Μελέτη εγκατάσταση και λειτουργία Wifi Wimax

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ Μελέτη εγκατάσταση και λειτουργία Wifi Wimax ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΊΑ Ελευθεριάδης Εμμανουήλ Μιλτιάδης Καραδήμας Επιβλέπων : Βραδέλης Ιωάννης Καβάλα Σεπτέμβριος 2010

2 Πρόλογος Ο σκοπός τη παρούσας πτυχιακής είναι η μελέτη και η εγκατάσταση ασύρματου δικτύου wifi.στις μέρες μας το internet οι υπολογιστές έχουν γίνει αναπόσπαστο κομμάτι στον καθέναν μας.έτσι και τα ασύρματα δίκτυα μπαίνουν στα περισσότερα σπίτια με την χρήση ενός ρούτερ ασύρματου. Η εμβέλεια αυτών των ρούτερ δεν ξεπερνά τα 100 με 200 μέτρα.στη πτυχιακή θα ασχοληθούμε με συσκευές όπως αυτές αλλά μεγαλύτερης εμβέλειας έως 20km.Περιοχές που δεν είχαν πρόσβαση στο internet λόγο της μεγάλης απόστασης από τα dslam ή λόγο απομακρυσμένης περιοχής, τώρα με την εγκατάσταση ενός ασύρματου εξοπλισμού με το πρότυπο a οι αποστάσεις μηδενίζονται.ακόμη και χωρίς πρόσβαση στο διαδίκτυο τα ασύρματα τοπικά δίκτυα έχουν τεράστια αξία.επιτρέπουν στους ανθρώπους να συνεργαστούν από κοινού σε μεγάλες αποστάσεις μέσο προγραμμάτων.θα προσπαθήσω να εστιάσω στις ασύρματες τεχνολογίες δικτύωσης δεδομένων στην οικογένεια Θα γίνει η εγκατάσταση 6 κόμβων σε 6 διαφορετικά σημεία με υπερσύχρονες συσκευές. Μέσα σε αυτό το δίκτυο θα γίνουν μετρήσεις ανάμεσα στους κόμβους, θα δούμε πως επηρεάζουν την επικοινωνία μεταξύ των κόμβων τα καιρικά φαινόμενα. Στο τέλος θα βγουν κάποια συμπέρασμα πάνω στη λειτουργικότητα του ασύρματου δικτύου. Σελίδα 2 από 142

3 Ευχαριστίες Ευχαριστώ θερμά τον καθηγητή μου, Βραδέλη Ιωάννη, για την υποστήριξη και καθοδήγηση που μου έχει προσφέρει. Ευχαριστώ την οικογένειά μου. Σελίδα 3 από 142

4 Περιεχόμενα Πρόλογος... 2 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1 Εισαγωγή Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Τι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα Επιπτώσεις των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στα μόρια Η μη ιονίζουσα ακτινοβολία Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Ασύρματα δίκτυα Εισαγωγή στα ασύρματα δίκτυα Πλεονεκτήματα ασυρμάτων δικτύων Υπάρχουσες κατηγορίες ασυρμάτων δικτύων HIPERLAN (High Performance Radio LAN) Home RF Τεχνολογία Βluetooth General Packet Radio Service (GPRS) LMDS (Local Multipoint Distribution Service) MMDS (Microwave Multipoint Distribution Service) Το πρότυπο IEEE WIMAX Τεχνολογία MIMO Το πρότυπο ΙΕΕΕ Προδιαγραφές Xαρακτηριστικά πρωτόκολλου b Φάσμα Εκπομπής Κωδικοποίηση Εύρος Ζώνης Τρόπος Πρόσβασης Αρχιτεκτονική Προτυποποίηση Πλεονεκτήματα Προβλήματα Ασφάλεια Hidden Node Εμβέλεια, παρεμβολές και ακτινοβολία Τα πρότυπα της οικογένειας Τοπολογία ασύρματων δικτύων Point-to-point Point-to-multipoint Ad hoc topology Infrastructure topology Τεχνολογία WiMAX Γενικά Ζώνες συχνοτήτων Αδειοδοτημένη ζώνη συχνοτήτων Μη αδειοδοτημένη ζώνη Το Φυσικό Στρώμα wimax Η λειτουργία του Φυσικού Στρώματος OFDM Σελίδα 4 από 142

5 TDD και FDD Παραλλαγές του WiMAX WirelessMAN-SC PHY (10-66 GHz) Χαρακτηριστικές τιμές PHY WirelessMAN-SC WirelessMAN SCa PHY (<11GHz) WirelessMAN-OFDM PHY (<11GHz) Επίπεδο MAC Ασφάλεια στο WiMAX Ανταγωνιστικές τεχνολογίες Σύγκριση WiMAX με το WiFi Εφαρμογές WiMAX Κεφάλαιο 2 Πρωτόκολλα κρυπτογράφησης 2.1 Γενικά περί ασφάλειας ασύρματων δικτύων Είδη κρυπτογράφησης Tεχνικά Χαρακτηριστικά WEP Πιστοποίηση Κωδικοποίηση Πλαισίωση και Μετάδοση Γιατί το wep δεν είναι ασφαλές Προβλήματα πιστοποίησης αυθεντικότητας Integrity protection Προβλήματα με τα IVs IEEE 802.1X Τα πρωτόκολλα 802.1X Πρωτόκολλο Επεκτάσιμης Επικύρωσης Εισαγωγή στο WPA και τις διαφορές/ομοιότητές του με το WEP Πιστοποίηση και 4-way handshake WPA Κεφάλαιο 3 Κεραίες 3.1 Γενικά Κατηγοριοποίηση Κεραιών Διπλή Λειτουργία Λήψη/Εκπομπή Είδος Ζεύξης Τύποι Κεραιών Παραβολικές Κατευθυντικές Μη παραβολικές κατευθυντικές κεραίες Παγκατευθυντικές - Πολυκατευθυντικές Ηλεκτρικά Χαρακτηριστικά Κεραιών Κεντρική Συχνότητα Διάγραμμα Ακτινοβολίας Κατευθυντικότητα Side και back Lobs, Front to Back Ratio Πόλωση Σύνθετη Αντίσταση (impedance) Μέγιστη Ισχύ Απόδοση (Efficiency) Μηχανικά Χαρακτηριστικά Κεραιών Φυσικό Μέγεθος [q8] Ποιότητα Κατασκευής Στήριξη Στόχευση Ασφάλεια Όρια Εκπομπής Σελίδα 5 από 142

