2.3 Langattomat verkot

Seuraavassa katsomme, miten langattomat verkot eroavat perinteisistä kaapeleilla toteutetuista verkoista. Erilaiset langattomat verkkoratkaisut ovat tällä hetkellä voimakkaassa kasvussa ja niiden hinta tulee koko ajan alaspäin. Kännyköiden myötä olemme oppineet "vaatimaan" langattomuutta ja sen tuomaa mukavuutta. Kysynnän kasvaessa ja teknologian kehittyessä langaton ympäristö tulee entisestään kasvamaan ja yleistymään...

Suomessa langattomia verkkoja on rakennettu myös kuntien "sisään". Mm. Mäntsälässä kunnan verkottaminen toteutettiin langattomalla verkkotekniikalla; lue tästä tarvittaessa lisää.

Fraasi "langaton ympäristö" on hieman harhaanjohtava, koska se viittaa verkkoon, jossa ei ole lainkaan kaapeleita. Useimmissa tapauksissa tämä ei ole totta, sillä useimmat langattomat verkot koostuvat langattomista komponenteista, jotka kommunikoivat kaapeliverkon kanssa. Tällaisia yhdistelmäverkkoja voidaan kutsua hybrideiksi.

Langattomat verkot tarjoavat paljon mahdollisuuksia kuten

• Väliaikaisen yhteyden olemassa oleviin kaapeloituihin verkkoihin.
• Ne auttavat olemassa olevien verkkojen varmuustallennuksissa.
• Ne tarjoavat tietynasteisen laiteriippumattomuuden.
• Ne laajentavat verkkoja kuparikaapeleiden tai jopa valokuitujen rajoitusten yli.

Langattoman teknologian käyttökohteita

Langattomia ratkaisuja vedetään erityisesti sellaisin paikkoihin, jonne kaapeleiden veto on syystä tai toisesta hankalaa, kallista tai muista syistä epätoivottavaa. Tällaisia ratkaisuja ovat mm.

• Ruuhkaiset paikat, aulat, vastaanottokeskukset, lentokenttien terminaalit
• Ihmisryhmät, jotka ovat jatkuvasti liikkeellä kuten lääkärit ja sairaanhoitajat
• Paikoissa, joissa fyysiset rakennelmat muuttuvat jatkuvasti
• Paikoissa, joissa kaapelointi ei ole esim. esteettisistä syistä toivottavaa kuten historiallisissa rakennuksissa

2.3.1 Langattomien verkkojen tyypit

Langattomat verkot voidaan jakaa kolmeen ryhmään, jotka perustuvat niiden teknologiaan:

• Lähiverkot
• Laajennetut lähiverkot
• Kannettavat tietokoneet

Ensisijainen ero näiden ryhmien ja kategorioiden välillä on lähetyslaitteistossa. Langattomat lähiverkot ja laajennetut lähiverkot käyttävät lähettimiä, jotka ovat verkko-organisaation omassa omistuksessa. Kannettavat tietokoneet käyttävät usein myös yleisiä palveluja lähettääkseen ja vastaanottaakseen signaaleja.

Langaton lähiverkko

Tyypillinen langaton lähiverkko toimii kuten tavallinen kaapelipohjainen verkko, paitsi, että se käyttää toisenlaista mediaa. Langaton verkkokortti, jossa on lähetin-vastaanotin, kytketään jokaiseen tietokoneeseen. Käyttäjät kommunikoivat verkossa samaan tapaan kuin he olisivat kiinni kaapeliverkossa.

Lähetin-vastaanotin, jota kutsutaan myös yhteyspisteeksi (access point), lähettää ja vastaanottaa signaaleja ympäröiviltä tietokoneilta ja lähettää dataa edestakaisin langattomien työasemien ja kaapeloidun verkon välillä.

Langattomat lähiverkot käyttävät pieniä, tarvittaessa seinään asennettavia lähetin-vastaanottimia kytkeytyäkseen kaapeloituun verkkoon (vrt. kuva 44.)

Kuva 44. Kannettava tietokone on yhteydessä kaapeliverkon yhteyspisteeseen.

Lähetin-vastaanottimet muodostavat radioyhteyden kannettaviin verkkolaitteisiin. Tällainen järjestelmä ei ole aito langaton verkko, koska se käyttää seinään asennettavia lähetin-vastaanottimia standardiin kaapeloituun lähiverkkoon.

