авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

«УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Кафедра ...»

-- [ Страница 4 ] --

Топология нового стандарта представляла собой только режим "точка многоточка", а на физическом уровне предполагалось использование одной несущей частоты (Single-Carrier, SC). Поэтому в название протокола стали добавлять SC - WirelessMAN-SC. В качестве рабочих частот предусматривалось использовать диапазон от 10 до 66ГГц. При этом стандарт предполагал работу только в условиях прямой видимости, и это, в конце концов, привело к тому, что устройства стандарта 802.16-2001 так и не получили широкого распространения. Также сдерживало то, что для работы на таких высоких частотах еще не была создана достаточная аппаратная база.

С учетом этих факторов в январе 2003г. было принято расширение стандарта 802.16 под названием 802.16a-2003, которое предусматривало использование нового частотного диапазона от 2 до 11 ГГц. Данный стандарт тоже был ориентирован на создание стационарных беспроводных сетей масштаба мегаполиса. Предполагалось, что он станет альтернативой традиционным решениям широкополосного доступа для "последней мили" кабельным модемам, xDSL и каналам Т1/Е1. Кроме того, сети стандарта 802.16a планировались для использования в качестве дополнительной технологии для подсоединения точек доступа стандарта 802.11b/g/a к Интернету. Но слабым местом стандарта оказался плохой радиоохват внутри помещений.

Логическим продолжением стандарта 802.16a стал стандарт 802.16d, который предусматривал возможность реализации фиксированного доступа внутри помещений. Окончательно стандарт 802.16d был принят в июле 2004г. и получил название 802.16-2004. С появлением версии D необходимость отдельного развития стандартов 802.16d и 802.16a стала неактуальной, поскольку итоговая версия стандарта 802.16d охватывала все возможности предыдущих стандартов.

Но работы по разработке стандартов на этом не прекратились, поскольку главная цель по приданию системам БШД мобильности еще не была достигнута. Так, в декабре 2005г. был утвержден стандарт IEEE 802.16e (также именуемый как IEEE 802.16-2005), но больше известный как «мобильный WiMAX». В том же году была открыта первая лаборатория для сертификации оборудования WiMAX на базе компании Сетеком (Испания).

Также примечательно, что параллельная разработка Европейского института по телекоммуникационным стандартам ETSI – стандарт HiperMAN, также увидел свет в 2005г. Стандарт рассчитан для эксплуатации в европейских странах с использованием диапазона частот 2 – 11ГГц.

HiperMAN рассчитан для предоставления беспроводного широкополосного доступа в Интернет в обширной зоне охвата в фиксированном и мигрируемом режимах работы пользователей. Таким образом, стандарт HiperMAN является альтернативой системам WiMAX (или стандартам IEEE 802.16), а также корейской разработке WiBro. Вместе с тем стандарт разрабатывался в тесном сотрудничестве с рабочей группой IEEE 802.16 и поэтому между стандартами HiperMAN и IEEE 802.16a-2003 будет поддерживаться «бесшовный роуминг».

Год 2006 ознаменовался появлением первых рабочих образцов оборудования на базе стандарта 802.16-2004, и тем самым началось активное внедрение фиксированного WiMAX. Поскольку фиксированная и мобильная версии WiMAX не стали взаимосовместимыми, т.е. превратились в конкурентов, то стратегической задачей производителей и операторов фиксированного WiMAX стало скорейшее и широкое освоение рынков БШД до появления продукции мобильного WiMAX.

Нельзя не упомянуть и о том, что в том же 2006г. были запущены первые сети WiBro в Корее. Это стало результатом многолетней активной работы главных представителей южнокорейской телекоммуникационной индустрии – компаний Samsung, LG, Korean Telecom и South Korea Telecom с участием государства. Так, уже в феврале 2002г. правительство Южной Кореи выделило радиочастотную полосу в 100МГц в диапазоне 2,3 - 2,4ГГц;

в конце 2004г. первая фаза WiBro прошла государственную стандартизацию и в конце 2005г. МСЭ признал технологию WiBro в качестве стандарта IEEE 802.16e. Наконец, в июне 2006г. два оператора - Korean Telecom и South Korea Telecom, запустили коммерческую эксплуатацию сетей WiBro. Таким образом, под WiBro необходимо понимать технологию БШД, соответствующую международному стандарту IEEE 802.16e (мобильный WiMAX). WiBro использует технологию радиодоступа OFDMA с полосами 8,75МГц и поддержкой временного дуплекса TDD. Абонентские устройства могут связываться с базовыми станциями на расстояниях от 1 до 5 км. со скоростями передачи данных в 30—50 Мбит/с. Причем сеть будет поддерживать мобильность абонента на скоростях до 120 км/ч.

Между тем разработчики мобильного WiMAX не отставали. Так, в 2007г. прошла успешная сертификация первого оборудования на базе стандарта IEEE 802.16e, и на рынке WiMAX появилось два конкурирующих лагеря – сторонники фиксированной и мобильной версии стандарта. В связи с этим очень важно более подробно рассмотреть эти версии стандарта и сравнить их характеристики.

Фиксированный и мобильный версии стандарта IEEE 802. Определенный набор характеристик присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Между тем, все же общие свойства стандартов IEEE 802.16d и IEEE 802.16e имеются.

Прежде всего, это стандартизированные во всем мире технологии с открытыми спецификациями и построенные на единой IP-платформе. Оба стандарта имеют высокую пропускную способность сети в сочетании с большой зоной обслуживания базовых станций. Технологии способны работать как при наличии, так и отсутствии прямой видимости между базовыми станциями и абонентскими устройствами с поддержкой требуемого качества обслуживания – QoS и малым временем задержки отклика при передаче информации по радиоканалу. Стандарты могут использовать широкий диапазон частот в сочетании с высокой спектральной эффективностью.

Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому системы WiMAX, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Изучим эти стандарты подробнее.

Стандарт IEEE 802.16-2004, (также известный как IEEE 802.16d и фиксированный WiMAX).

В стандарте используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), и поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны частот 3,5ГГц и 5ГГц. По сведениям Форума WiMAX, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую и вместе с тем дополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.

Стандарт IEEE 802.16-2005, (также известный как IEEE 802.16e и мобильный WiMAX).

Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как «хэндовер» и роуминг.

Применяется масштабируемый доступ на основе OFDM (S-OFDMA), возможна работа как при наличии, так и отсутствии прямой видимости.

Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы:

2,3ГГц;

2,5ГГц и 3,4–3,8ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, а недавно оператор Sprint анонсировал старт проекта национального масштаба. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSPA).

Сравнение стандартов IEEE 802.16-2004 и IEEE 802.16- Появление стандартов WiMAX вызвало огромный интерес со стороны операторов, рассматривающих возможность реализации беспроводных широкополосных сетей, отличающихся высокими эксплуатационными характеристиками и разумной стоимостью. Однако, наличие двух несовместимых между собой стандартов WiMAX (802.16e и 802.16d) несколько усложнило процесс принятия операторами решений об инвестициях в эти технологии. Известно, что стандарт 802.16d называют фиксированным, а 802.16e — мобильным. На самом же деле стандарт 802.16e позволяет предоставлять полный спектр услуг связи и фиксированным, и портативным, и мобильным абонентам. Мы видели выше, что первые продукты с поддержкой стандарта 802.16d появились на рынке в 2006г., а поддерживающие 802.16e - в начале 2007г. Таким образом, временной промежуток между выходом этих продуктов оказался совсем мал, и преимущества стандарта 802.16d, связанные с более ранним появлением соответствующей продукции, свелись к минимуму. В результате операторы, принимающие решения об инвестировании средств, стали перед серьезным выбором и должны тщательно взвесить качества каждого из этих стандартов и принять во внимание их роль в долгосрочной перспективе. Каковы же различия фиксированного и мобильного WiMAX?

Очевидно, что основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных»

абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. При этом мобильность означает наличие функций роуминга и «хэндовера», т.е. бесшовного переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). Разумеется, мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Второе различие в том, что стандарт 802.16e не обладает совместимостью со стандартом 802.16d. Хотя некоторые производители оборудования стандарта 802.16d предлагают базовые станции, оснащенные дополнительными аппаратными или программными средствами, позволяющими перейти на 802.16e, подобный переход никак не затронет уже используемые абонентские терминалы стандарта 802.16d. Обеспечение возможности модернизации оборудования базовой станции также может вылиться в значительные дополнительные расходы. Ожидается, что в большинстве развертываемых систем стандарта 802.16d будет использоваться частотное разделение каналов - FDD. В приоритетных профилях для стандарта 802.16e ожидается применение временного разделения каналов - TDD. Это усложнит любой вид перехода с одного стандарта на другой, так как одновременная работа TDD и FDD в одном частотном диапазоне может привести к возникновению помех. Кроме того, оператору, использующему аппаратуру стандарта 802.16d и через некоторое время пытающемуся установить оборудование 802.16e придется разделить имеющийся частотный ресурс между системами двух стандартов.

