В. И. Шельгов

Указанной в заголовке статьи теме была посвящена юбилейная — десятая — конференция “БЕСЕДА” (БЕспроводные СЕти передачи ДАнных), организованная компанией CompTek совместно с рабочей группой “Беспроводные сети передачи данных” Ассоциации документальной электросвязи (АДЭ). Стандарт 802.16 (WiMAX) призван сыграть важную роль в развитии рынков систем и услуг беспроводного широкополосного доступа (БШД), обеспечив совместимость продуктов разных производителей и значительное снижение цен, главным образом на абонентское оборудование. В этом очень заинтересованы операторы связи, которые требуют от производителей дешевых абонентских устройств БШД, что позволит многократно увеличить число пользователей сетей.

Рынок БШД

Услуги и средства БШД востребованы индивидуальными потребителями, коммерческими предприятиями, государственными структурами и самими операторами связи (для соединения элементов сетевой инфраструктуры).

По мнению Петра Кочегарова, руководителя рабочей группы “Беспроводные сети передачи данных” АДЭ, сегодня в нашей стране соединение базовых станций операторов сотовой связи является одной из основных областей применения систем БШД.

Согласно отчету канадской аналитической фирмы Maravedis, в 2004 г. в мире насчитывалось 915 тыс. абонентов систем фиксированного БШД (всех типов), работающих на частотах ниже 11 ГГц, а к 2006 г. их число должно увеличиться примерно до трех миллионов, из которых около 100 тыс. будут абонентами систем WiMAX; число абонентов этих систем и сетей на базе фирменных средств БШД должно сравняться в 2010 г. Что же касается мирового рынка инфраструктурного оборудования WiMAX, то, по оценкам аналитиков ассоциации TIA, он вырастет с 15 млн долл. в 2004 г. до 115 млн долл. в 2005 г., а к 2008 г. достигнет объема в 290 млн долл.

Как сказано в обсуждавшемся на конференции “Плане-проспекте концепции развития технологии беспроводного широкополосного доступа WiMAX в России”, разработанном рабочей группой “Беспроводные сети передачи данных” АДЭ по поручению Мининформсвязи России, в настоящее время на базе различных технологий БШД в нашей стране действуют около 300 сетей беспроводного доступа. Типичная сеть БШД имеет не менее трех базовых станций, обслуживающих до 500 абонентов или более. В основном абонентами этих сетей являются юридические лица, использующие их для доступа в Интернет и объединения удаленных филиалов своих предприятий с применением технологий VPN.

Основным сдерживающим фактором распространения сетей БШД и роста числа абонентских подключений является высокая стоимость абонентского комплекта оборудования — от 700 до 2000 долл. Уменьшение его стоимости до 400 долл. и ниже должно привести к значительному росту абонентской базы. Следующий этап развития сетей БШД начнется, когда стоимость абонентского комплекта упадет до 200—250 долл. При таком уровне цен станет возможным широкое использование систем БШД для предоставления услуг индивидуальным потребителям.

Реалистичный взгляд

Технология WiMAX широко разрекламирована в мировой прессе, чему немало способствовали производители оборудования и компонентов для систем БШД. Много писалось о том, что системы WiMAX способны передавать данные на расстояние до 50 км со скоростью 70 Мбит/с, причем свет-лое WiMAX-будущее должно наступить очень скоро.

WiMax в России. Диапазон частот, операторы, покрытие, тарифы, стоимость подключения

Однако время завышенных ожиданий прошло. В ряде прозвучавших на конференции докладов были проанализированы реальные характеристики систем WiMAX. Так, по данным корпорации Intel, максимальная скорость передачи данных, примерно равная 70 Мбит/с, реализуется при использовании 20-МГц канала и высокоуровневой модуляции 64QAM 3/4, но при такой модуляции радиус соты не может быть равным 50 км (в системе SkyMAX фирмы Siemens он составляет только 4—6 км — в зависимости от условий распространения радиосигналов). Большинство же систем WiMAX будут работать в частотных полосах шириной от 3,5 до 10 МГц, а в полосе частот 10 МГц максимальная скорость передачи данных равна примерно 37 Мбит/с. Необходимо учесть и тот факт, что, по разным оценкам, реальная скорость передачи данных составляет 30—65% от максимальной. Таким образом, абонентам вряд ли стоит рассчитывать на скорость в 70 Мбит/с.