6 3.5.2 Αντικεραυνική Προστασία Κεφάλαιο 4 Υλοποίηση 4.1 Εισαγωγή Αναλυτική περιγραφή των μηχανημάτων που χρησιμοποιήθηκαν Ubiquity Nanostation Ubiquity Nanostation AIRLIVE WL-5460AP Ubiquity power station Ubiquity Nanostation M AirGrid M Ιδιοκατασκευη κεραιών για client Κυματοδηγοί Κυλινδρικός Κυματοδηγός Ποιοτική ερμηνεία κυματοδήγησης Γεωμετρία μιας Cantenna Κατασκευή και μετρήσεις Συναρμολόγηση Μετρήσεις Mελέτη εγκατάσταση ασύρματου δικτύου Κεντρικός κόμβος του δικτύου Κόμβος 1 απόσταση 1km Κόμβος 2 απόσταση 13km Κόμβος 3 απόσταση 3,9km Κόμβος 4 απόσταση 3km Κόμβος 5 απόσταση 22km Υπηρεσίες Μετρήσεις Αναλυτής φάσματος AirView Πίνακες μετρήσεων Συμπεράσματα που προκύπτουν από όλο το δίκτυο Διαμοιρασμός και κατέβασμα αρχείων Σελίδα 6 από 142

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή 1 Εισαγωγή Στο πρώτο κεφάλαιο θα ασχοληθούμε με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.θα εξηγήσουμε αναλυτικά τι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.θα μιλήσουμε αναλυτικά για τα ασύρματα δίκτυα,τις κατηγορίες που υπάρχουν και ποια πρωτόκολλα υπάρχουν και λειτουργούν. Ακόμη θα υπάρξει μια αναφορά και επεξήγηση για την τοπολογία ασύρματων δικτύων. Στο τέλος του κεφαλαίου θα αναλύσουμε την τεχνολογία Wimax. 1.1 Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Σε αυτό το κεφάλαιο κάνουμε μια εισαγωγή στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Προσπαθούμε να εξηγήσουμε την λειτουργία τους και πως δημιουργούνται ενώ δίνουμε παραδείγματα όπου τα συναντάμε καθημερινά στην ζωή μας. Ύστερα εξηγούμε πως αυτά μπορούν να επηρεάσουν τα μόρια και διαχωρίζουμε την ακτινοβολία σε ιονίζουσα και μη. Στο τέλος παρουσιάζουμε το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και αναλύουμε της διάφορες κατηγορίες Τι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι τα γνωστά σε όλους ραδιοκύματα που χρησιμοποιούνται στο ραδιόφωνο, στην τηλεόραση και σε άλλες τεχνολογικές εφαρμογές της καθημερινής μας ζωής. Πρόκειται για ταλαντώσεις ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που διαδίδονται ως κύματα με την ταχύτητα του φωτός. Ποικίλες εφαρμογές τους βρίσκονται στην υπηρεσία του ανθρώπου για περισσότερο από 100 χρόνια, καθώς καθημερινά χρησιμοποιούνται για την λειτουργία οικιακών συσκευών (όπως για παράδειγμα ραδιόφωνο, τηλεόραση, φούρνος μικροκυμάτων), ασύρματων εφαρμογών καθώς και σε ιατρικές εφαρμογές κ.α. Επιπλέον χρησιμοποιούνται στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα της Πυροσβεστικής, Αστυνομίας, των ασθενοφόρων αλλά και των ραντάρ. Οι πιο πρόσφατες εφαρμογές των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων πραγματοποιήθηκαν στις δεκαετίες του 80 και 90, όταν έγινε η χρήση τους στην κινητή και δορυφορική επικοινωνία. Κάθε πηγή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (π.χ. κεραίες ραδιοφωνίας, τηλεόρασης, κινητής τηλεφωνίας, ραντάρ) παράγει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται στο Σελίδα 7 από 142

