Магистерская диссертация «Исследование аппаратных средств радиопередатчиков стандарта WiMAX» (стр. 3 )

Рис. 1.3 - Основная топология 802.11 Wireless LAN технологии

Хотя большинство WLAN работает в режиме и архитектуре "инфраструктуры", описанной выше, возможна также другая топология. Это вторая топологии, специальная сеть связывает передвижные устройства, которые находятся в той же самой области (т. е., в той же самой комнате). В этой архитектуре станции клиента сгруппированы в отдельную географическую область и могут быть связаны в сеть без доступа к сети инфраструктуры. Связанные устройства в специальном режиме указываются как IBSS (Independent Basic Service Set). Специальная топология изображена на рисунке 1.4.

Рис. 1.4 – Специальная топология WLAN

Специальная конфигурация подобна peer-to-peer сети, в которой не требуется что бы какой-то узел функционировал как сервер. Как специальный WLAN, портативные компьютеры, рабочие станции и другие 802.11 устройства могут совместно использовать файлы без использования точки доступа.

WLAN включает два типа оборудования: беспроводная станция и точки доступа. Станция или клиент, являются, обычно, портативным компьютером или карманным компьютером с беспроводной сетевой картой. WLAN клиент может также быть настольным компьютером, на производственном этаже, или другой публичной области. Беспроводная сетевая карта обычно вставляется в PCMCIA или в USB порт. NIC используют радио частоты или инфракрасные лучи, чтобы установить подключения к WLAN. Точка доступа, которая действует как мост между беспроволочными и обычными сетями, обычно включает радио часть, сетевой интерфейс типа 802.3, и программное обеспечение. Функции AP, как основной станции для беспроводной сети, соединяют абонентские станции с сетью передачи данных.

Вместе с тем необходимо помнить об ограничениях беспроводных сетей. Это, как правило, всё-таки меньшая скорость, подверженность влиянию помех и более сложная схема обеспечения безопасности передаваемой информации.

Сегмент Wi-Fi сети может использоваться как самостоятельная сеть, либо в составе более сложной сети, содержащей как беспроводные, так и обычные проводные сегменты. Wi-Fi сеть может использоваться:

− для беспроводного подключения пользователей к сети;

− для объединения пространственно разнесенных подсетей в одну общую сеть там, где кабельное соединение подсетей невозможно или нежелательно;

− для подключения к сетям провайдера интернет-услуги вместо использования выделенной проводной линии или обычного модемного соединения.

Технология Wi-Fi пригодна для использования VoIP в корпоративных сетях или в среде SOHO. Оборудование Wi-Fi производят многие ведущие компании такие, как Zyxel, UT Starcomm, Samsung, Hitachi, TP-Link, D-Link и многие другие.

Беспроводная сеть в масштабе города

WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) — беспроводные сети масштаба города. Предоставляют широкополосный доступ к сети через радиоканал.

Стандарт IEEE 802.16, опубликованный в апреле 2002 года, описывает wireless MAN Air Interface. 802.16 — это так называемая технология «последней мили», которая использует диапазон частот от 10 до 66 GHz. Так как это сантиметровый и миллиметровый диапазон, то необходимо условие «прямой видимости». Стандарт поддерживает топологию point-to-multipoint, технологии frequency-division duplex (FDD) и time-division duplex (TDD), с поддержкой quality of service (QoS). Возможна передача звука и видео. Схема взаимодействия радиосетей в случае использования стандарта IEEE 802.16 показана на рисунке 1.5.

Рис. 1.5 - Место стандарта IEEE 802.16 в системе радио коммуникаций

2. Особенности стандарта IEEE 802.16

В 2004 году появился стандарт беспроводного широкополосного доступа IEEE 802.16-2004 [1]. Стандарт IEEE 802.16-2004 был ориентирован на фиксированный доступ: местоположения абонента определялось раз и навсегда.

В настоящее время стандарт предусматривает пять режимов работы и технологий передачи в соответствии с таблицей 1.2

Режимы работы стандарта IEEE 802.16-2004

Таблица 1.2

Режим	Частотный диапазон	Опции	Метод дуплексирования
WirelessMAN-SC	10 – 66 GHz		TDD/FDD
WirelessMAN-SCa	< 11 GHz	AAS/ARQ/STC/ 256QAM	TDD/FDD
WirelessMAN-OFDM	< 11 GHz	AAS/ARQ/STC/ Mesh	TDD/FDD
WirelessMAN-OFDMA	< 11 GHz	AAS/ARQ/STC	TDD/FDD
WirelessHUMAN	< 11 GHz	DFS/AAS/ARQ/Mesh/STC	TDD

В таблице 1.2 введены следующие обозначения:

AAS – adaptive antenna system; адаптивная антенная система использования более, чем одной антенны на станциях для увеличения емкости сети и улучшения покрытия,

ARQ – automatic repeat request; технология и используемый в ней информационный пакет, обеспечивающие повторную передачу непринятых (потерянных) пакетов,

HARQ – hybrid automatic repeat request; гибридная технология повторной передачи непринятых пакетов,

STC – space/time coding; пространственно-временное кодирование.

