Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Проблема только в том, что прокладка волоконно-оптического или коаксиального кабеля к миллионам абонентов обходитсяочень дорого. Что же делать?Ответ одновременно и прост, и сложен. Нужны широкополосные беспроводныесети. Установить одну большую антенну на горке где-нибудь рядом с населеннымпунктом и расставить на крышах домов абонентов приемные антенны гораздо прощеи дешевле, чем рыть множество траншей и протягивать кабель.
Таким образом, конкурирующие операторы связи начали экспериментировать в развитии многомегабитныхбеспроводных систем связи, реализующих услуги голосовой коммуникации, доступак Интернету, видео по заказу и т. д.Для стимулирования рынка, IEEE сформировал группу, чтобы стандартизироватьширокополосную городскую беспроводную сеть. Следующее число в нумерации 802было 802.16, таким образом, стандарт получил этот номер. Неофициально технологиюназывают WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Мы будем использовать термины 802.16 и WiMAX попеременно.Впервые стандарт 802.16 был апробирован в декабре 2001 года.
Ранние версииобеспечили беспроводную местную линию связи между фиксированными точкамис прямой видимостью друг друга. Эта схема вскоре была изменена, чтобы сделатьWiMAX более конкурентоспособной альтернативой кабелю и DSL для доступа к Интернету. К январю 2003 года стандарт 802.16 был пересмотрен, чтобы поддержатьсвязи вне прямой видимости с использованием технологии OFDM в частотах между2 и 10 ГГц. Это изменение сделало установку намного легче, хотя станции все ещебыли с фиксированными местоположениями.
Угрозу представлял рост сотовых сетей4.5. Широкополосные беспроводные сети 341поколения 3G, обещающий высокие скорости передачи данных и подвижность. Вответ к декабрю 2005 года 802.16 снова был улучшен, чтобы позволить подвижностьна скоростях транспорта. Мобильный широкополосный доступ к Интернету — цельтекущего стандарта, IEEE 802.16-2009.Подобно некоторым другим стандартам из серии 802, стандарт 802.16 построенс использованием идей модели OSI. Здесь можно найти и уровни, и подуровни, используется схожая терминология, сервисные примитивы и т. п.
К сожалению, каки OSI, стандарт 802.16 страдает громоздкостью. Фактически, форум WiMAX (WiMAXForum) создавался для того, чтобы определить имеющие возможность взаимодействовать подмножества стандарта для коммерческих предложений. В последующихразделах мы приведем краткое описание основных свойств 802.16, но такое исследование является далеко не полным, в нем опущены многие детали. Дополнительнуюинформацию о WiMAX и широкополосных беспроводных сетях в целом вы найдетев (Andrews и др., 2007).4.5.1. Сравнение стандарта 802.16 с 802.11 и 3GКазалось бы, зачем провозглашать новый стандарт? Почему бы не использовать 802.11или 3G? Фактически, WiMAX комбинирует подходы и 802.11 и 3G, становясь большепохожа на технологию 4G.Как и стандарт 802.11, WiMAX относится к беспроводным технологиям присоединения устройств к Интернету на скоростях порядка нескольких мегабит в секунду, вместо использования кабеля или DSL.
Устройства могут быть мобильными,или, по крайней мере, портативными. WiMAX не начинался с добавления данныхс низкой скоростью к подобным голосовым сотовым сетям; 802.16 был разработан,чтобы перенести IP пакеты по радиоканалу и соединиться с основанной на IP сетьюс минимумом суеты. Чтобы поддержать различные приложения, пакеты могут неститрафик соединения равноправных узлов ЛВС, звонки IP-телефонии или потоковыемультмедиа-трансляции. Так же как и 802.11, WiMAX основан на технологии OFDM,чтобы гарантировать хорошую работу, несмотря на ухудшения беспроводного сигнала,такие как многолучевое затухание, и на технологии MIMO, чтобы достигнуть высокихуровней пропускной способности.Однако WiMAX больше походит на 3G (и, таким образом, отличается от 802.11)в нескольких ключевых отношениях.
Ключевая техническая проблема состоит в том,чтобы достигнуть большой емкости эффективным использованием спектра, так чтобыбольшое количество абонентов в зоне охвата могли получить высокую пропускнуюспособность. Типичные расстояния, по крайней мере, в 10 раз больше чем для сетей802.11. Следовательно, базовые станции WiMAX — более мощные, чем точки доступа802.11. Чтобы обработать более слабые сигналы на больших расстояниях, базоваястанция использует большую мощность и лучшие антенны, а также выполняет больше работы по обработке ошибок.
Чтобы максимизировать пропускную способность,передачи для каждого абонента тщательно распланированы базовой станцией; использование спектра не позволяет использовать CSMA/CA, который с коллизиямиможет впустую потратить пропускную способность.342 Глава 4.
Подуровень управления доступом к средеИмеющий лицензию спектр — ожидаемый случай для WiMAX, в США это, как правило, приблизительно 2,5 ГГц. Система в целом существенно более оптимизирована,чем 802.11. Сложность стоит того, учитывая крупную сумму денег, потраченную налицензированный спектр. В отличие стандарта 802.11 результатом является управляемый и надежный сервис с хорошей поддержкой качества обслуживания.Со всеми этими особенностями 802.16 наиболее близко к сотовым сетям 4-гопоколения (4G), которые теперь стандартизируются под именем LTE (Long TermEvolution).
