eng
История любого стандарта – это иллюстрация умения договариваться. И спецификация IEEE 802.11g – не исключение. Мир беспроводных локальных сетей, по большому счету, поделен между двумя корпорациями – Intersil (бывшая Harris) и Texas Instruments. Все прочие примыкают к одному из двух лагерей, возглавляемых этими полупроводниковыми монстрами. Поэтому появление каждого нового стандарта из семейства IEEE 802.11 – это итог очередного этапа великого противостояния. В отношении IEEE 802.11g еще в ноябре 2001 года казалось: компромисса не достичь, новому стандарту не быть. Однако магнаты подсчитали потенциальные убытки от отсутствия стандарта – и договорились. И вот с задержкой примерно на год–полтора, 12 июня 2003 года 802.11g официально вышел в свет.
В ОЖИДАНИИ G
В марте 2000 года рабочая группа IEEE 802.11 сформировала исследовательскую группу по изучению возможности увеличить скорость передачи данных свыше 20 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. В ноябре 2000 эта группа приобрела статус штатной группы разработчиков и получила обозначение G. Через полтора года, рассмотрев несколько альтернативных подходов, специалисты исследовательской группы G предложили использовать применяющуюся в стандарте IEEE 802.11а систему кодирования с мультиплексированием посредством ортогональных несущих OFDM. В качестве дополнительных (необязательных) возможностей новый стандарт IEEE 802.11g предусматривал использование таких схем модуляции, как CCK-OFDM и РВСС. Напомним, поддерживаемая компанией Texas Instruments (TI) схема модуляции PBCC позволяла достигать скоростей 22 и 33 Мбит/с – даже появился термин IEEE 802.11b+.
Новая спецификация по сути представляет собой перенесение схемы модуляции OFDM, прекрасно зарекомендовавшей себя в 802.11а [1], из 5 ГГц-диапазона в область 2,4 ГГц. Это возможно, поскольку в стандартах 802.11 ширина одного канала в диапазоне 2,4 и 5 ГГц схожа – 22 МГц по уровню -30 и -20 дБ, соответственно. Правда, по уровню -28 дБ маска канала в 802.11а допускает спектральную полосу шириной 40 МГц, что может создать проблемы – безусловно, преодолимые.
Зачем нужен новый стандарт в диапзоне 2,4 ГГц, когда оборудование 802.11а для диапазона 5 ГГц становится практически массовым? Однозначного ответа здесь нет, укажем лишь на основные резоны. Прежде всего, 2,4-ГГц оборудование должно быть дешевле. Так оно и есть – если сравнивать стоимость аналогичного оборудования одной компании стандартов 802.11 а и b, цены в первом случае окажутся в среднем в 1,5–2 раза выше. Однако на уровне интегральных схем различие не столь значительное и безусловно имеет тенденцию к снижению. Кроме того, затухание сигналов в
5-ГГц диапазоне выше, чем в 2,4-ГГц. Поэтому плотность оборудования в 5-ГГц сетях тоже должна быть выше – вместе с ценой сети. Конечно, минус этот относительный, поскольку в ряде случаев зону распространения сигналов оборудования локальной сети даже желательно ограничить – например, из соображений защиты информации или чтобы избежать взаимного влияния двух разных сетей.
Наиболее же значимый для появления новой спецификации фактор – диапазон 2,4 ГГц сегодня чрезвычайно популярен. Это не только минус из-за зашумленности эфира, но и несомненный плюс, поскольку переход в другой частотный диапазон – это отказ от уже установленного оборудования. В самом деле, что делать практически 20 миллионам пользователей сетей стандарта 802.11b – выбрасывать старое оборудование и покупать новое, на 5 ГГц? Двухмодовые же системы, поддерживающие и а, и b, – это фактически два устройства в одной упаковке, поскольку у них различны не только ВЧ-трансиверы, но и блоки модуляции (цифровой обработки). И цена у таких устройств соответствующая.
