Аналіз можливості побудови радіо мережі спеціального призначення з використанням технології WiMAX

Сервіс з постійною  бітовою швидкістю призначений для передачі мови, яка передається по каналу Т1. Тут потрібно передавати визначений обсяг даних у визначені часові інтервали. Це реалізується шляхом призначення кожному з'єднанню такого типу своїх інтервалів. Після того, як канал виявляється розподіленим, доступ до часових інтервалів здійснюється автоматично, і немає необхідності запитувати кожен з них окремо.

Сервіс реального масштабу часу зі змінною бітовою швидкістю  застосовується при передачі стислих  мультимедійних даних та інших програмних додатків реального часу. Необхідна  пропускна здатність може змінюватися в кожен момент часу. Та чи інша смуга виділяється базовою станцією, яка опитує через певні проміжки часу абонента з метою виявлення необхідної на поточний момент ширини каналу.

Сервіс, що працює не в реальному  масштабі часу, зі змінною бітовою  швидкістю призначений для інтенсивного трафіку, наприклад, для передачі файлів великого об'єму. Тут базова станція теж опитує абонентів досить часто, але не у строго встановлені моменти часу. Абонент, що працює з постійною бітовою швидкістю, може встановити в одиницю один із спеціальних бітів свого кадру, тим самим пропонуючи базовій станції опитати його (це означає, що у абонента з'явилися дані, які потрібно передати з новою бітовою швидкістю).

Сервіс із зобов'язанням  надання максимальних зусиль використовується для всіх інших типів передачі. Ніяких опитувань тут немає, а  станції, які бажають захопити канал, повинні змагатися з іншими станціями, яким потрібен той же клас сервісу. Запит пропускної здатності здійснюється у часових інтервалах, помічених  в карті розподілу вихідного  потоку, як доступні для конкуренції. Якщо запит пройшов вдало, це буде зазначено в наступній карті розподілу вхідного потоку. В іншому випадку абоненти-невдахи повинні продовжувати боротьбу. Для мінімізації числа колізій використовується взятий з Еthernet алгоритм двійкового експоненціального відкату.

Стандартом визначено  дві форми розподілу пропускної здатності: для станції і для  з'єднання. У першому випадку абонентська  станція збирає разом всі вимоги своїх абонентів (наприклад, комп'ютерів, що належать мешканцям будинку) і  здійснює колективний запит. Отримавши  смугу, вона розподіляє її між користувачами на свій розсуд. В останньому випадку базова станція працює з кожним з'єднанням окремо.

Всі кадри підрівня управління доступом до середовища (МАС) починаються  з одного й того ж заголовка. За ним слідує (або ні) поле даних, і закінчується кадр ще необов'язковим полем контрольної суми. Поле даних відсутнє в службових кадрах, які призначені, наприклад, для запиту часових інтервалів. Контрольна сума теж є необов'язковою завдяки тому, що виправлення помилок проводиться на фізичному рівні і ніколи не буває спроб повторно переслати кадри інформації, що передається в реальному масштабі часу.

Розглянемо поля заголовка. Біт ЕС говорить про те, чи шифрується поле даних. Поле Тип вказує тип кадру (зокрема, повідомляє про те, пакується чи кадр і чи є фрагментація). Поле С1 вказує на наявність або відсутність поля фінальної контрольної суми. Поле ЕК повідомляє, який з ключів шифрування використовується (якщо він взагалі використовується). У полі Довжина міститься інформація про повну довжині кадру, включаючи заголовок. Ідентифікатор з'єднання повідомляє, якому з сполук належить кадр. В кінці заголовка є поле Контрольна сума заголовка.

Рис. 2.12. Звичайний кадр (а); кадр запиту каналу (б)

На рисунку 2.12, б показаний інший тип кадру. Це кадр запиту каналу. Він починається з одиничного, а не нульового біта і в цілому нагадує заголовок звичайного кадру, за винятком другого і третього байтів, які складають 16-бітний номер, що говорить про необхідної смузі для передачі відповідного числа байтів. У кадрі запиту каналу відсутнє поле даних, немає і контрольної суми всього кадру.

Мережі 802.16 можуть охоплювати цілі райони міст, і відстані при  цьому обчислюються кілометрами. Отже, одержуваний станціями сигнал може бути різної потужності в залежності від їх віддаленості від передавача. Ці відхилення впливають на співвідношення сигнал/шум, що, у свою чергу, призводить до використання декількох схем модуляції.

У кожній комірці широкосмугової регіональної мережі може бути набагато більше користувачів, ніж у звичайній комірці 802.11. І при цьому кожному користувачеві надається набагато більш висока пропускна здатність, ніж користувачеві безпроводової мережі. Неліцензованої смуги частот недостатньо для такого навантаження, тому мережі 802.16 працюють у високочастотному діапазоні 10-66 ГГц.

