Построение многоточечных радиосетей для доступа к компьютерным сетям общего пользования

Самым быстрорастущим сегодня является бизнес в области предоставления доступа к мировым компьютерным сетям общего пользования, таким, как Internet и X.25. Типовым методом доступа для конечного пользователя является подключение его к близко расположенному провайдеру этой сети. Такое подключение обычно использует в качестве канала передачи данных простую телефонную или выделенную линию. При этом основными проблемами для пользователя становятся либо плохое качество первых, либо дороговизна вторых.

В статье рассказывается о реальном проекте по созданию инфраструктуры распределенной радиосети, дающей конечным пользователям возможность доступа к Южной московской опорной сети (ЮМОС), объединяющей, в свою очередь, компьютерные сети ведущих центров науки и образования г. Москвы и обеспечивающей им доступ к ресурсам Internet.

Главная оптоволоконная трасса ЮМОС объединяет лишь основные центральные научные и образовательные заведения г. Москвы: МГУ им. М. В. Ломоносова  -  Отделение математики РАН (здание президиума РАН)  -  ИОХ им. Н. Д. Зелинского РАН  -  Математический институт им. В. А. Стеклова РАН  -  ИТЭФ  -  ЦЭМИ РАН  -  ИКИ РАН  -  Междугородная АТС М9  -  МНФ. Проект по построению ЮМОС финансируется Международным научным фондом (МНФ), благотворительной организацией, созданной Дж. Соросом в конце 1992 г. для поддержки фундаментальных научных исследований на территории стран бывшего СССР. Обмен информацией в сети осуществляется по протоколу TCP/IP, реализованному на базе технологии DAS FDDI, которая обеспечивает пропускную способность до 100 Мбит/с. Те организации, "под которыми" в силу различных обстоятельств прошла главная магистраль, получили базовый узел ЮМОС, оборудованный мостом-концентратором Catalyst Workgroup Switch фирмы Cisco Systems, высокопроизводительным устройством, оснащенным одним портом DAS FDDI и восемью независимыми портами TP Ethernet. Это позволило им без особого труда получить доступ к 100 Мбит/с каналу. Но по всей Москве  -  сотни организаций науки, культуры, образования, медицины и других некоммерческих учреждений, использующих в своей профессиональной деятельности современные информационные технологии. Подключить их все к ЮМОС с помощью оптоволокна или выделенных проводных линий не представляется возможным: прокладка оптоволокна в Москве трудоемка и дорога, выделенные телефонные линии не обладают достаточной надежностью и не обеспечивают требуемую скорость передачи данных, аренда цифрового наложенного канала стоит недешево. В силу этих причин сегодня построение радиосети, предоставляющей доступ к ЮМОС,  -  самое оптимальное решение. Заметьте, что:

- вкладывая средства в покупку радиооборудования, вы больше не платите за аренду радиоканала; скорость передачи данных по радиоканалу достигает 2 Мбит/с;

- время развертывания подобных систем несоизмеримо мало по сравнению со временем прокладки кабеля;

- надежность радиоканала намного выше, чем у телефонных линий.

Для построения радиосети доступа в базовых узлах магистрали организуются точки доступа, через которые посредством радиооборудования будет осуществляться подключение отдельных организаций-пользователей к ЮМОС. Каждая точка доступа будет оборудована радиомостом ARLAN-640 компании Aironet Wireless Communications и всенаправленной антенной с коэффициентом усиления 11 дБ. Радиус действия такой точки составляет до 6 - 8 км. Каждый удаленный пользователь получит аналогичный радиомост (или радиоадаптер ARLAN-655 ISA) и направленную антенну. Величина коэффициента усиления антенн пользователей различна и зависит от расстояния до точки доступа. Совокупность точек доступа образует микросотовую архитектуру и создает единое покрытие юго-запада, севера и центра Москвы. Выбор радиоприборов компании Aironet для решения задачи подключения удаленных пользователей к ЮМОС не случаен. Прежде всего принимались во внимание следующие характеристики оборудования:

- возможность организации многоточечной конфигурации типа "звезда" в каждой точке доступа;

- возможность неограниченного наращивания точек доступа по мере развития сети;

- возможность применения ретрансляторов, обеспечивающих большую площадь обслуживаемого покрытия;

- наличие целого набора радиоустройств с интерфейсами для подключения как к локальной сети, так и к отдельному компьютеру при полной электромагнитной совместимости;

- надежность радиолинии, неподверженность влиянию погодных условий;

- удобный мониторинг и управление.

