Wydajne łącza MAN/WAN można obecnie budować, unikając wysokich kosztów tradycyjnych radiolinii, a jednocześnie bez popadania w drugą skrajność, polegającą na wykorzystaniu sprzętu WLAN.

Rezygnacja TP z dzierżawy łączy miedzianych dostawcom Internetu doprowadziła do wzrostu zainteresowania alternatywnymi sposobami zestawiania łączy do transmisji danych na średnich i długich dystansach. Ponieważ budowanie nowych sieci światłowodowych w miastach jest utrudnione, zaś poza miastem - niespecjalnie opłacalne, naturalnym wyborem dla operatorów i klientów okazały się radiolinie mikrofalowe.

Chcemy taniej!

Jeszcze do niedawna radiolinie były domeną tylko większych operatorów, co miało swoje uzasadnienie w kosztach. Systemy dedykowane dla "dużej telekomunikacji" działają na wysokich, trudnych do zakłócenia częstotliwościach rzędu 13, 18, 23, 26 czy 38 GHz. Są to oczywiście pasma podlegające reglamentacji, a ponadto ścisłemu dozorowi ze względu na negatywny wpływ na środowisko. Wszystko to ma odzwierciedlenie w kosztach - budowa pojedynczego łącza punkt-punkt za pomocą takich technologii może kosztować kilkaset tysięcy złotych.

Uwolnienie pasma 2,4 GHz oraz 5,4 GHz (z zastrzeżeniami odnośnie do działania nadajników) spowodowało powstanie bardzo wielu małych sieci dostępowych - czy to osiedlowych sieci kablowych, czy też "wysp" Internetu dostępnego za pośrednictwem sieci WLAN. W miarę wzrostu każda z tych sieci potrzebuje niezawodnego dostępu do szkieletowych łączy internetowych, którego technologia WLAN (802.11a/b/g) zapewnić raczej nie może.

Mikrooperatorzy, a także firmy mające potrzebę budowy miejskich lub nawet rozległych sieci prywatnych na własne potrzeby, zaczęli więc poszukiwać nowych - tańszych sposobów budowy łączy MAN/WAN. Z pomocą przyszły im innowacyjne firmy technologiczne, a także duzi producenci szukający nowych rynków. Obecnie dostępne są rozwiązania umożliwiające budowę naprawdę niezawodnych, wydajnych łączy średnio- i długodystansowych w cenie kilku, kilkunastu tysięcy złotych, działających w pasmach ogólnie dostępnych. Szczególnie interesująco wyglądają rozwiązania dwóch firm: Proxim i Motorola.

Anarchia i degradacja

Amerykańska firma Proxim od dawna oferowała w Polsce rozwiązania radiowe służące do budowy mostów radiowych między sieciami lokalnymi oraz biurowe systemy komunikacji mobilnej oparte na technologiach 802.11. W związku z rosnącym zapotrzebowaniem na tanie, ale jednocześnie niezawodne rozwiązania do zastosowania na zewnątrz Proxim opracował własny protokół o nazwie WORP (Wireless Outdoor Router Protocol). To dzięki niemu właśnie systemy transmisyjne Proxim działają stabilniej, zapewniają większy zasięg, większą realną przepustowość oraz możliwość jednoczesnej obsługi znacznie większej liczby urządzeń klienckich, niż działające w tym samym paśmie częstotliwości standardowe rozwiązania WLAN.

W warstwie radiowej protokół WORP jest zgodny ze standardami z serii 802.11a i g (modulacja OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), na tym jednak podobieństwo się kończy. WORP implementuje własny - inny niż w rozwiązaniach WLAN - sposób dostępu do medium (MAC - Media Access Control, warstwa druga modelu OSI), który zastępuje stosowany w sieciach WLAN mechanizm współdzielenia pasma zwany CSMA/CA (Collision Sensing Multiple Access/Collision Avoidance).