В то время как сотовые сети 3G основаны на CDMA и поддерживают речьи данные, сети 4G будут основаны на OFDM с MIMO и ориентированы на передачуданных, а передача голоса будет только одним из приложений. Выглядит так, какбудто WiMAX и 4G находятся на встречных курсах с точки зрения технологии и приложений. Возможно, эта конвергенция неудивительна, учитывая, что Интернет — революционная технология, а OFDM и MIMO — самые известные технологии для того,чтобы эффективно использовать спектр.4.5.2.
Стандарт 802.16: архитектураи стек протоколовАрхитектура стандарта 802.16 показана на рис. 4.27. Базовые станции соединяютсянепосредственно с базовой сетью провайдера, которая, в свою очередь, соединенас Интернетом. Базовые станции общаются со станциями по беспроводному радиоинтерфейсу. Существует два вида станций. Абонентские станции (subscriber stations)остаются в неподвижном местоположении, например, в случае широкополосного доступа к Интернету для домов. Мобильные станции могут обслуживаться в то время,как они перемещаются, например автомобиль, оборудованный WiMAX.Рис. 4.27. Архитектура стандарта 802.16Стек протокола стандарта 802.16, который используется в радиоинтерфейсе, показан на рис. 4.28.
Общая структура подобна другим стандартам серии 802, однакоздесь больше подуровней. Нижний уровень имеет дело с передачей, и здесь мы показали только популярные предложения 802.16, неподвижный и мобильный WiMAX.Для каждого предложения имеется свой физический уровень. Оба уровня работаютв лицензированном спектре ниже 11 ГГц и используют OFDM, но по-разному.4.5.
Широкополосные беспроводные сети 343Рис. 4.28. Стек протоколов 802.16Находящийся над физическим уровнем канальный уровень состоит из трех подуровней. Нижний из них относится к защите информации (security sublayer), что оченькритично для публичных уличных сетей, в отличие от частных сетей в помещениях.На этом подуровне производится шифрование, дешифрование данных, а также управления ключами доступа.Затем следует общая часть подуровня MAC.
Именно на этом уровне иерархии располагаются основные протоколы — в частности, протоколы управления каналом. Идеясостоит в том, что базовая станция полностью контролируют всю систему. Она оченьэффективно распределяет очередность передачи нисходящего трафика абонентами играет главную роль в управлении восходящим трафиком (от абонента к базовойстанции). От всех остальных стандартов 802.х MAC-подуровень стандарта 802.16 отличается тем, что он полностью ориентирован на установку соединения.
Таким образом,можно гарантировать определенное качество обслуживания при предоставлении услугтелефонной связи и при передаче мультимедиа.Подуровень сведения отдельных сервисов (service specific convergence sublayer)играет роль подуровня управления логическим соединением в других протоколах802.х. Его функция заключается в организации интерфейса для сетевого уровня.Чтобы легко объединяться с различными верхними уровнями, определены различныеуровни конвергенции. Важный выбор — IP, хотя стандарт определяет отображениятакже и для таких протоколов, как Ethernet и ATM.
Так как IP — протокол без установления соединения, а 802.16 подуровня MAC — модель на основе соединения, этотуровень должен осуществить отображение между адресами и соединениями.4.5.3. Стандарт 802.16: физический уровеньБольшая часть реализаций WiMAX использует лицензируемый спектр около 3,5 ГГцили 2,5 ГГц. Ключевая проблема, как и для 3G, — найти доступный спектр. Поэтомустандарт 802.16 разработан с гибкостью. Он допускает работу в диапазонах от 2 до11 ГГц. Поддержаны и каналы различных размеров, например 3,5 МГц для неподвижного WiMAX и от 1,25 до 20 МГц для мобильного WiMAX.344 Глава 4. Подуровень управления доступом к средеПередачи посылаются по этим каналам с применением метода OFDM, который былописан в разделе 2.5.3. По сравнению с 802.11, схема OFDM в 802.16 оптимизирована,чтобы максимально использовать лицензированный спектр и широкую область передачи.
Канал разделен на большее количество поднесущих с более длительной продолжительностью символа, чтобы выдержать большие беспроводные деградации сигнала;параметры WiMAX приблизительно в 20 раз больше, чем сопоставимые параметрыв 802.11. Например, в мобильном WiMAX есть 512 поднесущих для канала на 5 МГц,и время, чтобы послать символ на каждой поднесущей составляет примерно 100 мкс.Символы на каждой поднесущей посылаются с модуляцией по схеме QPSK, QAM16 или QAM-64, которые были описаны в разделе 2.5.3. Если мобильный телефон илиабонент расположен недалеко от БС и получаемый сигнал имеет высокий уровеньсоотношения сигнал/шум, то может применяться QAM-64 с шестью битами на символ. Для достижения удаленных станций с низким уровнем сигнал/шум может бытьиспользована схема QPSK с двумя битами на символ.Сначала данные кодируются для устранения ошибок с использованием сверточного кодирования (или еще лучшей схемы), как было описано в разделе 3.2.1.
Такоекодирование распространено на шумных каналах, чтобы допускать отдельные битовыеошибки, без необходимости выполнять повторные передачи. Фактически, методымодуляции и кодирования должны казаться знакомыми к настоящему времени, таккак они используются, как мы изучили, для многих сетей, включая 802.11, кабельи DSL. Конечный результат состоит в том, что базовая станция может передаватьинформацию со скоростью до 12,6 Мбит/с для нисходящего трафика и до 6,2 Мбит/сдля восходящего трафика на канал в 5 МГц и пару антенн.Разработчикам сетей 802.16 не нравились схемы работы стандартов GSMи DAMPS: и там, и там для нисходящего и восходящего трафика используются эквивалентные по ширине полосы частот. Таким образом, они неявно предполагают, чтонисходящего трафика столько же, сколько восходящего.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