Все перечисленные особенности, по нашему мнению, делают радиооборудование семейства ARLAN наиболее пригодным для построения крупных разветвленных инфраструктур. Кстати, радиомост ARLAN-640 признан лучшим прибором среди устройств, работающих на расстояниях до 12 - 15 км (см. PC WEEK/RE, № 3/95, с. 29).

Особенности радиосети доступа, построенной на устройствах семейства ARLAN:

- Скорость передачи информации на симплексном радиоканале сети составляет 2 Мбит/с. Механизм доступа к среде основан на протоколе CSMA/CA.

- Благодаря встроенному ПО ARLAN-640 поддерживает сеансы по Telnet-протоколу, что позволяет, зная пароль и IP-адрес устройства, управлять точками доступа с любого компьютера, подключенного к Internet, и контролировать их. Для оператора разветвленной сети, незнакомого с проблемами и особенностями прохождения данных по радиоканалу, этот прибор, после монтажа и наладки, выглядит как обычное сетевое устройство, с которым можно общаться с помощью стандартных инструментов и наблюдать стандартную статистику канала. Недаром говорят, что ARLAN-640 реализует радио-Ethernet.

- Мощность передатчика применяемых устройств составляет всего 100 милливатт. Эта величина может показаться недостаточной. Однако обычно при построении распределенной сети в условиях большого города структура такой сети имеет большое число точек доступа, каждая из которых обслуживает несколько удаленных пользователей, причем нагрузка по их обслуживанию распределена между точками доступа. Из этого ясно, что чем больше точек доступа будет установлено на определенной площади, тем больше пользователей без потерь в скорости передачи данных можно подключить к радиосети. Поэтому применение высокомощных приборов становится неоправданным, если только они не обеспечивают рост пропускной способности радиоканала пропорционально росту площади обслуживаемого покрытия. Сегодня, однако, нет подобного оборудования и прогнозировать его скорое появление сложно вследствие технологических ограничений. Более привлекательно использовать маломощные приборы (до 100 милливатт) при небольшой площади покрытия, что обеспечивает для конечных пользователей приемлемую пропускную способность радиоканала.

Построение радиосети в виде микросотового покрытия продиктовано необходимостью исключения взаимных помех множества хаотично устанавливаемых радиоканалов. При такой организации соседние точки доступа работают на разных центральных частотах и не мешают друг другу при перекрытии обслуживаемых ими областей. Пример подобного идеального решения приведен на рис., где буквами A, B и C обозначены центральные частоты, на которых работают радиоустройства в точках доступа.

Как было сказано выше, радиус действия каждой точки доступа в городе достигает 6 - 8 километров. Дополнительное увеличение дальности для отдельных клиентов может быть достигнуто за счет использования ретранслятора на базе того же радиомоста ARLAN-640, оснащенного всенаправленной антенной или двумя направленными. Данная функция является уникальной: обычно применяются ретрансляторы, изготовленные из двух аналогичных приборов ARLAN-640, объединенных по цифровому интерфейсу, причем каждый из них оснащается собственной направленной антенной. Если радиооборудование центральной точки включает в себя радиомост ARLAN-640, оснащенный всенаправленной антенной, то каждая из удаленных точек доступа может использовать либо аналогичное устройство, либо одну из моделей ARLAN-655/670/690 с картой ISA/MCA/PCMCIA. Отметим, что если пользователь желает подсоединить к ЮМОС локальную сеть учреждения, то мы рекомендуем применять ARLAN-640. Это отдельное сетевое устройство со своим IP-адресом, и поэтому его проще вынести на верхние этажи здания или в чердачные помещения, что позволит минимизировать длину СВЧ-кабеля, а соответственно и потери мощности в нем. При использовании ISA-карты (ARLAN-655) возникает необходимость установки компьютера как можно ближе к антенне, в противном случае это ведет к увеличению длины СВЧ-кабеля, а соответственно и потерь в нем. Можно, правда, использовать СВЧ-усилитель для компенсации подобных потерь, но это означает дополнительные финансовые затраты. При этом также затрудняется мониторинг сети.

