676_Noskova_N.V._Izuchenie_funktsionirovanija_setej_

Заключение

Вучебном пособии изложены основные технические параметры стандарта IEEE 802.16 (WiMAX).Приведена классификация режимов работы сетей стандарта IEEE 802.16, рассматриваются принципы организации соединений для каждого из них с точки зрения модели OSI. Особое внимание уделяется рассмотрению режимов WirelessMAN–SC, WirelessMAN–OFDM, WirelessMAN-OFDMA

Подробно рассмотрены методы обработки данных в стандарте: в качестве канального кодирования используются каскадные коды, представляющие собой сочетание сверточного кода и кода Рида-Соломона.

Вкачестве методов модуляции наибольшее распространение в аппаратуре четырехпозиционная относительная фазовая модуляция и 16- и 64-позиционная квадратурная-амплитудная модуляция.

Приведено описание практической реализации методов формирования OFDM-сигналов.

Рассмотрены принципы шифрования данных на основе алгоритма AES. Дано описание технических вопросов построения и функционирования

сетей радиосвязи на примере оборудования НПФ «Микран» WiMIC6000. Кроме того, в учебном пособии описана используемая внутри помещений

модель расчета зон покрытия.

122

Список литературы

1.WiMAX Forum http://www.wimaxforum.org/

2.Носкова Н.В. Стандарты беспроводных телекоммуникационных сетей.- Новосибирск.: издательство СибГУТИ, 2012.-202с.

3.Вишневский В.М., Ляхов А.И. и др. Широкополосные беспроводные сети передачи информации, М.: Техносфера, 2005. - 592с

4.Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи.- М.: Горячая линия-

Телеком, 2006.- 536с.

5.Статьи о беспроводной связи http://www.flylink.ru

6.Носов В.И. Сети радиодоступа. Часть 2. – Новосибирск, 2007.- 256с.

7.Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2005.- 381с.

8.Носов В.И. Обработка сигналов при ортогональном частотном мультиплексировании: Учебное пособие. - Новосибирск, 2012.- 355с

9.Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G . – М.:Техносфера, 2009. – 472 с.

10.В.И. Носов Сети радиодоступа. Часть 1.: Учебное пособие. УМО по специальности связь/ СибГУТИ. – Новосибирск, 2006 г. – 256с.

11.Столингс В. Беспроводные линии связи и сети. Пер. с англ. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2003. – 640 с. : ил.

12.Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. – М. : Радио и связь. 2000. – 800 с. : ил.

13.Носов, В. И. Радиорелейные линии синхронной цифровой иерархии: Учебное пособие. - Новосибирск : 2009. - 255с.

14.http://www.apotashnikoff.narod.ru/University/OFDM/OFDM.html - суть метода OFDM

15.http://bwa.lgp.kz/ofdm.php - описание метода OFDM

16.http://jre.cplire.ru/alt/jan10/5/text.html - способы формирования ofdm-

радиосигнала, а. а. федчун

17.http://systemseti.com/wimax/peredacha_signalov/4.3.html - технология беспроводного доступа WiMAX

18.http://www.wireless-e.ru/articles/wifi/2006_3_14.php Архипкин Андрей.

Стандарт WiMAX: техническое описание, варианты реализации и специфика применения,

19.http://www.scanti.ru/bulleten.php?v=211&p=21 Ули Кретцшмар (Uli Kretzschmar). AES128 - реализация шифрования и дешифрования на языке «C»

20.Аппаратура беспроводной передачи данных WiMIC6000. Руководство по эксплуатации, 2010.- 72с.

123

Приложение А

Методические указания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«Изучение оборудования WiMIC-6000»

1Цель работы

1.1Изучить теоретические основы построения сетей стандарта IEEE 802.16 (WiMAX)

1.2Изучить и приобрести практические навыки по настройке сети и оценке параметров оборудования WiMIC-6000

2Домашнее задание

2.1Выполнить предварительный расчет зоны покрытия оборудования

WiMIC-6000

2.2Изучить теоретические основы технологии IEEE 802.16 (WiMAX)

2.3Подготовить ответы на контрольные вопросы

2.4Подготовить бланк отчета

3Содержание отчета

3.1Результаты предварительного расчета

3.2Схема сети

3.3Результаты измерений параметров

3.4Выводы по результатам работы

4 Предварительный расчет зоны покрытия

Проблеме распространения радиоволн внутри зданий и помещений последнее время уделяется большое внимание. Это связано, прежде всего, с созданием локальных информационных сетей, а также с необходимостью обеспечения надежной радиосвязью сотрудников предприятий, учреждений с целью оперативного управления и обеспечения безопасности. Наличие внутри здания стен, перегородок, мебели, радиоэлектронной аппаратуры, людей и других объектов создает сложную среду распространения радиоволн. Условия распространения радиоволн внутри помещений существенно отличаются от условий распространения радиоволн в свободном пространстве.

