Анализ дистаннционных и трассовых методов

На первом этапе (первая половина 2005 г.) будет обеспечиваться беспроводное соединение с пользователями через  фиксированные внешние (Outdoor) антенны, установленные на зданиях клиентов. Оборудование будет соответствовать  стандартам IEEE 802.16а, IEEE 802.16—2004, IEEE 802.16d. Создается инфраструктура сети, обеспечивающая связью группы зданий вокруг каждой базовой  станции. Обеспечиваются высокоскоростные (до 75 Мбит/с) линии Е1/Т1, производится подключение хотспотов (Hotspot) (т. е. точек  общего доступа пользователей оборудования стандарта IEЕЕ 802.11 (Wi-Fi) внутри каждого  здания) к сети WiMAX.  
        На втором этапе (вторая половина 2005 г. — первая половина 2006 г.) внедрение комнатных антенн (Indoor) для пользователей Wi-Fi, с помощью которых будет обеспечиваться широкополосный защищенный доступ.  
        На третьем этапе (2006—2007г.) начнется внедрение технологии стандарта IEЕЕ 802.16e, позволяющего организовать роуминг внутри сети для пользователей ноутбуков со встроенными устройствами, поддерживающими стандарт IEЕЕ 802.16e.  
,        Технология WiMAX представляет прекрасную возможность обеспечивать беспроводной доступ всем пользователям цифрового оборудования, включая оборудование беспроводных локальных сетей, технологии Wi-Fi, к глобальным сетям, являясь связующим звеном между локальными сетями и глобальными сетями.

 

2.6 Недостатки сетей мобильной связи на основе WiMAX

 

 

Первым фактором является то, что при развертывании WiMAX-сетей  там, где доступа к Internet раньше не было, приходится сталкиваться с проблемой  наличия в малонаселенных или  удаленных регионах достаточного числа  потенциальных пользователей, обладающих необходимым оборудованием или  денежными средствами на его приобретение. То же касается и перехода на Mobile WiMAX после его лицензирования, так  как, помимо затрат провайдеров на модернизацию операторского оборудования, следует  учитывать затраты пользователей  на модернизацию клиентского оборудования: приобретение WiMAX-карт и обновление портативных устройств.

Вторым сдерживающим фактором является позиция многих специалистов, которые считают недопустимым использование  сверхвысоких частот радиосвязи прямой видимости, вредных для здоровья человека. Наличие вышек на расстоянии десятков метров от жилых объектов (а базовые станции рекомендуется  устанавливать на крышах домов) может  пагубно сказаться на здоровье жителей, особенно детей. Однако результатов  медицинских экспериментов, подтверждающих наличие или высокую вероятность  вреда, пока не опубликовано.

Третьим фактором является, как ни странно, быстрое развитие стандарта. Появление новых, принципиально  различных версий стандарта WiMAX, приводит к вопросу о неизбежной смене  оборудования через несколько лет. Так, станции, сейчас работающие в режиме Fixed WiMAX, не смогут поддерживать Mobile WiMAX. При переходе на следующий стандарт потребуется обновление части оборудования, что отпугивает крупных провайдеров. На данный момент внедрение и использование Fixed WiMAX на коммерческой основе могут  позволить себе только небольшие  компании, которые не планируют значительного  расширения (в том числе территориального) и используют новые технологии для  привлечения клиентов.

И, наконец, четвертым фактором является наличие конкурентного  стандарта широкополосной связи, использующего  близкие диапазоны радиочастот - WBro. Этот стандарт тоже до конца не лицензирован, однако он уже получил определенную известность. А потому всегда существует вероятность, что через несколько  лет предпочтительным окажется не WiMAX, а WBro. И компании, вложившие средства в разработку и внедрение WiMAX-систем, серьезно пострадают. Впрочем, из-за схожести стандартов существует также вероятность  слияния и в дальнейшем использования  оборудования, поддерживающего оба  стандарта одновременно.

Таким образом, при видимых  преимуществах стандарта еще  рано говорить о тотальном внедрении  технологии или даже о возможности  перехода на нее и отказа от существующих сетевых решений. Необходимо сначала  получить первое лицензированное оборудование стандарта Mobile WiMAX, а также результаты полевых испытаний. Затем можно  ожидать утверждения стандартов версии 802.16f (Full Mobile WiMAX) и 802.16m.

Первый из них включает в себя алгоритмы обхода препятствий  и оптимизацию сотовой топологии  покрытия между базовыми станциями. Второй стандарт должен поднять скорость передачи данных со стационарным клиентским оборудованием до 1 Гбит/с и с  мобильным клиентским оборудованием - до 100 Мбит/с. Эти стандарты планируется  утвердить в 2008-2009 годах соответственно.