С другой стороны, если в диапазоне 2,4 ГГц скорость передачи информации может быть выше номинальной 11 Мбит/с, то такое оборудование обязательно будут производить. Поэтому появление нового стандарта было предопределено. Однако одним из основных требований к спецификации 802.11g была обратная совместимость с устройствами 802.11b. Это требование привело к очередному столкновению интересов компаний Intersil и TI. Действительно, в стандарте 802.11b в качестве основного способа модуляции принята схема ССК (Complementary Code Keying), а в качестве дополнительной возможности допускается модуляция PBSS. В последней крайне заинтересована компания TI. Разработчики 802.11g предусмотрели ССК-модуляцию для скоростей до 11 Мбит/с и OFDM – для более высоких скоростей. С этим были согласны все. Но сети стандарта 802.11 при работе используют принцип CSMA/CA – множественный доступ к каналу связи с контролем несущей и предотвращением коллизий. Ни одно устройство 802.11 не должно начинать передачу, пока не убедится, что эфир в его диапазоне свободен от других устройств. Если в зоне слышимости окажутся устройства 802.11b и 802.11g, причем обмен будет происходить между устройствами 802.11g посредством OFDM, то оборудование 802.11b просто не поймет, что другие устройства сети ведут передачу, и попытается начать трансляцию. Последствия очевидны.
Чтобы подобную ситуацию не допустить, предусмотрена возможность работы в смешанном режиме – CCK-OFDM. Информация в сетях 802.11 передается пакетами. Каждый информационный пакет включает два основных поля – преамбулу с заголовоком и информационное поле (рис.1). Преамбула содержит синхропоследовательность и код начала пакета, заголовок – служебную информацию, в том числе – о типе модуляции, скорости и продолжительности передачи пакета. В режиме ССK-OFDM преамбула и заголовок модулируются методом ССК, а информационное поле – методом OFDM. Таким образом, все устройства 802.11b, постоянно "прослушивающие" эфир, принимают заголовки пакетов и узнают, сколько времени будет транслироваться пакет 802.11g. В этот период они "молчат". Естественно, пропускная способность сети падает, поскольку скорость передачи преамбулы и заголовка – 1 Мбит/с.
Видимо, данный подход не устраивал лагерь сторонников технологии PBSS, и для достижения компромисса в стандарт 802.11g в качестве дополнительной возможности ввели еще один смешанный режим – ССК-PBSS, в котором заголовок и преамбула передаются посредством ССК, а информационное поле модулируется по схеме PBSS и передается на скорости 22 или 33 Мбит/с. В результате устройства стандарта 802.11g должны оказаться совместимыми со всеми модификациями оборудования 802.11b и не создавать взаимных помех. Диапазон поддерживаемых им скоростей отражен в таблице, зависимость скорости от типа модуляции – на рис.2 [2].
КТО НЕ УСПЕЛ, ТОТ ОПОЗДАЛ
Несмотря на то, что стандарт IEEE 802.11g до 12 июня 2003 года существовал лишь в предварительном (draft) варианте, его поддержали многие производители интегральных схем и оборудования. В частности, устройства IEEE 802.11g с 2002 года производят такие компании, как Buffalo Technologies, Linksys, D-Link, Apple. Ряд других фирм (Netgear, Belkin, Actiontec, Proxim и др.) хотя и не приступили к выпуску, но анонсировали продукты 802.11g. Разумеется, такую возможность им предоставили производители наборов микросхем для 802.11g. А спешить есть куда – динамика рынка потрясает воображение (рис.3). Опоздавший же проигрывает все.
В минувшем году продано, по разным оценкам, 18–19 млн. чипсетов для беспроводных сетей (практически все – стандарта IEEE 802.11b с 5%-ным вкраплением 802.11а), в текущем году аналитики компании Forward Concepts предрекают объем продаж на уровне 30 млн. комплектов ИС (на 70% больше!) [3]. Эксперты компании IC Insights предсказывают, что если к концу этого года объем рынка оборудования для беспроводных сетей составит 4,1 млрд. долл., то к 2006 году он вырастет до 9,3 миллиардов! Стремительно падает и цена чипсетов – если в начале года она составляла 12 долл., то, по мнению аналитиков известнейшей корпорации IDC, к концу года чипсет будет стоить около 7 долл. Несмотря на это, объем продаж ИС для беспроводных сетей возрастет – если в 2002 году он составлял 471 млн. долл., к 2006 году он может превысить миллиардную отметку. Лидером в данной области выступает компания Intersil, продавшая в минувшем году компонентов для WLAN на 106 млн. долл. (аналитики IDC ожидают, что в 2003 году эта компания продаст таких ИС на 240 млн. долл. – правда, за счет расширения "модельного ряда" ее чипсетов). Понятно, что при столь бурной динамике рынка дожидаться окончательной ратификации стандарта – удел не пьющих не только шампанское, но и чай. Поэтому такие корпорации, как Intersil, Atheros Communications, Broadcom с осени прошлого года приступили к производству чипсетов для устройств 802.11g. Корпорация Intersil только во втором квартале нынешнего года намеревалась продать свыше миллиона чипсетов для 802.11g. Однако наиболее динамичной корпорацией в этой области выступает Broadcom – первый свой чипсет для 802.11b она представила в июле прошлого года, а в ноябре уже объявила о серийном производстве чипсетов 802.11g. К марту 2003 Broadcom продала 1,3 млн. чипсетов.
