Что такое mesh сеть (ячеистая сеть)? Ячеистая топология Электропитание в сети mesh.

В кон­це авгу­ста Теп­ли­ца соци­аль­ных тех­но­ло­гий про­во­ди­ла мастер­скую по созда­нию Mesh-сети. Мы при­гла­си­ли спе­ци­а­ли­ста по Mesh-сетям Ста­ни­сла­ва Слав­ко­ва, опи­сав­ше­го их пре­иму­ще­ства для госу­дар­ствен­но­го, част­но­го и биз­нес-сек­то­ров и создав­ше­го mesh-соеди­не­ние в реаль­ном вре­ме­ни.

Что такое mesh-сеть?

Mesh-сеть – это объ­еди­не­ние ком­пью­те­ров не по тра­ди­ци­он­ной тех­но­ло­гии – кли­ен­ты и точ­ка досту­па, – а такое объ­еди­не­ние, при кото­ром сиг­нал и тра­фик меж­ду ком­пью­те­ра­ми либо дру­ги­ми устрой­ства­ми марш­ру­ти­зи­ру­ет­ся напря­мую через ком­пью­те­ры, без уча­стия како­го-то цен­тра­ли­зо­ван­но­го сер­ве­ра.

Плюсы данной технологии

Плю­сы дан­ной тех­но­ло­гии вполне оче­вид­ны – если слу­ча­ет­ся какая-либо чрез­вы­чай­ная ситу­а­ция и сете­вой цен­траль­ный узел выхо­дит из строя, то, соот­вет­ствен­но, про­па­да­ет связь со все­ми узла­ми сети.

Если же из стоя вышел один узел при исполь­зо­ва­нии mesh-тех­но­ло­гии, то про­сто пере­стро­ит­ся топо­ло­гия сети. При отправ­ке сооб­ще­ния будет изве­ще­ние о том, что узел недо­сту­пен, и будет выбран дру­гой аль­тер­на­тив­ный путь.

CJDNS – безопасная сеть для обычных людей

Суще­ству­ют раз­ные виды mesh-сетей, напри­мер, CJDNS . Эта сеть инте­рес­на тем, что в ее струк­ту­ре исполь­зу­ет­ся IPv6 -тех­но­ло­гия – про­то­кол, кото­рый име­ет пер­спек­ти­ву внед­ре­ния в Интер­не­те. Кро­ме того, сеть CJDNS явля­ет­ся без­опас­ной сетью и пред­на­зна­че­на для обыч­ных людей.

Она явля­ет­ся без­опас­ной, пото­му что весь тра­фик внут­ри дан­ной сети шиф­ру­ет­ся по стан­дарт­но­му про­то­ко­лу при­ват­ных и пуб­лич­ных клю­чей. Т.е. когда один чело­век что-то пере­да­ет вто­ро­му чело­ве­ку, то рас­шиф­ро­вать ее может толь­ко вто­рой чело­век.

Приватность и анонимность

Мно­гие зна­ют о суще­ство­ва­нии таких вещей, как СОРМ и PRISM . Для госу­дар­ства это, оче­вид­но, полез­ные прак­ти­ки – они помо­га­ют отсле­жи­вать тер­ро­ри­стов и т.д. Но, в то же самое вре­мя, мало кому при­ят­но, что их лич­ную инфор­ма­цию и сооб­ще­ния может читать пра­ви­тель­ство. При исполь­зо­ва­нии mesh-сетей инфор­ма­ция дохо­дит толь­ко до того чело­ве­ка, кому она пред­на­зна­ча­ет­ся.

При этом, сеть CJDNS явля­ет­ся при­ват­ной, но не ано­ним­ной. Что это зна­чит?

При­ват­ность – это когда вы отсы­ла­е­те сооб­ще­ние сво­е­му дру­гу и про­чи­тать его может толь­ко ваш друг. С дру­гой сто­ро­ны, мож­но с доста­точ­ной точ­но­стью уста­но­вить авто­ра. Это прин­ци­пи­аль­ное отли­чие меж­ду сетью CJDNS и таки­ми ано­ним­ны­ми сетя­ми, как , Tor и т.д. Сеть CJDNS пози­ци­о­ни­ру­ет­ся боль­ше как откры­тая дру­же­ствен­ная сеть и заме­на суще­ству­ю­щим про­то­ко­лам в Интер­не­те.

Где может быть использована mesh-сеть?

Во-пер­вых, посколь­ку идет повсе­мест­ное исполь­зо­ва­ние шиф­ро­ва­ния, mesh-сеть мож­но исполь­зо­вать во всех сфе­рах, где кри­тич­на пере­да­ча инфор­ма­ции в зашиф­ро­ван­ном виде. Плюс CJDNS в том, что весь тра­фик, кото­рый пере­да­ет­ся через нее, уже зашиф­ро­ван. В то же самое вре­мя, посколь­ку все про­грам­мы видят дан­ную сеть как обыч­ное сете­вое под­клю­че­ние, то они, если они под­дер­жи­ва­ют IPv6, могут рабо­тать и с дан­ной сетью.