Значительные различия имеются в реализации радиоинтерфейса. В стандарте 802.16d поддерживаются как мультиплексирование OFDM с быстрым преобразованием Фурье массива из 256 элементов (256 FFT), так и технология радиодоступа OFDMA с 2048 подканалами. В итоге, в профиле физического уровня PHY стандарта 802.16d Форум WiMAX решил использовать OFDM с 256 FFT, а не OFDMA с 2048 FFT. При разработке стандарта 802.16e было принято решение внести усовершенствования на физическом уровне в виде поддержки переменного метода OFDMA (S OFDMA). Одно из преимуществ технологии OFDMA, примененных в рамках стандарта 802.16e состоит в том, что полоса пропускания канала является переменной. Существует постоянное соотношение между шириной полосы и частотой дискретизацией символов OFDM. В стандарте 802.16e предусмотрено несколько размеров массива FFT: 128, 512, 1024 и 2048, что позволяет реализовать радиоинтерфейс с переменной шириной полосы.

Кроме того, технология OFDMA в 802.16e позволяет использовать ряд способов организации подканалов, призванных оптимизировать рабочие характеристики сети с целью обеспечения е соответствия тем или иным требованиям по дальности связи и емкости сети.

На физическом уровне символы OFDM и поднесущие частоты разделяются на отдельные логические и физические подканалы с помощью частотного планирования, как на частотно-разнесенной, так и частотно-избирательной основах. Метод планирования с частотным разнесением предусматривает схему, когда поднесущие, назначенные каждому логическому подканалу, псевдослучайным образом распределяются между имеющимися группами подканалов. Использование этого метода обеспечивает разнообразие частот, позволяющее наиболее оптимально использовать канальный ресурс в самых различных условиях связи, а также расширить зону действия и повысить емкость сети. Метод частотного планирования с частотной избирательностью поддерживается в режиме адаптивной модуляции и кодирования (AMC). Режим AMC позволяет организовывать подканалы посредством назначения поднесущих, находящихся в непосредственной близости. Распределение ресурсов между абонентами с использованием выбора частот может способствовать повышению емкости сети до 30%.

Оборотной стороной этого метода является увеличение объема служебного трафика.

Система стандарта 802.16d обладает меньшей свободой действий в части распределения ресурсов между абонентами, так как оно может производиться только одному абоненту на один символ. Использование OFDMA позволяет распределять ресурсы между несколькими абонентами на один символ. Возможности изменения ширины полосы пропускания и использования различных способов организации подканалов дают физическому интерфейсу OFDMA в 802.16e значительные преимущества перед OFDM в 802.16d.

Хотя в обоих стандартах определены различные требования и дополнительные методы организации высокоэффективного беспроводного широкополосного канала связи, в стандарте 802.16e эти требования были расширены и производителям были предоставлены возможности дальнейшего улучшения емкости сети, дальности связи, энергопотребления терминалов и качества обслуживания, а также поддержка мультимедийных и прочих систем, работающих на основе протокола IP. Стандарты 802.16d и 802.16e поддерживают различные алгоритмы прямой коррекции ошибок, призванные повысить емкость широкополосной системы беспроводной связи. Обязательным является использование простых сверточных кодов и ARQ, а в качестве дополнительных средств могут применяться более высокоэффективные приемы, такие как сверточные турбо-коды (CTC) и гибридная обратная связь (HARQ). Однако, эти высокоэффективные средства прямого исправления ошибок вряд ли будут использованы в первом поколении изделий стандарта 802.16d. Стандарт 802.16e позволяет применять более совершенные способы кодирования, такие как проверка на четность с малой плотностью (LDPC) и другие высокоэффективные приемы кодирования, такие как CTC, уже в первых продуктах мобильного WiMAX.

Дополнительные решения, призванные расширить зону действия сети, предусмотрены как в стандарте 802.16d, так и в 802.16e. Они реализуются при помощи таких методик как пространственное разнесение антенн и пространственно-временное кодирование (STC). Эти возможности получили дальнейшее развитие в стандарте 802.16e, где сделан больший акцент на методы разнесения антенн и реализации адаптивных антенн. В передатчиках базовых станций реализована поддержка многоантенных конфигураций, в том числе дополнительные режимы усовершенствованной антенной подсистемы (Advanced Antenna Subsystem, AAS), режимы пространственно временного кодирования без обратной связи (для 2-4 передающих антенн) и режимы MIMO с обратной связью.

В стандарте 802.16e описывается ряд функций управления энергопотреблением (режимы «сна» и «ожидания»), обеспечивающих экономию электроэнергии и более долгое время автономной работы абонентских устройств. Новейшие дополнения в части работы в мобильном режиме, внесенные в стандарт 802.16e, способствуют дальнейшему повышению качества работы оборудования, даже при перемещениях на высоких скоростях. Это достигается за счет улучшенного «хэндовера», контроля параметров сигнала соседних сот, а также поддержки мобильности в «спящем» режиме, что обеспечивает снижение энергопотребления абонентского устройства.

В стандарте 802.16e вводится использование усовершенствованного алгоритма приоритетного предоставления канала в реальном времени (Extended Real - Time Polling Service, ERTPS). Использование этого алгоритма позволяет улучшить показатели задержки отклика и е неравномерности (джиттера). Благодаря этому система стандарта 802.16e способна эффективно управлять скоростью и другими параметрами передачи трафика. Использование средств обеспечения QoS особенно важны в случае передачи речи по протоколу IP (VoIP).

Также стандарт 802.16e предусматривает возможности групповой и широковещательной передачи. Использование позволяет OFDMA реализовывать одночастотные сети (Single Frequency Network, SFN) для услуг групповой и широковещательной передачи с весьма высокой скоростью передачи данных даже на границах сот. Возможность групповой и широковещательной передачи позволяет мультимедийным системам, характеризующимся большим объемом трафика по протоколу IP (например, IP-TV), в которых применяется потоковая передача видео, значительно оптимизировать использование полосы пропускания и доставку контента.

И, наконец, финансовый аспект. Рынок систем БШД продолжает расти, и поэтому их стоимость должна в будущем снизиться вследствие массового внедрения и экономии за счет масштабов производства. Как показывает опыт, распространение портативных и мобильных систем очень часто способствует наращиванию их дальнейшего производства. Развитие мобильных систем стандарта 802.16e позволит сделать их дешевле решений стандарта 802.16d. Кроме того, крупнейшие производители чипсетов, такие как Intel, официально заявили о том, что 802.16e станет основным стандартом систем WiMAX.

Но сравнение не будет полным, если не привести преимущества и фиксированного WiMAX. Это, прежде всего, более высокая пропускная способность за счет используемых типов модуляции и кодирования сигнала.

Это очень важно для корпоративных пользователей, выдвигающих жесткие требования к полосе пропускания и имеющих возможность установки фиксированного модема. Для фиксированного WiMAX имеется больший выбор поставщиков готового оборудования за счет того, что спецификация 802.16d появилась раньше, чем 802.16e. Наличие оборудования, протестированного на взаимную совместимость, и наличие сертификатов Форума WiMAX гарантируют полную совместимость устройств разных производителей.

Подводя итог рассмотрению стандартов IEEE802.16e и IEEE812.16d, приведем обобщенное сравнение характеристик этих стандартов, сведенное в таблицу 13.1, а также классификацию услуг, предоставляемых этими стандартами в таблице 13.2.

Таблица 13.1. Сравнительная таблица стандартов IEEE812.16d и IEEE802.16e.

Таблица 13.2.