Первым набором микросхем для устройств IEEE 802.11g компании Broadcom стал чипсет для абонентских устройств ВСМ94306. Он входит в состав большого семейства продуктов компании для беспроводных сетей AirForce. Чипсет включает две ИС – baseband/МАС процессор ВСМ4306 и однокристальный радиомодуль ВСМ2050 (рис.4). Процессор поддерживает интерфейс к шинам PCI/PCMCIA, а также асинхронный последовательный интерфейс для коммутации с микросхемами, обеспечивающие связь посредством протоколов Bluetooth и GPRS (у компании Broadcom есть для этого однокристальные решения). Отметим, что в семейство AirForce входит широкий спектр продуктов – как абонентские устройства (рис.5) различного исполнения (CardBus, Mini PCI, USB и др.), так и точки доступа/маршрутизаторы с поддержкой высокоскоростных проводных интерфейсов [4].
Практически одновременно с компанией Broadcom к производству микросхем для устройств 802.11g приступили корпорации Intersil и Atheros Communications. Intersil выпустила чипсеты PRISM Duette (802.11a/b/g) и PRISM GT (802.11b/g). Компания Atheros представила на рынок чипсет AR5001X Combo с поддержкой 802.11a/b/g – в марте 2002 года это было первое промышленное решение "три в одном" (рис.6), PRISM Duette компания Intersil анонсировала в октябре.
ВО ИЗБЕЖАНИЕ КОЛЛИЗИЙ
Очевидно, что устройствам стандарта IEEE 802.11g достаточно долго придется работать в одних сетях с оборудованием 802.11b. Также очевидно, что производители в массе своей не будут поддерживать режимы CCK-OFDM и PBSS – в силу их необязательности, ведь почти все решает цена устройства. Поэтому одна из основных проблем нового стандарта – как обеспечить бесконфликтную работу смешанных сетей 802.11b/g.
Основной принцип работы в сетях 802.11 – "слушать прежде чем вещать". Но устройства 802.11b не способны услышать устройства 802.11g в OFDM-режиме. Ситуация аналогична проблеме "скрытой точки" – два устройства удалены настолько, что не слышат друг друга и пытаются обратиться к третьему, которое находится в зоне слышимости обоих [1]. Для предотвращения конфликтов в подобной ситуации в 802.11 введен защитный механизм, предусматривающий перед началом информационного обмена передачу короткого пакета “запрос на передачу” (RTS) и получения пакета подтверждения “можно передавать” (CTS). Механизм RTS/CTS применим и к смешанным сетям 802.11b/g – естественно, эти пакеты должны транслироваться в режиме ССК, который обязаны понимать все устройства. Однако защитный механизм существенно снижает пропускную способность сети. Так, при физической скорости 54 Мбит/с потолок пропускной способности гомогенной сети 802.11g (с учетом всей служебной и управляющей информации) – около 32 Мбит/с, а реальные показатели оборудования – на уровне 24 Мбит/с. Если же сеть смешанная, то защитный механизм RTS/CTS понизит пропускную способность до 12 Мбит/с. Это практически вдвое превышает пропускную способность однородной сети 802.11b (~6 Мбит/с), но ведь всегда хочется большего. Поэтому вместо механизма RTS/CTS можно использовать только пакеты CTS, предшествующие каждому OFDM-кадру. В результате пропускная способность несколько повысится – до 14,5 Мбит/с. Однако этот механизм неприемлем, если не все устройства сети находятся в зоне слышимости друг друга (пресловутая проблема "скрытой точки").