Так­же, у CJDNS , по срав­не­нию с обыч­ны­ми сетя­ми, луч­ше покры­тие. Напри­мер, если пред­ста­вить, что у вас дома сто­ит один роу­тер, у ваших сосе­дей еще два роу­те­ра и т.д., то вы, сидя у себя в квар­ти­ре, може­те видеть 5–6 точек досту­па, откры­тых или закры­тых, в зави­си­мо­сти от нали­чия паро­лей. Минус заклю­ча­ет­ся в том, что вы к ним под­клю­чить­ся не може­те, если они закры­ты паро­лем, и у каж­до­го есть свой канал досту­па свя­зи с Интер­не­том. Если исполь­зо­вать mesh-сеть, при­чем не обя­за­тель­но CJDNS , то дан­ные точ­ки будут объ­еди­нять­ся вме­сте, и при пере­груз­ке на одной точ­ке тра­фик будет идти в канал дру­гой точ­ки. Соот­вет­ствен­но, так­же уве­ли­чи­ва­ет­ся покры­тие сети, пото­му что будет идти авто­кон­фи­гу­ра­ция кана­лов, что­бы исклю­чить интер­фе­рен­цию – что­бы кана­лы друг с дру­гом не пере­се­ка­лись и точ­ки досту­па не заглу­ша­ли друг дру­га.

Особенности CJDNS

Осо­бен­но­стя­ми CJDNS явля­ет­ся марш­ру­ти­за­ция и DHT .

Ата­ка Man-in-the-middle (чело­век посе­ре­дине) – это такая ата­ка, когда меж­ду вами и сер­ве­ром, куда вы отправ­ля­е­те дан­ные, нахо­дит­ся еще одно устрой­ство, кото­рое может про­слу­ши­вать тра­фик и пере­да­вать его даль­ше.

В обыч­ных сетях это­го избе­га­ют сле­ду­ю­щим обра­зом: когда вы, напри­мер, захо­ди­те в Интер­нет-банк, там исполь­зу­ет­ся HTTPS -шиф­ро­ва­ние, вы види­те сер­ти­фи­кат, под­твер­жда­ю­щий, что этот узел – это дей­стви­тель­но банк, а не какой-то дру­гой узел.

В сети CJDNS исполь­зу­ет­ся немно­го дру­гая тех­но­ло­гия. Посколь­ку в сети суще­ству­ют пуб­лич­ные и при­ват­ные клю­чи, когда вы посы­ла­е­те инфор­ма­цию, кото­рая зако­ди­ро­ва­на вашим при­ват­ным клю­чом, либо пуб­лич­ным клю­чом того чело­ве­ка, кото­ро­му вы дан­ные пере­да­е­те, про­чи­тать ее может толь­ко обла­да­тель клю­ча. Меж­ду может быть неогра­ни­чен­ное чис­ло людей, кото­рые захо­тят про­слу­шать эту инфор­ма­цию, но у них это­го не полу­чит­ся, пото­му что у них нет соот­вет­ству­ю­щих клю­чей.

Кро­ме того, хоте­лось бы отме­тить, что тех­но­ло­гия DPI в этой сети не может быть исполь­зо­ва­на в прин­ци­пе. DPI – это такая тех­но­ло­гия, кото­рая зани­ма­ет­ся глу­бо­ким ана­ли­зом тра­фи­ка. Для про­вай­де­ров она очень выгод­на, для обыч­ных людей – нет.

Про­вай­де­ры с помо­щью дан­ной тех­но­ло­гии могут пони­жать при­о­ри­тет для тор­рент-тра­фи­ка, могут при обна­ру­же­нии опре­де­лен­ных фраз или поис­ко­вых запро­сов либо сохра­нять исто­рию, либо даже под­ме­нять резуль­та­ты поис­ка.

При CJDNS , посколь­ку все паке­ты зашиф­ро­ва­ны, про­ве­сти ана­лиз того, что нахо­дит­ся внут­ри паке­та, в прин­ци­пе, невоз­мож­но. Таки обра­зом дости­га­ет­ся тай­на пере­пис­ки, тай­на любой инфор­ма­ции и невоз­мож­ность при­о­ри­те­за­ции тра­фи­ка.

Кому нужны mesh-сети?

1. Биз­не­су

Во-пер­вых, mesh-сети могут быть исполь­зо­ва­ны в биз­не­се. Напри­мер, сей­час на ули­цах мно­же­ство тер­ми­на­лов опла­ты и бан­ко­ма­тов, и все они тоже как-то под­клю­ча­ют­ся к Интер­не­ту. В основ­ном, это 3G или 4G моде­мы от опе­ра­то­ров сото­вой свя­зи. С одной сто­ро­ны, это, конеч­но, про­стое и хоро­шее реше­ние, но, с дру­гой сто­ро­ны, обыч­но у них силь­но завы­ше­ны цены, а ско­рость полу­че­ния и пере­да­чи инфор­ма­ции очень низ­ка.

При исполь­зо­ва­нии mesh-сети, если рай­он уже покрыт mesh-сетью, допол­ни­тель­ный уста­нов­лен­ный узел будет не толь­ко полу­чать доступ к Интер­не­ту и к сети CJDNS , но и сам высту­пать в роли ретранс­ля­то­ра и, соот­вет­ствен­но, улуч­шать сум­мар­ный сиг­нал сети.