Использованная литература 1. Материалы Форума WiMAX: http://www.wimaxforum.org/ 2. Материалы IEEE: http://ieee802.org/ 3. Материалы Википедия: http://en.wikipedia.org/wiki/ 4. Mногообразие в единстве. Роман Подойницын, Андрей Сафронов:

http://www.osp.ru/nets/2006/17/ 5. Материалы компании Motorola о стандарте WiMAX:

http://www.motorola.com/Business/US EN/Business+Product+and+Services/Wireless+Broadband+Networks/ WiMAX Лекция Архитектура сети WiMAX Основные принципы архитектуры сети WiMAX В отношении архитектуры сетей WiMAX институт IEEE определил лишь физический PHY и MAC уровни стандарта IEEE 802.16. Такой подход в свое время показал свою эффективность применительно к технологиям Ethernet и Wi-Fi, в которых протоколы более высоких уровней, типа TCP/IP, SIP, VoIP и IPSec, были приняты другими отраслевыми структурами, в данном случае, группой IETF (от англ. Internet Engineering Task Force - Целевой группой по проектированию сети Интернет). К примеру, для технологий мобильной связи, такие органы стандартизации, как Программы 3GPP и 3GPP-2 устанавливают стандарты по широкому набору интерфейсов и протоколов, так как это необходимо не только для взаимодействия по общему радиоинтерфейсу, но и для взаимодействия и роуминга между различными сетями, построенными на оборудовании различных производителей. По аналогии с этим, разработкой протоколов и интерфейсов для стандарта IEEE 802.16 занялся Форум WiMAX. В частности, в его рамках были организованы две рабочие группы: Группа по организации сети (англ. Network Working Group), специализирующаяся на подготовке спецификаций высоких уровней для стационарного, мигрирующего, портативного и мобильного режимов, и Группа по предоставлению услуг (англ. Service Provider Working Group), которая определяла требования и помогала их реализовывать Группе по организации сети. В своей работе эти группы основывались на следующих главных принципах построения сети:

1. Архитектура сети должна быть построена на пакетной коммутации, включая процедуры, определенные непосредственно стандартом IEEE 802.16, а также процедуры, соответствующие стандартам IETF и Ethernet.

2. Архитектура должна отделять уровень доступа от уровня соединения. Элементы сети уровня коммутации должны быть независимыми от технологий радиодоступа стандарта IEEE 802.16.

3. Архитектура должна быть модульной и гибкой, чтобы поддерживать различные варианты развертывания сети, в частности, такие как:

o От сетей малых размеров к сетям больших размеров o Городские, пригородные и сельские условия распространения радиоволн o Лицензируемые и/или нелицензируемые диапазоны рабочих частот o Иерархические, одноуровневые и самоформирующиеся топологии сети и их комбинации o Совместная работа фиксированных, мигрирующих, портативных и мобильных терминалов Участники Форума WiMAX определили Опорную модель сети WiMAX (Network Reference Model - NRM), которая является логическим представлением архитектуры сети.

NRM описывает функциональные узлы сети и опорные точки, по которым осуществляется взаимодействие между функциональными узлами. Такая архитектура сети была предложена с целью обеспечения функциональности, удовлетворяющей различным моделям развертывания сети и режимам работы терминалов. Форум WiMAX разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX-сетей:

взаимодействие с другими сетями, распределение сетевых адресов, управление мобильностью, аутентификация и многое другое. Главная особенность архитектуры сети WiMAX заключается в том, что она не привязана к какой-либо определнной конфигурации и обладает высокой гибкостью и масштабируемостью. Например, сеть может поддерживать абонентские устройства (АУ) с различными функциональными возможностями и точки доступа (ТД) с переменными зонами покрытия, – начиная от фемто-и пикосот и заканчивая микро- и даже макросотами.

Форум WiMAX определил также состав узлов сети вместе с некоторыми межузловыми соединениями (или, так называемыми, опорными точками - Reference points), получившими обозначения R1 - R5 (основные) и R6 - R8 (вспомогательные).

Опорная модель сети WiMAX в общем виде представлена на рис. 14.1.

Рис 14.1. Опорная модель (NRM) сети WiMAX.

Как видно из рис. 14.1, основными узлами сети WiMAX являются следующие:

SS/MS: the Subscriber Station/Mobile Station – Абонентское устройство ASN: the Access Service Network – Сеть предоставления доступа BS: Base station – базовая станция (или точка доступа), является частью ASN ASN-GW: the ASN Gateway - Шлюз ASN, является частью ASN CSN: the Connectivity Service Network – Сеть коммутации HA: Home Agent – домашний агент, является частью CSN AAA: Authentication, Authorization and Accounting Server – Сервер аутентификации, авторизации и учета, является частью CSN NAP: a Network Access Provider – провайдер доступа в сеть NSP: a Network Service Provider – провайдер услуг сети Каждый из узлов MS, ASN и CSN представляет собой групповую функциональность. Многие их этих функций могут быть реализованы в одном устройстве или в нескольких, с распределением функций. Объединение или распределение функций в устройстве является выбором, определяемым моделью интеграции системы или требованиями, предъявляемыми к характеристикам системы. Взаимодействие внутри системы строится на определении протоколов взаимодействия между функциональными узлами сети.

Функциональность узлов сети WiMAX Сеть предоставления доступа - ASN.

Узел ASN определяет логическую границу уровней предоставления доступа и коммутации и предлагает удобный способ взаимодействия и обмена сообщениями между функциональными узлами, связанными с услугами предоставления доступа. ASN представляет собой узел функционального взаимодействия с абонентами сети WiMAX, а также функций коммутации и взаимодействия с оборудованием от различных производителей оборудования. Согласно установкам, принятым в модели NRM, коммутация функциональных и логических узлов в пределах сетей ASN может осуществляться различными способами. Форум WiMAX определяет спецификации сети с учетом поддержки разнообразия оборудования производителей и возможности их взаимодействия.

Модель ASN представлена на рис. 14.2.

Рис. 14.2. Модель ASN.

Узел ASN использует опорную точку R1 для соединения с АУ, R3 для соединения с CSN и R4 для соединения c другими узлами ASN. Непосредственно узел ASN состоит из базовых станций (BS) и соединенных с ними шлюзов ASN (ASN GW). BS логически подключается к нескольким ASN шлюзам. (Рис. 14.3.) Рис. 14.3 Опорные точки ASN.

Взаимодействие элементов узла ASN между собой осуществляется за счет специальных протоколов, использующих интерфейсы R6, R7 и R8 в качестве опорных точек. В случае, если ASN использует несколько шлюзов, обмен управляющими сигналами производится через опорную точку R4.

Базовая станция обеспечивает беспроводной доступ в Интернет АУ, которые являются совместимыми устройствами по параметрам, определенным в спецификациях IEEE. Базовая станция маршрутизирует IP-трафик между АУ и сетью Интернет через радиоинтерфейс, определенный стандартом WiMAX.

Сеть коммутаций CSN Сеть коммутаций CSN определяется как набор сетевых функций, которые обеспечивают услуги IP-соединений для АУ сети WiMAX. CSN может включать в себя такие сетевые элементы как маршрутизаторы, AAA прокси-серверы, базы данных абонентов и шлюзы взаимодействия. Узел CSN может быть реализован как часть вновь создаваемого провайдера услуг сети NSP или как часть уже существующего NSP услуг WiMAX.

Функции опорных точек.

Опорная точка является концептуальной точкой между двумя функциональными узлами, находящимся в двух разных группах. При этом справедливы следующие условия:

все протоколы, ассоциируемые с данной опорной точкой, не всегда объединены в одну функциональную группу;

два узла, объединенные через опорную точку, находятся в разных функциональных группах.

Опорная точка R1.

Опорная точка R1 состоит из протоколов и процедур между АУ и ASN через радиоинтерфейс спецификации IEEE 802.16-2004. Опорная точка R1 может включать дополнительные протоколы, связанные с планом управления.

Опорная точка R2.

Опорная точка R2 состоит из протоколов и процедур между АУ и CSN, взаимодействующим с домашним NSP, однако ASN и CSN связаны также с внешними NSP, разделяя процессы вышеупомянутых механизмов и процедур.

Опорная точка R3.

Опорная точка R3 состоит из набора контрольных протоколов между ASN и CSN для поддержки услуг AAA, политики управления и управления мобильностью.

Опорная точка R4.

Опорная точка R4 состоит из контрольных и служебных протоколов и других различных функциональных процедур, связанных с работой ASN, и обеспечивает взаимодействие между узлами ASN посредством ASN-GW. Опорная точка R обеспечивает протокол взаимодействия только между однородными (гетерогенными) узлами ASN.

Опорная точка R5.

Опорная точка R5 из набора контрольных протоколов между узлами CSN, относящимися к домашним и гостевым NSP.

Определение BS.

Базовая станция (BS) WiMAX (или Точка доступа) это логическое устройство, имеющее отношение к уровням MAC и PHY в соответствии со стандартом IEEE 802.16, что означает, что различные BS могут иметь различные функции. BS в сети WiMAX представляет собой один определенный сектор со своим частотным ресурсом. Для равномерного распределения нагрузки или избыточности системы BS может соединяться с несколькими шлюзами ASN.

Определение шлюза ASN.