Видимо, поэтому производители ИС для сетей 802.11 разрабатывают специальные механизмы, способные в рамках действующих стандартов повысить скорость передачи. Так, компания Atheros для стандартов 802.11а и g предложила так называемый режим Turbo Mode, позволяющий удвоить номинальную скорость – до 108 Мбит/с – за счет передачи информации одновременно по двум каналам. Для поддержки Turbo Mode компания выпустила специальный чипсет AR5001X+, отличающийся от AR5001X модифицированным процессором AR5212.
Корпорация Intersil пошла своим путем. В апреле она представила свою технологию PRISM Nitro, включающую два основных элемента – защитный механизм и групповую передачу OFDM-пакетов [5]. Защитный механизм не содержит ничего принципиально нового и подразумевает передачу перед каждым OFDM-пакетом пакета CTS. Intersil ратует за введение этого средства защиты в спецификацию 802.11g в качестве обязательного элемента. Групповая же передача OFDM-пакетов способна, по мнению специалистов компании, существенно повысить пропускную способность как смешанной 802.11b/g сети, так и однородной.
В случае смешанной сети предлагается каждому устройству предоставлять в трафике примерно равный временной интервал. Действительно, для передачи ССК-пакета со скоростью 11 Мбит/с требуется примерно столько же времени, сколько для передачи шести OFDM-пакетов со скоростью 54 Мбит/с (с учетом всех накладных расходов). Если устройства 802.11b и g поочередно передают одинаковый объем информации, на передачу, например, пакетов с информационным полем 1500 байт двум устройствам потребуется 2143 мкс (рис.7). Если же каждому устройству для трансляции выделить равные временные интервалы, устройство 802.11g передаст шесть пакетов (9000 байт) – всего 10500 байт за 3683 мкс. В первом случае пропускная способность сети составит 11,2 Мбит/с, во втором – 22,8 Мбит/с. Выигрыш более чем в два раза. В случае однородной 802.11g-сети групповая передача пакетов также дает выигрыш за счет того, что внутри группы между пакетами не требуется выставлять пакет CTS и выжидать межкадровый интервал. Необходим только короткий пакет подтверждения приема АСК (рис.8).
Технология PRISM Nitro реализуется на уровне системного программного обеспечения. Она специально разрабатывалась для применения совместно с чипсетами PRISM Duette и GT. Ее создатели утверждают, что она полностью соответствует требованиям спецификации IEEE 802.11g. Данная технология уже используется в новом маршрутизаторе CONNECT2AIR и сетевых картах компании Fujitsu Siemens Computers. Отметим, что эта компания первой применила новейший процессор фирмы Intersil для точек доступа/маршрутизаторов беспроводных сетей ISL3893. Этот процессор, построенный на базе микропроцессорного ядра ARM9, реализует функции как сетевого процессора беспроводной сети, так и сети Ethernet. Он предназначен для работы совместно с чипсетами PRISM GT и PRISM Duette.
ЧТО ДАЛЬШЕ?
Мир стремится к единообразию. Не будет большой смелостью предположить, что по мере снижения стоимости высокочастотных компонентов доминирующее положение на рынке займут двухдиапазонные, 2,4- и 5-ГГц устройства стандарта IEEE 802.11a/b/g. Аналитики компании IC Insights предрекают, что доля таких устройств в общем объеме произведенных в 2006 году (97 млн.) составит 68% (рис.9) [6]. Прогнозисты же фирмы Forward Concepts и вовсе полагают, что в 2006 году устройства, поддерживающие только 802.11а, исчезнут с рынка [3].
Еще одно важное направление развития – это совершенствование защиты информации и качества сервиса (QoS) в сетях, о чем болит голова у исследовательских групп IEEE 802.11i и 802.11q, соответственно. Если удастся решить эти вопросы, сети 802.11 могут оказаться той универсальной платформой, на которой будут развиваться беспроводные услуги, включая мобильную связь. Европейцы создавали стандарт HiperLAN/2 с его многоуровневой архитектурой именно в качестве основы интегрированных беспроводных сетей связи. Стандарт IEEE 802.11 сегодня явно претендует на монопольное положение в этой области.
Литература
1. Шахнович.И. Беспроводные локальные сети. Анатомия стандартов IEEE 802.11. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2003, №1, с. 38–48.
