Анализ дистаннционных и трассовых методов

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И  тому есть несколько причин.

Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в  сеть новым клиентам, но и расширять  спектр услуг и охватывать новые  труднодоступные территории.

Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании  и по мере необходимости легко  масштабируемы. Этот фактор оказывается  очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован  для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии. Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.

В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа  в Интернет как для бизнес структур, так и для частных лиц.

Оборудование для использования  сетей WiMAX поставляется несколькими  производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL-модем), так  и вне его. Следует заметить что  оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений и не требующее  профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, однако способно работать на значительно меньших  расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные  внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений, требует  намного больших инвестиций в  развитие инфраструктуры сети, так  как подразумевает использование  намного большего числа точек  доступа.

С изобретением мобильного WiMAX всё больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожих на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Беспроводные сети связи  городского масштаба WiMAX активно раз-виваются на протяжении уже 10 лет, развернутые  решения создают конку-ренцию другим решениям проблемы предоставления широкополосного  доступа, эквивалентного технологии xDSL. Основным преимуществом сетей WiMAX по сравнению с другими технологиями, призванными решать аналогичные задачи, является относительно быстрое развертывание систем на достаточно больших территориях без проведения работ по прокладке кабеля и предоставление конечным пользователям каналов связи в единицы Мбит/с, что особенно актуально для мест с неразвитой сетевой инфра-структурой (например, новые загородные районы, исторические центры городов и т. п.). Заметим, что основным конкурентом сетей WiMAX явля-ются системы связи четвертого поколения LTE E UTRA.

На сегодняшний день беспроводные сети городского масштаба пред-ставлены следующими стандартами:

- IEEE 802.16e-2005, 2009 (WiMAX)

- ETSI HiperMAN

- IEEE 802.20 (WBWA).

Рабочая группа IEEE 802.16 была создана в 1999 г. Через два года (в декабре 2001 г.) был принят первый стандарт беспроводных сетей связи городского масштаба IEEE 802.16. Первоначально он был ориентирован на частотный диапазон 10–66 ГГц, что подразумевало прямую видимость между приемником и передатчиком и являлось существенным недостатком в городских условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ  СЕТЕЙ СВЯЗИ

 

1.1 Технологии WiMAX

 

 

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access, стандартизированная институтом IEEE технология широкополосной беспроводной  связи, дополняющая линии DSL и  кабельные технологии в качестве  альтернативного решения проблемы "последней мили" на больших  расстояниях. Название «WiMAX» было  создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость — до 1 Гбит/сек на ячейку.

 Технологию WiMAX можно  использовать для реализации  широкополосных соединений "последней  мили", развертывания точек беспроводного  доступа, организации высокоскоростной  связи между филиалами компаний  и решения других подобных  задач. Предварительная версия  технологии WiMAX обеспечивала функциональность  с помощью оборудования, которое  не было подвергнуто стандартизированному  тестированию на предмет совместимости  с технологией WiMAX. Целый ряд  провайдеров услуг до сих пор  используют такие предварительные  аппаратные решения для реализации  пилотных проектов WiMAX во многих  уголках мира. Как только тестирование  совместимости этих систем с  технологией WiMAX будет выполнено,  их, скорее всего, можно будет  модернизировать программным образом  в соответствии с требованиями  окончательного стандарта WiMAX. В  идеале беспроводная технология WiMAX, основанная на отраслевых  стандартах, разработана для организации  недорогой скоростной связи для  жилищ, предприятий и мобильных  беспроводных сетей в городах  и сельской местности. Обратите  внимание на определение, в  нем заранее "предусмотрено  местечко" для взаимодействия  магистрального WiMAX с "локальным" Wi-Fi. Нынешний WiMAX в версии IEEE 802.16-2004 – стандарт беспроводной связи,  который обеспечивает широкополосную  связь на площади радиусом  более 30 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями - до 10 Мбит/c и более. Технология WiMAX позволяет работать в любых условиях, в том числе, в условиях плотной городской застройки, обеспечивая высокое качество связи и скорость передачи данных. Оборудование сетей WiMAX функционирует в нескольких частотных каналах шириной 10 МГц в пределах диапазона 2 ГГц - 11 ГГц. Разумеется, специфическое распределение частотных диапазонов разных стран диктует необходимость возможности работы WiMAX в разных участках. Столь широкий разброс диапазонов выбран для учета специфики большинства стран мира. Так, в Северной Америке для WiMAX используются участки в диапазонах 2,5 и 5 ГГц, в Центральной и Южной Америке - 2,5, 3,5 и 5 ГГц, на Ближнем Востоке, в Африке, Западной и Восточной Европе - 3,5 и 5 ГГц, в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 2,3, 3,5 и 5 ГГц.

