Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Все стационарные (то есть не переносные) компьютеры, телефоны, факсы и т. д. будут соединяться оптоволоконными кабелями, а все переносные — с помощью беспроводной связи. При некоторых обстоятельствах беспроводная связь может иметь свои преимущества и для стационарных устройств. Например, если прокладка оптоволоконного кабеля осложнена природными условиями (горы, джунгли, болота и т. д.), то беспроводная связь может оказаться предпочтительнее. Следует отметить, что современная беспроводная связь зародилась на Гавайских островах, где людей разделяли большие пространства Тихого океана и обычная телефонная система оказалась неприменима. Электромагнитный спектр Движение электронов порождает электромагнитные волны, которые могут распространяться в пространстве (даже в вакууме).
Это явление было предсказано британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом (1атез С1егк Махзуе11) в 1865 году. Первый эксперимент, при котором их можно было наблюдать, поставил немецкий физик Генрих Герц (Не(пг1сЬ Негш) в 188? году. Число колебаний электромагнитных колебаний в секунду называется частотой, /, и измеряется в герцах (в честь Генриха Герца). Расстояние между двумя последовательными максимумами (или минимумами) называется длиной волны. Эта величина традиционно обозначается греческой буквой А (лямбда). Если в электрическую цепь включить антенну подходящего размера, то электромагнитные волны можно с успехом принимать приемником на некотором расстоянии. На этом принципе основаны все беспроводные системы связи.
В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одной н той же скоростью, независимо от их частоты. Эта скорость называется скоростью света, с. Ее значение приблизительно равно 3 10' м/с, или около одного фута (30 см) за наносекунду. (Можно было бы переопределить, воспользовавшись таким совпадением, фут, постановив, что он равен расстоянию, которое проходит электромагнитная волна в вакууме за 1 нс. Это было бы логичнее, чем измерять длины размером сапога какого-то давно умершего короля.) В меди или стекле скорость ~вета составляет примерно 2/3 от этой величины, кроме того, слегка зависит от частоты.
Скорость света современная наука считает верхним пределом скоростей. Быстрее не может двигаться никакой объект или сигнал. Величины /, Х и с (в вакууме) связаны фундаментальным соотношением 14' = с. (2.2) Беспроводная связь 131 Поскольку с является константой, то, зная 1, мы можем определить Л, и наоборот. Существует мнемоническое правило, которое гласит, что Лг" и 300, если Л измеряется в метрах, а у — в мегагерцах.
Например, волны с частотой 100 МГц имеют длину волны около 3 м, 1000 МГц соответствует 0,3 м, а длине волны 0,1 м соответствует частота 3000 МГц. На рис. 2,9 изображен электромагнитный спектр. Радио, микроволновый, инфракрасный диапазоны, а также видимый свет могут быть использованы для передачи информации с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции воли. Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения были бы даже лучше благодаря их высоким частотам, однако их сложно генерировать и модулироватгч они плохо проходят сквозь здания и, кроме того, они опасны для всего живого. Диапазоны, перечисленные в нижней части рис.
2.9, представляют собой официальные названия 1ТЦ основанные на длинах волн. Так, например, низкочастотный диапазон (1Г, Глту Гсвг!пенсу) охватывает длины волн от 1 км до 10 км (что приблизительно соответствует диапазону частот от 30 кГц до 300 кГц). Сокращения ЕГ, МГ и НГ обозначают Гоа ГгеЧпепсу (низкая частота), Мейшп Ггег!пенсу (средняя частота) и Н!яЬ Ггег(пенсу (высокая частота) соответственно. Очевидно, при назначении диапазонам названий никто не предполагал, что будут использоваться частоты выше 10 МГц, поэтому более высокие диапазоны получили названия УНГ (чегу Ь!ВЬ (гег)пенсу — очень высокая частота), 1)НГ (п!сгаЬ!яЬ (геонепсу — ультравысокая частота, УВЧ), ЗНГ (зпрегЬ!яЬ Ггег(пепсу— сверхвысокая частота, СВЧ), ЕНГ (Ехггеше!у Н!яЬ Ггейпепсу — чрезвычайно высокая частота) и ТНГ (Тгешепг!опз!у Н!яЬ Ггег!пенсу — ужасно высокая частота).
Выше последнего диапазона имена пока не придуманы, но если следовать традиции, появятся диапазоны Невероятно (1псгейЫу), Поразительно (Азгоп(зЫпя!у) и Чудовищно (Ргог!!я!она!у) высоких частот (1ТГ, АТГ и РТГ). тос 202 204 206 щк 2~10 т012 т014 ш10 т018 2020 2022 4 «~4 Радио Микроволны р Уф Рентген Гамма-луч Инфракрасное излучение Видимый свет б Гц 104 100 100 402 400 400 1010 0 1 012 1012 1014 1010 1010 дналаЗОн ЬГ МГ НГ ЧНГ ПНГ ВНГ Бит тНГ Рис.
2.9. Электромагнитный спектр и его применение в связи 1З2 Глава 2. Физический уровень Количество информации, которое может переносить электромагнитная волна, связано с частотным диапазоном канала. Современные технологии позволяют кодировать несколько бит на герц на низких частотах. При некоторых условиях это число может возрастать восьмикратно на высоких частотах. Таким образом, по коаксиальному кабелю с полосой пропускания 750 МГц можно передавать нескольких гигабит в секунду.
Из рис, 2.9 должно быть понятно, почему разработчики сетей так любят оптоволоконную связь. Если решить уравнение (2.2) относительно/ и продифференцировать его по )., мы получим: Если теперь переити от дифференциалов к конечным разностям и рассматривать только абсолютные величины, мы получим: сЫ Таким образом, зная ширину диапазона длин волн Ь)ь мы можем вычислить соответствующий ей диапазон частот А/ и скорость передачи данных, которую может обеспечить данный диапазон.