Мережі 802.11 Підтримують передачу інформації в реальному часі (в  режимі РСР), але вони не призначені для телефонного зв'язку та великого обсягу мультимедійного трафіку. Стандарт 802.16 навпаки, орієнтований на підтримку подібних додатків, оскільки він призначений як для звичайних, так і корпоративних користувачів.

 

Висновки

 

Таким чином, аналіз, проведений в даному розділі роботи, свідчить про привабливість застосування технології WiMAX та її широкі можливості у багатьох практичних застосуваннях.

Тому в наступному розділі  роботи необхідно проаналізувати можливість побудови радіомереж спеціального призначення  на базі стандартів IEEE 802.16. Важливими показниками при ухваленні рішення є завадозахищеність та безпека інформації, що циркулює в радіомережі.

 

 

РОЗДІЛ 3.

ОБҐРУНТУВАННЯ МОЖЛИВОСТІ ПОБУДОВИ РАДІОМЕРЕЖ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ  НА ОСНОВІ ТЕХНОЛОГІЇ WIMAX

 

3.1. Результати натурних випробовувань

 

За даними WiMax, базова станція (БС) стандарту 802.16 здатна обслуговувати  абонентів на видаленні до 50 км, при  цьому останнім не потрібно забезпечувати  прямої видимості між антенами БС та абонентського пристрою. Швидкість  передачі даних в поділюваному каналі може досягати 70 Мбіт/с на один сектор, що цілком достатньо для надання доступу на швидкості 1,5 Мбіт/с для більш ніж 60 корпоративних клієнтів чи обслуговування декількох сотень домашніх користувачів. Зазвичай БС будуть обслуговувати до 6 секторів.

Особливе значення безпроводові системи і особливо WiMax сумісні системи набувають для великих територій з порівняно малою щільністю населення, та з недостатньо розвиненою проводовою інфраструктурою. Така ж ситуація може бути типовою для розгортання радіомереж спеціального призначення в реальних умовах експлуатації.

Важливою виявляється  задача вибору частотного діапазону, в  якому повинна працювати безпроводова система. Одним з найбільш перспективних частотних діапазонів є діапазон 5 ГГц .

Мережева (точка-багатоточка) безпроводова WiMax сумісна OFDM система Breeze ACCESS VL (компанія AlvarionLtd), що працює практично у всьому діапазоні від 5 до 6 ГГц, являє собою IP-рішення останнього покоління систем безпроводового широкосмугового доступу. Система Breeze ACCESS VL побудована за принципом – багатосекторна (або односекторна) базова станція – багато абонентів. Система Breeze ACCESS VL забезпечує високу продуктивність, приведену до одного сектору базової станції. Використовуються швидкі й ефективні методи модуляції, які підтримують індивідуальні швидкості для абонента до 3, 6 або 54 Мбіт/с. Застосування технології OFDM дозволяє забезпечувати надійні з'єднання не тільки у разі прямої видимості від базової станції до абонента, але й у випадку обмеженої видимості, і навіть за її відсутності (NLOS), а також високу спектральну ефективність, стійку роботу при багатопроменевому поширенні і великі швидкості передачі даних.

Система Breeze ACCESS VL також підтримує "якість обслуговування" для кожного абонента (QoS), підвищену безпеку і шифрування даних, протокол фільтрації, виправлення і виявлення помилок, а також систему управління операторського класу.

У травні 2004 року компанією "Р. М. ТЕЛЕКОМ" (Москва) за участю фахівців з компаній "Алваріон Лтд" (Ізраїль) і "Седік" (Москва) були проведені натурні випробування системи Breeze ACCESS VL, розробленої для діапазону 5.150-5.350 ГГц спеціально для Росії.

На випробуваннях ставилися такі завдання:

1) вимірювання максимальної пропускної спроможності каналів зв'язку, утворених на базі системи Breeze ACCESS VL;

2) вимірювання пропускної спроможності каналів зв'язку в залежності від відстані між базовою станцією та клієнтськими пристроями;

3) вимірювання пропускної спроможності каналів зв'язку, утворених за допомогою різних типів антен базової станції.

При натурних випробуваннях  використовувався наступний метод. Організовувався максимально можливий потік даних одночасно в дві  сторони: від базової станції  до клієнтських станцій і від  клієнтських станцій до базової  станції. Вимірювання під час  натурних випробувань проводилися стандартними засобами UNIX.

Під час натурних випробувань  оцінювалися такі якісні показники апаратури: швидкість передачі даних від клієнтської станції до базової станції (вгору) і швидкість передачі даних від базової станції до клієнтської станції (вниз); рівень модуляції; відношення сигнал/шум.

Були обрані наступні базові технічні параметри обладнання: робоча радіочастота передавача – 5,230 ГГц; потужність передавача – 130 мВт; еквівалентна бітова швидкість в каналі зв'язку – 54 Мбіт/с.

Обладнання було встановлено  на час натурних випробувань наступним  чином. На базовій станції на висоті 129 метрів було встановлено два пристрої Breeze ACCESS VL AU.