По своей сути WiMAX представляет технологию, позволяющую обеспечить доступ в интернет со скоростью сетей  класса T1, с производительностью  и покрытием, гораздо большим, нежели у современных сетей Wi-Fi. В свою очередь, продолжением "магистральных  веток" WiMAX как раз и становятся локальные сети Wi-Fi, различные типы бизнес- и бытовых кабельных/DSL сетей  конечных пользователей.

Обеспечивая коммуникации в  радиусе 10 километров и более, точки WiMAX создают покрытие на значительных площадях, предоставляя провайдерам услуг достаточно гибкие условия для обеспечения этой самой пресловутой "связи последней мили".

В целом базовые характеристики стандарта 802.16 предусматривают дальность  действия до 50 километров, покрытие с возможностью работы вне прямой зоны видимости, в перспективе – пиковую скорость обмена данными до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции при том, что типовая базовая станция будет иметь до 6 секторов покрытия.

Внедрение WiMAX нынче подразделено на три основных фазы. Нынешняя первая фаза внедрения подразумевает внедрение  и широкое распространение технологии WiMAX стандарта IEEE 802.16-2004, заменившего  собой ранние версии IEEE 802.16a и 802.16d, при  котором используются внешние антенны  по типу "сотовой тарелочки", фактически нацеленные на потребителей в фиксированных  направлениях. 

 

 

Рисунок 1.1 – Первая фаза внедрения WiMAX

 

Вторая фаза подразумевает  использование внутренних антенн, упрощенное и более гибкое использование  технологии WiMAX для обеспечения доступа.

 

 

Рисунок 1.2 – Вторая фаза внедрения WiMAX

 

Третья фаза обещает широкое  внедрение спецификаций IEEE 802.16e, ратификация  которых ожидается в начале 2006 года, а появление первых сетей - в 2007 году. Это означает возможность  работы решений с пометкой WiMAX-Certified даже в составе портативных устройств, перемещающихся по определенной "зоне покрытия" сети, по образу и подобию  современных сотовых и Wi-Fi сетей.

Разработка столь сложных  стандартов подразумевает сосуществование  с другими беспроводными стандартами, включая сотовые сети, разработку новых поколений "умных" антенн, применение новых видов модуляции  вроде OFDMA, новых типов сервисов вроде QoS, защиту данных и множество других параметров. В этом обзорном материале  по WiMAX изложение подробностей о  всех тонкостях новых стандартов не предусмотрено, но на самом деле это длительный и кропотливый  процесс.

Что касается возможностей стандарта WiMAX первого поколения - IEEE 802.16-2004, в идеале каждой базовой станцией обеспечивается доступ на площади радиусом до 50 км при скорости обмена данными  до 35 Мбит/с. На практике ширина и соответствующая  производительность канала "нарезается" конечному пользователю провайдером  услуг. Кстати упомянуть, архитектура  сетей WiMAX, в идеале напоминающая соты (только с более крупной "ячейкой"), подразумевает размещение антенно-фидерных устройств на высоких зданиях, сооружениях  и мачтах. Неудивительно, что развертыванием сетей WiMAX в первую очередь заинтересовались провайдеры сотовой связи: как бы ни была сильна конкуренция между WiMAX и сетями 3G/4G, установить и обслуживать  несколько типов оборудования на одной мачте дешевле, нежели на нескольких. А уж потребитель сам определится  с предпочтениями выбора той или  иной сети.

Нынче максимальное внимание внедрению сетей WiMAX уделяется в  странах с большими территориями и удаленностью от крупных городов, с большим процентом сельского  населения. Даже таким развитым странам  как Швеция выгодно внедрять WiMAX в качестве альтернативы проводным  магистральным коммуникациям, сетям GSM/EDGE и 3G.