8 χώρο (συχνά χρησιμοποιούμε τον όρο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία (ΗΜΠ), υπάρχουν παντού στο περιβάλλον μας. Μπορεί να είναι φυσικής προέλευσης ή μπορεί να έχουν δημιουργηθεί από τον άνθρωπο. Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί ΗΜΠ. Τα ΗΜΠ μπορεί να είναι ψηλής ή χαμηλής έντασης, συνεχή ή μικρής διάρκειας. Τα ηλεκτρικά πεδία δημιουργούνται λόγω διαφοράς ηλεκτρικής τάσης. Όσο πιο μεγάλη είναι η διαφορά, τόσο πιο δυνατό θα είναι το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει. Η μονάδα μέτρησης των ηλεκτρικών πεδίων είναι βολτ ανά μέτρο (V/m). Τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται όταν υπάρχει ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Όσο πιο ψηλή είναι η ένταση του ρεύματος τόσο πιο δυνατό θα είναι το μαγνητικό πεδίο. Όταν διακοπεί το ηλεκτρικό ρεύμα, το μαγνητικό πεδίο μηδενίζεται. Μια συσκευή όπως για παράδειγμα ο στεγνωτήρας μαλλιών, παράγει μαγνητικό πεδίο μόνο όταν το ηλεκτρικό ρεύμα τη θέτει σε λειτουργία. Η διακοπή του ρεύματος, εξαφανίζει άμεσα το μαγνητικό πεδίο. Τα ΗΜΠ δημιουργούνται μεταξύ άλλων από τα ακόλουθα: 1. Ηλεκτροφόρα καλώδια ψηλής τάσης 2. Ηλεκτροφόρα καλώδια στις γειτονιές 3. Συστήματα γείωσης που προστατεύουν από κεραυνούς ή από ελαττωματικές οικιακές συσκευές 4. Οικιακές συσκευές όπως φούρνοι μικροκυμάτων, στεγνωτήρες μαλλιών, ηλεκτρικοί φούρνοι, ηλεκτρική θέρμανση, 5. Οθόνες ηλεκτρονικών υπολογιστών, ηλεκτρικά ρολόγια, ηλεκτρικές κουβέρτες 6. Κινητά τηλέφωνα, κεραίες σταθμών βάσης, ραντάρ, ραδιοφωνικοί και τηλεοπτικοί σταθμοί 7. Φυσικές πηγές 8. Ακτίνες Χ 9. Φως του ήλιου 10. Ακτίνες γάμα Επιπτώσεις των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στα μόρια Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταφέρονται από τα σωματίδια που ονομάζονται κβάντα. Στην ψηλή συχνότητα (και άρα στα μικρά μήκη κύματος) η κβαντική ενέργεια είναι πολύ μεγάλη και αποτελεί μεταλλαξογόνο παράγοντα. Όταν η μεταφερόμενη ενέργεια είναι μεγάλη, τότε σπάζουν οι δεσμοί μεταξύ των μορίων. Το γεγονός αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο. Προκαλούνται αλλοιώσεις του γενετικού κώδικα του DNA. Το αποτέλεσμα είναι η πρόκληση καρκίνου και άλλων σοβαρών ασθενειών. Ευτυχώς δεν είναι όλα τα είδη ΗΜΠ που μπορούν να προκαλέσουν αλλοιώσεις στο DNA. Μόνο αυτά που χαρακτηρίζονται από ψηλή συχνότητα, μικρό μήκος κύματος και ψηλή ενέργεια μπορούν να προκαλέσουν βλάβες στο DNA. Η ακτινοβολία που έχει αυτή τη δυνατότητα ονομάζεται ιονίζουσα ακτινοβολία. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην οποία υποβαλλόμαστε καθημερινά είναι η μη ιονίζουσα ακτινοβολία και δεν έχει τέτοιες δυνατότητες και κινδύνους. Υπάρχει μόνο μια εξαίρεση στην καθημερινή ακτινοβολία που δεχόμαστε. Πρόκειται για την ιονίζουσα ακτινοβολία που προκαλείται από τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Η έκθεση στο ηλιακό φως και κατά συνέπεια στις υπεριώδεις ακτίνες, είναι αιτία Σελίδα 8 από 142

9 καρκίνου του δέρματος (μελανώματος, ακανθοκυτταρικού και βασεοκυτταρικού καρκινώματος) και άλλων αλλοιώσεων και ρυτίδων. Τα διάφορα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τα πεδία που προκύπτουν, έχουν διαφορετικές επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό. Οι επιπτώσεις που προκαλούνται από την έκθεση στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εξαρτώνται κυρίως από δύο παράγοντες: Τη Συχνότητα Εκπομπής: Για συχνότητες που ανήκουν στο ραδιοφάσμα (υπηρεσίες ραδιοφωνίας, τηλεόρασης, κινητής τηλεφωνίας), η εκπεμπόμενη ακτινοβολία ονομάζεται «μη ιονίζουσα», διότι δεν μπορεί να δημιουργήσει ιόντα μέσα στην ύλη, δηλαδή (με επιστημονικούς όρους) το φωτόνιό της δεν έχει αρκετή ενέργεια, ώστε να εκδιώξει ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο της ύλης. Αντιθέτως, σε πολύ υψηλές συχνότητες (π.χ. ακτίνες Χ) η ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει ιονισμό, επομένως άμεση βλάβη στη βιολογική ύλη, και ονομάζεται «ιονίζουσα». Στις ραδιοσυχνότητες, έχει διαπιστωθεί ότι οι κύριες επιπτώσεις της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι θερμικές. Την Ισχύ Εκπομπής: Υπάρχουν διάφορα μεγέθη που ποσοτικοποιούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, με το πιο ευρέως διαδεδομένο στις ραδιοσυχνότητες την Ένταση του ηλεκτρικού πεδίου (συμβολίζεται με Ε και μετριέται σε Βολτ ανά μέτρο). Άλλα μεγέθη είναι η Ένταση του μαγνητικού πεδίου (συμβολίζεται με Η και μετριέται σε Αμπέρ ανά μέτρο), η Μαγνητική Επαγωγή πεδίου (συμβολίζεται με Β και μετριέται σε Τέσλα) και η Πυκνότητα Ροής Ισχύος (συμβολίζεται με S και μετριέται σε Βατ ανά τετραγωνικό μέτρο) Η μη ιονίζουσα ακτινοβολία Η ενέργεια που μεταφέρουν τα κβάντα των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων μεγάλου μήκους κύματος και χαμηλής συχνότητας, δεν είναι αρκετή για να προκαλέσει ιονισμό. Οι πηγές των ΗΜΠ που έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος, στα οποία υποβαλλόμαστε καθημερινά (ραδιοκύματα, μικροκύματα, ηλεκτρισμός), είναι μεγάλου μήκους κύματος και χαμηλής συχνότητας. Δεν μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό διότι η ενέργεια που μεταφέρουν τα κβάντα τους είναι μικρή. Δεν μπορούν να σπάσουν χημικούς δεσμούς στα μόρια των κυττάρων Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Οι ηλεκτρομαγνητικές πήγες διαφέρουν ως προς τη συχνότητα εκπομπής τους και έτσι προκύπτει μία βασική κατηγοριοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Ο όρος ηλεκτρομαγνητικά πεδία περιλαμβάνει τα στατικά πεδία, τα πεδία ιδιαίτερα χαμηλής συχνότητας (ELF) και τα πεδία ραδιοσυχνοτήτων (RF), συμπεριλαμβανομένων των μικροκυμάτων και καλύπτει τη ζώνη συχνοτήτων από 0 Hz έως 300 GHz. Το σύνολο των συχνοτήτων εκπομπής ονομάζεται φάσμα. Τα ΗΜΠ που παράγονται από τα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος και τις ηλεκτρικές συσκευές στο σπίτι, είναι εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας που φτάνουν μέχρι 300Hz. Οι κεραίες ραδιοφωνίας, τηλεόρασης και κινητής τηλεφωνίας εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά πεδία ραδιοσυχνοτήτων και το αντίστοιχο τμήμα του φάσματος ονομάζεται ραδιοφάσμα Σελίδα 9 από 142