CSMA/CA opiera się na założeniu, że urządzenie klienckie transmituje dane tylko wtedy, jeśli uda mu się "wstrzelić" w moment, w którym żadne inne urządzenie klienckie nie nadaje. Nie ma tu żadnej centralnej kontroli. W środowiskach biurowych wykrycie faktu nadawania przez inne urządzenie jest proste - ze względu na niewielkie odległości między urządzeniami klienckimi. Na większych przestrzeniach bardzo często zdarza się jednak, że urządzenia klienckie nie wykrywają się nawzajem. W konsekwencji dochodzi do tego, że pomimo uzyskania zezwolenia na transmisję przez jedno urządzenie klienckie, inne urządzenie (lub więcej) wciąż stara się o dostęp do kanału.

Rezultatem działania sieci opartych na CSMA/CA na otwartej przestrzeni jest degradacja wydajności całej sieci. Wynika to po pierwsze, z braku synchronizacji prób nawiązania transmisji, a więc z faktu nieoptymalnego wykorzystania zasobów sieci. Po drugie, ze wzrostu liczby rzeczywiście zachodzących interferencji kolizji, które powodują konieczność retransmisji. Nie ma przy tym gwarancji, że ponowna transmisja przebiegnie poprawnie.

Mów mi WORP

Opracowany przez Proxim protokół WORP stosuje sprawdzone w wielu sieciach telekomunikacyjnych centralne zarządzanie dostępem do pasma przez stację bazową. Po początkowym uwierzytelnieniu klientów stacja bazowa cyklicznie wysyła (kolejno) do wszystkich klientów zapytanie o to, ile danych mają aktualnie do przesłania. W zależności od deklarowanych wielkości stacja bazowa przydziela urządzeniom klienckim dłuższe lub krótsze okna czasowe (TDD - Time Division Duplex), w ramach których transmisja może być wykonywana tylko w jednym kierunku w pewnym czasie. WORP jest więc "sprawiedliwy", oferuje bowiem optymalny podział szans przesyłania pomiędzy wszystkie urządzenia klienckie dzięki mechanizmowi okien czasowych.

Oprócz owej "sprawiedliwości" ważne jest także i to, że w jednym momencie pozwolenie na transmisję otrzymuje tylko jedno urządzenie - to, do którego stacja bazowa wysłała pakiet z tzw. tokenem, czyli pozwoleniem na transmisję. Pozostałe urządzenia milczą dopóty, dopóki nie otrzymają tokenu. Takie rozwiązanie jest lepsze nie tylko od CSMA/CA, ale także od stosowanych gdzieniegdzie mechanizmów RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send). Rozwiązują one wprawdzie problem konkurowania o dostęp do kanału, nie zapobiegają jednak problemowi "nieświadomej" stacji, która nadal może wysyłać pakiety RTS.

Kolejną zaletą WORP są wbudowane weń mechanizmy multipleksowania danych. Zamiast przesyłać każdy pakiet IP w oddzielnej ramce warstwy drugiej, WORP zbiera kilka kolejnych pakietów i przesyła je w jednej ramce. Co więcej, jeżeli ostatni pakiet nie mieści się w ramce w całości, jest dzielony i pozostała jego część jest przesyłana w kolejnej ramce. Pojedyncza ramka WORP może mieć maksymalnie 2304 bajty, a więc więcej niż maksymalna wielkość pakietu IP - 1514 bajtów. Mamy tu do czynienia nie tylko ze zmniejszeniem liczby ramek, ale także udziału nagłówków w transmisji ogółem. Skutek jest taki, że efektywna przepustowość łącza jest znacznie większa, niż w przypadku działających na tym samym paśmie i z tą samą modulacją sygnału łączy 802.11a/g.

Ciekawą z użytkowego punktu widzenia cechą protokołu WORP jest możliwość obsługi do 250 urządzeń klienckich jednocześnie przez jedną stację bazową. Zakładając, że to tylko teoria i że w praktyce uda się osiągnąć powiedzmy 50, będzie to wciąż bardzo dobry wynik. Przy założeniu czterech stacji bazowych, z których każda byłaby połączona z 120-stopniową anteną sektorową, z jednej lokalizacji można by potencjalnie obsłużyć do 150 urządzeń klienckich!