Шлюз ASN представляет собой логическое устройство, выполняющее функции по обеспечению взаимодействия между ASN и CSN, беря на себя часть функций от этих логических устройств. Шлюзов ASN может быть несколько для равномерного распределения нагрузки и обеспечения надежности сети.

Взаимодействие шлюза ASN.

Функциональные возможности ASN в основном заложены в шлюзе ASN-GW, делящемся опционально на два уровня, называемые Decision Point (DP)- уровень принятия решения и Enforcement Point (EP)- уровень исполнения. EP представляет собой однонаправленный канал связи, а DP - не однонаправленный. Для удобства внедрения шлюзов ASN-GW они специально разделены на два функциональных уровня, которые взаимодействуют друг с другом посредством опорной точки R7. При этом, уровень DP может взаимодействовать с более чем одним шлюзом ASN-GW.

Рис. 14.4. Опорные точки ASN Gateway.

Функции ASN-GW заложены в опорных точках R3,R4,R6 приведенных на рисунке 14.4. К примеру, опорные точки R6d и R6e представляют собой интерфейс между BS и уровнями DP и ЕР шлюза ASN-GW. При этом комбинация R6d и R6e обозначается как R RP.

Опорные точки ASN.

Опорная точка R6.

Опорная точка R6 состоит из контрольных и однонаправленных каналов связи для взаимодействия между BS и ASN-GW. Обратный канал связи представляет собой intra ASN информационный канал между BS и ASN-GW. Контрольная матрица включает в себя протоколы организации информационного канала, изменения и предоставления контрольного канала для MS мобильных абонентов. R6 в комбинации с R4 может служить трубопроводом для обмена MAC состоянием между BS не имеющих возможности обмена через точку R8.

Опорная точка R7.

Опорная точка R7 состоит из опциональной матрицы контрольных протоколов для AAA и политики координации в ASN шлюзе через остальные протоколы между двумя функциональными группами в R6.

Опорная точка R8.

Опорная точка R8 представляет собой контрольную матрицу контрольных сообщений и потоков и опциональных матричных потоков, передающих данные между базовой станцией для быстрой и незаметной передачи обслуживания абонента.

Транспортная матрица состоит из контрольных протоколов, которые позволяют передавать данные между базовой станцией и потерянными абонентами, переданными на обслуживание. Контрольная матрица состоит из inter-BS опорного протокола определенного стандартом IEEE 802.16e D12 и 802.16g,а и также аналогичных протоколов для контроля передаваемых данных между базовой станцией и потерянными абонентами переданных на обслуживание.

Ядро Сетевого доступа во взаимодействии с сетевым комплексом.

Данный рисунок отображает случай взаимодействия ASN-CSN в том случае, если они оба не принадлежат одному оператору. Несколько ASN могут взаимодействовать с одним CSN и наоборот, несколько CSN могут быть видимыми для одного ASN.

Рис. 14.5 Взаимодействие узлов опорной сети WiMAX.

The network specifications for WiMAX-based systems are based on several basic network architecture tenets, including those listed below.

Some general tenets have guided the development of Mobile WiMAX Network Architecture and include the following: a) Provision of logical separation between such procedures and IP addressing, routing and connectivity management procedures and protocols to enable use of the access architecture primitives in standalone and interworking deployment scenarios, b) Support for sharing of ASN(s) of a Network Access Provider (NAP) among multiple NSPs, c) Support of a single NSP providing service over multiple ASN(s) – managed by one or more NAPs, d) Support for the discovery and selection of accessible NSPs by an MS or SS, e) Support of NAPs that employ one or more ASN topologies, f) Support of access to incumbent operator services through internetworking functions as needed, g) Specification of open and well-defined reference points between various groups of network functional entities (within an ASN, between ASNs, between an ASN and a CSN, and between CSNs), and in particular between an MS, ASN and CSN to enable multi-vendor interoperability, h) Support for evolution paths between the various usage models subject to reasonable technical assumptions and constraints, i) Enabling different vendor implementations based on different combinations of functional entities on physical network entities, as long as these implementations comply with the normative protocols and procedures across applicable reference points, as defined in the network specifications and j) Support for the most trivial scenario of a single operator deploying an ASN together with a limited set of CSN functions, so that the operator can offer basic Internet access service without consideration for roaming or interworking. The WIMAX architecture also allows both IP and Ethernet services, in a standard mobile IP compliant network. The flexibility and interoperability supported by the WiMAX network provides operators with a multi-vendor low cost implementation of a WiMAX network even with a mixed deployment of distributed and centralized ASN’s in the network. The WiMAX network has the following major features:

Рис 14.6. Архитектура сети WiMAX на основе IP.

Support for Services and Applications: The end-to-end architecture includes the support for: a) Voice, multimedia services and other mandated regulatory services such as emergency services and lawful interception, b) Access to a variety of independent Application Service Provider (ASP) networks in an agnostic manner, c) Mobile telephony communications using VoIP, d) Support interfacing with various interworking and media gateways permitting delivery of incumbent/legacy services translated over IP (for example, SMS over IP, MMS, WAP) to WiMAX access networks and e) Support delivery of IP Broadcast and Multicast services over WiMAX access networks.

Interworking and Roaming is another key strength of the End-to-End Network Architecture with support for a number of deployment scenarios. In particular, there will be support of a) Loosely-coupled interworking with existing wireless networks such as 3GPP and 3GPP2 or existing wireline networks such as DSL and MSO, with the interworking interface(s) based on a standard IETF suite of protocols, b) Global roaming across WiMAX operator networks, including support for credential reuse, consistent use of AAA for accounting and billing, and consolidated/common billing and settlement, c) A variety of user authentication credential formats such as username/password, digital certificates, Subscriber Identify Module (SIM), Universal SIM (USIM), and Removable User Identify Module (RUIM).

Лекция Режимы работы и особенности организации сетей WiMAX Основные понятия В общем виде сеть WiMAX состоит из базовых станций (БС) и абонентских устройств (АУ), а также оборудования, связывающего базовые станции между собой и с другими сетями общего доступа. Соединение между БС и АУ может происходить в нескольких режимах: фиксированном, сеансовом, переносном и мобильном.

Система WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для обеспечения широкополосной беспроводной связи между удаленными объектами.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения, как правило, в прямой видимости со скоростью обмена данными в 120 Мбит/c. При этом, по крайней мере, одна базовая станция имеет выход в сети общего доступа с использованием традиционных проводных соединений. Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями, т.е базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки — допускается установка БС на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между ними.

Режимы работы сетей WiMAX Как уже говорилось ранее, основными стандартами WiMAX, получившими наибольшее распространение, являются две версии: IEEE 802.16-2004 (или IEEE 802.16d) и IEEE 802.16-2005 (или IEEE 802.16e). Совокупность требований к физическому уровню стандарта получила название "профиль WiMAX" (табл.15.1).

Таблица 15.1. Параметры профилей WiMAX.

Оборудование WiMAX должно быть сертифицировано в соответствии с сертификационными профилями: 5 фиксированных WiMAX-профилей и 13 мобильных WiMAX-профилей (табл.15.2). Каждый сертификационный профиль соответствует специфическому распределению частот.

Таблица 15.2. Сертификационные профили стандарта WiMAX.

Стандарт IEEE 802.16-2004 предоставляет "фиксированный" беспроводный доступ и ориентирован на подключение удаленных стационарных абонентов. По сути, стандарт является альтернативой различным вариантам проводного широкополосного доступа за счет пропускной способности до 75 Мбит/с в полосе частот 20 МГц на расстоянии до км.

Стандарт IEEE 802.16-2005 является "мобильным" и ориентирован на предоставление услуг широкополосной связи подвижным пользователям, использующим ноутбук, коммуникатор или другое устройство, поддерживающие данный стандарт.

Максимальная скорость передачи данных в таком режиме составляет 20 Мбит/с в полосе частот 5 МГц на расстоянии до 5 км.

С точки зрения мобильности соединений между БС и АУ стандарт IEEE 802.16 2005 является наиболее усовершенствованным, так как вобрал в себя возможности всех ранних версий стандарта и может работать в следующих режимах:

Fixed WiMAX - фиксированный доступ.

Nomadic WiMAX - сеансовый доступ.

Portable WiMAX – переносной доступ (т.е. доступ в режиме перемещения).

Mobile WiMAX - мобильный доступ. (См. табл.15.3).

Таблица 15.3. Режимы работы сети WiMAX.

Рассмотрим подробнее все режимы работы сети WiMAX на примере стандарта IEEE 802.16е.