10 (RF spectrum).ας δούμε τώρα τις κατηγορίες πως κατηγοριοποιείται το φάσμα καθώς και τις επιπτώσεις που μπορεί να έχει η κάθε συχνότητα στον άνθρωπο. Ακτίνες γ: Έχουν τη μεγαλύτερη συχνότητα και τα μικρότερα μήκη κύματος εκπέμπονται από ραδιενεργά υλικά και βρίσκονται και στο διάστημα. Οι ακτίνες αυτές έχουν μια εκπληκτική διατρητική ικανότητα. Μπορούν να διατρήσουν μια επιφάνεια τσιμέντου με πάχος 3 μέτρα! Τα μήκη κύματος αυτής της ακτινοβολίας εκτείνονται από 0.1 έως νανόμετρα. Ακτίνες Χ: Η συχνότητά τους βρίσκεται σε τιμές μεταξύ των ακτίνων γ και των υπεριωδών ακτίνων. Έχουν τέτοια διατρητική ικανότητα ώστε να διαπερνούν εύκολα αρκετά υλικά και να καταστρέφουν ιστούς δέρματος πολλών ζώων. Αυτό έχει οδηγήσει τους επιστήμονες στο να χρησιμοποιούν τις ακτίνες Χ (με αρκετή φειδώ όμως) ώστε να παρατηρούν το ανθρώπινο σώμα (ακτινογραφίες). Τα μήκη κύματος των ακτίνων Χ έχουν μεγάλη έκταση. Εκτείνονται από ένα μέχρι νανόμετρα. Υπεριώδης ακτινοβολία: Έχουν συχνότητες λίγο παραπάνω από αυτές του ορατού φωτός. Ωστόσο η έντασή τους είναι τέτοια που μπορεί να καταστρέψει ιστούς και κύτταρα. Ο ήλιος είναι μια πηγή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και μικρές δόσεις αυτής της ακτινοβολίας βοηθούν στην παραγωγή της βιταμίνης D και προκαλούν το μαύρισμα του ανθρώπινου δέρματος. Φυσικά, μεγαλύτερες δόσεις προκαλούν σοβαρά εγκαύματα. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χρησιμοποιείται ευρέως στον επιστημονικό χώρο σε διάφορα πειράματα, καθώς και από τους αστρονόμους για την παρατήρηση του ηλιακού συστήματος, του γαλαξία μας και άλλων περιοχών του σύμπαντος. Το μήκος κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας εκτείνεται από 50 μέχρι 350 και 400 νανόμετρα Ορατό φως: Τα χρώματα ενός ουράνιου τόξου, δηλαδή η ακτινοβολία που μπορεί να εντοπιστεί από το ανθρώπινο μάτι (από 400 έως 700 νανόμετρα) δεν είναι παρά ένα πολύ μικρό μέρος τουηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Εμείς, αν και δεν το αντιλαμβανόμαστε, βρισκόμαστε υπό το συνεχή βομβαρδισμό ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η οποία εκτείνεται σε πολύ διαφορετικά μήκη κύματος. Υπέρυθρη ακτινοβολία: Εκτείνεται από εκεί που σταματάει η ορατή ακτινοβολία, δηλαδή περίπου τα 700 νανόμετρα μέχρι περίπου το ένα χιλιοστό. Αυτού του τύπου η ακτινοβολία έχει να κάνει με θερμότητα. Για παράδειγμα, το ανθρώπινο σώμα εκπέμπει θερμότητα όχι στο ορατό φως, αλλά σε περιοχές της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Όλα τα σώματα λίγο έως πολύ εκπέμπουν θερμότητα σε αυτά τα μήκη κύματος ανάλογα με τη θερμοκρασία τους. Οι πιο κοινές χρήσεις της υπέρυθρης ακτινοβολίας έχουν να κάνουν με τη νυχτερινή όραση, ανιχνευτές σε δορυφόρους και αεροπλάνα, καθώς και την αστρονομία. Μικροκύματα: Έχουν ένα μήκος κύματος που εκτείνεται από ένα χιλιοστό μέχρι 30 εκατοστά. Ο άνθρωπος εκμεταλλεύτηκε αυτήν την ακτινοβολία στην κατασκευή φούρνων μικροκυμάτων, οι οποίοι μπορούν να θερμάνουν φαγητά, καθώς η ακτινοβολία αυτή απορροφάτε από τις τροφές και τις θερμαίνει. Τα μικροκύματα είναι ένα μέρος μιας μεγαλύτερης κατηγορίας ακτινοβολίας, τα ραδιοκύματα (radiowaves). Ραδιοκύματα : Εκπέμπονται από τη Γη, τα κτήρια, τα αυτοκίνητα κι άλλα μεγάλα σε μέγεθος αντικείμενα. Πάνω στα ραδιοκύματα έχει βασιστεί η λειτουργία των ραντάρ τα οποία ανιχνεύουν την παρουσία και την κίνηση σωμάτων που εκπέμπουν αυτού του τύπου την ακτινοβολία. Τα ραδιοκύματα επίσης είναι ευρέως γνωστά για την ικανότητά τους να μεταφέρουν ραδιοφωνικά σήματα και σήματα τηλεόρασης. Τα ραδιοκύματα έχουν μήκος κύματος, που εκτείνεται σε μια αρκετά μεγάλη περιοχή, από ένα εκατοστό έως δεκάδες και εκατοντάδες μέτρα. Σελίδα 10 από 142