Общеизвестно, что благодаря использованию схемы модуляции OFDM системы WiMAX работают при отсутствии прямой видимости между антеннами базовой станции и абонентского устройства (по отраженным сигналам). Однако такая работа возможна только на небольшом расстоянии от базовой станции и сильно зависит от типа выбранной модуляции. Согласно материалам компании Redline Communications, ее си-стема RedMAX обеспечивает дальность связи до 45 км в условиях прямой видимости и до 3 км при ее отсутствии.

На конференции главный эксперт компании InfiNet Wireless Ю.Писарев дал реа-листичный прогноз процесса развития технологии WiMAX, выделив в нем три этапа. На первом этапе (2004—2006 гг.), который, собственно, уже начался, выпущены системы на базе неспециализированных микросхем и появились первые специализированные наборы микросхем для средств WiMAX. Но здесь не следует ожидать большого числа инсталляций систем WiMAX, поскольку они довольно дороги. Второй этап (2007—2008 гг.) будет характеризоваться развитием производства абонентских устройств в странах Юго-Восточной Азии, что приведет к снижению цен на абонентское оборудование наружного исполнения до 400—600 долл.; начнется массовое производство абонентских станций комнатного исполнения по 100—150 долл. и постепенное распространение технологии WiMAX по всему миру. На третьем этапе (с 2009 г.) будет принята спецификация 802.16e (на ограниченно мобильные решения для БШД), начнется интеграция систем WiMAX с сетями сотовой связи и реальная конкуренция этих систем с сетями доступа на базе технологий ADSL и кабельных модемов, появятся портативные устройства (ноутбуки, карманные ПК и смартфоны) со встроенными интерфейсами WiMAX.

Вопросы частотного распределения для систем WiMAX

От их решения напрямую зависят перспективы развертывания систем WiMAX в нашей стране, поэтому неудивительно, что им уделено большое внимание в упомянутом выше “Плане-проспекте”.

В стандарте IEEE 802.16-2004 для систем БШД предполагается задействовать частоты от 2 до 11 ГГц. В настоящее время WiMAX-форумом разработаны три профиля использования данных систем в частотных диапазонах 2,5—2,7; 3,4—3,6 и 5,725—5,850 ГГц. Что касается применения этих диапазонов в России в настоящее время, то диапазон 2,5—2,7 ГГц запланирован для работы систем эфирного телевидения по технологии MMDS, но текущим регламентом допускается совместное использование его системами двунаправленной передачи данных и интерактивного телевидения. В диапазоне частот 3,4—3,6 ГГц системы БШД уже работают, но дальнейшее их развертывание существенно ограничено из-за возникновения проблем с электромагнитной совместимостью со средствами космической связи ФГУП “Космическая связь” и ОАО “Газком”, функционирующими в C-диапазоне. Диапазон 5,725—5,850 ГГц в настоящее время используется различными системами БШД, а также аналоговыми и цифровыми радиорелейными станциями. Работа последних в этом диапазоне может накладывать серьезные ограничения на развитие систем БШД.

Для изучения возможности использования этих диапазонов необходимо проанализировать их загрузку по регионам. Авторам “Плана-проспекта” представляется целесообразным разработать процедуру переноса систем радиорелейной связи, работающих в диапазоне частот 5,725—5,850 ГГц, в другой диапазон, например 11 ГГц, или цифровизации аналоговых систем радиорелейной связи с уплотнением используемого диапазона частот и высвобождением частотного ресурса под системы WiMAX. Возможно, стоит принять общее решение ГКРЧ по применению систем WiMAX в диапазоне 5,725—5,850 ГГц. Использование рекомендованных WiMAX-форумом диапазонов частот позволит эксплуатировать в сетях БШД абонентские устройства зарубежных производителей. Внедрение систем WiMAX ускорит развитие современных услуг связи в России, особенно в местах с плохо развитой телекоммуникационной инфраструктурой.

Список литературы

«Сети и системы связи» № 08 2005 г.