Предоставляемые услуги - это  фиксированный беспроводный доступ к интернету с использованием технологии WiMAX на базе клиентского  оборудования Alvarion на чипсете Intel PRO/Wireless 5116. Они предлагаются компаниям и  частным лицам, которые находятся  в районах с плохо развитой или устаревшей кабельной инфраструктурой.

Для тестирования, стандартизации, сертификации и маркетинга продуктов WiMAX создан индустриальный альянс WiMAX Forum. Именно он выдает заключения WiMAX Forum Certified.

Одним из наиболее активных членов альянса WiMAX Forum является компания Intel, которая участвует во всех его  начинаниях – от постановки задачи, заканчивая ратификацией стандартов и  разработкой конечного оборудования. Сейчас Intel сотрудничает с компаниями, уже развернувшими предварительно стандартизованные широкополосные беспроводные сети WiMAX более чем  в 125 странах. Они обеспечивают широкий  диапазон вариантов – от стационарных систем беспроводного доступа до двухточечных систем передачи масштаба предприятия.

Сейчас число членов WiMAX Forum стремительно приближается к двум сотням, при этом, что показательно, уже более четверти из них –  это операторы, предоставляющие  или планирующие предоставлять  провайдерские услуги на базе технологии WiMAX. В работе WiMAX Forum, помимо Intel Corporation, принимают участие такие известны компании как Airspan Networks, Alvarion, Aperto Networks, Ensemble Communications, Fujitsu Microelectronics America, Nokia, OFDM Forum, Proxim Corporation, Wi-LAN Inc и другие. Среди  операторов, сотрудничающих с Intel по продвижению  решений на основе стандарта WiMAX - компании AT&T (США), Altitude Telecom (Франция), BT (Великобритания), Brasil Telecom (Бразилия), ETB (Колумбия), Iberbanda (Испания), Millicom (Аргентина), Qwest (США), Sify (Индия), Speakeasy (США), Telkom (ЮАР), Telmex (Мексика), TowerStream (США), уже упомянутая "Украинские новейшие технологии" (Украина). О выпуске продукции на базе Intel PRO/Wireless 5116 объявили компании Airspan, Alvarion, Aperto Networks, Axxcelera Broadband Wireless, Gemtek, Huawei, Proxim Corporation, Redline Communications, Siemens Mobile, SR Telecom и ZTE.

Вопросы безопасности в сетях WiMAX, основанных на стандарте IEEE 802.16, также как и в сетях WiFi (IEEE 802.11), стоят более остро, чем в проводных сетях в связи с легкостью подключения к сети.

Стандарт IEEE 802.16 определяет протокол PKM (privacy and key management protocol), протокол приватности и управления ключом. На самом же деле, имеется в виду конфиденциальность (confidentiality), а не приватность (privacy) [1]

 

 

1.2 Принцип работы

 

 

В общем виде WiMAX сети состоят  из следующих основных частей: базовых  и абонентских станций, а также  оборудования, связывающего базовые  станции между собой, с поставщиком  сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции  с абонентской используется высокочастотный  диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В  идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения  прямой видимости между базовой  станцией и приёмником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения  проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями  устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными  может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция  подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.

Структура сетей семейства  стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки — допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями)[3].

Режимы работы

MAC / канальный уровень

В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию, при которой связь для более  удалённых станций будет постоянно  обрываться в пользу более близких  станций. Подобное положение вещей  делает затруднительным использование  таких сервисов как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Что же касается сетей 802.16, в  них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа, для неё будет создан выделенный слот на точке доступа, недоступный другим пользователям.

 

 

1.3 Протокол авторизации  и ключей шифрования

 

 

Privacy and Key Management Protocol (PKM Protocol) — это протокол для получения авторизации и ключей шифрования трафика TEK.

Авторизация

Рисунок 1.3 – Авторизация

 

Абонентская станция начинает обмен, посылая сообщение, содержащее X.509 сертификат изготовителя абонентской  станции. Обычно этот сертификат никак  не используется базовой станцией, хотя возможно настроить базовую  станцию так, что авторизоваться будут только абонентские станции  от доверяемых производителей.