11 1.2 Ασύρματα δίκτυα Εισαγωγή στα ασύρματα δίκτυα Ασύρματο τοπικό δίκτυο (WLAN) είναι ένα σύστημα επικοινωνίας δια μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μεταξύ σταθερών ή κινητών χρηστών και επιτρέπει τη μεταξύ τους διασύνδεση και μεταφορά δεδομένων. Τα ασύρματα δίκτυα και γενικότερα οι ασύρματες συνδέσεις αποτελούν μία ιδιαίτερα ευέλικτη λύση, ως επέκταση των ενσύρματων δικτύων ή ακόμα ως εναλλακτική λύση για υλοποίηση ολοκληρωμένων δικτύων.ασύρματα δίκτυα υπάρχουν εδώ και αρκετά χρόνια από διάφορους κατασκευαστές, αλλά η ταχύτητα που προσέφεραν (1,5Mbps) ήταν μικρή και δεν υπήρχε συμβατότητα μεταξύ τους. Ο χώρος της ασύρματης επικοινωνίας και των προτύπων, τα οποία την καθορίζουν, βρίσκονται συνεχώς σε εξέλιξη. Οι μεγαλύτερες εταιρίες έχουν χωριστεί σε ομάδες και αναπτύσσουν ανταγωνιστικές τεχνολογίες με σκοπό την κυριαρχία σε μια αγορά που εκτινάσσεται στα ύψη από μέρα σε μέρα. Επίσης, ένας αριθμός από καινούργιες συσκευές και προϊόντα ασύρματης επικοινωνίας που βασίζονται σε τεχνολογίες όπως spread-spectrum ραδιοφωνικά κύματα, υπέρυθρες ακτίνες, κυψελοειδείς και δορυφορικές επικοινωνίες, είναι πλέον διαθέσιμα. Tα πρώτα ασύρματα δίκτυα που εμφανίστηκαν ήταν τα ραδιοδίκτυα δεδομένων (Data) τεχνολογίας TCP/IP. Οι πρώτες τεχνικές μεταγωγής πακέτων αναπτύχθηκαν γύρω στο 1964, ενώ ο όρος «Packet» προτάθηκε από τον D. W. Davies του National Physical Laboratory της Μεγ. Βρετανίας. Οι έρευνες του εργαστηρίου αυτού οδήγησαν στο σημερινό διεθνές δημόσιο δίκτυο μεταγωγής πακέτων X.25. Το Χ25 αποτέλεσε ένα πρωτόκολλο της ITU για δίκτυα WAN, το οποίο καθορίζει πως συνδέονται οι συσκευές του χρήστη και του δικτύου. Είναι ανεξάρτητο από τον τύπο των συστημάτων τα οποία είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο. Το Χ.25 χρησιμοποιείται κυρίως στα δίκτυα μεταγωγής πακέτου κοινών φορέων, όπως είναι οι τηλεπικοινωνιακές εταιρίες. Οι συνδρομητές χρεώνονται ανάλογα με τη χρήση του δικτύου. Η τεχνολογία των ασυρμάτων δικτύων μετάδοσης πακέτων άρχισε να αναπτύσσεται στην δεκαετία , αν και η μεγάλη ανάπτυξή της συμπίπτει με την διάδοση των μικροϋπολογιστών στην δεκαετία Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του μέσου μεταδόσεως τα ασύρματα δίκτυα χρησιμοποιούν εξειδικευμένα πρωτόκολλα για το υποεπίπεδο πρόσβασης μέσου (Medium Access Control) και το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (Data Link Layer) και συχνά και για ανώτερα επίπεδα (π.χ. δρομολόγηση πακέτων). Σήμερα είναι διαθέσιμος ένας αριθμός από καινούργιες συσκευές και προϊόντα ασύρματης επικοινωνίας που βασίζονται σε νέες τεχνολογίες και νέα πρότυπα. Τα τελευταία χρόνια οι κινητοί υπολογιστές (notebook, laptop, palmtop) που ενσωματώνουν τεχνολογία ασύρματης πρόσβασης, είναι διαθέσιμοι και ελκυστικοί για το ευρύ κοινό, αφού έχουν πλέον συγκρίσιμο κόστος, υπολογιστική ισχύ και ποιότητα υπηρεσιών με το υς σταθερούς υπο λογιστές. Όλα αυτά έχο υν σαν αποτέλεσμα την έρευνα για την ανάπτυξη προτύπων για την υποστήριξη των ασύρματων επικοινωνιών.την τελευταία δεκαετία πολλά είναι τα πρότυπα που διεκδικούν ένα κομμάτι της αγοράς Bluetooth, HIPERLAN, HomeRF, a, b, g είναι κάποια από τα πολυδιαφημιζόμενα ονόματα προτύπων. Σελίδα 11 από 142