2. William Carney. IEEE 802.11g. New Draft Standard Clarifies Future of Wireless LAN. – Texas Instruments, 2002.
3. Russ Arensman. Intel, 11g fuel WLAN boom. – Electronic Business, 5/1/2003.
4. AirForce-BR100-R-11.14.02 – Broadcom, 2002.
5. Joe Warren, Nick Sargologos. PRISM NITRO Introduction. – Intersil, 2003.
6. Tracy Mayor. Wi-Fi hot spots heat up. – Electronic Business, 5/1/2000.
В марте 2000 года рабочая группа IEEE 802.11 сформировала исследовательскую группу по изучению возможности увеличить скорость передачи данных свыше 20 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. В ноябре 2000 эта группа приобрела статус штатной группы разработчиков и получила обозначение G. Через полтора года, рассмотрев несколько альтернативных подходов, специалисты исследовательской группы G предложили использовать применяющуюся в стандарте IEEE 802.11а систему кодирования с мультиплексированием посредством ортогональных несущих OFDM. В качестве дополнительных (необязательных) возможностей новый стандарт IEEE 802.11g предусматривал использование таких схем модуляции, как CCK-OFDM и РВСС. Напомним, поддерживаемая компанией Texas Instruments (TI) схема модуляции PBCC позволяла достигать скоростей 22 и 33 Мбит/с – даже появился термин IEEE 802.11b+.
Новая спецификация по сути представляет собой перенесение схемы модуляции OFDM, прекрасно зарекомендовавшей себя в 802.11а [1], из 5 ГГц-диапазона в область 2,4 ГГц. Это возможно, поскольку в стандартах 802.11 ширина одного канала в диапазоне 2,4 и 5 ГГц схожа – 22 МГц по уровню -30 и -20 дБ, соответственно. Правда, по уровню -28 дБ маска канала в 802.11а допускает спектральную полосу шириной 40 МГц, что может создать проблемы – безусловно, преодолимые.
Зачем нужен новый стандарт в диапзоне 2,4 ГГц, когда оборудование 802.11а для диапазона 5 ГГц становится практически массовым? Однозначного ответа здесь нет, укажем лишь на основные резоны. Прежде всего, 2,4-ГГц оборудование должно быть дешевле. Так оно и есть – если сравнивать стоимость аналогичного оборудования одной компании стандартов 802.11 а и b, цены в первом случае окажутся в среднем в 1,5–2 раза выше. Однако на уровне интегральных схем различие не столь значительное и безусловно имеет тенденцию к снижению. Кроме того, затухание сигналов в
5-ГГц диапазоне выше, чем в 2,4-ГГц. Поэтому плотность оборудования в 5-ГГц сетях тоже должна быть выше – вместе с ценой сети. Конечно, минус этот относительный, поскольку в ряде случаев зону распространения сигналов оборудования локальной сети даже желательно ограничить – например, из соображений защиты информации или чтобы избежать взаимного влияния двух разных сетей.
Наиболее же значимый для появления новой спецификации фактор – диапазон 2,4 ГГц сегодня чрезвычайно популярен. Это не только минус из-за зашумленности эфира, но и несомненный плюс, поскольку переход в другой частотный диапазон – это отказ от уже установленного оборудования. В самом деле, что делать практически 20 миллионам пользователей сетей стандарта 802.11b – выбрасывать старое оборудование и покупать новое, на 5 ГГц? Двухмодовые же системы, поддерживающие и а, и b, – это фактически два устройства в одной упаковке, поскольку у них различны не только ВЧ-трансиверы, но и блоки модуляции (цифровой обработки). И цена у таких устройств соответствующая.
С другой стороны, если в диапазоне 2,4 ГГц скорость передачи информации может быть выше номинальной 11 Мбит/с, то такое оборудование обязательно будут производить. Поэтому появление нового стандарта было предопределено. Однако одним из основных требований к спецификации 802.11g была обратная совместимость с устройствами 802.11b. Это требование привело к очередному столкновению интересов компаний Intersil и TI. Действительно, в стандарте 802.11b в качестве основного способа модуляции принята схема ССК (Complementary Code Keying), а в качестве дополнительной возможности допускается модуляция PBSS. В последней крайне заинтересована компания TI. Разработчики 802.11g предусмотрели ССК-модуляцию для скоростей до 11 Мбит/с и OFDM – для более высоких скоростей. С этим были согласны все. Но сети стандарта 802.11 при работе используют принцип CSMA/CA – множественный доступ к каналу связи с контролем несущей и предотвращением коллизий. Ни одно устройство 802.11 не должно начинать передачу, пока не убедится, что эфир в его диапазоне свободен от других устройств. Если в зоне слышимости окажутся устройства 802.11b и 802.11g, причем обмен будет происходить между устройствами 802.11g посредством OFDM, то оборудование 802.11b просто не поймет, что другие устройства сети ведут передачу, и попытается начать трансляцию. Последствия очевидны.