Фиксированный доступ Фиксированный доступ представляет собой альтернативу широкополосным проводным технологиям (xDSL, T1, оптоволоконные кабели и т. п.). Стандарт изначально рассчитан для работы в диапазоне частот 10-66 ГГц, при наличии прямой видимости между передатчиком и приемником. Данный частотный диапазон позволяет избежать одну из главных проблем радиосвязи - многолучевое распространение радиоволн. При этом ширина каналов связи в этом частотном диапазоне довольно велика (типичное значение - 25 или 28 МГц), что позволяет достигать скоростей передачи более 120 Мбит/с.

Фиксированный режим был описан версией стандарта IEEE 802.16d-2004, и соответствующие сети уже используется в ряде стран. Хотя большинство компаний, предлагающих услуги фиксированного WiMAX, планируют переход на переносной, а в дальнейшем, на мобильный режимы WiMAX.

Сеансовый доступ Сеансовый (кочующий) доступ добавил понятие сессий к уже существующему фиксированному режиму WiMAX. Наличие сессий позволяет свободно перемещать клиентское оборудование между сессиями и устанавливать соединение через разные базовые станции. Такой режим разработан в основном для портативных устройств (ноутбуки, КПК) и позволяет уменьшить расход энергии АУ, что очень важно для портативных устройств.

Переносной доступ Для доступа в режиме перемешния добавлена возможность автоматического переключения абонента от одной базовой станции WiMAX к другой без потери соединения. Однако для данного режима все еще ограничена скорость передвижения АУ 40 км/ч. Впрочем, уже в таком виде можно использовать абонентские устройства в дороге (при движении на ограниченной скорости в автомобиле, на велосипеде, пешком и т. д.).

Введение данного режима сделало целесообразным использование технологии WiMAX для смартфонов, коммуникаторов и КПК. С 2006г. начат выпуск устройств, работающих в переносном режиме WiMAX и, предполагается, что на первых этапах внедрение и продвижение на рынок именно этого режима будет приоритетным.

Мобильный доступ Как известно, этот режим был разработан в стандарте IEEE 802.16-2005 и позволил увеличить скорость перемещения АУ до 120 км/ч. К основным преимуществам и достоинствам мобильного режима WiMAX относятся следующие:

1. Устойчивость к многолучевому распространению сигнала и собственным помехам.

2. Масштабируемая пропускная способность канала.

3. Временной дуплексный разнос (TDD), позволяющий эффективно обрабатывать асимметричный трафик и управлять комплексными антенными системами за счет эстафетной передачи сессии между каналами.

4. Качество обслуживания QoS с использованием технологии HARQ позволяет сохранять устойчивое соединение при резком изменении направления движения АУ.

5. Динамическое распределение каналов и использование субканалов позволяет при высоких нагрузках сети оптимизировать передачу данных с учетом уровня сигнала АУ.

6. Управление энергопотреблением АУ в режимах ожидания или «сна» позволяет оптимизировать работу портативных устройств и продлевать срок службы батарей.

7. Оптимизированная технология переключения АУ (Network-Optimized Hard Handoff - HHO) позволяет сократить время переключение АУ между каналами менее 50 мс.

8. Услуга широковещательной и многовещательной связи (Multicast and Broadcast Service - MBS) объединяет функции DVB-H, MediaFLO и 3GPP E-UTRA и обеспечивает:

o достижение высокой производительности за счет одночастотной передачи в масштабах сети;

o эффективное распределение радиочастот;

o экономия энергозатрат абонентских устройств;

o быстрое переключение между каналами.

9. Адаптивные антенные технологии (AAS) поддерживают разбивку на субканалы и эстафетную передачу сессии между каналами, что позволяет использовать сложные антенные системы, такие как формирование луча, пространственно-временное кодирование и пространственное мультиплексирование.

10. Методы повторения частот (Fractional Frequency Reuse) позволяет контролировать наложение/пересечение каналов для повторного использования частот с минимальными потерями.

11. Размер MAC-кадра в 5 мс обеспечивает компромисс между надежностью передачи данных за счет использования малых пакетов и накладными расходами за счет увеличения числа пакетов.

Мобильный доступ к сети WiMAX обеспечивается за счет использования различных абонентских устройств, поддерживающих разные степени мобильности. К ним относятся:

Устройства для использования внутри помещений, также называемые Клиентским оборудованием (CPE);

Устройства для использования вне помещений, которые устанавливаются снаружи и используют антенны с усилением;

PC-карты, устанавливаемые в портативные компьютеры/ ноутбуки;

Модули WiMAX, встраиваемые в портативные компьютеры/ ноутбуки;

Карманные компьютеры и коммуникаторы со встроенными интерфейсами WiMAX.

Особенности организации сетей WiMAX Стандарт IEEE 802.16 уровня МАС предназначен для реализации широкополосных каналов последней мили в городских сетях (MAN). Его задачей является обеспечение сетевого уровня между локальными (LAN) на основе стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi) и региональными сетями (WAN), где планируется применение разрабатываемого стандарта IEEE 802.20. Эти стандарты совместно со стандартом IEEE 802.15 (PAN – Personal Area Network – Bluetooth) и 802.1 (мосты уровня МАС) образуют взаимосогласованную иерархию протоколов беспроводной связи.

В общем виде топология сети WiMAX выглядит следующим образом (рис. 15.1):

Рис. 15.1. Топология сети WiMAX.

Стандарт IEEE 802.16 в ныне используемых версиях использует диапазон частот от 2 до 11ГГц. При этом необходимо обеспечивать стабильность частоты в пределах ±10 -6.

Базовая станция (БС) сети, соответствующая стандарту IEEE 802.16, как правило, размещается на крышах зданий или на вышках, хотя есть возможность использовать для этого различные столбы и даже деревья. БС осуществляет связь с абонентскими устройствами (АУ или англ. SS — Subscriber Station) по схеме точка-многоточка (англ.

PMP - Point-to-Multipoint). (Рис. 15.2).

CANOPY CANOPY CANOPY Клиент CANOPY Клиент Питание IP Network Клиент Рис. 15.2. Топология сети WiMAX в режиме «точка-многоточка».

Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet кабелю, как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet. Это позволяет сохранить существующую инфраструктуру районных или офисных локальных сетей при переходе с кабельного доступа на WiMAX. Кроме того, это дает возможность максимально упростить развертывание сетей, используя знакомые технологии для подключения компьютеров.

При необходимости установления широкополосной связи между удаленными объектами используется режим «точка-точка». (Рис. 15.3).

Рис. 15.3. Топология сети WiMAX в режиме «точка-точка».

Причем, в этом режиме возможны различные модификации топологии сети, такие как изображено на рис. 15.4.

Топология типа «звезда» Топология типа «кольцо»

Беспроводный мост Линейная топология Рис. 15.4. Модификации топологии сети WiMAX в режиме «точка-точка».


В сетях WiMAX предусмотрен также Mesh-режим связи, когда АУ могут осуществлять связь между собой непосредственно, а антенные системы, как правило, являются всенаправленными (Рис.15.5). Базовая станция при этом является коммутатором между основной инфраструктурой сети и mesh-подсетями. Благодаря использованию режима Mesh можно достигать дальности связи более 50км. С гарантированной скоростью передачи данных (при наличии прямой видимости и высоте антенны BS – 50м), тогда как типовой радиус БС составляет 7-10км.

Рис. 15.5. Топология сети WiMAX в режиме «mesh».

Предусмотрен также режим мультиточка-мультиточка (MP-MP), который имеет ту же функциональность, что и PMP. АУ может быть радиотерминалом или повторителем (более типично) для организации локального трафика. Трафик может проходить через несколько повторителей, прежде чем достигнет клиента. Антенны в этом случае являются направленными с возможностью дистанционной настройки. АУ обычно имеет узконаправленную антенну. По этой причине положение антенны должно быть жестко фиксировано и устойчиво к ветру и другим потенциальным источникам вибрации.

Широкополосные системы доступа к радиосети, помимо БС и АУ, содержат абонентское терминальное оборудование, оборудование основной сети, межузловые каналы и повторители (репитеры). Повторители используются, когда между конечными точками канала нет прямой видимости. Повторитель передает сигнал от БС к одной или нескольким АУ. В системах MP-MP большинство станций являются повторителями. (Рис.

15.6).

Рис. 15.5. Топология сети WiMAX в режиме «MP-MP».