Ввиду того что базовые узлы магистрали расположены неравномерно по городу, для создания равномерного покрытия можно применить выносные точки доступа, представляющие собой два прибора, объединенных по цифровому интерфейсу, причем один из них, имеющий всенаправленную антенну, служит точкой доступа для конечных пользователей, а второй, оснащенный направленной антенной, обеспечивает канал до ближайшего базового узла магистрали.

Есть еще один важный довод, говорящий в пользу повсеместного использования радиосетей доступа,  -  экономические показатели. Цена на оборудование для центральной точки в среднем составляет $5000, для конечного пользователя  -  от $2000 до $5000, с учетом всех необходимых принадлежностей: антенн, переходников, разъемов, СВЧ-кабеля, грозоразрядника, а также стоимости работ по монтажу и наладке. Стоимость же аренды выделенной линии со скоростью 2 Мбит/с в Москве доходит до $2000 в месяц. Это означает, что расходы на радиооборудование провайдера и 10 пользователей, подключающихся к Internet, окупаются менее чем за 3 - 4 месяца.

Остается отметить, что при желании подобные сети можно строить не только на базе оптоволокна или любой другой кабельной магистрали, но и на базе радиомагистрали. Точки доступа, создающие покрытие, в этом случае объединяются между собой с помощью магистральных радиоканалов с применением радиомодемов, радиорелейных станций или спутниковых каналов, образуя единую логически завершенную архитектуру. По всей России существует множество городов и областей с развитой промышленной инфраструктурой, но с никуда не годными старыми системами проводной связи. Радиосистемы могут очень быстро восполнить коммуникационный пробел.

Виктор Максимов

Виктор Максимов, специалист компании ArtCommunications. Ему можно позвонить по телефону: (095) 537-9792.

СХЕМА ЮМОС

Сетевые радиокарты ARLAN-655/690/670

Эти устройства предназначены прежде всего для подключения к беспроводной сети одиночных пользователей. Они выполняются в виде стандартных плат расширения для ПК и снабжены интерфейсами ISA, MCA и PCMCIA. В комплект поставки входит набор драйверов под такие сетевые средства, как NDIS, ODI и Packet Driver. Таким образом, ПК, оснащенный такой сетевой платой, можно подключить по радиоканалу к обычной локальной сети через радиомост ARLAN-640. Характеристики радиоканала у этих приборов полностью совпадают с характеристиками ARLAN-640.

Радиооборудование фирмы Aironet поставляется в двух основных модификациях: для диапазона 902-928 Мгц и 2,40-2,48 ГГц. Оба этих диапазона с незначительными смещениями выделены практически во всем мире для нелицензируемого использования. Свойства распространения радиоволн этих диапазонов близки. Для обеспечения максимальной дальности действия требуется обеспечение условий прямой видимости антенн.

Однако благодаря технологии широкополосной передачи информации по радио эти приборы можно применять и в городских условиях, когда прямую видимость обеспечить невозможно.

ИДЕАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПЕРЕКРЫВАЮЩИХСЯ ОБЛАСТЕЙ

Радиомост ARLAN-640

Устройство выполнено в той же идеологии, что и мосты для обычных проводных сетей. Оно имеет три интерфейса: Ethernet (10Base2, 10Base5, UTP), что делает возможным его подключение к любой локальной сети или отдельному компьютеру; высокочастотный разъем для подключения антенно-фидерной системы и порт RS-232 для начальной конфигурации.

Благодаря встроенному программному обеспечению мост фильтрует пакеты, принимаемые из проводной сети, в соответствии с Ethernet-адресами и типами протоколов до их передачи в радиоканал. Это позволяет получить эффективную пропускную способность радиосегмента, которая достаточно высока, чтобы обеспечить функционирование большинства сетевых программных приложений. ARLAN-640 поддерживает для сетей TCP/IP автоматическую самоконфигурацию по протоколу BOOTP, управление посредством SNMP, Telnet, FTP. Радиочасть прибора может быть настроена для работы на одной из пяти центральных частот, что позволяет расположить в непосредственной близости друг от друга три независимых устройства ARLAN-640, т. е. обеспечивать суммарную пропускную способность на соединении "точка - точка" до 6 Мбит/с, либо сегментировать зоны обслуживания для увеличения количества пользователей, подключаемых к одной точке доступа.

ПРИМЕРЫ ОРГАНИЗАЦИИ ТОЧЕК ДОСТУПА И РЕТРАНСЛЯЦИИ