Чтобы подобную ситуацию не допустить, предусмотрена возможность работы в смешанном режиме – CCK-OFDM. Информация в сетях 802.11 передается пакетами. Каждый информационный пакет включает два основных поля – преамбулу с заголовоком и информационное поле (рис.1). Преамбула содержит синхропоследовательность и код начала пакета, заголовок – служебную информацию, в том числе – о типе модуляции, скорости и продолжительности передачи пакета. В режиме ССK-OFDM преамбула и заголовок модулируются методом ССК, а информационное поле – методом OFDM. Таким образом, все устройства 802.11b, постоянно "прослушивающие" эфир, принимают заголовки пакетов и узнают, сколько времени будет транслироваться пакет 802.11g. В этот период они "молчат". Естественно, пропускная способность сети падает, поскольку скорость передачи преамбулы и заголовка – 1 Мбит/с.
Видимо, данный подход не устраивал лагерь сторонников технологии PBSS, и для достижения компромисса в стандарт 802.11g в качестве дополнительной возможности ввели еще один смешанный режим – ССК-PBSS, в котором заголовок и преамбула передаются посредством ССК, а информационное поле модулируется по схеме PBSS и передается на скорости 22 или 33 Мбит/с. В результате устройства стандарта 802.11g должны оказаться совместимыми со всеми модификациями оборудования 802.11b и не создавать взаимных помех. Диапазон поддерживаемых им скоростей отражен в таблице, зависимость скорости от типа модуляции – на рис.2 [2].
КТО НЕ УСПЕЛ, ТОТ ОПОЗДАЛ
Несмотря на то, что стандарт IEEE 802.11g до 12 июня 2003 года существовал лишь в предварительном (draft) варианте, его поддержали многие производители интегральных схем и оборудования. В частности, устройства IEEE 802.11g с 2002 года производят такие компании, как Buffalo Technologies, Linksys, D-Link, Apple. Ряд других фирм (Netgear, Belkin, Actiontec, Proxim и др.) хотя и не приступили к выпуску, но анонсировали продукты 802.11g. Разумеется, такую возможность им предоставили производители наборов микросхем для 802.11g. А спешить есть куда – динамика рынка потрясает воображение (рис.3). Опоздавший же проигрывает все.
В минувшем году продано, по разным оценкам, 18–19 млн. чипсетов для беспроводных сетей (практически все – стандарта IEEE 802.11b с 5%-ным вкраплением 802.11а), в текущем году аналитики компании Forward Concepts предрекают объем продаж на уровне 30 млн. комплектов ИС (на 70% больше!) [3]. Эксперты компании IC Insights предсказывают, что если к концу этого года объем рынка оборудования для беспроводных сетей составит 4,1 млрд. долл., то к 2006 году он вырастет до 9,3 миллиардов! Стремительно падает и цена чипсетов – если в начале года она составляла 12 долл., то, по мнению аналитиков известнейшей корпорации IDC, к концу года чипсет будет стоить около 7 долл. Несмотря на это, объем продаж ИС для беспроводных сетей возрастет – если в 2002 году он составлял 471 млн. долл., к 2006 году он может превысить миллиардную отметку. Лидером в данной области выступает компания Intersil, продавшая в минувшем году компонентов для WLAN на 106 млн. долл. (аналитики IDC ожидают, что в 2003 году эта компания продаст таких ИС на 240 млн. долл. – правда, за счет расширения "модельного ряда" ее чипсетов). Понятно, что при столь бурной динамике рынка дожидаться окончательной ратификации стандарта – удел не пьющих не только шампанское, но и чай. Поэтому такие корпорации, как Intersil, Atheros Communications, Broadcom с осени прошлого года приступили к производству чипсетов для устройств 802.11g. Корпорация Intersil только во втором квартале нынешнего года намеревалась продать свыше миллиона чипсетов для 802.11g. Однако наиболее динамичной корпорацией в этой области выступает Broadcom – первый свой чипсет для 802.11b она представила в июле прошлого года, а в ноябре уже объявила о серийном производстве чипсетов 802.11g. К марту 2003 Broadcom продала 1,3 млн. чипсетов.