Далее можно ожидать лицензирования оборудования с поддержкой новых  стандартов, конкуренции на рынке  производства оборудования и услуг  доступа через WiMAX. И только тогда  можно будет говорить о действительных преимуществах и недостатках  этой технологии по сравнению с ныне существующими.

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ШИРОРОКОПОЛОСНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ  ДОСТУП ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СТАНДАРТА  IEEE 802.16

 

3.1 Стандарт 802.16: стек протоколов.

 

 

Набор протоколов, используемый стандартом 802.16, показан на рисунке 3.1 Общая структура подобна другим стандартам серии 802, но больше подуровней. Нижний подуровень занимается физической передачей данных. Используется обычная узкополосная радиосистема с обыкновенными схемами модуляции сигнала. Над физическим уровнем находится подуровень сведения (с ударением на второй слог), скрывающий от уровня передачи данных различия технологий.

Уровень передачи данных состоит  из трех подуровней. Нижний из них относится  к защите информации, в которых  передача Данных осуществляется в эфире, физически никак не защищенном от прослушивания. На этом подуровне производится цифрация, дешифрация данных, а также  управления ключами доступа.

 

 

Рисунок 3.1 - Стандарт 802.16: стек протоколов.

 

Затем следует общая часть  подуровня МАС. Именно на этом уровне иерархии располагаются основные протоколы - в частности, протоколы управления каналом. Здесь станция контролируют всю систему. Она очень эффективно распределяет очередность передачи входящего трафика абонентам, немалую  роль играет и в управлении исходящим  трафиком (от абонента к базовой  станции). От всех остальных стандартов 802.x МАС подуровень стандарта 802.16 отличается тем, что он полностью ориентирован на установку соединения. Таким образом, можно гарантировать определенное качество обслуживания при предоставлении услуг телефонной связи и при  передаче мультимедиа.

 

 

 

3.2 Стандарт 802.16: физический уровень

 

 

Широкополосным беспроводным сетям необходим широкий частотный  спектр, который можно найти только в диапазоне от 10 до 66 ГГц. Миллиметровые  волны обладают одним интересным свойством, которое отсутствует  у более длинных микроволн: они  распространяются не во всех направлениях (как звук), а по прямым линиям (как  свет). Следовательно, на базовой станции  должно быть установлено множество  антенн, покрывающих различные секторы  окружающей территории, как показано на рисунок 4. В каждом секторе будут  свои пользователи. Секторы не зависят  друг от друга, чего не скажешь о  сотовой радиосвязи, в которой  сигналы распространяются сразу  по всем направлениям.

 

 

Рисунок 3.2 - Оперативная среда передачи данных сетей 802.16.

 

Поскольку мощность сигнала  передаваемых миллиметровых волн сильно уменьшается с увеличением расстояния от передатчика (то есть базовой станции), то и соотношение сигнал/шум также  понижается. По этой причине 802.16 использует три различных схемы модуляции  в зависимости от удаления абонентской  станции. Если абонент расположен недалеко от БС, то применяется ЦАМ-64 с шестью битами на отсчет. На среднем удалении используется ОДМ-16 и 4 бита/бод. Если абонент  расположен далеко, то работает схема  ЦР5К с Двумя битами на отсчет. Например, при типичной полосе спектра 25 МГц ОДМ-64 дает скорость 150 Мбит/с, СЭАМ-16 - 100 Мбит/с, а СФ5К - 50 Мбит/с. Таким  образом чем дальше находится  абонент от базовой станции, тем  ниже скорость передачи данных. Фазовые  диаграммы всех трех методов были показаны на риске 5.

 

 

Рисунок 3.3 - Фазовые диаграммы применяемых методов.

 

Стандарт 802.16 обеспечивает гибкость распределения полосы пропускания. Применяются две схемы модуляции: FDD(дуплексная связь с частотным  разделением) и ТDD (дуплексная связь  с временным разделением). Последний  метод показан на рисунок 6. Базовая  станция периодически передает кадры, разделенные Иа временные интервалы. Первая часть временных интервалов отводится под входящий трафик. Затем  следует защитный интервал (разделитель), позволяющий станциям переключать  режимы приема и передачи, а за ним - интервалы исходящего трафика. Число  отводимых тактов может динамически  меняться, что позволяет подстроить пропускную способность под трафик каждого из направлений.

 

 

Рисунок 3.4 - Дуплексная связь с временным разделением: кадры и временные интервалы

 

Входящий трафик разбивается  на временные интервалы базовой  станцией. Она полностью контролирует это направление передачи. Исходящий  трафик от абонентов управляется  более сложным образом и зависит  от требуемого качества обслуживания.