Lähetystekniikka

Langattomalla lähiverkolla on käytettävänään neljä tekniikkaa tiedon lähettämisen:

• Infrapuna
• Laser
• Yksitaajuuksinen kapeakaistainen radio
• Monitaajuusradio

Infrapunalähetys. Kaikki infrapunavaloon perustuvat langattomat verkot operoivat käyttämällä infrapunasädettä tiedon siirtämiseen laitteiden välillä. Näiden järjestelmien on generoitava voimakkaita signaaleja, koska lähetyssignaalit ovat alttiita ulkoisille valonlähteille, kuten ikkunasta tulevalle valolle. Infrapunalla voidaan lähettää signaaleja suurilla nopeuksilla, koska infrapunavalolla on niin korkea kaistaleveys. Infrapunaverkko toimii normaalisti 10 Mbps:n nopeudella (ks. kuva 45.).

Kuva 45. Kannettava tietokone tulostaa infrapunan avulla.

Itse asiassa infrapunaverkkoja on neljänlaisia:

• Näkölinjassa olevat infrapunaverkot. Nimensä mukaisesti nämä verkot lähettävät infrapunasignaalia vain, jos lähettimellä ja vastaanottimella on selvä näköyhteys toisiinsa.
• Hajavaloinfrapunaverkot. Tämä teknologia lähettää signaalit, että ne heijastuvat kaikkialla seinistä ja katoista ja siten vähitellen tavoittavat myös vastaanottimen. Tällaisen verkon tehokas alue on rajattu noin 30 metriin ja sen signaalit ovat hitaita juuri heijastumisen takia.
• Heijastavat infrapunaverkot. Tässä versiossa käytetään optisia lähetin-vastaanottimia, jotka asennetaan tietokoneiden lähelle. Ne lähettävät signaalia kohti yhteistä välityspistettä, jossa signaali heijastetaan edelleen kohti sopivaa tietokonetta.
• Optinen laajakaistaverkko. Tässä infrapunalähiverkon versiossa käytetään laajakaistapalveluja. Verkko kykenee käsittelemään korkealaatuista multimediaa, joka yltää kaapeloidun verkon tasolle.

Vaikka infrapunan nopeus ja sen käyttökelpoisuus onkin mielenkiintoinen vaihtoehto, sen kanssa tulee vaikeuksia yritettäessä lähettää yli 30 metrin etäisyyksille. Se on myös altis ulkoisten valonlähteiden häiriöille.

Laserteknologia on samantapainen kuin infrapunatekniikka siinä, että se vaatii suoran näköyhteyden. Mikä tahansa valon kulkueste katkaisee lasersäteen ja estää lähetyksen.

Kapeakaistainen radio muistuttaa tavallista laajakaistaista radioasemaa. Käyttäjä virittää sekä lähettimen että vastaanottimen jollekin tietylle taajuudelle. Lähetys ei edellytä suoraa näköyhteyttä, koska lähetys kattaa 3000 metriä joka suuntaan. Signaalin taajuus on kuitenkin korkea, joten se ei läpäise terästä tai kantavia seinärakenteita.

Hajataajuusradio (spread-spectrum radio) lähettää signaaleja laajalle taajuusalueelle. Tällä tavalla vältetään kapeakaistaisen kommunikaation ongelmat. Saatavilla olevat kanavat on jaettu useisiin kanaviin. Hajataajuusverkko viritetään tietylle taajuudelle ennalta määritellyksi ajaksi, jonka jälkeen kortti vaihtaa toiselle kanavalle. Ajoituksen määrää kanavan järjestys. Verkon tietokoneet on synkronoitu keskenään tiettyyn ajoitusjärjestelmään. Tämän tyyppinen signalointi tarjoaa jonkinlaisen "sisäänrakennetun turvallisuuden". Jotta sitä voitaisiin kuunnella, on ensin selvitettävä kanavien  ajoitusjärjestys. Lisäksi sanoma voidaan vielä salata.

Tämä teknologia tarjoaa aidon langattoman ympäristön. Eräät hajataajuusradioverkon sovellutukset voivat tarjota jopa 4 Mbps:n siirtonopeutta 3,22 kilometrin matkalla ulkona ja yli 244 sisätiloissa. Tyypillinen siirtonopeus on kuitenkin 250 Kbps (kilobittiä sekunnissa), mikä tekee järjestelmästä paljon muita hitaamman.

Laajennetut lähiverkot

Laajennetuissa lähiverkoissa lähiverkkoja voidaan yhdistää esimerkiksi langattoman lähiverkkosillan kautta. Toimintaperiaate on sama kuin kaapeloiduissa verkoissa. Langattomaksi sillaksi kutsuttu komponentti tarjoaa helpon tavan yhdistää rakennuksia ilman kaapeleita. Olosuhteista riippuen etäisyys voi olla miltei viisi kilometriä. Tällaisten komponenttien kustannuksia voidaan perustella siten, että ne korvaavat kiinteiden vuokralinjojen tarpeen (ks. kuva 46.).