Первым набором микросхем для устройств IEEE 802.11g компании Broadcom стал чипсет для абонентских устройств ВСМ94306. Он входит в состав большого семейства продуктов компании для беспроводных сетей AirForce. Чипсет включает две ИС – baseband/МАС процессор ВСМ4306 и однокристальный радиомодуль ВСМ2050 (рис.4). Процессор поддерживает интерфейс к шинам PCI/PCMCIA, а также асинхронный последовательный интерфейс для коммутации с микросхемами, обеспечивающие связь посредством протоколов Bluetooth и GPRS (у компании Broadcom есть для этого однокристальные решения). Отметим, что в семейство AirForce входит широкий спектр продуктов – как абонентские устройства (рис.5) различного исполнения (CardBus, Mini PCI, USB и др.), так и точки доступа/маршрутизаторы с поддержкой высокоскоростных проводных интерфейсов [4].
Практически одновременно с компанией Broadcom к производству микросхем для устройств 802.11g приступили корпорации Intersil и Atheros Communications. Intersil выпустила чипсеты PRISM Duette (802.11a/b/g) и PRISM GT (802.11b/g). Компания Atheros представила на рынок чипсет AR5001X Combo с поддержкой 802.11a/b/g – в марте 2002 года это было первое промышленное решение "три в одном" (рис.6), PRISM Duette компания Intersil анонсировала в октябре.
ВО ИЗБЕЖАНИЕ КОЛЛИЗИЙ
Очевидно, что устройствам стандарта IEEE 802.11g достаточно долго придется работать в одних сетях с оборудованием 802.11b. Также очевидно, что производители в массе своей не будут поддерживать режимы CCK-OFDM и PBSS – в силу их необязательности, ведь почти все решает цена устройства. Поэтому одна из основных проблем нового стандарта – как обеспечить бесконфликтную работу смешанных сетей 802.11b/g.
Основной принцип работы в сетях 802.11 – "слушать прежде чем вещать". Но устройства 802.11b не способны услышать устройства 802.11g в OFDM-режиме. Ситуация аналогична проблеме "скрытой точки" – два устройства удалены настолько, что не слышат друг друга и пытаются обратиться к третьему, которое находится в зоне слышимости обоих [1]. Для предотвращения конфликтов в подобной ситуации в 802.11 введен защитный механизм, предусматривающий перед началом информационного обмена передачу короткого пакета “запрос на передачу” (RTS) и получения пакета подтверждения “можно передавать” (CTS). Механизм RTS/CTS применим и к смешанным сетям 802.11b/g – естественно, эти пакеты должны транслироваться в режиме ССК, который обязаны понимать все устройства. Однако защитный механизм существенно снижает пропускную способность сети. Так, при физической скорости 54 Мбит/с потолок пропускной способности гомогенной сети 802.11g (с учетом всей служебной и управляющей информации) – около 32 Мбит/с, а реальные показатели оборудования – на уровне 24 Мбит/с. Если же сеть смешанная, то защитный механизм RTS/CTS понизит пропускную способность до 12 Мбит/с. Это практически вдвое превышает пропускную способность однородной сети 802.11b (~6 Мбит/с), но ведь всегда хочется большего. Поэтому вместо механизма RTS/CTS можно использовать только пакеты CTS, предшествующие каждому OFDM-кадру. В результате пропускная способность несколько повысится – до 14,5 Мбит/с. Однако этот механизм неприемлем, если не все устройства сети находятся в зоне слышимости друг друга (пресловутая проблема "скрытой точки").
Видимо, поэтому производители ИС для сетей 802.11 разрабатывают специальные механизмы, способные в рамках действующих стандартов повысить скорость передачи. Так, компания Atheros для стандартов 802.11а и g предложила так называемый режим Turbo Mode, позволяющий удвоить номинальную скорость – до 108 Мбит/с – за счет передачи информации одновременно по двум каналам. Для поддержки Turbo Mode компания выпустила специальный чипсет AR5001X+, отличающийся от AR5001X модифицированным процессором AR5212.
