Сети для ловли будущего

Александр Семенов

Первое поколение беспроводных LAN активно внедряется сегодня повсюду для того, чтобы заменить проводные решения и избавиться, наконец, ото всем надоевших клубков проводов за каждым домашним музыкальным центром или сервером в любом офисе. Однако список выгод от прихода беспроводных коммуникаций гораздо шире, чем одна только замена проводов. Освободившись от вековой привязи, мы увидим десятки и сотни новых типов соединений, которые станут возможными между различными устройствами.

Совсем скоро ПК в кабинете хозяина дома сможет запросто связываться с DVD-проигрывателем в гостиной, с холодильником в кухне или с карманным компьютером приятеля, находящегося на другом конце города. Все устройства со встроенным радио смогут взаимодействовать друг с другом и обмениваться данными. Любое такое устройство может участвовать в работе беспроводной сети многими способами: как клиентское устройство, как маршрутизатор или же, как конечная точка для другого пользователя. Устройства могут сами организовывать временную “ad hoc” сеть, которая создается и уничтожается в зависимости от нужд клиентов.

Как надо создавать беспроводную сеть, чтобы получить выгоду от этих преимуществ? Исследователи и разработчики корпорации Intel исследуют различные возможности, включая и перспективную архитектуру для взаимосвязи беспроводных устройств, которая называется “ячеистая сеть”.

Ячеистая сеть против сети с одним центром (single-hop)

Ячеистая сеть (которую иначе называют “multi-hop” - сеть со многими скачками, или же со многими центрами) - это гибкая архитектура для эффективного перемещения данных между устройствами. Чтобы понять все преимущества ячеистой сети, надо сравнить ее с альтернативной возможностью - сетью с одним центром.

В обычной беспроводной LAN многие пользователи получают доступ к сети через прямую связь с точкой доступа (ТД); это сеть с одним центром. В сети со многими центрами любое устройство с радиосвязью может служить маршрутизатором или ТД. Если ближайшая ТД перегружена, данные перенаправляются к другому узлу с более низкой загрузкой. Данные продолжают “перескакивать” от одного узла к другому до тех пор, пока они не достигнут точки своего окончательного назначения.

Интернет - это хорошо известный каждому пример проводной сети со многими центрами. Когда посылается электронная почта, она не сразу направляется к месту назначения; вместо этого она передается от одного сервера к другому по самому эффективному пути, зависящему от трафика в сети. Электронная почта может “скакнуть” из Москвы в Санкт-Петербург, а потом - в Киев, перед тем, как добраться до места своего назначения в Амстердаме. В такой ситуации прямая линия отнюдь не всегда является кратчайшим расстоянием между двумя точками. Более долгое путешествие оказывается более эффективным и быстрым по времени.

Ячеистые сети имеют и другие существенные преимущества перед сетями с единым центром.

Устойчивость

Ячеистая сеть более устойчива, чем сеть с единственным центром, поскольку она не зависит от функционирования каждого узла. В сети с одним центром, когда единственная ТД выходит из строя, с ней перестает функционировать и вся сеть. В архитектуре ячеистой сети, даже если ТД отказывает или возникает высокий уровень интерференции, сеть продолжает работать - данные будут просто перенаправляться по другому маршруту.

Еще один путь достичь устойчивости сети - использование многочисленных маршрутов для доставки данных. Хороший пример - электронная почта, которая делится на пакеты данных, пересылаемые через Интернет по многим маршрутам, а затем собираемые в первоначальное письмо, приходящее к адресату. Использование многочисленных маршрутов для доставки данных увеличивает эффективную полосу пропускания. Большая полоса пропускания

Физика беспроводных коммуникаций говорит о том, что полоса пропускания возрастает при уменьшении радиуса действия, поскольку эффект от интерференции и других факторов, вносящих вклад в потерю данных, возрастает с ростом расстояния. Один из способов получить большую полосу пропускания в сети - это разбить длинный путь на большое количество коротких участков и передавать данные через них. Именно это и делает ячеистая сеть.

Кроме того, для передачи данных на короткие расстояния требуется меньшая мощность, поэтому ячеистые сети могут работать в более широкой полосе, несмотря на ограничения американской Федеральной комиссии по коммуникациям (FCC) на максимум передаваемой мощности. Эффективное использование пространства

Возможность эффективного использования пространства - еще одно преимущество ячеистой сети над сетью с одним центром. Как уже отмечалось, в сети с одним центром часто случается ситуация, когда много устройств обращаются к одной и той же ТД. Если несколько устройств стремятся получить доступ в сеть в одно и то же время, возникает перегрузка сети и передача трафика замедляется. В ячеистой сети наоборот многие устройства могут работать в сети в одно и то же время через разные узлы, не влияя существенно на работу всей сети.

Более короткий диапазон действия в ячеистой сети ограничивает интерференцию и позволяет одновременно реализовывать пространственно разделенные сеансы передачи данных.