Поэтому при организации беспроводной локальной сети необходимо учитывать особенности окружающей среды. На качество и дальность работы связи влияет множество физических факторов: число стен, перекрытий и других объектов, через которые должен пройти сигнал. Обычно расстояние

124

зависит от типа материалов и радиочастотного шума от других электроприборов в вашем помещении. Для увеличения проникаемости надо следовать базовым принципам:

1.сократить число стен и перекрытий между абонентами беспроводной сети – каждая стена и перекрытие отнимает от максимального радиуса от 1м до 25м. Расположить точки доступа и абонентов сети так чтобы количество преград между ними было минимально.

2.проверить угол между точками доступа и абонентами сети. Стена толщиной 0,5 м, при угле в 45 градусов, для радиоволны становиться как 1 м стена. При угле в 2 градуса стена становиться преградой толщиной в 12 м! Надо стараться расположить абонентов сети так, чтобы сигнал проходил под углом в 90 градусов к перекрытиям или стенам.

3.строительные материалы влияют на прохождение сигнала по-разному

–целиком металлические двери или алюминиевая облицовка негативно сказываются на прохождении радиоволн. Желательно, чтобы между абонентами сети не находились металлические или железобетонные препятствия. Наличие капитальных стен (бетон+арматура), штукатурки на стенах и т.п. также влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу устройств. Внутри помещения причиной помех радиосигнала могут являться и зеркала, и тонированные окна. Ниже представлена таблица потерь эффективности сигнала при прохождении через различные среды

(таблица 4.1) [2]

Таблица 4.1 – Потери эффективности сигнала при прохождении через различные среды

метра электроприборы, генерирующие радиопомехи, микроволновые печи, мониторы, электромоторы, ИБП. Для уменьшения помех эти приборы должны быть надежно заземлены.

Большинство моделей, используемых для расчетов радиотрасс, расположенных внутри зданий, основано на формуле, описывающей распространение радиоволн в свободном пространстве:

125

,дБ (4.1)

где Рс.вх - мощность сигнала на входе приемника, дБм; Рпд - мощность сигнала на выходе передатчика, дБм;

Gпд, Gnp - коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, дБ; апд, апр - потери в антенно-фидерном тракте, дБ;

L0 - потери сигнала в свободном пространстве, дБ.

(4.2)

где R0 – длина трассы прямой видимости, м.

Однако наличие стен, пола, мебели, людей и других объектов оказывает существенное влияние на характер распространения радиоволн. Многообразие условий приводит к необходимости использовать некоторые эмпирические модели, основанные на многочисленных экспериментах по исследованию условий распространения радиоволн внутри помещений.

Внастоящее время существует несколько моделей для описания условий распространения радиоволн внутри помещений, их делят на 3 группы:

1. статистические модели, не требующие подробной информации о здании кроме общего описания его типа: производственное здание, гостиница, больница, торговый центр, здание старой постройки и т.п.;

2. эмпирические одноили многолучевые модели, основанные на анализе одного или нескольких лучей, соединяющих передающую и приемную антенны, для оценки уровня принимаемого сигнала;

3. лучевые модели, в которых используется квазиоптическое представление процессов распространения сигналов, и учитываются отражения от стен помещения и дифракция на углах.

Вмоделях 1-й группы потери распространения сигнала имеют зависимость от расстояния между передатчиком и приемником R вида:

где Lдоп – дополнительные потери с учетом перекрытий, дБ; L0 – потери в свободном пространстве, дБ.

Значение n зависит от расстояния: при R≈10 м – n=2, при 10<R<20м – n=3, при 20<R<40м – n=6, при R>40м – n=12.

126

Увеличение значения n с ростом расстояния, вероятно, связано с увеличением числа стен, отделяющих приемную антенну от передающей.

Однако, при расчетах будет использована таблица А.1, т.к. в ней уже рассчитаны дополнительные потери с учетом перекрытий.

Теперь, зная метод оценки зоны обслуживания, найдем такое расстояние между приемной и передающей антенной, что:

Т.е. мощность сигнала приемника должна быть сравнима с чувствительностью.

Для этого рассмотрим 5 этаж главного корпуса университета СибГУТИ.

Рисунок 4.1 – План помещения 5 этажа ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»

Итак, базовая станция WiMIC6000 имеет следующие характеристики:

-1 всенаправленную антенну с коэффициентом усиления не менее 3 дБ;

-уровень мощности передатчика 23 дБм;

-чувствительность приемника (зависит от модуляции, взять наибольшую) -89 дБм

-устанавливается в аудитории 530 (рисунок 4.1).

-потери в антенно-фидерном тракте в помещении будут равны 0 дБ;

-коэффициент усиления приемника (т.е. абонентской станции, далее АС) равен 0 дБ;

Длина трассы прямой видимости, т.е. расстояние от БС до АС без преград до дальней точки 5 этажа, R0=40 м.