Kuva 46. Langaton silta yhdistää kaksi lähiverkkoa.

Jos langaton silta ei ole riittävä, voidaan käyttöön ottaa tarvittaessa pitkän matkan langatonta siltaa. Nämäkin komponentit käyttävät hajataajuusradiotekniikka aina 40 kilometriin saakka. 

Liikkuva tietojenkäsittely

Langattomat verkot käyttävät puhelinyhteyksiä ja julkisia palveluja voidakseen siirtää signaaleja. Mahdollisuuksia ovat:

• Pakettiradioyhteydet
• Matkapuhelinverkot
• Satelliittiasemat

Matkustelevat työntekijät voivat käyttää tätä teknologiaa kannettavissa tietokoneissa tai taskukokoisissa PDA-laitteissa (Personal Digital Assistants). Niillä voi vaihtaa sähköpostia, tiedostoja tai muuta informaatiota. Vaikka tällainen kommunikaatiomuoto on kätevä, se on kuitenkin melko hidasta. Siirtonopeudet vaihtelevat 8-19,2 Kbps:n välillä. Siirtonopeudet ovat tätäkin hitaampia, kun mukaan liitetään virheenkorjaus.

Liikkuvassa tietojenkäsittelyssä käytetään langattomia piirikortteja, jotka hyödyntävät matkapuhelinteknologiaa yhdistääkseen kannettavat tietokoneen kaapeliverkkoon. Kannettavat tietokoneet ottavat antennien välityksellä yhteyden lähiseudun radionlinkkeihin. Maata kiertävät satelliitit ottavat vastaan matalatehoiset signaalit kannettavista ja liikkuvista verkkolaitteista.

Pakettiradioyhteydessä lähetys pilkotaan paketeiksi. 

Radiopaketit ovat samantapaisia kuin muutkin verkon paketit. Paketit linkitetään satelliittiin, joka lähettää ne. Vain oikealla osoitteella varustetut laitteet voivat vastaanottaa lähetetyt paketit.

Matkapuhelinverkot

Digitaalinen matkapuhelinliikenne tai CDPD (Cellular Digital Packer Data) käyttää samaa teknologiaa ja osittain samoja järjestelmiä kuin tavalliset matkapuhelimet. Se tarjoaa tietokoneille tiedonsiirtonopeuden, joka ylittää tavallisen analogisen verkon äänipuhelut, kun järjestelmä ei ole liian ruuhkainen. Tämä erittäin nopea teknologia toimiin vain muutaman sekunnin murto-osan viiveellä, mikä tekee siitä kyllin reaaliaikaisen tiedonsiirtovälineen. Muiden langattomien verkkojen tapaan tässäkin täytyy olla keino sitoa langaton liikenne kaapeloituun verkkoon.

Satelliittiasemat

Mikroaallot ovat nykyään laajimmin levinnyt menetelmä pitkien matkojen tiedonsiirtoon USA:ssa. Ne ovat erinomainen tapa linkittää kaksi pistettä, joiden välillä on näköyhteys tai muuten estymätön yhteys esimerkiksi:

• Satelliitista maalinkkeihin
• Kahden rakennuksen välillä
• Suurten, tasaisten ja avoimien alueiden (kuten vesistöjen ja autiomaiden) ylitse

Mikroaaltojärjestelmät koostuvat

• Kahdesta radiolähetinvastaanottimesta: toinen (lähettävä asema) generoi lähetyksen ja toinen (vastaanottava asema) vastaanottaa sen
• Kahdesta suunta-antennista, jotka on suunnattu toisiaan kohti. Nämä antennit on usein asennettu torneihin, jolloin niiden vaikutusaluetta voidaan laajentaa, ja nostettu kaiken sellaisen yläpuolelle, mikä voisi estää signaalien etenemisen.

Tehtävä 8. 9 pistettä

Vastaa seuraaviin kysymyksiin.

1. Luettele ympäristöjä, joissa langaton ympäristö on välttämätön tai ainakin perusteltu.

2. Mikä laite voi yhdistää langattomasti kaksi lähiverkkoa?

3. Miten langaton verkkokortti kommunikoi verkkoon päin?

Tehtävä 9. 10 pistettä

Lue Linkeistä seuraava päättötyö langattomista lähiverkoista

ja vastaa alla oleviin kysymyksiin:

1. Mitkä ovat langattoman verkon päätekniikat?

2. Luettele langattoman verkon tietoturvariskit?