Еще одним интересным свойством  физического уровня является его  способность упаковывать несколько  соседних кадров МАС в одну физическую передачу. Это дает возможность повысить эффективность распределения спектра  путем уменьшения числа различных  преамбул и заголовков, столь любимых  физическим уровнем.

Для непосредственного исправления  ошибок на физическом уровне используется код Хэмминга. Все сетевые технологии просто полагаются на контрольные суммы  и обнаруживают ошибки с их помощью, запрашивая повторную передачу испорченных  фрагментов. Но при широкополосной беспроводной связи на больших расстояниях  возникает много ошибок, что их обработкой приходится заниматься физическому  уровню, хотя на более высоких уровнях  и применяется метод контрольных  сумм. Основная задача коррекции ошибок на физическом уровне состоит в том, чтобы заставить канал выглядеть  лучше, чем он есть на самом деле (точно так же компакт-диски кажутся  столь надежными носителями только лишь благодаря тому, что больше половины суммарного числа бит отводится  под исправление ошибок на физическом уровне).

 

 

3.3 Стандарт 802.16 протокол подуровня МАС

 

 

Кадры МАС всегда занимают целое число временных интервалов физического уровня. Каждый кадр разбит на части, первые две из которых содержат карту распределения интервалов между входящим и исходящим трафиком. Там находится информация о том, что передается в каждом такте, а  также о том, какие такты свободны. Карта распределения входящего  потока содержит также разнообразные  системные параметры, которые важны  для станций, только что подключившихся к эфиру.

Канал входящего трафика  состоит из базовая станция, которая  определяет, что разместить в каждой части кадра. Исходящий канал  имеет конкурирующие между собой  станции, желающие получить доступ к  нему. Его распределение тесно  связано с вопросом качества обслуживания. Определены четыре класса сервисов:

- сервис с постоянной битовой скоростью;

- сервис реального времени с переменной битовой скоростью;

- сервис, работающий не в реальном масштабе времени, с переменной битовой скоростью;

- сервис с обязательством приложения максимальных усилий по предоставлению услуг.

Все предоставляемые стандартом 802.16 сервисы ориентированы на соединение, и каждое соединение получает доступ к одному из приведенных ранее  классов сервиса.

Сервис с постоянной битовой  скоростью предназначен для передачи несжатой речи, такой, какая передается по каналу Т1. Здесь требуется передавать предопределенный объем данных в  предопределенные временные интервалы. Это реализуется путем назначения каждому соединению такого типа своих  интервалов. После того как канал  оказывается распределенным, доступ к временным интервалам осуществляется автоматически, и нет необходимости  запрашивать каждый из них по отдельности.

Сервис реального масштаба времени с переменной битовой  скоростью применяется при передаче сжатых мультимедийных данных и других программных приложений реального  времени. Необходимая в каждый момент времени пропускная способность  может меняться. Та или иная полоса выделяется базовой станцией, которая  опрашивает через определенные промежутки времени абонента с целью выявления  необходимой на текущий момент ширины канала.

Сервис, работающий не в реальном масштабе времени, с переменной битовой  скоростью предназначен для интенсивного трафика — например, для передачи файлов большого объема. Здесь базовая  станция тоже опрашивает абонентов  довольно часто, но не в строго установленные  моменты времени. Абонент, работающий с постоянной битовой скоростью, может установить в единицу один из специальных битов своего кадра, тем самым предлагая базовой  станции опросить его (это означает, что у абонента появились данные, которые нужно передать с новой  битовой скоростью)..

Сервис с обязательством приложения максимальных усилий используется для всех остальных типов передачи. Никаких опросов здесь нет, а  станции, желающие захватить канал, должны соперничать с другими  станциями, которым требуется тот  же класс сервиса. Запрос пропускной способности осуществляется во временных  интервалах, помеченных в карте распределения  исходящего потока как доступные  для конкуренции. Если запрос прошел удачно, это будет отмечено в следующей  карте распределения входящего  потока. В противном случае абоненты-неудачники должны продолжать борьбу. Для минимизации  числа коллизий используется взятый из Еsегпеt; алгоритм двоичного экспоненциального  отката.

Стандартом определены две  формы распределения пропускной способности: для станции и для  соединения. В первом случае абонентская  станция собирает вместе все требования своих абонентов (например, компьютеров, принадлежащих жильцам здания) и  осуществляет коллективный запрос. Получив  полосу, она распределяет ее между  пользователями по своему усмотрению. В последнем случае базовая станция  работает с каждым соединением отдельно.