|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Беспроводные сети. Будущее WiMAXСегодня, в период активного развития беспроводных сетей, эта тема становится все более популярной в телекоммуникационном сообществе. О перспективах развития WiMAX хотелось бы поговорить, опираясь на самые свежие материалы и мысли специалистов: по итогам семинара на тему «Современные тенденции и технологии для беспроводных сетей связи», который прошел в начале лета в Санкт-Петербурге (организатор – Балтийский ИТ). В рамках семинара ведущие специалисты отрасли постарались обсудить наиболее важные вопросы, связанные с развитием беспроводных сетей семейства IEEE 802. Итак, речь пойдет об актуальных вопросах построения, предоставления услуг, качества обслуживания и особенностях проектирования быстроразвивающихся технологий беспроводных сетей связи. Обозначим наиболее важные вопросы, связанные с развитием беспроводных сетей (которые, кстати, и определили темы семинара): • u-общество; • WiMAX (IEEE 802.16a/b/e, HIPERACCESS, HIPERMAN); • MBWA/Mobile-Fi (IEEE 802.20); • Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/e, HIPERLAN); • BAN/PAN (Bluetooth, HomeRF, ZigBee, IEEE 802.15); • ad hoc и сенсорные сети. В выступлении генерального директора ЦНИИС А. Е. Кучерявого были обозначены аспекты прогнозирования трафика для Российской Федерации на 2010 г., образуемого речевыми услугами, доступом к интернет-ресурсам и информационными потоками сенсорных сетей. Согласно мировым исследованиям, электронным обществом можно считать страну, в которой доля ИКТ превышает 10% ВВП страны. Эти показатели уже достигнуты в Южной Корее и Ирландии. Основу электронного общества составляет универсальная среда проноса произвольного трафика (конвергентная или мультисервисная), использующая пакетную коммутацию. Сегодня концепции NGN и широкополосного доступа обеспечивают предоставление полного спектра услуг, объединяющего речевые услуги, передачу данных и доступ в Интернет, цифровое мультимедиавещание и интерактивные аудиовидеоуслуги. Возникает вопрос: «Что же дальше?» Каковы тенденции развития телекоммуникаций? Следующий виток развития телекоммуникационной инфраструктуры ожидается в результате создания так называемых сенсорных сетей. Среду, которая реализует прозрачный доступ к любому сенсору (датчику или контроллеру датчиков), а также удаленное управление исполнительными механизмами, предложено называть BcN (Broadband convergence Network). Охват ею более 10% населения страны можно считать признаком построения u-общества (от англ. ubiquitions – всепроникающий). Тенденции данного направления развития четко прослеживаются. В наш обиход прочно вошли понятия: • «умный дом», объединяющий автоматизированные комплексы управления системами жизнеобеспечения зданий (WLAN/WiMAX); • «бортовой компьютер» самолета, автомобиля и т. п., обрабатывающий и анализирующий показания датчиков (например, последняя модель BMW 7 серии объединяет на своем борту около 256 специализированных компьютеров – контроллеров) WPAN/WiMAXными потоками и выявления ситуаций, угрожающих охране правопорядка в рамках антитеррористических программ и концепций «безопасный город»; • дистанционные системы слежения за жизнедеятельностью живых организмов, позволяющие не только анализировать миграции животных, но и контролировать ключевые параметры состояния здоровья хронических больных (болезни сердца, диабет и т. п.), которым может внезапно потребоваться срочная медицинская помощь WBAN/WPAN/WiMAX. Последняя тенденция представляется ключевой в развитии мобильных сетей, так как сенсорные сети в сочетании с сетями мобильной передачи данных придают новое качество – мобильность дистанционной диагностики и четкость позиционирования обслуживаемого объекта. Летом нынешнего года в Южной Корее планируется продемонстрировать прототип беспроводной сенсорной сети (Wireless Sensor Networks – WSN), размещаемой на человеке и решающей следующие задачи: • контроль индивидуальных данных, то есть динамическая биопараметрия (своего рода электронный паспорт на основе Badge Type Computer); • контроль медицинских показателей (анализ пульса по алгоритмам восточной пульсодиагностики и т. п.); • контроль направления движения; • сенсор доступа в помещения, к компьютеру и т. п. Очевидно, что в силу массовости наиболее бурное развитие сенсорных сетей следует ожидать в области беспроводных технологий, позволяющих развернуть сенсорные сети (сетевые органы чувств) на земле, в воздухе, над и под водой, в зданиях и на живых организмах. Перспективы внедрения сенсорных сетей и масштабируемость их использования в жизнедеятельности человека и технике дают основание предполагать появление значительного по объему синтетического трафика, изменяющего общую структуру трафика при переходе к u-России. С докладом «Беспроводная сеть связи следующего поколения. Решения по гармонизации и городские беспроводные сети WMAN и WWMAN» выступил Е. А. Кучерявый, руководитель научно-исследовательской группы Технологического университета г. Тампере (Финляндия) и председатель европейского проекта COST 290 Wi-QoST. Traffic and QoS Management in Wireless Multimedia