Кро­ме того, в сети CJDNS воз­мож­но резер­ви­ро­ва­ние кана­ла – в ситу­а­ции, когда сеть ока­зы­ва­ет­ся пере­гру­же­на, направ­ле­ние тра­фи­ка может быть изме­не­но, и, таким обра­зом, мы полу­чим раз­не­се­ние нагруз­ки, что гаран­ти­ру­ет то, что связь не про­па­дет из-за пере­груз­ки сети (как, напри­мер, быва­ет в Новый год).

2. Госу­дар­ству

Каза­лось бы, зачем госу­дар­ству нуж­ны mesh-сети, если они, фак­ти­че­ски, бес­кон­троль­ны? Пото­му что, в то же самое вре­мя, это самый деше­вый доступ к Интер­не­ту. По сути, если мы ста­вим одну точ­ку досту­па к сети CJDNS в одном доме, а потом по соци­аль­ной про­грам­ме раз­да­ем роу­те­ры в каж­дую квар­ти­ру, то это зна­чи­тель­но упро­ща­ет мон­таж и под­клю­че­ние новых або­нен­тов, а так­же уве­ли­чи­ва­ет емкость сети и сум­мар­но уве­ли­чи­ва­ет ско­рость сети.

Затем, посколь­ку госу­дар­ству выгод­но, что­бы элек­трон­ные услу­ги были про­сты­ми и доступ­ны­ми для граж­дан, граж­дане с помо­щью сети смо­гут полу­чить к таким услу­гам доступ доволь­но быст­ро. И, опять же, это бес­плат­но.

3. Про­вай­де­ру

Плю­сы для про­вай­де­ров – это лег­кость настрой­ки сети. Так­же будет осу­ществ­лять­ся демо­но­по­ли­за­ция, пото­му что если дан­ная сеть будет, она, по сути, будет еди­на, но про­бле­му послед­ней мили могут решить имен­но про­вай­де­ры, кото­рые будут уста­нав­ли­вать соеди­не­ния меж­ду сег­мен­та­ми этой сети, повы­шать емкость этой сети с помо­щью про­клад­ки допол­ни­тель­ных кана­лов, либо уста­нов­ки точек досту­па, кото­рые будут доступ­ны потре­би­те­лям. Кро­ме того, никто не меша­ет про­вай­де­ру сде­лать CJDNS-сеть с паро­лем и за неболь­шие день­ги предо­став­лять к ней доступ. Но в даль­ней­шем, как я уже гово­рил, это воз­мож­но про­па­дет, пото­му что появят­ся откры­тые ана­ло­ги.

Неполносвязная топология.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях , когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети.

Рассмотрим некоторые виды неполносвязных топологий. Выделим несколько базовых технологий: шина, звезда, кольцо, ячеистая . Сами по себе базовые топологии не сложны, однако на практике часто встречаются довольно сложные их комбинации.

Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых связей. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей. Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью, так как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим отдельным кабелем. Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера – получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток – большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания.

Рис.4.2.1 Ячеистая топология.

Ячеистая топология применяется в сочетании с другими топологиями при построении больших сетей.

4.2.2. Звезда .

При топологии звезда (рис.4.2.2) все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором (hub). В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. В качестве концентратора может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.

В настоящее время концентратор стал одним из стандартных компонентов сети. В сетях с топологией звезда он, например, служит центральным узлом. Концентраторы делятся на пассивные и активные . Активные регенерируют и передают сигналы так же как репитеры (повторители). Их называют многопортовыми повторителями . Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы подключают к электрической сети. К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая его и не восстанавливая. Пассивные концентраторы не надо подключать к электросети.

Рис.4.2.2 Звездообразная топология.

Недостатки этой топологии: высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства. Кроме того наращивание сети ограничивается количеством портов концентратора. Главное преимущество этой топологии перед шиной – более высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров на работу сети не влияет. Любые неприятности с кабелем касаются только того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора приводит к падению сети. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

Ячеистая (также известна как сетчатая, сеточная) топология (mesh) — это тип сетевой топологии, в которой каждое устройство соединено с множеством других каналами связи «точка-точка», при этом устройство не только захватывает и обрабатывает свои данные, но и служит ретранслятором сообщений для других устройств. Эта топология характеризуется высокой надежностью и отказоустойчивостью, благодаря наличию множества резервных связей между узлами сети. Неисправность узла или обрыв линии связи не влияют на работоспособность сети (при обрыве одного из каналов связи возможна передача через другие). Для того чтобы найти наилучший путь передачи данных между узлами ячеистой сети, используются маршрутизаторы, коммутаторы или точки доступа.

Существует два типа ячеистых топологий: полносвязная топология (full connected ) и топология неполной связности (partially connected) .

В полносвязной топологии каждый узел напрямую связан со всеми остальными узлами сети. Эта топология отражает архитектуру Интернет, в котором имеется множество путей до любой точки. Полносвязная топология довольно дорогостоящая, т.к. в случае проводных сетей требует большого расхода кабеля и большого количества портов для подключения, но в тоже время обеспечивает высокую отказоустойчивость. На практике она используется редко и применяется там, где требуется обеспечение высокой надежности и максимальной отказоустойчивости, например при построении магистральных сетей.

Топология неполной связности получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. В этой топологии количество соединений каждого устройства зависит, прежде всего, от его значимости в сети. Топология неполной связности менее дорогостоящая, чем полносвязная и характерна для большинства периферийных сетей, используемых для подключения к магистральным сетям с полносвязной топологией.