Сложности развертывания сетей WiMAX Соответствие стандартам, удовлетворяющим требованиям к сетям четвертого поколения (4G), накладывает на сети WiMAX необходимость поддержки динамических алгоритмов обработки сеансов связи (burst), способных адаптировать способы обработки сигнала к условиям радиоэфира. Таким образом, при условиях, когда имеются уверенный сигнал и высокий показатель коэффициента «сигнал-шум» (CINR), можно выбрать режим с высокой спектральной эффективностью (т.е. больше битов на один OFDM-символ), и при этом сигнал может быть легко и корректно декодирован алгоритмами обработки цифровых сигналов (digital signal processing - DSP). Напротив, когда некоторые из параметров радиосреды плохие, то система выбирает более стойкий способ обработки сигнала (профиль сеанса связи), который передает меньше битов на OFDM-символ, но с большей мощностью сигнала в расчете на один бит, и за счет этого обеспечивается более корректное декодирование сигнала. Поэтому развертывание сетей WiMAX имеет определенную сложность, поскольку необходимо учитывать не только уровень сигнала и коэффициент CINR (как в традиционных сотовых системах), но также определить механизмы динамического распределения канального ресурса для АУ. Многие системы связи имеют 2 - 3 профиля сеанса связи, тогда как системы WiMAX могут иметь до профилей одновременно, то есть алгоритмы DSP более сложны в реализации, чем в любых других беспроводных системах.

Лекция Использование радиочастотного спектра сетями WiMAX Общемировые тенденции в распределении радиочастот для систем WiMAX Мировой рынок оборудования и услуг, предоставляемых операторами на базе технологий беспроводного широкополосного доступа (БШД), неуклонно растет: если в 2000 г. его объем оценивался примерно в 200 млн долл., то в 2005 г. он перешагнул рубеж в 1 млрд долларов США. Порядка 85% мирового рынка БШД-услуг составляют операторские сети, остальное – частные корпоративные. Основная доля услуг приходится на диапазон 3,5 ГГц, где сосредоточено 40% всего установленного в мире оборудования, далее следует 5 ГГц;

5,2ГГц;

5,4ГГц;

5,6ГГц;

5,8ГГц.

WiMAX - это технология, разработанная для создания сетей БШД, которые традиционно работают в полосах частот, не используемых системами сотовой связи, то есть выше 2ГГц. Спектр частот систем WiMAX включает в себя полосы в диапазоне между 2,3ГГц и 2,7ГГц (используемые в Северной Америке), международные полосы для фиксированных служб в диапазоне между 3,3ГГц и 3,8ГГц, а также так называемые «нелицензируемые» полосы 2,4ГГц и 5,8ГГц, типично используемые для Wi-Fi и беспроводной телефонии. Хотя современные стандарты 802.16 и поддерживают весь диапазон частот между 2ГГц и 6ГГц, форум WiMAX сосредоточился на получении сертификации в полосах 2,5ГГц, 3,5ГГц и 5,8ГГц.

Для систем WiMAX не выделены отдельные полосы радиочастот. Даже когда говорят о «залицензированном» спектре для WiMAX в полосах частот 2,5ГГц или 3,5ГГц, то на самом деле имеются в виду разрозненные полосы частот в этих диапазонах.

Например, в США, Канаде и некоторых странах Латинской Америки спектр для систем БШД доступен в полосах 2,3ГГц и в диапазоне между 2,5ГГц и 2,7ГГц, тогда как полоса 2,4ГГц недоступна, так как используется для систем Wi-Fi и беспроводных телефонов. А в полосе 3,5ГГц в диапазоне между 3,3ГГц и 3,8ГГц в распределении частот сложилась весьма сложная ситуация.

Главная проблема состоит в том, что предполагаемые полосы представляют собой обрывки разных диапазонов с различными характеристиками распространения, требованиями к мощности передатчиков и возможностями реализации оборудования.

Ситуация еще больше усложняется тем, что спектр, распределенный для беспроводного широкополосного доступа, практически не гармонизирован даже в пределах отдельно взятых континентов. Но даже там, где общий спектр, в принципе, может быть технически выделен, возникают проблемы политические, так как в разных странах действуют разные требования по его использованию. В итоге процесс прокладывания пути для WiMAX в путанице международных и национальных правил использования спектра выглядит далеко не гладким и чреват множеством препятствий.

Проблемы, связанные с распределением спектра Спецификации стандарта IEEE802.16 определяют рабочие полосы частот в широком разбросе диапазонов, так что системы WiMAX теоретически могут работать на любой частоте ниже 66 ГГц. Хотя Форум WiMAX определил три профиля лицензируемых частот: 2,3ГГц, 2,5ГГц и 3,5ГГц, на самом деле в вопросе выделения частот для систем WiMAX пока нет единства в глобальном масштабе. А такая гармонизация важна для уменьшения стоимости оборудования: Закон Мура или экономия за счет роста производства диктуют чтобы производство устройств WiMAX (типа мобильных телефонов и WiMAX-карт для ноутбуков) было массовым для того, чтобы цена единицы продукции снижалась. (Отметим, что двумя основными составляющими стоимости производства мобильного устройства является кремний и дополнительный приемопередатчик, необходимый для каждой отдельной полосы частот.) Такая концепция ценообразования справедлива и для базового оборудования. В качестве профиля WiMAX также определена полоса в так называемом нелицензируемом диапазоне 5.x ГГц, но предполагается, что телекоммуникационные компании вряд ли будут использовать этот спектр широко (за исключением транзитных соединений), так как в этих полосах ограничены права владения и управления выделенными частотами.

Например, в США самая большая доступная полоса для систем WiMAX находится в диапазоне 2,5ГГц и уже распределена в основном между компаниями Sprint Nextel и Clearwire. В других регионах мира будут доступны другие полосы, и скорее всего это будут полосы, определенные Форумом WiMAX. В регионе Юго-Восточной Азии, по всей видимости, наиболее популярным станет диапазон 2,3ГГц. Хотя в Индии и Индонезии будет использоваться полосы в диапазоне 2,5ГГц, 3,3ГГц, а национальный оператор сети WiMAX Пакистана работает в диапазоне 3,5ГГц.

Диапазон аналогового телевидения (700 МГц) также может стать доступным для развертывания сетей WiMAX, но, во-первых, необходимо дождаться полного перехода на цифровое телевидение, а во-вторых, на этот диапазон претендуют и другие технологии.

Так в США FCC в январе 2008г. провела аукцион по распределению этого спектра и, в результате, самые большие доли спектра была выделены компаниям Verizon Wireless и AT&T. И обе эти компании заявили о своем намерении развертывать сети LTE, которые являются непосредственным конкурентом систем WiMAX. Ну а в Европе Еврокомиссия изучает вопрос перераспределения спектра в диапазоне 500-800МГц для систем беспроводной связи, включая стандарт WiMAX.

Примечательно, что с октября 2007г., Сектор радиосвязи МСЭ (ITU-R) принял решение о включении технологии WiMAX в семейство стандартов IMT-2000, а это означает, что «владельцы» частотных лицензий (в частности, на сегодняшний день в диапазоне 2,5-2,69ГГц) могут использовать оборудование мобильного WiMAX в любой стране, которая признает программу IMT-2000.

Лицензируемые и нелицензируемые полосы частот На рис. 17.1 приведены полосы частот, доступные для систем БШД в диапазоне от 2 до 6ГГц.

Рис. 17.1. Полосы частот для систем БШД в диапазоне от 2ГГц до 6ГГц.

Как видно из рисунка, полосы идентифицированы как лицензируемые или нелицензируемые. Под лицензируемыми подразумеваются полосы частот, которые «жестко закрепляются» за пользователями (операторами, организациями, компаниями), которые, как правило, оплачивают за использование этих полос частот.


Нелицензируемыми считаются те полосы, которые доступны для любого пользователя на бесплатной основе. Стандарты IEEE 802.11a/b/g (Wi-Fi), например, основаны на нелицензируемых полосах и при этом оказываются достаточно «защищенными» от конкурентных технологий в рамках этих полос частот.

Провайдеры услуг БШД и крупные операторы Многие небольшие провайдеры услуг БШД стремятся использовать нелицензируемые полосы частот, поскольку они общедоступны и экономят время и деньги на развертывание сетей. В конечном счете, это уменьшает затраты конечного пользователя и становится конкурентоспособной альтернативой проводным услугам широкополосного доступа. Нелицензируемый спектр особенно привлекателен в США, так как там испытывается недостаток в лицензируемых частотах в диапазоне от 2ГГц до 6ГГц.

С другой стороны, крупные операторы, получившие лицензии на использование частот, могут преподносить это как услуга "бизнес класса", потому что их услуги связи будут более надежными и качественными, и это будет служить повышению их репутации.