Один пристрій було підключено до всенаправленої антени з коефіцієнтом підсилення 11 дБ, другий пристрій – до секторної антени з підсиленням 15 дБ і діаграмою спрямованості шириною 120 градусів виробництва.

Три клієнтських пристрої Breeze ACCESS VL SU були встановлені на відстані 19, 13 і 3 кілометрів від базової станції в межах прямої видимості на висотах 91, 88 і 170 метрів. До кожного пристрою був підключений комп'ютер з операційною системою UNIX Free BSD.

Під час випробувань були результати, подані у систематизованому вигляді в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Результати натурних випробувань

		Всенаправлена антена					Секторна антена
		13 км	19 км	Одночасно			13 км	19 км	Одночасно
				На базі	У клієнта 13 км	У клієнта 19 км			На базі	У клієнта 13 км	У клієнта 19 км
Рівень модуляції		5	4				6-7	5
ВСШ, дБ		12	13				22	17
Швидкість, Мбіт/с	Вгору	5,1	3,6-4,5	4,9-5,2	2,5-3	2,5-3	8,9	4,9-5,2	5,5-6	2,5-3,5	2,5-3,5
	Вниз	4,9	3,6-4,5	4,9-5,2	2,5-3	2,5-3	8,9	4,9-5,2	8,8-9,2	3,5-6	3,5-6
	Разом	10	7,2-9	9,8-10,4	5-6	5-6	17,8	9,8-10,4	14,3-15,2	6-9,5	6-9,5

 

При вимірюванні максимальної швидкості (клієнт на відстані 3 км) отримали: рівень модуляції – 8, ВСШ – 34 дБ, швидкість вгору та вниз 14,8 Мбіт/с, сумарна – 29,6 Мбіт/с.

Російське агентство Telecom Daily обнародувало результати дослідження характеру й щільності електромагнітного випромінювання (ЕМВ) від базових станцій і абонентських пристроїв WiMAX (802.16e).

Вимірювалися рівні випромінювання від комунікатора HTC MAX 4G, USB-модему Samsung SWC-U200, а також від базових станцій оператора "Скартел" (Yota).

З'ясувалося, що в безпосередній  близькості від модему щільність  випромінювання склала 0,23 Вт/кв. м, на відстані від 10 см і більше – вже 0,01 Вт/кв. м. Це говорить про те, що модемом можна користуватися в постійному режимі без шкоди для здоров'я.

Однак при цьому він повинен  розміщатися в ноутбуці або іншому комп'ютері на відстані не менш 10 см від голови. Втім, конструкція модему така, що розташувати його впритул до голови можна тільки навмисно, тому в нормальному режимі експлуатації (більше 10 см) він повністю безпечний.

Для комунікатора показник щільності склав порядку 0,05 Вт/кв. м, що свідчитьпро можливості його використання в постійному режимі, у тому числі в безпосередній близькості до голови.

Дослідження також показало, що на відстані 20 м від антени базової  станції, а також під самою  антеною на останньому поверсі будинку  щільність випромінювання становить  усього 0,002 Вт/кв. м. Для порівняння, при проведенні аналогічного дослідження  щодо базових станцій стільникового  зв'язку стандарту GSM в 2005 р. фахівці  Telecom Daily у безпосередній близькості від антени фіксували випромінювання із щільністю 0,5-0,7 Вт/кв. м, а на останніх поверхах будинків, на яких розташовані антени, щільність випромінювання становила порядку 0,01-0,05 Вт/кв. м. Тобто базові станції WiMAX випромінюють у кілька десятків разів менше, ніж GSM.

Втім, це природно: стандарт GSM був  розроблений понад 20 років тому, а WiMAX – 6-7 років тому, і цілком логічно, що більше сучасна технологія дозволяє знизити рівень ЕМВ, говорять дослідники. При цьому вони підкреслюють, що випромінювання й від станцій GSM, і від WiMAX-станцій перебуває в дозволених межах, закріплених відповідними нормативами.

Результати натурних випробувань  свідчать про рекордні результати по завадостійкості, дальності та ефективності для даного класу обладнання та дозволяють зробити наступні висновки.

1. Швидкість передачі даних обладнання Breeze ACCESS VL відповідає заявленим виробником обладнання характеристикам. Максимальна швидкість, отримана під час випробувань – 14,8 Мбіт/с на лінії "вгору" або "вниз" (29,6 сумарна) – є рекордно високою для обладнання безпроводових мереж передачі даних в своєму класі і перевершує показники обладнання інших виробників. Аналогічні показники, отримані при натурних випробуваннях обладнання Cisco Air 340 – 3 Мбіт/с ("еквівалентна" бітова швидкість в каналі 11 Мбіт/с); Motorola Canopy – 4 Мбіт/с ("еквівалентна" бітова швидкість в каналі 10 Мбіт/с).