Чем шире диапазон, тем выше скорость передачи данных. Например, рассмотрим 1,30-микронный диапазон, изображенный на рис. 2.5. Здесь мы имеем ) = 1,3 10-" и А) = 0,17 10 ', так что ф' примерно равно 30 ТГц, Тогда, скажем, при 8 бит/Гц мы получаем 240 Тбит/с. Большинство систем связи используют узкие полосы частот (то есть А/// <1), что позволяет обеспечить уверенный прием сигнала (большое соотношение ватт/герц). Однако иногда используются и широкие полосы. При этом возможны два варианта. Когда применяется расширенный спектр с перестройкой частоты, то передатчик изменяет частоту работы сотни раз в секунду.
Этот метод очень популярен в военных системах связи, потому что такой сигнал тяжело перехватить и почти невозможно заглушить. Он также обладает хорошей защищенностью от многолучевого затухания, поскольку прямой сигнал всегда приходит на приемник первым. Все отраженные сигналы проходят больший путь и, следовательно, приходят позднее. За это время приемник успевает сменить частоту работы, и сигналы, приходящие с исходной частотой, им игнорируются.
Тем самым практически исключается наложение прямого и отраженного сигналов. В последние годы данный метод получил широкое распространение и применяется не только военными, но и коммерческими системами. Его можно встретить в 802.11 и В1цегоогЬ. С историей изобретения метода перестройки частоты связан один курьез. Одним из его изобретателей была австрийская секс-дива Хэди Ламмар (Нег1у 1лшщаг) — первая женщина, снявшаяся в кино в обнаженном виде (это был чешский фильм 1933 года под названием «Ехгазея), Ее первый муж занимался производством оружия и как-то раз рассказал Хэди, как легко блокируются радиосигналы управления торпедами. Когда вдруг обнаружилось, что он продает вооружение гитлеровской армии, Хэди была вне себя. Она переоделась горничной и сбежала из дома.
Поехала в Голливуд, где продолжила свою актерскую карьеру. А в свободное от работы время взяла и изобрела метод перестройки частоты. Хэди мечтала хоть чем-нибудь помочь союзным войскам. В ее схеме использовалось Беспроводная связь 1ЗЗ 88 частот, по числу клавиш (и частот) на пианино. Вместе со своим другом, композитором Джорджем Антейлом (Сеогйе Апс11е11), они запатентовали свое изобретение (патент Мо 2 292 387).
К сожалению, Хэди не удалось убедить военноморской флот С!ПА в том, что метод перестройки частот может иметь какое-то практическое значение, поэтому никаких гонораров за изобретение получено не было. Только через много лет после окончания срока действия патента метод передачи данных, придуманный киноактрисой и композитором, стал популярен. Еще один метод, использующий широкую полосу частот, называется расширенным спектром с прямой последовательностью.
Он тоже становится со временем все более популярным. В частности, этот метод используется в некоторых мобильных телефонах второго поколения, и к третьему поколению он станет доминируюгцпм в этой области благодаря хорошей эффективности именно такого спектра, помехозащищенности и другим свойствам. В некоторых беспроводных ЛВС этот метод работает, поэтому далее мы еще вернемся к этой теме. Занимательную и подробную историю средств связи с расширенным спектром см. в книге (Бспо1гг, 1982). А пока мы будем рассматривать только средства связи с узкой частотной полосой. Мы обсудим вопросы использования различных областей спектра, начиная с радиосвязи. Радиосвязь Радиоволны просто сгенерировать, онн могут преодолевать большие расстояния, проходить сквозь стены и огибать здания, поэтому их область применения довольно широка.
Радиосвязь устанавливают как в помещениях, так и вне зданий. Кроме того, радиоволны могут распространяться одновременно во всех направлениях, поэтому для низких частот не требуется тщательного прицеливания антенн передатчика и приемника. В некоторых случаях такое свойство радиоволн является удобным, но иногда оно нежелательно.
В 1970-х годах компания Сепега! Могогз решила оснастить новые автомобили «кадиллак» управляемой с помощью компьютера системой антиблокировки тормозов. Когда водитель нажимал на педаль тормоза, компьютер, чтобы тормоза не заблокировались, выдавал серию импульсов команд включения и выключения тормозов. В один прекрасный день полицейский, патрулирующий шоссе в штате Огайо, решил связаться со своим участком с помощью новой портативной радиостанции. При этом едущий рядом с ним «кадиллак» внезапно стал скакать, как дикая лошадь. Когда офицер остановил гиашину, водитель клялся, что не предпринимал никаких действий и что машина вдруг просто взбесилась.
Подобные случаи стали повторяться: «кадиллаки» иногда сходили с ума, но только на главных автострадах штата Огайо и только под присмотром дорожного патруля. В течение очень долгого времени компания Сепега! Могогз никак не могла понять, почему во всех других штатах и на небольших дорогах в Огайо «кадиллаки» вели себя прекрасно. Только после долгих упорных исследований было обнаружено, что проводка «кадиллака» представляла собой прекрасную антенну для частот, используемых новой радиосистемой дорожного патруля штата Огайо. 134 Глава 2. Физический уровень Свойства радиоволн зависят от частоты, При работе на низких частотах радиоволны хорошо проходят сквозь препятствия, однако мощность сигнала в воздухе резко падает по мере удаления от передатчика. Соотношение мощности и удаленности от источника выражается примерно так: 1/г', На высоких частотах радиоволны вообще имеют тенденцию распространяться исключительно по прямой линии и отражаться от препятствий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