Беспроводные сети, появившиеся более 10 лет назад, позволили достичь существенного повышения удобства соединения разнообразных электронных устройств. Однако даже они обладают рядом ограничений, которые не позволяют использовать их в некоторых случаях. В частности, таким ограничением является максимальное расстояние, на которое могут передаваться сформированные пакеты с данными. У многих компактных устройств оно равно нескольким десяткам метров, что не всегда соответствует реальным потребностям пользователей.

Уличная Wi-Fi точка доступа — погодоустойчивый пластик, внешнее исполнение — питание по PoE, длинна кабеля до 100 метров — дальность работы до 500 метров — скорость до 150 мбит/с Цена с установкой и настройкой — 9900 руб.

Беспроводной Wi-Fi мост дальностью 3км — погодоустойчивый пластик, внешнее исполнение — питание по PoE, длинна кабеля до 100 метров — дальность работы до 5000 метров — скорость до 150 мбит/с Цена с установкой и настройкой — 16400 руб.

Беспроводной Wi-Fi мост дальностью 15км — погодоустойчивый пластик, внешнее исполнение — питание по PoE, длинна кабеля до 100 метров — дальность работы до 15000 метров — скорость до 150 мбит/с Цена с установкой и настройкой — 18700 руб.

Передача данных при помощи беспроводного Wi-Fi моста

Сфера применения Wi-Fi моста в беспроводной сети очень широка — он может использоваться как в большой квартире или частном доме, так в офисе или на производственном предприятии.

WiMAX в России

Он позволяет значительно расширять покрываемую подобным соединением площадь за счет установки промежуточных точек, через которые осуществляется ретрансляция сигнала.

Подобная схема организации сети может понадобиться в случае, когда в отдаленной части помещения или даже в соседнем здании находится несколько электронных устройств, нуждающихся в установлении качественного соединения, а прокладывание проводной линии нерационально с экономической или технической точки зрения.

Значительным преимуществом, которым обладает Wi-fi мост, является возможность использования при его создании недорогого оборудования. В его формировании могут участвовать не только специальные приспособления-репитеры, но и стандартные роутеры или антенны, которые приобретаются для создания первоначального источника сигнала. Установка необходимой конфигурации сети осуществляется путем несложного конфигурирования каждого из упомянутых приспособлений.

Тем не менее, сложности существуют и здесь. Перед тем, как купить и создавать Wi-fi мост, необходимо четко понять, какие устройства будут к нему подключены, какой структурой и характеристиками будет обладать Wi-Fi сеть в конечном ее виде. Для того чтобы исключить допущение ошибок, стоит обратиться к высококвалифицированным специалистам.

Наша компания поможет вам создать максимально экономичную и эффективную сеть, которая будет соответствовать требованиям, предъявляемым к качеству сигнала и устойчивости соединения. Кроме того, мы можем выполнить и соединение внутренних коммуникаций с различными средствами подключения к глобальной сети — в том числе и современными широкополосными.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. История развития проекта WIMAX

2. Задачи, цели, преимущества WIMAX

3. Принцип работы WIMAX

3.1 Физический уровень базового стандарта IEE 802.16

3.2 Стандарт IEE 802.16-2004

3.3 Режим WirelessMan- OFDM

3.4 Mesh- сеть

3.5 Стандарт IEE 802.16-2005

4. Режим работы WIMAX

5. Защита связи

6. Определение задания и цели работы

Список литературы

В ВЕДЕНИЕ

На сегодняшний момент три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надёжность, мобильность. Соединить все три основных критерия может только поколение беспроводных технологий WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access ), стандарт IEEE 802.16.

Современный мир не может без информации. Информационные магистрали сегодня не уступают по важности транспортным, они повсюду – и на суше, и на дне океана, и в космосе. Передача байта по линии связи стала не менее значимой, чем передача барреля нефти или кубометра газа. Но планете становится тесно от проводных линий связи. Эти пути уже мешают и их надо отбросить. Поэтому неудивительно, что беспроводные технологии переживают сегодня подлинный бум. Пользователям требуются все большие объемы трафика и скорости передачи данных – причем срочно. Современные мультимедийные приложения этому весьма способствуют. Ведь еще десять лет назад беспроводные локальные сети казались достаточно специальным инструментом. Сегодня – это массовый продукт, а термины Wi-Fi и WiMAX знают даже неспециалисты в связи.