Несмотря на очевидное достоинство сетей с ячеистой топологией, основными их недостатками являются высокая стоимость, сложность подключения/отключения сетевого оборудования и его конфигурация.

Часто ячеистая топология используется совместно с другими топологиями («цепочка», «кольцо» и «звезда») и формирует сеть с гибридной топологией.

Рассмотрев существующие сетевые топологии, обратим внимание на другие немаловажные вопросы, влияющие на выбор топологии сети. Топология должна обеспечивать:

• удобное управление потоками данных;
• устойчивость к неисправностям узлов, подключенных к сети и обрывам кабеля;
• возможность для дальнейшего расширения сети и перехода к новым высокоскоростным технологиям;
• низкую стоимость создания и сопровождения сети.

При этом надо учитывать:

• уже имеющуюся кабельную инфраструктуру и оборудование, если сеть требуется просто расширить;
• физическое размещение устройств;
• размеры планируемой сети;
• объем и тип информации для совместного использования.

Точки могут работать в MESH сети как самостоятельно (например, интеллектуальные точки — Motorola), так и в качестве тонкого клиента под управление контроллера (Blusocket).

«Умные» точки доступа могут динамически перераспределять нагрузку. Если одна точка оказывается перегружена, она снижает мощность и передаёт часть своих абонентов соседним точкам, которые увеличивают мощность.

Современные точки могут использовать дополнительные радионтерфейсы (2-ой или 3-ий) в качестве сенсора окружающего радиоэфира, что позволяет в автоматическом режиме выбирать оптимальные радоиканалы и излучающую мощность сигнала для снижения влияния интерференции. Сенсор также может регистрировать подключение незарегистрированных точек, информировать об этом администартора сети, а также использовать активное подавление радиосигнала от незаконно установленных точек (защита радиопериметра).

Таким образом значительно упрощается проведение пуско-наладочных работ. Часто данныя технолгогия позволяет исключть трудоёмкую и дорогостоящую процедуру радиопланирования.

Использование VLAN с несколькими SSID позволяет и QoS позволяет приоритезировать критичный к задержкам трафик для бизнес-пользователей за счёт обрезания сокрости для гостевого доступа.

Основное преимущенство MESH сетей в их мобильности и высокой скорости развёртывания. При переезде в новый офис компания может забрать точки доступа с собой и развернуть сеть Wi-Fi за несколько часов.

Технология MESH активно применяется не только в офисных зданиях. MESH удобно использовать для организации публичного доступа в интернет на открытых площадках, площадаях парках и стадионах.

Отдельное направление MESH - сетей — организация равномерного покрытия на больших складских площадях.

Таким образом Wi-Fi перестало быть игрушкой для домашнего использования. В наши дни профессиональные Wi-Fi решения используются бизнесом как основной рабочий IT-инструмент.

Существуют простые в использовании анализаторы сети, такие как NETSCOUT AirCheck G2 . Это похожий на смартфон прибор с поддержкой стандартов Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac. С данным портативным прибором можно обойти все помещения, замерить уровень сигнала и нанести границы зоны покрытия на карту, в том числе и с привязкой к координатам GPS.

Портативный анализатор сети NETSCOUT AirCheck G2

С помощью анализатора NETSCOUT AirCheck G2 можно решить сразу множество задач. В частности, можно убедиться, что сеть Wi-Fi покрывает все требуемое пространство, но при этом не выходит за пределы контролируемой территории, например, на улицу. Также можно проверить производительность сети, бесшовность роуминга, наличие источников помех и т. д.

Mesh- сети

Концепция Mesh

На сегодняшний день сотовая телефония продемонстрировала огромную востребованность рынка мобильных абонентов к передаче голосовых и информационных данных со скоростями от нескольких сотен килобит до нескольких мегабит в секунду. Создаваемые информационные системы призваны стать (в большей или меньшей степени) частью информационной сети, обеспечивающей абонентов глобальным роумингом. Решение этой задачи связывают с внедрением новых (3G, WiMAX) и совершенствованием уже существующих (Wi-Fi) технологий беспроводной передачи данных. Одним из вариантов решения подобных сетей, основанных на кластерной структуре, является технология Mesh.

Определение Mesh-сетей

На базе технологии Mesh созданы системы для организации мобильной связи с единичными объектами в зоне военных действий. Подобные системы обеспечивают высокоскоростную передачу цифровой информации, видео- и речевую связь, а также определяют местоположение объектов.

В настоящий момент не существует точных критериев, определяющих термин Mesh-сеть в применении к системам широкополосного беспроводного доступа. Наиболее общее определение звучит как: "Mesh - сетевая топология, в которой устройства объединяются многочисленными (часто избыточными) соединениями, вводимыми по стратегическим соображениям" . В первую очередь понятие Mesh определяет принцип построения сети, отличительной особенностью которой является самоорганизующаяся архитектура, реализующая следующие возможности:

создание зон сплошного информационного покрытия большой площади;

масштабируемость сети (увеличение площади зоны покрытия и плотности информационного обеспечения) в режиме самоорганизации;

использование беспроводных транспортных каналов (backhaul) для связи точек доступа в режиме "каждый с каждым"

устойчивость сети к потере отдельных элементов.