 Режим WirelessMAN-SC ориентирован на магистральные сети (точка-точка, точка - многоточка), работающие в режимах прямой видимости со скоростью передачи потока данных до 120 Mbit/s и шириной канала 25 MHz.

Режим WirelessMAN-SCa является низкочастотной вариацией режима WirelessMAN-SC и обладает рядом дополнительных механизмов.

Режим WirelessHUMAN представляет собой адаптацию остальных методов для работы в безлицензионных диапазонах. Основным его отличием является использование только временного дуплексирования, режима динамического распределения частот (DFS) и механизма сквозной нумерации частотных каналов.

Режимы WirelessMAN-OFDM и WirelessMAN-OFDMA ранее входили в утвержденный в 2003 году стандарт IEEE, но в настоящее время претерпели ряд изменений.

Все режимы диапазона ниже 11 GHz отличают три характерные детали – механизмы автоматического запроса (ARQ), поддержка работы с адаптивными антенными системами (AAS) и пространственно-временное кодирование (STC). Кроме того, помимо централизованной архитектуры точка-многоточка предусмотрена поддержка архитектуры Mesh-сети.

Следует отметить, что в Европе Институт стандартизации в области телекоммуникаций принял континентальный эквивалент стандарта– ETSI HIPERMAN. HIPERMAN – это подмножество IEEE 802.16, обеспечивающий работу системы широкополосного беспроводного доступа в диапазоне 2 – 11 GHz только в режиме WirelessMAN-OFDM.

Требования, предъявляемые к стандартам IEEE 802.16, определяются в терминах услуг-носителей, которые должны поддерживать системы IEEE 802.16. Под услугами-носителями понимаются разновидности трафика, создаваемые абонентской или базовой сетью. Например, интерфейс 802.16 должен поддерживать скорость передачи данных и качество передачи, требуемые сетью АТМ или сетью, основанной на протоколе IP, либо протокол должен поддерживать скорость передачи данных и удовлетворять требованиям, предъявляемым к задержкам при передаче аудио и видео сигналов.

Стандарт IEEE 802.16 разработан для поддержки следующих услуг:

- широковещательная (многоадресная) передача аудио и видео сигналов. Различают одностороннюю и двустороннюю передачу (видеоконференция);

- цифровая телефония, т. е. поддержка цифровых разделенных потоков, как альтернатива проводному доступу к общественной телефонной сети;

- АТМ. Предоставление канала связи, который поддерживает передачу ячеек АТМ, как части общей сети АТМ. Канал связи в стандарте 802.16 должен поддерживать различные услуги QoS, определенные для системы АТМ;

- протокол Internet. Поддержка передачи дейтаграмм IP. Канал связи 802.16 должен предоставлять эффективные своевременные услуги. Кроме того, для сетей IP в настоящее время определены различные виды услуг и стандарт 802.16 должен поддерживать их все.

- сети с соединением через мосты. Услуга подобна предыдущей и позволяет передавать данные между двумя LAN сетями с коммутацией на уровне МАС;

- магистрали. Реализуется для сотовых или беспроводных телефонных сетей. Система 802.16 может быть удобным средством предоставления беспроводных каналов связи для беспроводных телефонных базовых станций;

- ретрансляция кадров. Подобна услуге АТМ, но при ретрансляции кадров используются кадры переменной длины, тогда как ячейки АТМ имеют фиксированную;

Услуги-носители группируются в три обширных категории:

- основанные на каналах. Эти услуги предоставляют пропускную способность с возможностью коммутации каналов, в которой соединения с абонентами устанавливаются через базовую сеть;

- пакеты переменной длины. Примерами услуг, в которых используются PDU переменной длины, являются передача IP и ретрансляция кадров. Еще одним примером является видео в формате MPEG, в котором последовательные блоки цифровой видеоинформации могут иметь разные размеры;

- ячейки и пакеты фиксированной длины. Эта услуга предоставляется системам АТМ.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) базируется на стандарте IEEE 802.16. Сеть на базе этой технологии строится из базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего между собой базовые станции с поставщиком Интернета и других сервисов. Используемый диапазон частот — от 1,5 до 13,6 GHz

Радиус действия — (6–10) km для "статичных" абонентов и (1–5) km — для "мобильных", передвигающихся на скорости до 120 km/h. Скорость передачи данных может достигать (40-75) Mbit/s. Технология WiMAX создавалась в качестве универсальной беспроводной связи для широкого спектра устройств (от ПК и ноутбуков до мобильных телефонов и планшетов), действующей на больших расстояниях.