В августе 1998 года по инициативе Национальной испытательной лаборатории беспроводных электронных систем Национального института стандартов и технологии США (NationalWirelessElectronicsSystemsTestbedoftheU.S. NationalInstituteofStandardsandTechnology) встреча заинтересованных сторон, в результате которой комитет 802 IEEE организовал рабочую группу 802.16. С июля 1999 года группа приступила к регулярной работе. Изначально ее деятельность велась в трех направлениях: разработка стандарта для диапазона 10-66 ГГц (первоначально обозначался 802.16.1), для диапазона 2-11 ГГц (802.16.3), а также стандарта, регламентирующего совместную работу различных систем широкополосного беспроводного вещания (802.16.2).

Уже в декабре 2001 года стандарт IEEE 802.16 «AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems» (воздушный интерфейс для фиксированных систем с широкополосным беспроводным доступом) был утвержден и 8 апреля 2002 года официально опубликован. Он описывал общие принципы построения систем широкополосного беспроводного доступа и сосредотачивался на диапазоне 10-66 ГГц. 10 сентября 2001 года увидел свет стандарт IEEE 802.16.2 «CoexistenceofFixedBroadbandWirelessAccessSystems» (сосуществование фиксированных систем широкополосного беспроводного доступа). Над более низкочастотным диапазоном работы продолжались чуть дольше – стандарт 802.16а «MediumAccessControlModificationsandAdditionalPhysicalLayerSpecificationsfor 2-11 GHz» (модификации управления доступа к среде передачи и дополнительные спецификации физического уровня для диапазона 2-11 ГГц), регламентирующий работу в диапазоне 2-11 ГГц, был утвержден 29 января 2003 года, а 1 апреля опубликован. На рисунке 1 показано место стандарта 802.16 в иерархии стандартов IEEE 802.[1].

Место стандарта 802.16 в иерархии стандартов IEEE 802

Рис. 1

Физический и канальный уровни IEEE 802.16

Все стандарты группы 802.16 описывают два нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (OSI) – физический и уровень контроля доступа к среде передачи (MAC – MediumAccessControl)[1] . Структура этих уровней представлена на рисунке 2. В стандартах этой группы идет речь о радиоинтерфейсах, методах модуляции и доступа к каналам, о системе управления потоками, о структурах передаваемых данных, о механизмах связи протоколов передачи данных верхних уровней (прежде всего ATM и IP) с протоколами физического уровня IEEE 802.16 и д.р. Будем рассматривать стандарт «снизу» – физического уровня.

1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА WiMAX

Первая версия стандарта IEEE 802.16–2001 была принята в декабре 2001 года, в стандарте изначально была отведена рабочая полоса 10–66 ГГц.

Стандарт IEEE 802.16 описывал архитектуру широкополосной беспроводной связи, организованной по топологии «точка-многоточка» и ориентировался на создание стационарных беспроводных сетей масштаба города (WirelessMAN).

WiMAX в России еще послужит

Так как в стандарте IEEE 802.16–2001 на физическом уровне предполагалось использование всего одной несущей частоты, назван он был — WirelessMAN-SC (Single Carrier).Для частот в диапазоне 10–66 ГГц характерно быстрое затухание сигнала и работа возможна только в зоне прямой видимости между передатчиком и приемником. Зато решается одна из главных проблем радиосвязи — многолучевое распространение сигнала. В Стандарте было рекомендовано использовать модуляцию типа QPSK, 16-QAM или 64-QAM. В радиоканалах шириной 20, 25 и 28 МГц скорость передачи данных достигала 32–134 Мбит/с и дальность передачи составляла 2.5 км. Позже, в 2002 году в стандарте 802.16–2001 были выявлены погрешности, и появилось приложение 802.16с-2002, которое расширяло профили и корректировало их.Из-за трудностей построения беспроводной сети в зоне прямой видимости устройства стандарта 802.16 так и не получили широкого распространения и уже в январе 2003 года выпустили расширение 802.16а-2003, которое описывало использование частотного диапазона от 2 до 11 ГГц. В этом стандарте предусматривалось создание фиксированных беспроводных сетей масштаба мегаполиса и планировалось, что в дальнейшем он станет альтернативой наземным решениям широкополосного доступа для организации «последней мили» взамен xDSL, кабельных модемов и каналов T1/E1.