Архитектура Mesh-сети

Топология Mesh основана на децентрализованной схеме организации сети, в отличие от типовых сетей 802.1 1a/b/g, которые создаются по централизованному принципу. Точки доступа, работающие в Mesh-сетях, не только предоставляют услуги абонентского доступа, но и выполняют функции маршрутизаторов/ретрансляторов для других точек доступа той же сети. Благодаря этому появляется возможность создания самоустанавливающегося и самовосстанавливающегося сегмента широкополосной сети.

Mesh-сети строятся как совокупность кластеров. Территория покрытия разделяется на кластерные зоны, число которых теоретически не ограничено. В одном кластере размещается от 8 до 16 точек доступа. Одна из таких точек является узловой (gateway) и подключается к магистральному информационному каналу с помощью кабеля (оптического либо электрического) или по радиоканалу (с использованием систем широкополосного доступа). Узловые точки доступа, так же как и остальные точки доступа (nodes) в кластере, соединяются между собой (с ближайшими соседями) по транспортному радиоканалу. В зависимости от конкретного решения точки доступа могут выполнять функции ретранслятора (транспортный канал) либо функции ретранслятора и абонентской точки доступа. Особенностью Mesh является использование специальных протоколов, позволяющих каждой точке доступа создавать таблицы абонентов сети с контролем состояния транспортного канала и поддержкой динамической маршрутизации трафика по оптимальному маршруту между соседними точками. При отказе какой-либо из них происходит автоматическое перенаправление трафика по другому маршруту, что гарантирует не просто доставку трафика адресату, а доставку за минимальное время.

Процедура расширения сети в пределах кластера ограничивается установкой новых точек доступа, интеграция которых в существующую сеть происходит автоматически.

Недостаток подобных сетей заключается в том, что они используют промежуточные пункты для передачи данных; это может вызвать задержку при пересылке информации и, как следствие, снизить качество трафика реального времени (например, речи или видео). В связи с этим существуют ограничения на количество точек доступа в одном кластере.

На сегодняшний день выпускается Mesh-оборудование как внешнего, так и внутреннего размещения .

Стандарты беспроводной передачи данных, используемые для построения Mesh-сетей

Как уже говорилось выше, основой для реализации Mesh-сетей на сегодняшний день является стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi).

Оборудование стандарта pre-Wi-МАХ уже сегодня применяется для подключения узловых точек Mesh-сетей к магистральным каналам (Tropos, Nortel и др.). Учитывая технологические преимущества WiMAX, данный стандарт (особенно в его мобильной версии) будет использоваться для организации абонентского доступа. Однако начало этого процесса следует отнести на момент появления на рынке дешевых абонентских устройств, то есть не ранее 2008-2009 гг.

Wi-Fi Mesh-сети

Сервисные возможности

Хэндовер

В настоящее время в стандарте 802.11 нет строгих спецификаций по реализации хэндо-вера ("бесшовного" перемещения абонентов между точками доступа). Однако для обеспечения такого перехода предусмотрены специальные процедуры сканирования эфира и присоединения ("association"). Реализация хэн-довера в сетях Wi-Fi может осуществляться различным образом, например, на базе протокола Radius или под управлением интеллектуального беспроводного контроллера, организующего "туннель" при переходе клиента в зону обслуживания соседней точки доступа. В спецификации 802.11k (см. врезку) описаны процедуры, позволяющие клиентскому устройству выбрать точку доступа, к которой следует подключиться перед разрывом текущего соединения. Кроме того, использование алгоритма кэширования, предусмотренного спецификацией 802. 11i, обеспечивает установление нового защищенного соединения за время, не превышающее 20-30 мс.

Как результат -оборудование с поддержкой механизмов управления 802.11k обеспечивает переключение абонентского устройства на новую точку доступа за время не более 50 мс. Такая задержка не будет замечена пользователем, так как она в несколько раз меньше человеческого порога восприятия2.

Межсетевой роуминг

Объединение сетей Mesh (проблема роуминга), а в дальнейшем также объединение сетей фиксированной и мобильной связи служит решению основной задачи: возможности предоставлять мобильным конечным пользователям как можно более широкий ассортимент услуг по как можно более низкой цене. Отсюда встает необходимость решать задачу по организации межсетевого роуминга согласно известному принципу "один человек - один номер" при перемещении абонента между сетями различного типа.

В пределах городской сети, состоящей из набора кластеров, проблема роуминга при переходе клиента из кластера в кластер решается механизмами ESSID, WEP/802.1x и VPN. Свободно перемещающийся клиент идентифицируется по IP-адресу с организацией виртуальных IP-каналов.

Ожидается, что в спецификации 802.11s будет описана процедура объединения сетей, в том числе и различного типа. Создание крупных сетей 802.11s позволит устранить ныне существующую проблему перехода между сетями Wi-Fi, развернутыми в различных городах.

Мультисервисность

Обеспечение мультисервисности предполагает организацию для клиента полного спектра IP-услуг, включая доступ в Интернет, VoIP, видеоконфе-ренц-связь и т.д. Стандарт IEEE 802.11e позволяет при сохранении полной совместимости с действующими стандартами 802.11а/b/g расширить функциональность за счет обслуживания потоковых мультимедиаданных и предоставления гарантированного качества услуг QoS. Механизм основан на приоритезации трафика и предполагает организацию контроля полосы пропускания по группам пользователей и типам трафика (голос, видео и т.д.).