Некоторые различия между регионами в распределении полос частот Диапазон 3,5ГГц – лицензируемые полосы частот, доступные для использования систем БШД во многих европейских и азиатских странах, но не в США. Данный диапазон является наиболее «перегруженным» сетями БШД в глобальном масштабе. Полоса в 300МГц (от 3,3 ГГц до 3,6ГГц) обеспечивает широкие возможности по развертыванию магистральных линий для WAN-сетей. Получив лицензии в этом диапазоне, крупные операторы смогут предлагать конкурентные тарифы за счет экономии от объема и более низкой стоимости оборудования WiMAX. На рис. 17.2 приведен список стран в различных регионах мира, где доступны полосы частот в диапазоне 3,5ГГц для систем БШД.

Рис. 17.2. Доступность полос частот для систем БШД в диапазоне 3,5ГГц в различных странах мира.

Диапазон 5ГГц (согласно регламентам U-NII и ВКР) – Национальная информационная инфраструктура по нелицензируемым радиочастотам (англ. Unlicensed National Information Infrastructure - U-NII) определила три главные полосы частот в этом диапазоне: нижняя и средняя полосы (5150МГц – 5350МГц) и (5470МГц – 5725МГц), и верхняя полоса (5725МГц – 5850МГц). Сети Wi-Fi работают в нижних и средних полосах U-NII, которые уже продемонстрировали свою «пригодность» для сетей БШД.

К сожалению, в различных регионах мира уже возникла ситуация, когда полосы частот, выделенные для систем БШД в диапазоне 5ГГц, перекрывают друг друга. В этой связи особенно важным является выделение Всемирной конференцией радиосвязи (ВКР) полосы частот 5470МГц – 5725МГц. Непосредственно сети WiMAX развертываются в верхней полосе диапазона, т.е. в 5725МГц – 5850МГц, так как здесь меньше конкурирующих технологий и интерференции, например от сетей Wi-Fi, а разрешенная мощность внешней антенны составляет 2 – 4 Вт.(в отличие от 1Вт. в нижней и средней полосах диапазона).

Диапазон WCS – это пара полос частот шириной в 15МГц в диапазонах 2305МГц – 2320МГц и 2345МГц – 2360МГц, выделенных для услуг беспроводной связи (англ.

Wireless Communications Service -WCS). Интервал в 25МГц между этими полосами выделен для цифрового радиовещания (англ. Digital Audio Radio Service - DARS), которое представляет собой потенциальную проблему интерференции для сетей БШД. В США основными обладателями лицензий в этом диапазоне являются компании Verizon, BellSouth, AT&T и Metricom. Успешными в этом диапазоне могут быть технологии с повышенной спектральной эффективностью, каковыми являются технологии на основе OFDM мультиплексирования и методах адаптивного кодирования и модуляции.

Диапазон 2.4GHz ISM – полоса для промышленных, научных и медицинских приложений (англ. Industrial, Scientific and Medical - ISM) является нелицензируемой и имеет полосу шириной примерно в 80МГц для развертывания сетей БШД. В этой полосе работают сети Wi-Fi и они продемонстрировали «дееспособность» полосы для услуг WLAN. Будущие профили WiMAX, которые определяют возможности взаимодействия сетей Wi-Fi и WiMAX, смогут объединить эти две системы, что позволит расширить зону охвата услуг БШД.

Диапазон MMDS включает в себя 31 каналов шириной по 6МГц в диапазоне от 2500МГц до 2690МГц и также имеет в своем составе услуги фиксированного интерактивного телевидения (англ. Instructional Television Fixed Service - ITFS).

Изначально этот спектр был недостаточно освоен, так как носил телевизионную направленность, и не так давно был также выделен для развития сетей БШД в США.

Основные пользователи частот в этом диапазоне – компании Sprint и Nextel. В ближайшие несколько лет аналитики предсказывают существенный рост рынка БШД в этом диапазоне.

Инициатива Форума WiMAX по радиочастному спектру Благодаря высокому потенциалу освоения и роста Форум WiMAX сосредотачивает свои первые профили и сертификаты на диапазонах MMDS, лицензируемых полосах 3,5ГГц и нелицензируемых верхних полосах U-NII 5ГГц, где ниже уровень интерференции, выше разрешенные мощности передачи и шире полосы пропускания. Это обеспечит высокие темпы роста систем БШД на основе стандарта WiMAX во всем мире, потому что эти полосы представляют собой наиболее потенциальные рынки и способны обеспечить экономию за счет роста производства.

Дополнительные полосы частот для WiMAX В различных регионах мира для развертывания сетей WiMAX и других систем БШД в настоящее время рассматривают дополнительные полосы частот. В Японии, например, полоса 4,9ГГц – 5,0ГГц уже доступна с 2007г., а полоса 5,47ГГц – 5,725ГГц рассматривается как резерв для будущего. При этом в первой полосе будет требоваться лицензирование для развертывания БС, и будут поддерживаться полосы пропускания в 5МГц, 10МГц и 20МГц, в то время как во второй полосе, возможно, не будет требоваться лицензирование и будет поддерживаться полоса в 20МГц.

Североамериканский рынок проявляет интерес к развертыванию сетей WiMAX в диапазоне 4,9ГГц, который изначально являлся полосой служб общественной безопасности. Есть даже некоторый интерес в использовании более низких полос частот, таких как лицензируемый диапазон 800МГц и нелицензируемый диапазон 915МГц, для сетей WiMAX и других подобных услуг. Стандарт WiMAX «обещает» привнести долгожданную спектральную эффективность и высокую пропускную способность, которые способны удовлетворить потребности пользователей в мобильности, услугах передачи голоса и больших объемов данных. Это позволит привлечь больше пользователей благодаря способности работать без прямой видимости, низким затратам на развертывание, большей дальности связи и проникновению на массовый рынок потребителей с недорогими АУ за счет стандартизации и возможности взаимодействовать. Очевидно, что это путь к широкополосной мобильности и формированию систем 4G, способных обеспечить истинную свободу движения.

Выделение частот для систем WiMAX в Европе В мае 2008г. комиссия ЕС приняла решение по гармонизации использования радиочастотного спектра в диапазоне 3400 - 3800 МГц в странах-членах Евросоюза.

Принятое решение имело позитивное воздействие на деятельность европейских WiMAX операторов, многие из которых используют частоты именно в этой полосе спектра.

Согласно данному решения, страны, входящие в Евросоюз, должны будут разрешить использование частот в этой полосе для создания "сетей фиксированной, переносной и мобильной электронной связи" до января 2012г.

Отметим, что в настоящее время почти все лицензии для диапазона 3.5 ГГц в Европе имеют ограничения по мобильности и дают право на создание лишь сетей фиксированного беспроводного доступа или сетей с ограниченной мобильностью ("переносных"). Возможность предоставления услуг мобильного БШД на этих полосах частот имеется пока что в ограниченном количестве стран, а ряд стран только планирует выдачу соответствующих разрешений. С учетом того, что комиссия ЕС использует принцип нейтральности в отношении выбора технологии и услуг и настроена на предоставление гибких возможностей использования радиоспектра, есть ожидания, что, в большинстве случаев операторы будут создавать сети мобильного режима БШД.

Выделение частот для систем WiMAX в России Внедрение беспроводных широкополосных сетей затруднено процедурой лицензирования частот, а также отсутствием нелицензируемых частот. Обсуждаются три диапазона частот 2,5 ГГц, 3,5 ГГц, 5,8 ГГц.

Таблица 17.1 демонстрирует степень занятости частот в России. Так, диапазон 2. ГГц (точнее, 2.400-2.483 ГГц) в городах сильно занят, поэтому городские сети строятся на других диапазонах. С диапазоном 3.4-3.6 ГГц в России существуют проблемы, поскольку он используется для спутниковой связи.

Степень занятости частот В городах Вне городов 2,4 ГГц, 3,5 и частично 5,7 ГГц частично 3,5 ГГц Перспективны 5,15-5,25 и 5,25-5,3 ГГц, рекомендуются любые доступные частоты, 5,7-5,8(где доступно) обеспечивающие нужную дальность Критерии выбора- частоты, сервисы, Критерии выбора- дальность, стоимость, сервисы стоимость Самый активно осваиваемый в России диапазон - 5 ГГц (точнее 5.150-5.250 ГГц, 5.250-5.350 ГГц и 5.725-5.850 ГГц), именно здесь ожидается максимальный рост. При этом диапазон 5.725-5.850 ГГц используется радиорелейными станциями. Освоение диапазона 6 ГГц (5.900-6.400 ГГц) идет медленно. Основными поставщиками оборудования беспроводного широкополосного доступа в России являются: Infinet Wireless (Revolution) (Россия), Alvarion (Израиль), WiLAN (Канада), а также фирмы из США: Aperto Networks, Motorola Canopy и другие.