12 1.2.2 Πλεονεκτήματα ασυρμάτων δικτύων Κινητικότητα (mobility): Τα WLAN δίνουν τη δυνατότητα σε χρήστες οι οποίοι είναι εν κινήσει (σε μεταφορικά μέσα, αεροδρόμια, συσκέψεις, εξυπηρέτηση πελατών), να έχουν πρόσβαση σε πληροφορίες όταν και όπου τις χρειάζονται. Σε αντίθεση με τα ενσύρματα δίκτυα που δεν παρέχουν αυτή κινητικότητα. Αξίζει να αναφερθούν κάποιες Αμερικανικές έρευνες, ενδεικτικές της αναγκαιότητας πλέον, της κινητικότητας των WLAN. Από το 70%των επιχειρηματιών που ταξιδεύουν και φέρουν lap-top, το 68% εξέφρασε ενδιαφέρον στην ασύρματη πρόσβαση Διαδικτύου στα ξενοδοχεία, στα αεροπλάνα και στους αερολιμένες 93% των επιχειρηματιών, ενδιαφέρονται για την χρησιμοποίηση μιας ασύρματης υπηρεσίας του τοπικού LAN στους αερολιμένες, 60% στα café ή εστιατόρια.όταν αυτό είναι δυνατόν, το 97% των Αμερικανών ταξιδιωτών επιλέγουν ένα άλλο αερολιμένα ή ξενοδοχείο όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο WLAN). Ταχύτητα και ευελιξία εγκατάστασης: Η εγκατάσταση ενός WLAN εξαλείφει την ανάγκη της χρήσης των καλωδίων η οποία απαιτεί συνήθως μελέτη, χρόνο και αρκετό κόστος λόγω των απαιτούμενων τροποποιήσεων των κτιριακών εγκαταστάσεων, όπου δεν έχει προβλεφθεί. Η ασύρματη τεχνολογία επιτρέπει την υλοποίηση δικτύων η οποία υπό άλλες συνθήκες θα ήταν αδύνατη. Μακροπρόθεσμα, η εγκατάσταση, η αναβάθμιση και το κόστος συντήρησης των συστημάτων WLAN, αποτελούν μια οικονομικότερη λύση. Υπάρχουν και μερικά περιβάλλοντα στα οποία τα ασύρματα τοπικά δίκτυα αποτελούν καλύτερη λύση από ένα δίκτυο με καλώδιο. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν: Περιβάλλοντα μεγάλων εκτάσεων, όπως οι χώροι παραγωγής ενός εργοστασίου ή μιας αποθήκης. Πολύ παλιά κτίρια, στα οποία είτε απαγορεύεται η οποιαδήποτε τροποποίηση των κτιριακών εγκαταστάσεων, είτε η καλωδίωση είναι ανεπαρκής ή ανύπαρκτη. Μικρά γραφεία, όπου η εγκατάσταση και η συντήρηση ενός ενσύρματου δικτύου είναι αντιοικονομική. Επεκτασιμότητα: Αποτελεί μια από τις συχνότερα παρουσιαζόμενες ανάγκες των ήδη εγκατεστημένων τοπικών ενσύρματων δικτύων, καθώς οι απαιτήσεις δικτύωσης όλο ένα αυξάνονται. Η ενσύρματη επέκταση των LANs, είναι μια διαδικασία ιδιαίτερα δύσκολη και όχι πάντα εφικτή, αφού συχνά προϋποθέτει αλλαγές της κτιριακής υποδομής και επεμβάσεις εντός του χώρου εργασίας. Τα ασύρματα μέσα προσπερνούν τα παραπάνω προβλήματα, δίνοντας μια ευέλικτη λύση. Διασύνδεση: Μια άλλη συνιστώσα της επεκτασιμότητας, είναι και η διασύνδεση δυο ή παραπάνω αυτόνομων τοπικών δικτύων που βρίσκονται σε διαφορετικούς χώρους(διαφορετικά κτιριακά συγκροτήματα γειτονικά ή απομακρυσμένα, εντός των ορίων μιας πόλης, των προαστίων της κ.λ.π). Για παράδειγμα αν είναι δύσκολο να ενώσουμε δύο δίκτυα σε δύο διαφορετικά κτίρια με μια οπτική ίνα (λόγω εδάφους, κόστους, αδειών κ.τ.λ.) συμφέρει να χρησιμοποιήσουμε ασύρματες μεθόδους,δεδομένου ότι το ασύρματο μέσο μπορεί να φθάσει σε θέσεις που το καλώδιο δεν μπορεί. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείται μια ασύρματη σύνδεση από σημείο- Σελίδα 12 από 142