Кроме того, предполагалось, что для формирования глобальной сети беспроводного доступа в Интернет к базовой сети стандарта 802.16а смогут подключаться точки доступа стандарта 802.11a/b/g.

Основное отличие стандарта 802.16а — это работа в частотном диапазоне 2–11 ГГц, для которого не требуется наличие прямой видимости между приемником и передатчиком. В виду этого зона покрытия беспроводных сетей 802–16a значительно шире, чем у сетей стандарта 802.16. Использование частотного диапазона 2–11 ГГц потребовало и существенного пересмотра техники кодирования и модуляции сигнала на физическом уровне. Оборудование 802.16а должно было работать с модуляцией QPSK, 16QAM, 64QAM и 256QAM, поддерживать скорость передачи информации 1–75 Мбит/с на сектор одной базовой станции на расстоянии от где-то 6–9 км в радиоканалах с изменяемой полосой пропускания от 1.5 до 20 МГц. Типовая базовая станции имела от 4 до 6 секторов.

В стандарте 802.16a сохранили режим работы на одной несущей, который позволял работать как в условиях прямой видимости (LOS), так и вне ее (NLOS). Но основным здесь стала возможность работы с сигналом на основе технологии OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)- ортогонального частотного мультиплексирования с 256-ю поднесущими и режим OFDMА (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) — технология многостанционного доступа с ортогональным частотным разделением каналов с 2048 поднесущими сразу с несколькими абонентами в режиме OFDM. Таким образом, при стандартном количестве поднесущих в 256 обеспечивалась одновременная работа 8 абонентов.В июле 2004 года был принят стандарт IEEE 802.16–2004, известный также как 802.16d или фиксированный WiMAX, который и объединил все эти нововведения. Но говорить в то время о полной совместимости оборудования не представлялось возможным. Из-за наличия разных режимов мультиплексирования SC, OFDM и OFDMА с разной шириной радиоканалов, а также временного и частотного режима дуплексирования FDD и TDD и ряда других требований оборудование каждого производителя так и осталось уникальным, а стоимость абонентских устройств была очень высокой. В силу этих обстоятельств оборудование фиксированного доступа стандарта IEEE 802.16–2004 используется в нишевом применение, там, где традиционные методы построения сетей абонентского доступа не эффективны или попросту невозможны.

В конце 2005 года был принят стандарт IEEE 802.16е, известный так же как IEEE 802.16–2005 или мобильный WiMAX. Это был новый шаг в эволюции развития беспроводного широкополосного доступа в интернет Основное внимание здесь уделено вопросам поддержки мобильных абонентов, и в частности хендоверу, и роумингу между сетями, построенными на различных беспроводных стандартах. Роуминг позволяет при передвижении абонента на скорости до 120 км/ч «бесшовно» переключаться между базовыми станциями (точно так же как это происходит в сетях сотовой связи). В мобильном WiMAX применяется Scalable OFDMA — масштабируемый OFDM-доступ и возможна работа как в условиях прямой видимости так в ее отсутствие. Для сетей Mobile WiMAX выделяются частотные диапазоны: 2,3–2,5; 2,5–2,7; 3,4–3,8 ГГц.

На сегодняшний день в мире реализованы и успешно функционируют беспроводные широкополосные сети на основе Mobile WiMAX, в том числе первыми в России свои сети развернули компании «Скартел» — бренд Yota (сети построены в Москве, Санкт-Петербурге, Уфе, Краснодаре, Сочи, Никарагуа) и Комстар OTC (сеть в Москве). Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения 3G, например, EV-DO. И если стандарт IEEE 802.16d является протоколом операторского класса, то мобильный WiMAX ориентирован на конечных пользователей, и в данном случае он представляет собой альтернативу стандартам 802.11 a/b/g. Имея ноутбук или КПК со встроенным WiMAX модемом, и подключившись к сети, пользователь сможет постоянно оставаться на связи в любой точке города, где обеспечивается зона покрытия WiMAX сети. Базовая станция Mobile WiMAX способна поддерживать до 1000 абонентов одновременно!

Схема развития технологии WiMax

Рис. 1.1

В дополнение к основным стандартам, рабочая группа IEEE 802.16 разработала ряд других документов, где рассматриваются другие весьма важные вопросы. Это такие дополнения, как:

— 802.16f-2005 — Информационная база управления (ManagementInformationBase);