Практическая реализация QoS позволяет организовывать не только голосовые, но и видеосессии для пользователей, крайне требовательных к безопасности и надежности соединения (службы безопасности).

Безопасность

Вопросы безопасности Mesh (защита от нелегальных подключений) являются весьма актуальными, особенно для систем городского масштаба, которые объединяют муниципальные, абонентские и корпоративные сети. Безопасность сетей обеспечивается в рамках спецификаций стандарта 802.11. Стандарт шифрования (Wired Equivalent Privacy, WEP) на сегодняшний день не удовлетворяет требованиям из-за слабой стойкости ключа. Принятие стандарта 802.11 i (WPA2) делает доступной более безопасную схему аутентификации и кодирования трафика. Стандарт IEEE 802.11i предусматривает использование в продуктах Wi-Fi таких средств, как поддержка алгоритмов шифрования трафика: TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), WRAP (Wireless Robust Authenticated Protocol) и CCMP (Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol). Этих алгоритмов достаточно для защиты на уровне абонентского трафика, но на уровне корпоративного пользователя используются дополнительные механизмы, включающие более совершенные способы аутентификации при подключении к сети: более крипто-стойкие методы шифрования, динамическую замену ключей шифрования, использование персональных межсетевых экранов, мониторинг защищенности беспроводной сети, технологию виртуальных частных сетей VPN и т.д. Преимущества интегрированных сетей Wi-Fi-GSM очевидны, что заставляет производителей оборудования активно развивать это направление.

Усилия в этом направлении связаны в первую очередь с созданием механизма межсетевого перехода. Компании Motorola, Avaya и Pro-xim разработали универсальные беспроводные устройства и создали форум SCCAN (Seamless Converged Communication Across Networks), уже одобренный IEEE. Альянс SCCAN должен разработать спецификацию взаимодействия между двухсетевыми устройствами и офисными IP-станциями, способными работать и в Wi-Fi, и в сотовых сетях.

Технология UMA (Unlicensed Mobile Access), разработанная американской компанией Kineto Wireless, позволяет мобильному абоненту переключаться с GSM-сети на сеть Wi-Fi, не прерывая разговора.

На сегодняшний день рынок GSM-телефонов со встроенным модулем Wi-Fi насчитывает более 30 моделей и их количество неуклонно растет4.

Mesh-приложения

Наибольшую эффективность следует ожидать при реализации Mesh-сетей масштаба города (MAN). Особенности организации и использования подобных сетей определяются социальной и коммерческой целесообразностью, при этом сети могут либо строиться только как корпоративные (муниципальные) или абонентские, либо решать обе задачи одновременно.

С точки зрения абонентского сервиса подобные сети уже сегодня обеспечивают полный спектр IP-приложений - Ethernet, VoIP, real time video.

Абонентские сети

Главной задачей абонентских сетей является обеспечение доступа пользователей (стационарных и мобильных) к ресурсам Интернета и организация Wi-Fi-телефонии. Особенностью таких сетей является, как правило, высокая плотность установки точек доступа (порядка 10 точек/км2). Этот параметр определяется в значительной степени низкой выходной мощностью клиентских устройств (Wi-Fi-адаптеры, телефоны), высокой плотностью размещения абонентов (и, следовательно, необходимостью обеспечивать высокую емкость абонентского трафика), а также характеристиками чувствительности точек доступа. Развертывание подобных сетей становится выгодным при достаточно большом числе пользователей и на сегодняшний день определяется не техническими, а экономическими аспектами.

Основные проблемы, с которыми приходится сталкиваться при создании Mesh-сетей внешнего (уличного размещения) в России:

ограниченность частотного ресурса (частотные диапазоны 802.11 в крупнейших городах России практически исчерпаны);

необходимость подтверждения результатов радиочастотного планирования практическими исследованиями состояния радиообстановки в зоне развертывания сети (наличие незарегистрированных пользователей);

организация размещения точек доступа в максимальной близости от абонентов, обеспечение круглосуточного электропитания и т.д.

В качестве примера можно привести Mesh-сеть компании "Голден Телеком", разворачиваемую в Москве и насчитывающую до 3500 точек доступа. Не менее крупные проекты на момент написания этой статьи находятся в стадии реализации в г. Тайбэй и Македонии (в Македонии поставлена задача организовать полное покрытие сетями Wi-Fi 40 городов, то есть всей территории страны площадью более 1500 км2).

На рис. 2 показана принципиальная схема размещения элементов Mesh-сети в условиях городской застройки. Типовое решение для мобильных абонентов предполагает монтаж точек доступа на уровне 10-12 метров, вдоль улиц на столбах городского освещения, опорах светофоров, кабельных растяжках и т.д.

Муниципальные сети

Mesh-топология позволяет реализовать уникальные по своим возможностям сети муниципального назначения, ориентированные на службы оперативного реагирования (милиция, "Скорая помощь", МЧС). На рис. 3 показана принципиальная схема организации такой зоны (одним из требований является наличие производителей мобильных роутеров, монтируемых в автомобилях).