13 σε- σημείο (wireless point-to-point link)μεταξύ των δύο κτιρίων. Οι συσκευές που συνήθως διασυνδέονται είναι γέφυρες ή δρομολογητές. Συμβατότητα: Τα WLAN μπορούν να υλοποιηθούν, σε μια ποικιλία από τύπους για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες συγκεκριμένων εγκαταστάσεων και εφαρμογών. Οι διαμορφώσεις αλλάζουν εύκολα και επεκτείνονται από μικρά δίκτυα κατάλληλα για έναν μικρό αριθμό χρηστών μέχρι πλήρως ανεπτυγμένα δίκτυα που καλύπτουν εκατοντάδες χρήστες. Η εξέλιξη στον τομέα της ασύρματης δικτύωσης, ο σχεδιασμός και η υλοποίηση καινούργιων προτύπων δίνει έμφαση στην ενσωμάτωση-συμβατότητα προϋπαρχόντων τεχνολογιών. Επίσης λόγω της ευρείας ανταπόκρισης στην αγορά, οι κατασκευαστές ενσωματώνουν ασύρματη επικοινωνία σε ολοένα και περισσότερες περιφερικές συσκευές (Palmtops, PDA, Laptops, Barcode readers, Δικτυακοί εκτυπωτές, Digital Scanners, Wireless Cameras, κλπ) και εξειδικευμένες για ιατρική χρήση συσκευές. Ακόμα τελευταία έχουν κυκλοφορήσει wireless modules, ολοκληρωμένες ασύρματες κάρτες που επιτρέπουν τη δικτύωση οποιονδήποτε ψηφιακών συσκευών εξειδικευμένων και μη. Μειωμένο κόστος: Ενώ η αρχική επένδυση που απαιτείται για τον εξοπλισμό και την εγκατάσταση ενός WLAN μπορεί σε μερικές περιπτώσεις να είναι υψηλότερη από το αντίστοιχο κόστος για μια ενσύρματη δικτύωση, το συνολικό κόστος λειτουργίας μπορεί να είναι σημαντικά χαμηλότερο, καθώς τα μακροπρόθεσμα κέρδη είναι πολύ μεγαλύτερα σε δυναμικά περιβάλλοντα όπου απαιτούνται πολύ συχνές μετακινήσεις και αλλαγές.ακόμα, το κόστος συντήρησης και τροποποίησης στα ενσύρματα δίκτυα είναι πολλαπλάσιο από αυτό των ασυρμάτων. Νομαδική πρόσβαση: Η νομαδική πρόσβαση είναι χρήσιμη σε χώρους όπως μια επιχείρηση, ή μια πανεπιστημιούπολη, όπου τα κτίρια βρίσκονται συγκεντρωμένα ανά ομάδες. Στις περιπτώσεις αυτές, οι χρήστες μπορούν να μετακινούνται μέσα στο χώρο της επιχείρησης ή του πανεπιστημίου και με τους φορητούς υπολογιστές τους να προσπελαύνουν αρχεία των servers και των υπολογιστών που βρίσκονται συνδεδεμένοι σε κάποιο τοπικό δίκτυο. Πάνω στη νομαδική πρόσβαση επιχειρήσεων, βασίζεται ένα πολύ μεγάλο κομμάτι της διαφημιστικής καμπάνιας μεγάλων εταιριών ασυρμάτων δικτύων, όπου από έρευνές τους έχει προκύψει ότι τα οφέλη κάθε επιχείρησης που οι εργαζόμενοι της κάνουν χρήση της ασύρματης δικτύωσης μέσω laptops, είναι πολύπλευρα. Μια πρόσφατη μελέτη που πραγματοποιήθηκε από τη NOP World Technology για την Cisco Systems δείχνει ότι μπορεί έτσι κάποιος να αυξήσει μια έως δύο ώρες ημερησίως την παραγωγικότητα, ανά εργαζόμενο, κάνοντας χρήση ασύρματης σύνδεσης. Σήμερα, 45 εκατομμύρια επαγγελματίες εργάζονται εν κινήσει Υπάρχουσες κατηγορίες ασυρμάτων δικτύων Ένα πρωτόκολλο επικοινωνίας, είναι ένα σύνολο κανόνων οι οποίοι καθορίζουν τον τρόπο δια- σύνδεσης των συστημάτων που επικοινωνούν, καθώς και τον τρόπο πρόσβασης των κόμβων στο μέσο μετάδοσης Σελίδα 13 από 142

14 1.2.4 HIPERLAN (High Performance Radio LAN) Ο αντίστοιχος ευρωπαϊκός οργανισμός του FCC στις ΗΠΑ, Conference European des Administrations des Posts et des Telegraphes (CEPT), διένειμε 150 MHz καθαρού ηλεκτρομαγνητικού φάσματος στα 5.1 GHz, για υψηλής αξίας δεδομένων ασύρματα LANs. Το ευρωπαϊκό ινστιτούτο προτύπων για τηλεπικοινωνίες (European Telecommunications Standards Institute, ETSI), ανάθεσε σε μία υποομάδα τεχνικών, να ορίσουν τα πρότυπα σε αυτές τις ζώνες. Ο τωρινός σχεδιασμός είναι για πέντε κανάλια, το καθένα περίπου 23.5 Mb/s (HIPERLAN Standard 1996). Η μετάδοση σε αυτές τις ζώνες είναι ελεύθερη, αλλά υπόκειται στους περιορισμούς του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το HIPERLAN περιορίζεται στα δύο χαμηλότερα επίπεδα του OSI (Open Systems Interconnect), το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων. Ειδικότερα, το μοντέλο αναφοράς αποτελείται από το υπό-επίπεδο ελέγχου προσπέλασης του μέσου (MAC), το υπό-επίπεδο ελέγχου προσπέλασης του καναλιού (CAC), και το φυσικό επίπεδο. Το ινστιτούτο ETSI-RES10 έχει ορίσει το HIPERLAN ως ένα ασύρματο δίκτυο LAN που επιτρέπει σταθερή ζεύξη κινούμενων σταθμών, με χαμηλό όριο ταχύτητας 1-2 m/s. Σε μια μετάδοση ισχύος 1W, ένα δίκτυο HIPERLAN παρέχει μία ακτίνα λήψης 50m μέσα σε εσωτερικό χώρο περίπου. Το HiperLAN υπάρχει σε δύο εκδόσεις, τη HiperLAN Type 1 που τυποποιήθηκε το 1996 και υποστηρίζει ταχύτητες μέχρι 24Mbps και τη HiperLAN Type 2, η ανάπτυξη της οποίας δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί και που θα υποστηρίζει ταχύτητες μέχρι 54Mbps. Αμφότερες οι εκδόσεις του HiperLAN χρησιμοποιούν τη συχνότητα των 5GHz, η οποία στην Αμερική και στην Ιαπωνία είναι ελεύθερη και στην Ευρώπη έχει επισήμως παραχωρηθεί για χρήση από τα ασύρματα δίκτυα, με αποτέλεσμα αφενός μεν να μη δημιουργούνται προβλήματα με τα δίκτυα που τρέχουν στα 2,4GHz και αφετέρου οι συσκευές HiperLAN να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε μέρος του κόσμου χωρίς τροποποιήσεις. HIPERLAN I: Χρησιμοποιεί μια παραλλαγή του CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), που στηρίζεται στο χρόνο ζωής του πακέτου, την προτεραιότητα των πακέτων και τις αναμεταδόσεις στο επίπεδο MAC (Μέσο ελέγχου πρόσβασης). HIPERLAN II: Χρησιμοποιεί την τεχνική διαμόρφωσης OFDM (Ορθογώνιος πολυπλέκτης διαίρεσης συχνότητας), ενώ υποστηρίζει διάφορους ρυθμούς μετάδοσης 6,9,12,18,27,36 και 54 Mbps. Είναι ένα σύστημα ασυρμάτου ΑΤΜ (Τρόπος ασύγχρονης μεταφοράς), ενώ το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται στο υπόστρωμα MAC στηρίζεται σε μια διαφοροποιημένη λειτουργία της τεχνικής TDMA (Time Division Multiple Access). Μια άλλη ιδιαιτερότητα του HiperLAN είναι επίσης το ad hoc roaming,η δυνατότητα δηλαδή της αυτόματης προώθησης των δεδομένων από access point σε access point σε περίπτωση που ο δέκτης δεν βρίσκεται στο βεληνεκές του πομπό. Εκτός από αυτό,η υπεροχή στην ταχύτητα και η δυνατότητα QoS (Quality Of Service, Ποιότητα Υπηρεσιών) που μόνο το HiperLAN έχει από τα πρότυπα ασύρματης δικτύωσης. Με το QoS μπορούν τα πακέτα δεδομένων να κατηγοριοποιούνται και να αποκτούν διαφορετική σειρά προτεραιότητας ανάλογα με το είδος τους. Έτσι, τα πακέτα που αφορούν ένα video π.χ., μπορεί να έχουν μεγαλύτερη προτεραιότητα κατά τη μεταφορά, με αποτέλεσμα την πιο ομαλή Σελίδα 14 από 142

