, перемещения ограничены одной сетью, зона действия которой не превышает одного большого здания. Будущие схемы должны будут обеспечить подвижность клиентов при работе в разных сетях и с использованием различных технологий (например, 802.21).
Наконец, существует проблема безопасности. Так как беспроводная передача является широковещательной, соседние компьютеры легко могут получить пакеты информации, которые не были для них предназначены. Чтобы избежать этого, в стандарте 802.11 используется схема шифрования WEP (Wired Equivalent Privacy). Основная идея — создать в беспроводной сети защиту аналогичную проводной. Идея была хорошая, но, к сожалению, в схеме оказалось много недостатков (Borisov и др., 2001). Позднее появились новые схемы шифрования, зафиксированные в стандарте 802.11 i, который получил название WiFi Protected Access (WPA). В настоящее время используется версия WPA2.
Стандарт 802.11 вызвал революцию в беспроводных сетях, которая продолжается и сейчас. Помимо зданий такие сети используются в поездах, самолетах, судах и автомобилях, так чтобы люди могли выходить в Интернет везде, где бы они ни оказались. Мобильные телефоны и вся бытовая электроника, от игровых приставок до цифровых фотоаппаратов, могут получить доступ в сеть. Мы возвратимся к этому подробно в главе 4.
1.5.4. RFID и сенсорные сети
Сети, которые мы изучили до сих пор, образуются вычислительными устройствами — от компьютеров до мобильных телефонов. Радиочастотная идентификация (RFID) позволяет включать в сеть предметы повседневного пользования.
Электронная метка похожа на почтовую марку, которая может быть прикреплена к предмету (или встроена в него), чтобы его можно было отслеживать. Таким предметом может быть что угодно — животное, паспорт, книга или любая коробка. Метка состоит из маленького чипа с уникальным идентификатором и антенны, которая принимает радиосигнал. Считыватели RFID, установленные в точках отслеживании, обнаруживают метки, когда они оказываются вблизи, и посылают запрос, получая информацию, как показано на рис. 1.33. Это позволяет осуществлять идентификацию, управление системой поставок, измерение скорости и отказаться от использования штрихкодов.
Рис. 1.33. RFID используется для объединения в сеть предметов повседневного пользования
Свойства RFID могут различаться, но, возможно, самый захватывающий аспект технологии RFID — то, что у большинства меток RFID нет ни электрического штепселя, ни батареи. Вместо этого вся необходимая энергия поставляется считывателями RFID в виде радиоволн. Эту технологию называют пассивным RFID, чтобы отличить это от (реже встречающегося) активного RFID, в котором метка обладает собственным источником энергии.
Стандартная форма RFID — УВЧ RFID (ультравысокочастотный RFID) — используется для контейнеров и некоторых водительских лицензий. В США считыватели излучают сигналы в полосе 902-928 МГц. Общение с метками происходит на расстоянии нескольких метров, метка отражает и изменяет сигнал, который считыватель принимает и обрабатывает. Этот способ называют обратным излучением.
Другой популярный вид RFID — ВЧ RFID (высокочастотный RFID) — работает на частоте 13,56 МГц и, вероятно, может встраиваться в паспорта, кредитные карты, книги и бесконтактные платежные системы. У ВЧ RFID малая дальность — не больше метра, потому что физический механизм излучения сигнала основан на индукции, а не обратном излучении. Существуют и другие формы RFID, использующие другие частоты, такие как LF RFID (низкочастотный RFID), который использовался до ВЧ RFID для отслеживания животных. Этот вид RFID, вероятно, можно найти у вашей кошки. Считыватели RFID должны, так или иначе, решать проблему контакта с несколькими метками в пределах диапазона чтения. Это означает, что метка не может просто отвечать, обнаружив считыватель, иначе сигналы от нескольких меток могут помешать друг другу. Решение проблемы похоже на подход, использованный в 802.11: перед ответом метки выдерживают паузу в течение случайного короткого интервала, которая позволяет считывателю разделять сигналы.
Безопасность — еще одна проблема. Способность считывателей RFID легко отследить объект и, следовательно, человека, который его использует, может быть вторжением в личную жизнь. К сожалению, трудно обеспечить информационную безопасность для RFID-меток, потому что их вычислительные возможности ограничены. Поэтому используются более слабые меры, такие как пароли (которые легко взломать). Если паспортный контроль на границе может считать информацию с вашего паспорта удаленно, помешает ли что-нибудь другим людям отслеживать ту же самую метку без вашего ведома? Навряд ли.
Метки RFID появились как чипы идентификации, но быстро превращаются в достаточно серьезные компьютеры. Например, у многих меток есть память, которая может сохранять информацию о том, что произошло с объектом, и позже передавать ее. Rieback и др. (2006) продемонстрировал, что это приводит к тому, что в этой области также должны появиться все проблемы, свойственные программному обеспечению компьютера. Например, ваша кошка или ваш паспорт могут использоваться для распространения RFID-вируса.