Основу сети составляют узловые и абонентские точки доступа, размещаемые на улице (как правило, вдоль дорог) и организующие зоны информационного покрытия, в которых обеспечивается подключение абонентов со стандартными Wi-Fi-адаптера-ми. Дополнительно точки доступа могут использоваться для организации управления движением (светофоры) и сбора видеоинформации, с подключением видеокамер по проводному или беспроводному интерфейсу. Подключение пользователей, расположенных внутри помещений, к внешней сети производится с помощью внутри-офисных точек доступа, которые характеризуются пониженной выходной мощностью и "комнатным" исполнением корпуса.

Наибольший интерес представляют мобильные точки доступа, предназначенные для эксплуатации в автомобилях. Использование этих устройств не только увеличивает радиус действия между точками доступа до 800-1200 метров, но и позволяет организовать:

информационное обеспечение пользователей внутри автомобиля при проводном или беспроводном подключении конечных устройств (ноутбук, PDA и т.д.);

информационное покрытие в радиусе 300 м вокруг автомобиля для абонентов со стандартными Wi-Fi-адаптерами 802.1 1b/g;

контроль положения автомобиля при использовании встроенного в точку доступа GPS-приемника.

Применение мобильных точек доступа позволяет организовать оперативное расширение зоны покрытия или увеличение информационной емкости сети за счет концентрации оборудованных автомобилей в "горячих точках". Механизмы самоорганизации Mesh-сети позволяют за минимальное время (определяемое временем прибытия автомобилей, оборудованных Mesh-точками доступа) организовывать зону Wi-Fi c передачей оперативной аудио- и видеоинформации на центральный пульт.

Анализ создания и развития Mesh-сетей показывает, что существует устойчивая тенденция объединения абонентских и муниципальных сетей. Зачастую сети, построенные по муниципальному заказу, дополняются впоследствии точками доступа и эксплуатируются операторами в объединенном "муниципально-абонентском" режиме.

Технологические сети

Высокий уровень автоматизации современного производства требует передачи больших объемов контрольной и управляющей информации. С появлением на рынке первичных преобразователей и микроконтроллеров со встроенными модулями Wi-Fi беспроводные решения при организации технологических сетей становятся все более востребованными.

В первую очередь это касается многоуровневых сетей передачи данных, предназначенных для современных транспортных систем. Функциональные возможности таких систем включают в себя сбор информации об объекте (техническое состояние, идентификация груза),

Типовыми задачами таких проектов являются организация абонентского доступа и передача технологической информации в поездах. Точки доступа, расположенные вдоль железнодорожного полотна, обеспечивают организацию зон Wi-Fi в вагонах поезда, следующего со скоростью до 300 км/ч.

Оборудование

На сегодняшний день большую часть рынка Mesh-оборудования занимают sturtup-компании, однако ситуация очень быстро меняется. Компании Cisco, Motorola, Nortel, Proxim, Alvarion (организация транспортных каналов) - вот далеко не полный перечень известных производителей, все более активно работающих в секторе Mesh-оборудования.

Все представленное на рынке оборудование можно условно разделить на 3 группы:

группа № 1 - Single-радиосистемы с одиночным радиоблоком, использующие антенны круговой диаграммы направленности;

группа № 2 - Dual-радиосистемы с двумя радиоблоками, использующие антенны круговой диаграммы направленности;

группа № 3 - Multi-радиосистемы, использующие раздельные радиоблоки для организации транспортного и абонентского доступа с применением направленных антенн.

Группа № 1. Single-радио

При использовании Single-радио один радиомодуль в частотном диапазоне (2,4 ГГц) применяется для организации абонентского доступа и транспортного канала между точками. Учитывая плотность установки точек доступа и ограниченность частотного ресурса, для исключения их взаимного влияния требуется очень тщательное частотное и структурное планирование сети. Число переходов (hops) трафика между точками доступа должно составлять не более 3-4, что ограничивает возможности масштабирования сети в пределах одного кластера при организации сервисов реального времени. Несмотря на указанную специфику, Mesh-сети, построенные на оборудовании 1-й группы, лидируют по присутствию на рынке. Оборудование характеризуется низкой стоимостью и является наиболее эффективным для создания зон покрытия малого масштаба.

Самым заметным представителем этой группы является компания Tro-pos Networks (США), крупнейший производитель оборудования топологии Mesh5. Tropos выпускает линейку оборудования, в состав которой входят точки доступа 5210 (стационарная), 4210 (мобильная) и 3210 (внутриофисная). Все модели выполняют сетевые функции на уровне Layer3. Характеристики чувствительности являются одними из лучших среди оборудования с топологией Mesh. Оборудование оптимизировано для построения сетей муниципального назначения. Возможно подключение узловых точек по беспроводной схеме с использованием Canopy (Motorola) или Breeze Access VL (Alvarion). Система самотестируется и создает динамические таблицы оптимального маршрута трафика. При этом обратный маршрут выбирается по критерию максимальной полосы пропускания.

Группа № 2. Dual-радио

При использовании Dual-радио применяются раздельные радиомодули для организации абонентского доступа (2,4 ГГц) и транспортного канала (5,8 ГГц). Подобное решение позволяет избавиться от интерференционных помех при передаче информации между точками, что упрощает частотное планирование сети и повышает производительность системы по транзитному трафику за счет "переноса" транспортного канала в другой частотный диапазон.