15 εμφάνισή του. Το HiperLAN2, σε αντίθεση με όλα τα υπόλοιπα πρότυπα, είναι συμβατό με μια τεράστια ποικιλία δικτύων γιατί, εκτός από το να συνδέεται με δίκτυα Ethernet, έχει τη δυνατότητα και για μεταφορά πακέτων IP, Firewire, ATM, UMTS κ.ά. Τα ETSI project BRAN (ραδιοδίκτυα ευρυζωνικής πρόσβασης) αναπτύσσουν μια νέα γενεά προτύπων που θα υποστηρίξει και τα ασύγχρονα δεδομένα και τις υπηρεσίες στις οποίες ο χρόνος μετάδοσης είναι κρίσιμος (π.χ. η φωνή και το βίντεο), για να επιτύχουν μια αποδεκτή ποιότητα της υπηρεσίας (QoS). Ένα από αυτά τα πρότυπα είναι το High Performance Radio Local Area Network type 2 (HIPERLAN/2) που θα υποστηρίζει μετάδοση multimedia εφαρμογών μεταξύ διαφορετικών ευρυζωνικών κεντρικών δικτύων και κινητών τερματικών Home RF Τον Μάρτιο του 1998 η ομάδα εργασίας HomeRF ανέπτυξε μια ενιαία προδιαγραφή, το κοινό ασύρματο πρωτόκολλο εφαρμογής SWAP (Shared Wireless Access Protocol). Η συχνότητα λειτουργίας είναι τα 2.4 GHz. To πρότυπο HomeRF 2.0 για τις ασύρματες μεταδόσεις χρησιμοποιεί στο φυσικό στρώμα την τεχνική FHSS, (την τεχνική αναπήδησης συχνότητας Frequency Hopping) και υποστηρίζει ταχύτητες διαμεταγωγής των δεδομένων που ανέρχονται στα 10Mbit/s και χρησιμοποιείται για την ασύρματη ενδοεπικοινωνία μεταξύ των ηλεκτρικών συσκευών, όπως ηλεκτρονικοί υπολογιστές, ασύρματα τηλέφωνα DECT, PDAs, ενώ χρησιμοποιείται και από ορισμένες συσκευές ήχου και εικόνας. Το SWAP χρησιμοποιεί στο υπόστρωμα MAC ένα πρωτόκολλο, το οποίο συνδυάζει χαρακτηριστικά και λειτουργίες από το DECT και το Το HomeRF μπορεί πλέον να εφαρμοστεί εκτός από τις Η.Π.Α και σε προϊόντα που προορίζονται για την Ευρωπαϊκή αγορά. Αυτό προήλθε ύστερα από την αλλαγή των κανόνων που θέσπισε o ETSI (European Telecommunications Standards Institute) που αφορούν τη διαχείριση της συχνότητας των 2,4GHz. Ο Ευρωπαϊκός όμιλος HomeRF ιδρύθηκε στα τέλη του To MAC του SWAP παρέχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά γνωρίσματα: 1. Καλή υποστήριξη για τη φωνή και στοιχεία με τη χρησιμοποίηση και TDMA (Time Division Multiple Access) και των μηχανισμών πρόσβασης CSMA/ CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). 2. Υποστήριξη για 4 υψηλής ποιότητας συνδέσεις φωνής. ρυθμό από δοσης δεδομένων 1.6Mbps. Ασφάλεια δεδομένων. 3. Διαχείριση δύναμης για τους ισόχρονους και ασύγχρονους κόμβους bit Network ID Τεχνολογία Βluetooth Το πρότυπο Bluetooth που δημιουργήθηκε από τις Ericsson, IBM, Toshiba, Intel, Nokia και Motorola και υποστηρίζεται και από άλλες πολλές εταιρίες, είναι το de facto πρότυπο περιορισμένου φάσματος ασύρματης τεχνολογίας με σκοπό να συνδέσει ποικίλες ηλεκτρονικές συσκευές, (κινητά, PDA, PC, εκτυπωτές, fax, modem, πληκτρολόγια κ.τ.λ.) με χαμηλή κατανάλωση (0,01W) και χαμηλό κόστος. Τα δίκτυα αυτά ονομάζονται PAN (Personal Area Networks, Δίκτυα Προσωπικού Σελίδα 15 από 142