Networks, объединяющего представителей фирм- производителей, операторов, университетов и научно-исследовательских организаций из более чем 20 европейских стран. Проведенный в докладе анализ позволил выявить существующую проблематику и общую тенденцию их развития: Современные беспроводные сети должны обеспечивать высокую безопасность и низкую стоимость и оборудования, и услуг, а также удовлетворять новой парадигме: • отличаться высокой масштабируемостью; • быть реконфигурируемыми и адаптируемыми; • применять из конца в конец сети пакетной коммутации протокол IP; • прозрачно (всегда, везде и в любых условиях) предоставлять услуги мобильной передачи данных, независимо от территориальной принадлежности оператора и типа используемой для доступа беспроводной среды. В докладе была четко отражена разнородность существующих быть достигнута гармонизацией следующих решений: • прозрачность протокола IP; • типы адресации (каждый терминал и/или пользователь должен иметь уникальный адрес вне зависимости от текущего местоположения и точки присоединения); • согласование протоколов на всех уровнях сетевой модели, прежде всего на уровне сигнализации; • управление мобильностью (mobility management) как глобальная функция для автоматического роуминга и определения соответствия между динамически изменяющимся сетевым адресом (точкой текущего присоединения) и статическим именем терминала, обеспечивающая быстрый хэндовер (handover management), прозрачность услуг, оптимальные сигнальный трафик и использование энергии; • управление местонахождением (location management), решающее задачи: адресации, слежения за местонахождением, частоты обновления служебной информации, персональной микро- и макромобильности; • управление хэндовером, обеспечивающее инициирование внутри- и межсистемного хэндовера, а также маршрутизацию сессии/соединения; • управление сессией/соединением (session management), обеспечивающее непрерывность сессии/соединения; • управление ресурсами (resource management), обеспечивающее: инициацию хэндовера (в какой момент времени и при каких условиях); качество обслуживания; определение и предсказание движения; мягкий (позволяющий терминалу получать данные от двух и более точек доступа) или жесткий (влекущий за собой высокие потери и угрозу прерывания услуги) хэндовер; сглаживание частого хэндовера, необходимое при нахождении терминала на границе точек доступа; • беспроводной интерфейс – взаимодействие между различными беспроводными интерфейсами на различных уровнях; Гармонизация, в свою очередь, обеспечивается реализацией концепции ABC (Always Best Connected), которая позволяет пользователю многомодового терминала, при использовании некоторой услуги, самостоятельно или доверяя ПО терминала выбирать сеть доступа (с соответствующим QoS). Кроме того, пользователь должен иметь возможность в любой момент изменить свое решение, если в ходе сеанса появится более предпочтительный вариант. Участники проекта – UTRAN, MBWA, WLAN, WiMAX и другие сети доступа. В свете проведенного анализа общих тенденций развития беспроводных сетей был проведен обзор имеющихся решений по городским беспроводным сетям, объединяемым стандартами: • IEEE 802.16a/b/e (WiMAX); • ETSI HIPERMAN; • IEEE 802.20 (WBWA). Рабочая группа IEEE 802.16 была создана в 1999 г., а спустя два года появился WiMAX-форум, образованный фирмами Nokia, Harris Corp., Ensemble и Crosspan. К маю 2005 г. форум объединяет уже 230 участников. Однако на сегодня не существует стандартизованных решений. Стандартизация оборудования начнется не раньше июня 2005 г., причем право сертифицировать продукты на соответствие стандартам IEEE 802.16 WiMAX Forum Certificated™ получено только Cetecom labs. Стандарт IEEE 802.16 был одобрен в декабре 2001 г. и стал первымчка». Первоначально он был ориентирован на частотный диапазон от 10 до 66 ГГц, что подразумевало прямую видимость (LOS – Line of Sight) и являлось существенным недостатком в городских условиях. Примером такой системы является сеть радиодоступа компании Ensemble, уже много лет используемая в Риге (Латвия). По своему характеру это скорее сеть LMSC, работающая в диапазоне 10 ГГц и предоставляющая широкополосный радиодоступ в масштабах города. Первым законченным стандартом можно считать стандарт IEEE 802.16a, одобренный в январе 2003 г. и включивший в себя ощутимое количество новых функций. Прежде всего понизился частотный диапазон и, как следствие, он предусматривал работу вне прямой видимости с множественными переотражениями, то есть в режиме многолучевого распространения и интерференции сигнала (NLOS, Near или Non Line of Sight). В июле 2004 г. был одобрен стандарт IEEE 802.16REVd, основное отличие которого заключалось в поддержке фиксированного офисного или домашнего оконечного терминального оборудования с технологией NLOS, учитывающего в модели радиоканала следующие факторы: • три типа климатических зон со своими условиями затухания при распространении сигнала A, B и C; • доплер-эффект, возникающий в среде распространения; • фактор задержки, возникающий на приемном конце при распространении сигнала; • К-фактор, связанный со статистикой фиксированных или