Использование ячеистых сетей

Ячеистые сети предоставляют значительные выгоды по сравнению с сетями с одним центром в самых разных условиях - в домах, в офисах, общественных местах, телекоммуникационных сетях поставщиков услуг и на промышленных предприятиях.

Соединение в домах - это один из наиболее перспективных примеров использования ячеистой архитектуры. Главная выгода здесь - возможность поддержки приложений с большой полосой пропускания, таких как видео с высоким разрешением. Беспроводная ячеистая сеть в доме может соединить настольный компьютер, ноутбук и карманный компьютер, телевизор с высоким разрешением (HDTV), DVD-плейеры, игровые консоли, видеомагнитофоны и другие устройства бытовой электроники без необходимости протягивания десятков кабелей и установки специальных соединительных устройств.

Соединение в офисах. Ячеистая структура дает возможность пользователям сети делить между собой полосу пропускания и может сбалансировать нагрузку в сети для оптимизации ее работы. Именно она является более простой, гибкой и дешевой альтернативой проводным точкам доступа.

Добавление беспроводных ТД расширяет область покрытия и сферу действия сети, не требуя дополнительных средств на прокладку соединительных кабелей. Ячеистая структура устраняет узкие места, возникающие в сети из-за большого трафика.

Соединение “в пути”. Ячеистая сеть может быть очень легко развернута в аэропорту или во время конференции - всего на два-три дня - это дешево и несложно.

Соединение с поставщиком Интернет-услуг через широкополосное соединение. Ячеистую сеть можно использовать для расширения широкополосной беспроводной связи, поскольку она не требует прямой видимости между отправителем и получателем сигнала. Сигнал будет “перескакивать” от одного узла к другому пока не достигнет места назначения, даже если оно полностью закрыто от места исхода послания.

Промышленные приложения - технология ячеистых сетей открывает широкие возможности и для коммерческого использования. Корпорация Intel уже сегодня широко применяет их в своих производственных процессах, в частности, для предупредительного контроля за оборудованием на фабриках по производству полупроводников.

Тысячи сенсоров располагаются в самых разных местах оборудования для контроля вибрации, которую оно производит при своей работе, чтобы заранее почувствовать момент ее опасного нарастания и предотвратить выход того или иного устройства из строя. До недавнего времени большинство информации, записываемой сенсорами, собиралось вручную - процесс этот долгий и дорогостоящий. По этой причине информация собиралась достаточно редко на основе теоретических ожиданий о времени безаварийной работы устройств.

Ячеистая сеть сенсоров дает возможность собирать информацию автоматически без особых затрат, практически полностью устраняя вероятность ее неожиданного выхода из строя. Создание проводных сетей на фабриках для этой цели было бы дорогим и не практичным делом, а гетерогенные ячеистые сети из большого числа беспроводных сенсоров и достаточно небольшого количества проводных ТД - экономически эффективное и практичное решение.

Проблемы впереди

Хотя ячеистые сети и позволяют надеяться на большие перспективы в будущем, есть много проблем на их пути к широкому распространению. Среди главных - установка, взаимосовместимость, сосуществование, качество услуг и безопасность. Исследователи корпорации Intel активно работают над разрешением этих проблем, чтобы полностью реализовать колоссальный потенциал ячеистых сетей.

Проблема установки особенно актуальна для домашних пользователей, она должна быть предельно простой. Даже современные WLAN совсем не просто развернуть, а установка ячеистых сетей с большим числом узлов пока еще является крайне сложным делом.

Следующая сложность, которую предстоит преодолеть - взаимосовместимость устройств в сети. Сеть должна быть в состоянии взаимодействовать со многими устройствами, имеющими различные типы встроенных радио. Одно из решений, которое разрабатывается сейчас в корпорации Intel, это создание перестраиваемого радио, способного работать в различных беспроводных сетях. Такой подход требует гораздо меньше затрат, чем включение нескольких радио в каждое устройство.

Необходимо также специально изучить проблему трафика и научиться его классифицировать и расставлять приоритеты его перемещения в сети, чтобы максимально использовать полосу пропускания и максимально удовлетворить все запросы пользователей.

Если в здании или каком-то месте общественного пользования сосуществуют несколько сетей, надо сделать так, чтобы они не мешали друг другу. Здесь надо научиться решать проблемы обеспечения безопасности информации, правильной маршрутизации и сохранения качества предоставляемых услуг, причем делаться все это должно автоматически с минимальным вмешательством человека.

Заключение

Ячеистые сети предлагают наиболее гибкое и оптимальное по соотношению цена/качество решение. Даже на самой ранней стадии своего развития технология демонстрирует колоссальный потенциал в плане создания эффективных беспроводных вычислительных решений для промышленного, домашнего, индустриального, бизнес использования и широкополосных услуг.