Как известно, стандарты 802.16a и 802.16d ориентированы на обеспечение связи вне зоны прямой видимости. Для этих стандартов изначально заявлялся диапазон 2- ГГц, сейчас рассматривается уменьшение нижней границы до 700 МГц или до 1800 МГц.

Скорее всего, будет найден диапазон ниже 2 ГГц и выделен для этого оборудования.

Важно отметить, что в стандартах 802.16a/d впервые была применена возможность выбора поддиапазона внутри канала, то есть абонентское оборудование может работать в меньших подканалах (минимальная ширина 1,25МГц). Первое оборудование WiMAX, которое появилось на рынке, предназначено для использования в диапазоне 3.5 ГГц (популярен в Европе), и в диапазоне 5.8 ГГц (5.725-5.850 ГГц - нелицензируемый диапазон в США и Европе). Третий диапазон 2.4 ГГц в России менее перспективен.

Для диапазона 3.5 ГГц в свое время проводилась научно-исследовательская работа (НИР) надежности спутниковой связи. В результате было установлено ограничение по использованию диапазона под передачу данных, и сейчас в этом диапазоне доступно лишь 50 МГц. При этом спутниковая группировка увеличивается, поскольку через спутники реализуется стратегическая связь с регионами, недосягаемыми другими способами.

Самый перспективный диапазон в России для WiMAX - это 5.8 ГГц, однако там работает очень много старых систем (РРЛ). Если новые операторы смогут переносить эти старые системы в другие диапазоны, то диапазон 5.8 ГГц будет освобожден под технологию WiMAX. Системы WiMAX сложнее перенести в другие диапазоны - цена устройств будет слишком высокая.

Таким образом, предлагается что-то вроде гражданской конверсии, за счет чего удастся освободить какие-либо из рассмотренных участков спектра, а возможно, частотный ресурс будет найден где-либо еще.

Выделение частот для систем WiMAX в Узбекистане Список литературы 1. О. Татарников. Развитие беспроводных сетей в России. - Компьютер пресс, 5/2005, с. 4-13.

2. Г. Большова. В чью дверь стучится WiMAX?, ИКС, 7/2005, с. 12 - 16.

3. Пятая международная конференция Состояние и перспективы развития Интернета в России». Ассоциация документальной электросвязи, 15-17 сентября 2004 г.

4. Источник: MForum.ru www.mforum.ru/ 5. В.А. ВЛАСОВ. Частотное регулирование и обеспечение информационной безопасности для оборудования Wi-Fi и WiMAX. ОАО "Скандинавский Дом".

WiMAX и корпоративные сети Рассмотрим некоторые особенности применения технологии WiMAX в корпоративных сетях. Оговоримся, что речь идет о сетях фиксированного радиодоступа, для которого в России определены следующие полосы: 2,4 – 2,4835;

3,4 – 3,45;

3,5 – 3,55;

5,15 – 5,35 и 5,65 – 6,425 ГГц. В тех случаях, когда в перспективе просматриваются интересы мобильности абонентов, для строительства WiMAX-сети целесообразно выбирать оборудование, которое соответствует спецификации IEEE 802.16d и относительно просто (без замены оборудования) может быть модернизировано до спецификации IEEE 802.16е.

Правда, пока не ясно, как будут выделяться полосы для систем IEEE 802.16е.

Оборудование этих стандартов совместную работу не обеспечивает, а реальная аппаратура, скорее всего, будет разрабатываться с использованием разных полос частот. В частности, для стандарта IEEE 802.16е наиболее вероятно выделение полос 2,3 – 2,4 и 2, – 2,7 ГГц (в Европе – 2,5 – 2,7 ГГц).

Прежде всего необходимо отметить, что особенности использования технологии WiMAX в корпоративных сетях определяются не корпоративным предназначением сети, а возможностями обеспечения высоких скоростей передачи информации и предоставления соответствующего сервиса. В свою очередь обеспечение высоких скоростей передачи информации связано с шириной выделяемой рабочей полосы частот и дальностью связи.

Особенности корпоративных сетей Сети связи общего пользования всегда ориентированы на коммерческое использование сетей, и сфера интересов соответствующих операторов распространяется прежде всего на города и густонаселенные районы РФ. В большинстве населенных пунктов с численностью населения более 250 тыс. человек прогнозируется доступный спектр не более 10 – 15 МГц. В областных центрах РФ и крупных городах доступного частотного ресурса уже практически нет, и создание WiMAX-сетей возможно в основном на базе частотного ресурса действующих сетей радиодоступа. Однако эти сети строились в условиях, отличающихся от установленных решением ГКРЧ № 05-10-01-001. Не все они имеют достаточный частотный ресурс (порядка 20 МГц), а их конфигурация (радиусы зон обслуживания), как правило, не соответствует решению ГКРЧ. Такие сети позволяют строить эффективные сети передачи данных, включая высокоскоростной Интернет, но реализовывать революционные возможности технологии не способны.

Приведение действующих сетей радиодоступа в соответствие с нормами ГКРЧ повлечет существенные дополнительные затраты операторов. К тому же, в крупных городах технология WiMAX испытывает большую конкуренцию со стороны проводных технологий доступа. Поэтому многие специалисты отводят технологии WiMAX роль резерва или дополнения к традиционным проводным решениям доступа, рекомендуя ее применение там, где проводной доступ затруднен или невозможен.

В отличие от сетей общего пользования корпоративные сети связи далеко не всегда строятся в густонаселенных районах (поселки энергетиков, работников предприятий нефтегазового комплекса и др.). Радиочастотный спектр в удаленных местах относительно свободен, и выделение полос частот шириной 20 МГц и более на ограниченной территории вполне возможно. Поэтому именно в корпоративных сетях, удаленных от крупных городов, следует ожидать максимальной реализации возможностей технологии WiMAX. К тому же такие сети изначально могут строиться как самодостаточные (а не дополнительные) по основному назначению.

Решение ГКРЧ № 05-10-01-001 наложило ряд ограничений на дальность действия и энергетические параметры оборудования WiMAX (табл. 1, 2). В частности, в городах с населением свыше 1 млн человек максимальный радиус зоны обслуживания составляет 0,5 – 3 км, а в городах с населением более 250 тыс. человек – 4 – 6 км. Опять-таки, эти ограничения касаются в первую очередь коммерческих операторских сетей, но для многих корпоративных сетей они не актуальны.

Еще одной особенностью корпоративных сетей, способствующей применению технологии WiMAX, является наличие у многих корпораций финансовых средств для закупки абонентских терминалов, тогда как для абонентов сетей связи общего пользования в настоящее время стоимость терминалов слишком высокая. Не случайно крупнейшая в Европе действующая сеть pre-WiMAX – корпоративная (сеть НТК ВР в Удмуртии).

Ситуация в других странах То, что в России на пути широкополосного беспроводного доступа бурелом препятствий - финансовых, регуляторных, таможенных, маркетинговых, никого не удивляет. Наш регулятор по традиции встречает новые технологии с некоторой долей скептицизма. Но самым ярким примером провала WiMAX является, пожалуй, Франция.

Там тоже "запрягали" чрезвычайно долго.

О возможном конкурсе на частоты в диапазоне 3400-3600 МГц для сетей WiMAX сообщили в 2004 г. Изначально планировалось реализовать десять лицензий на участки спектра шириной 15 МГц. Объявили о конкурсе только в 2006-м, и за два "предконкурсных" года число продаваемых лицензий увеличилось в полтора раза. В июле 2006-го с аукциона было продано 15 лицензий, причем шесть из них было отдано региональным советам (conseils rйgionaux), которые, как и предсказывали эксперты, затем "переуступили" свои права на использование спектра нескольким местным компаниям. В итоге сегодня во Франции насчитывается 19 лицензиатов, строящих WiMAX-сети различного объема.

По мнению экспертов (которое бытует и среди аналитиков от связи), выигрыш лицензии в конкурсе или покупка ее на аукционе заставляет оператора в срочном порядке строить сети и предоставлять услуги. Однако опыт Франции показал полную несостоятельность данной точки зрения. В сентябре 2008-го, т. е. через два года после начала выдачи лицензий, французский регулятор рынка местной связи ARCEP (Autoritй de Rйgulation des Communications Electroniques et des Postes) опубликовал отчет "Беспроводные сети современное состояние и взгляд в будущее". В нем черным по белому написано, что обязательства по созданию сетей и услуг выполнили только трое из 19 лицензиатов. На конец июня 2008-го было развернуто чуть менее 15% сайтов от числа запланированных.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.