Корпорация Intersil пошла своим путем. В апреле она представила свою технологию PRISM Nitro, включающую два основных элемента – защитный механизм и групповую передачу OFDM-пакетов [5]. Защитный механизм не содержит ничего принципиально нового и подразумевает передачу перед каждым OFDM-пакетом пакета CTS. Intersil ратует за введение этого средства защиты в спецификацию 802.11g в качестве обязательного элемента. Групповая же передача OFDM-пакетов способна, по мнению специалистов компании, существенно повысить пропускную способность как смешанной 802.11b/g сети, так и однородной.
В случае смешанной сети предлагается каждому устройству предоставлять в трафике примерно равный временной интервал. Действительно, для передачи ССК-пакета со скоростью 11 Мбит/с требуется примерно столько же времени, сколько для передачи шести OFDM-пакетов со скоростью 54 Мбит/с (с учетом всех накладных расходов). Если устройства 802.11b и g поочередно передают одинаковый объем информации, на передачу, например, пакетов с информационным полем 1500 байт двум устройствам потребуется 2143 мкс (рис.7). Если же каждому устройству для трансляции выделить равные временные интервалы, устройство 802.11g передаст шесть пакетов (9000 байт) – всего 10500 байт за 3683 мкс. В первом случае пропускная способность сети составит 11,2 Мбит/с, во втором – 22,8 Мбит/с. Выигрыш более чем в два раза. В случае однородной 802.11g-сети групповая передача пакетов также дает выигрыш за счет того, что внутри группы между пакетами не требуется выставлять пакет CTS и выжидать межкадровый интервал. Необходим только короткий пакет подтверждения приема АСК (рис.8).
Технология PRISM Nitro реализуется на уровне системного программного обеспечения. Она специально разрабатывалась для применения совместно с чипсетами PRISM Duette и GT. Ее создатели утверждают, что она полностью соответствует требованиям спецификации IEEE 802.11g. Данная технология уже используется в новом маршрутизаторе CONNECT2AIR и сетевых картах компании Fujitsu Siemens Computers. Отметим, что эта компания первой применила новейший процессор фирмы Intersil для точек доступа/маршрутизаторов беспроводных сетей ISL3893. Этот процессор, построенный на базе микропроцессорного ядра ARM9, реализует функции как сетевого процессора беспроводной сети, так и сети Ethernet. Он предназначен для работы совместно с чипсетами PRISM GT и PRISM Duette.
ЧТО ДАЛЬШЕ?
Мир стремится к единообразию. Не будет большой смелостью предположить, что по мере снижения стоимости высокочастотных компонентов доминирующее положение на рынке займут двухдиапазонные, 2,4- и 5-ГГц устройства стандарта IEEE 802.11a/b/g. Аналитики компании IC Insights предрекают, что доля таких устройств в общем объеме произведенных в 2006 году (97 млн.) составит 68% (рис.9) [6]. Прогнозисты же фирмы Forward Concepts и вовсе полагают, что в 2006 году устройства, поддерживающие только 802.11а, исчезнут с рынка [3].
Еще одно важное направление развития – это совершенствование защиты информации и качества сервиса (QoS) в сетях, о чем болит голова у исследовательских групп IEEE 802.11i и 802.11q, соответственно. Если удастся решить эти вопросы, сети 802.11 могут оказаться той универсальной платформой, на которой будут развиваться беспроводные услуги, включая мобильную связь. Европейцы создавали стандарт HiperLAN/2 с его многоуровневой архитектурой именно в качестве основы интегрированных беспроводных сетей связи. Стандарт IEEE 802.11 сегодня явно претендует на монопольное положение в этой области.
Литература
1. Шахнович.И. Беспроводные локальные сети. Анатомия стандартов IEEE 802.11. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2003, №1, с. 38–48.
2. William Carney. IEEE 802.11g. New Draft Standard Clarifies Future of Wireless LAN. – Texas Instruments, 2002.
3. Russ Arensman. Intel, 11g fuel WLAN boom. – Electronic Business, 5/1/2003.
4. AirForce-BR100-R-11.14.02 – Broadcom, 2002.
5. Joe Warren, Nick Sargologos. PRISM NITRO Introduction. – Intersil, 2003.
6. Tracy Mayor. Wi-Fi hot spots heat up. – Electronic Business, 5/1/2000.
Отзывы читателей