Оборудование 2-й группы выпускают почти все производители Mesh (Aruba, BelAir, Cisco, Motorola, Nortel, Proxim, SkyPilot, Tropos и др.).

Среди технических решений следует отметить оборудование Nortel Networks, использующее до 6 направленных антенн на транспортном канале, что позволяет увеличить расстояние между точками доступа, Aruba Networks применяет центральный контроллер Aruba (Aruba Mobility Controller) для повышения безопасности сети.

Компания Motorola заявила, что оборудование Motomesh, использующее технологию MeshConnex, будет поддерживать окончательную версию стандарта Mesh-сетей 802.11s. При этом предполагается модернизация уже существующих сетей путем обновления программной части системы по эфиру.

Группа № 3. Multi-радио

Оборудование третьей группы (BelAir, SkyPilot, Strix Systems и др.) наиболее интересно по архитектурному решению. Оно построено по модульному принципу с использованием от 4 до 6 радиоблоков. Это позволяет (так же, как и в решениях Dual-радио) организовать разделение абонентского и транспортного потоков. Однако эффективность решения Multi-радио повышается за счет разделения входящего и нисходящего транспортных потоков при увеличения общего числа "транспортных" радиомодулей.

Модульная архитектура (на практике это набор плат, монтируемых в типовом корпусе) допускает оперативную замену радиомодулей и позволяет производить простую модернизацию всей сети по мере развития технологической и элементной базы, включая переход на новые стандарты (Wi-МАХ).

BelAir Networks (Канада) предлагает линейку оборудования, основу которой составляют три типа Outdoor-точек доступа BelAir50c, BelAir100, BelAir200, относящихся с разным группам оборудования (single-dual-multi radio). В зависимости от модели в устройствах установлено от 1 до 4 радиомодулей. Старшая модель (Bel-Air200) обеспечивает полнодуплексный транспорт и абонентский доступ и реализует функции организации сети на уровне Layer2 и Layer3. Широкий спектр оборудования позволяет "гибко" планировать Mesh-сеть в зависимости от предполагаемого трафика. В зонах максимального транзитного трафика (центр) могут размещаться точки доступа Multi-радио, а на периферии - Single-радио.

Stryx Systems Inc. (США) наряду с традиционными решениями для сетей с топологией Mesh активно работает в сегменте задач, требующих информационного обеспечения быстродвижу-щихся объектов (до 300 км/ч), например железнодорожного транспорта. Особенностью оборудования является динамический выбор каналов передачи, что позволяет снизить влияние интерференционных помех на работу сети с топологией Mesh. Для повышения безопасности сети Stryx (в отличие от конкурентов) использует удаленный сервер идентификации пользователя. Все модели выполняют сетевые функции на уровне Layer3 с поддержкой большинства существующих коммутационных и маршрутизирующих сетевых протоколов.

Компания SkyPilot позиционирует свое оборудование как оборудование Mesh следующего 4-го поколения. Отличительной его особенностью является использование синхронных протоколов для организации транспортных каналов. В решениях используются 8-секторные антенны. Каждый сектор устанавливает связь в TDD-режи-ме "точка - точка" с использованием GPS для синхронизации секторов.

Перспективы и шансы на успех

Внедрение новых спецификаций стандарта Wi-Fi (особенно 802.1 1n) обещает существенное увеличение скорости передачи информации, что в полной мере может компенсировать недостатки стандарта (коллизион-ность доступа, проявляющаяся в наибольшей степени в условиях высокой загруженности сети).

Учитывая преимущества WiMAX, следует ожидать, что этот стандарт начнет активно конкурировать с Wi-Fi при организации Mesh-сетей, но не ранее появления дешевых абонентских устройств. При этом трудно ожидать полного замещения технологий из-за ограничений WiMAX на производительность (Мбит/с), заложенных в 802.16. В таких условиях неизбежно совместное существование и взаимная интеграция сетей.

Усложнение Mesh-систем по мере увеличения их масштаба и необходимость объединения с альтернативными сетями (GSM, 3G, WiMAX и т.д.) потребуют создания более сложных систем управления, основанных на централизованных решениях. Коммерческая эффективность объединенных сетей "муниципально-абонент-ского" доступа приведет к росту их числа и потребует создания более эффективных решений, обеспечивающих безопасность муниципального сектора сетей.

Для России ожидаемым сектором строительства Mesh-сетей являются крупные мегаполисы (спальные районы и деловой центр) и коттеджные поселки. Проблемы организации таких сетей связаны в первую очередь с частотными ограничениями. В отличие от стран с "открытыми" диапазонами стандарта 802.11, в России при построении внешних сетей необходимо получение Решений ГКРЧ и частотных разрешений. При построении внутренних сетей процедура упрощена: если оборудование указано в Приложении № 2 Решения ГКРЧ № 04-03-04-003 от 06.12.2004 или внесено в перечень оборудования последующими решениями ГКРЧ, то достаточно регистрации сети в местном радиочастотном центре.

Учитывая политику, проводимую Мининформсвязи России , следует ожидать, что границы между топологией традиционных решений ШПД (особенно в

приложении стандарта WiMAX для частотных диапазонов 2,4; 3,5; 5,8 ГГц) и Mesh при реализации в России будут постепенно размываться.

Mesh как принцип сетевого построения безусловно будет развиваться и займет если не определяющее, то значимое положение в глобальной информационной сети.