5 Теоретические сведения

WiMAX расшифровывается с английского, как «Worldwide Interoperability for Microwave Access», что в переводе означает «Международное взаимодействие для микроволнового доступа». Эта современная

127

телекоммуникационная технология, разработанная для предоставления универсальной высокоскоростной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра мобильных устройств: от рабочих станций до аппаратов сотовой телефонной связи. Технология основана на стандарте IEEE 802.16, также известном как Wireless MAN, а название «сеть wimax» было впервые применено WiMAX Forum – организацией, основанной в 2001 году для продвижения и развития WiMAX технологии.

Как правило, сети WiMAX организовываются для решения следующих

задач:

Cоздание альтернативы выделенным линиям Интернет и DSL предоставление высокоскоростных каналов передачи данных и услуг в области телекоммуникаций

Cоединение точек доступа друг с другом и другими сегментами сети Интернет

Cоздание независимых от географического положения точек доступа организация высококачественной голосовой и видео-связи

Вобобщенном виде сеть WiMAX состоит из базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего эти станции между собой и с поставщиком

Интернета. Для соединения используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В благоприятной среде скорость передачи данных может достигать 70 Мбит/с, при этом, прямой видимости между базовой станцией и приемником не требуется. Более того: обмен данными происходит независимо от городских застроек, деревьев или погодных условий. Кроме того, эти сети осуществляют высокоскоростной доступ в Интернет с гораздо большим покрытием, чем у сетей Wi-Fi, что позволяет использовать данную технологию для организации «магистральных каналов» с продолжением в виде традиционных выделенных линий. Следствием подобного подхода являются высокоскоростные масштабируемые информационные сети городского и межрегионального значения.

WiMAX предусматривает тройное шифрование данных, сертификацию, аутентификацию и тому подобные методы формирования защищенных туннелей для обмена данными как внутри корпорации, так и с удаленными пользователями сети.

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). Так как в стандарте IEEE 802.16–2001 на физическом уровне предполагалось использование всего одной несущей частоты, назван он был — WirelessMANSC (Single Carrier). Для частот в диапазоне 10–66 ГГц характерно быстрое затухание сигнала и работа возможна только в зоне прямой видимости между

128

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 взамен xDSL, кабельных модемов. 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.

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. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения 3G. 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.

Базовая станция WiMAX представляет собой модульное решение, которое может по мере необходимости дополняться различными блоками, например, модулями для связи с магистральной сетью провайдера. В минимальной конфигурации устанавливается модуль радиоинтерфейса и модуль соединения с проводной сетью. Очевидно, что в нашей стране главным фактором, влияющим на скорость внедрения систем WiMAX, являются вопросы регулирования спектра, так как развитие рынка услуг WiMAX напрямую зависит от выделения операторам необходимого частотного ресурса. Сегодня наиболее перспективными с точки зрения будущего развития технологии WiMAX являются диапазоны в районе 2,4, 3,5 и 5,6 ГГц. Следует учитывать, что распространение радиоволн в различных участках спектра имеет свои особенности, которые во многом определяют дальность действия оборудования, а также устойчивость к многолучевости.

Цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводный доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения локальных сетей.

129

6 Описание и работа аппаратуры WiMIC-6000

Аппаратура беспроводной передачи данных WiMIC-6000 предназначена для подключения локальных сетей и отдельных компьютеров к сетям передачи данных по радиоканалу. Аппаратура обеспечивает построение беспроводных сетей типа "точка – много точек" с количеством абонентских станций до 200 и скоростью передачи данных до 37,67 Мбит/с на 1 сектор (до 226 Мбит/с в базовой станции из шести секторов).

Основные области применения БПД WiMIC-6000:

– создание и расширение операторских сетей высокоскоростного доступа к Интернет и телефонной сети общего пользования (ТфОП) для корпоративных и индивидуальных клиентов;

–построение виртуальных частных беспроводных сетей для корпоративных пользователей;

–подключение точек доступа беспроводных сетей Wi-Fi;

–организации видеонаблюдения и услуг телефонии (на основе VoIP);

–развертывание временных передвижных беспроводных сетей для служб оперативного реагирования;

–создание беспроводных сетей для передачи мультимедийной информации в интересах государственных, муниципальных и образовательных учреждений;

Аппаратура БПД WIMIC-6000 работает в диапазоне частот от 5725 до 6425 МГц. Работа аппаратуры БПД WIMIC-6000 основана на рекомендации IEEE 802.16-2004.

Аппаратура БПД WiMIC-6000 состоит из базовой станции (БС) WiMIC6000B и подключаемых по радиоканалу абонентских станций (АС) WiMIC6000S.

Мониторинг параметров станций осуществляется в ПО «Мастер».

7 Контрольные вопросы

7.1Для решения каких задач организуется сеть WiMAX?

7.2Каков частотный диапазон в этих сетях? Какова скорость передачи

данных?

7.3Виды модуляций, используемые в стандарте IEEE 802.16-2001?

7.4Какое количество абонентов может обслуживать одновременно базовая станция сети Mobile WiMAX?

7.5Какие еще технологии беспроводных сетей Вы знаете?

8 Порядок выполнения работы

8.1Ознакомиться с конструктивным выполнением WiMIC-6000.

130