переменных уровней сигнала; • уменьшение коэффициента усиления антенны в условиях каналов с переотражением сигнала. Кроме того, эффективная работа в таких условиях обеспечивается благодаря поддержке дополнительных функций борьбы с множественными переотражениями. Помимо широко применяемых методов повышения эффективности радиоканалов (адаптивной модуляции (фазоманипулированного сигнала QAMxx) – Adaptive modulation; применения кодирования для коррекции ошибок (Error correction); управления мощностью передатчиков (Power control) используются специальные методы борьбы с интерференционными помехами: • технология ортогонального частотного кодирования OFDM; • подканалы (Sub-Channelisation); • антенны с остронаправленной диаграммой Directional antennas; • разделение приемных и передающих антенн (Transmit and receive diversity). Примерами реализации таких систем являются: • CD 3000 компании Granger TC в партнерстве с L3 Communication, использующей технологию MIMO OFDM, которая поддерживает на физическом уровне 12 адаптивных режимов модуля-ции, что в 10 раз эффективнее, чем 3G системы, использует спектр, а на MAC уровне обеспечивает расширенный ARQ, QoS и CoS, CBR и CIR, и способна обеспечить связь с объектами, движущимися со скоростью до 30 миль/ч; • BreezeMAX компании Alvarion, отвечающий требованиям IEEE 802.16 и ETSI HiperMAN, использующий OFDM-256 в полосе до 14 МГц (партнерство с «Алкатель» и «Интел»); • WiMAX Ecosystem компании Fujitsu, использующая OFDM-256 в полосе до 20 МГц; • SkyMAX компании Siemens, использующ имеющая развитые механизмы QoS (L2 IEEE 802.1p, L3 IPv4 DSCP и ToS) и CoS (UGS, nrt-PS, rt-PS, BE). Необходимо подчеркнуть, что в CD 3000 применен метод борьбы с интерференционными помехами, который пока не стандартизован в WiMAX, но весьма эффективен для достижения максимальных размеров зоны радиопокрытия. Эффект достигается за счет использования пространственного различия интерференционной картины и нескольких пространственно разнесенных антенн на прием и передачу (MIMO – Multiple Input Multiple Output)., что позволяет, за счет мажоритарного приема существенно повысить отношение сигнал/шум. Максимальный размер соты и небольшая полоса рабочих частот выгодно отличают эту систему от других претендентов на реализацию национальных программ внедрения стандарта WiMAX. В районах с высокой потребностью в пропускной способности базовой станции и значительной абонентской плотностью более эффективна система SkyMAX, сертификация которой в России завершится в ближайшее время. В июле 2005 г. ожидается выход стандарта IEEE 802.16e, в котором рабочая полоса частот будет расширена до 256 несущих (OFDM-256) для наращивания пропускной способности. Акцент будет сделан на мобильность оконечного пользователя. Уже активно ведется работа над IEEE 802.16f – исправленной версией стандарта IEEE 802.16-2004. Европейский институт телекоммуникационных стандартов ETSI и рабочая группа BRAN (Broadband Radio Access Networks) разрабатывают стандарт HIPERMAN, направленный на: • технологическое сближение Европы и США в области систем беспроводной передачи данных; • ликвидацию раздробленности на рынке мобильной связи, обусловленной несовместимостью стандартов; • обеспечение взаимодействия с IEEE 802.11. В основу HIPERMAN на физическом уровне положен стандарт IEEE 802.16-2004. Некоторые различия наблюдаются на канальном (MAC) и сетевом уровнях. Основное внимание ETSI уделяет типам приложений и качеству услуг. Рабочая группа IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), утвержденная в декабре 2002 г., сосредоточена на предоставлении услуг мобильным пользователям Интернета, движущимся со скоростью до 250 км/ч. Первые образцы оборудования ожидаются не раньше 2006 г. Не дожидаясь принятия стандарта, операторы России, Европы, Америки и Азии внедряют pre-WiMAX системы. Крупнейшие операторы таких систем – AT&T, Sprint Canada, T-Mobile. Сети стандарта WiMAX, безусловно, достаточно быстро выйдут на рынок и создадут конкуренцию другим решениям проблемы предоставления широкополосного доступа, эквивалентного технологии xDSL. Внедрение обеспечит быстрое развертывание на достаточно больших территориях, что особенно актуально для мест с неразвитой сетевой инфраструктурой (например, новые загородные районы, исторические центры городов и т. п.). Внедрение технологии WiMAX в России существенно облегчит реализацию проектов «Телефонизация и интернетизация села», «Интернет – в каждую школу» и т. п., позволит гибко и эффективно обеспполосным доступом. Однако отсутствие четкого стандарта, низкая совместимость и относительно высокая, по сравнению с технологией xDSL, стоимость оборудования сдерживают ее развитие. Кроме того, частотный диапазон 2–11 ГГц является в России лицензируемым и относительно плотно занят операторами сетей радиодоступа с иными технологиями. Поэтому системы WiMAX, обладающие максимальной гибкостью и адаптивностью в частотно-территориальном планировании, безусловно, окажутся главными претендентами на модернизацию существующих систем радиодоступа. Полную версию статьи читайте в печатной версии журнала Главная страница / Архитектура отрасли |