Стандарты Mobile WIMAX

Содержание

1. Mobile  WIMAX                                                                                        3
2. Стандарты Mobile WIMAX                                                                      5

     2.1.  Сеть CSN                                                                                                6

      2.1.1.  IP - Internet Protocol                                                                            6

      2.2.  Сеть ASN                                                                                              12

      Заключение                                                                                                   14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Mobile WIMAX

Стандарт WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – это технология высокоскоростной беспроводной передачи данных, которая  в настоящее время нашла широкое  распространение в качестве способа  предоставления широкополосного абонентского доступа. Разработкой этого стандарта  занимается WIMAX Forum, а релизы публикуются со следующей нумерацией: "802.16x", где "x" – это буквенное обозначение версии. Они отличаются друг от друга, в первую очередь, способами модуляции и кодирования сигнала на радио-интерфейсе. Кроме того, стандарты с индексами "e" и "m" относятся к мобильным технологиям. Главное их отличие от предыдущих релизов заключатся в возможности хэндовера между двумя сотами.

Споры о том, относятся  ли 802.16e и 802.16m к стандартам сотовой  связи ведутся уже давно. С  одной стороны они разработаны  на основе немобильных стандартов. Но с другой стороны эти стандарты  имеют много внешних признаков  сотовых систем связи. Главным из таких признаков является ячеистая структура радиопокрытия с возможностью переиспользования частот в другой географической зоне. Кроме того, Mobile WIMAX предоставляет возможность хэндовераа между сотами, т.е. соединение установленное в области покрытия одной базовой станции может быть без разрыва передано в соседнюю соту. Также стандарты 802.16e и 802.16m позволяют пользоваться услугами сети во время движения, что является также схожим признаком с сотовыми системами связи. В заключении необходимо отметить большой радиус покрытия одной базовой станции (до 50 км), что в отличии от сетей стандарта WI-FI также позволяет отнести Mobile WIMAX к сетям сотовой мобильной связи.

Если стандарты 802.16e и 802.16m относятся к сотовым системам связи, то возникает следующий вопрос: к какому поколению они относятся? Их классификацию можно сделать  на основе двух отличительных признаков: Во-первых, эти стандарты поддерживают скорости передачи данных в несколько  сотен мегабит в секунду, что дает право поставить их в один ряд со стандартом LTE, т.е. отнести их к стандартам 4G,. Во-вторых, Mobile WIMAX не предоставляют услугу голосовой передачи данных по коммутируемым соединениям. Этот сервис реализован в оконечных абонентских устройствах на программном уровне, а передача и коммутация осуществляется на основеIP-технологии, т.е. в Mobile WIMAX реализована поддержка технологии Voice over IP (VoIP). Этот факт также является отличительной чертой стандартов четвертого поколения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Стандарты Mobile WIMAX

Рассмотрим основные отличия  стандартов 802.16e и 802.16m. Первый релиз 802.16e появился еще в 2005 году. Он предусматривает  скорость передачи данных до 37 Мбит/сек  в downlink (от базовой станции) и 17 Мбит/сек  в uplink. Уже тогда была предусмотрена  возможность хэндоверов между соседними базовыми станциями, а также роуминга, в том числе и международного в сетях других операторов. Максимально на одной несущей (10 МГц) может быть до 30 VoIP соединений.

В релизе 802.16e 2009 года были введены  ряд новшеств: полоса одного канала расширена до 20 МГц. Кроме того, теперь возможно использование до 2-х частотных  каналов для одного соединения. Это  позволило увеличить максимальную скорость передачи данных в downlink до 141 Мбит/сек, а uplink – до 138 Мбит/сек. Теперь может быть до 43 одновременно установленных  голосовых соединений на одной несущей.

Стандарт 802.16m появился в  начале 2010 года. Он предусматривает  ряд изменений, которые позволяют  более эффективно использовать частотный  диапазон: несколько механизмов управления мощностью и смягчения интерференции  на краю соты, 4x4 MIMO, улучшенная система автоматического перезапроса ошибочных сообщений HARQ и некоторые другие. Все эти нововведения дают возможность передачи данных в downlink до 365 Мбит/сек, а uplink – до 376 Мбит/сек. На одной полосе 20 МГц теперь могут одновременно поддерживаться до 80 VoIP соединений. Стандарт 802.16m также включает улучшенный сервис определения местоположения по базовым станциям, расширенные возможности рассылкишироковещательных сообщений, более строгие меры безопасности. Теперь услуги Mobile WIMAX можно получить на скоростях до 350 км/час, а в некоторых случая (в зависимости от частотного диапазона) до 500 км/час.

Структура сети Mobile WIMAX

Рисунок 1 структура сети связи стандарта WIMAX

Сеть Mobile WIMAX состоит из 2-х  основных подсистем: ASN (Access Service Network) –  сеть доступа и CSN (Connectivity Service Network) –  сеть обеспечения услуг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Сеть CSN

Согласно спецификациям WIMAX Forum определяется как набор функций, предоставляющих абонентам сети функции соединений.

К основным функциям CSN относятся:

1.    IP - Internet Protocol

Для того, чтобы рассмотреть протокол IP, необходимо сначала разобраться  чем отличается коммутация каналов  и коммутация пакетов и для  каких видов информации они применяются.

При организации каналов между  двумя устройствами возможны два  способа коммутации: каналов и  пакетов. Коммутация каналов предусматривает  установление соединения от источника  к получателю с фиксированной  полосой пропускания и неизменным маршрутом передачи на весь сеанс  связи. Главное преимущество такого вида коммутации – гарантированная  полоса пропускания, что является очень  важным для сервисов чувствительных к задержкам. С другой стороны  этот вид коммутации является неэкономичным, т.к. ресурсы сети занимаются на все  время существования соединения независимо от того: передаются ли данные или нет. Коммутация пакетов наиболее удачно подходит для передачи голосовой  информации.

Если сеть связи реализована  на основе коммутации пакетов, то между  источником и получателем нет  постоянного соединения с фиксированной  полосой пропускания. Вся информация делиться на порции и передается в  виде пакетов. Промежуточные элементы сети – маршрутизаторы, анализируют адрес получателя пакета, заключенный в заголовке, и направляют пакет в нужном направлении. Причем в зависимости от загрузки отдельных сегментов сети маршрут передачи пакетов может меняться со временем. Главным преимуществом такого вида коммутации является высокий процент использования пропускной способности каналов связи. Это достигается за счет того, что свободное место в канале связи, возникающее во время пауз либо низкой интенсивности источника информации передаются пакеты других источников. Недостаток также очевиден – возможные задержки в передаче. Это обусловлено тем, что пропускная способность – это общий ресурс и если канал уже будет занят к моменту поступления новых пакетов, то они будут буферизироваться, т.е. ставятся в очередь до появления свободной пропускной способности в канале связи. Данный вид коммутации хорошо подходит для передачи трафика не чувствительного к задержкам, например для передачи данных (доступ в сеть Интернет).

IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня сетевой модели OSI (Open Systems Interconnection) и относится к протоколам, которые организуют соединения на основе коммутации каналов. Из названия уже видно, что главная его задача – это передача данных, в том числе и во время доступа в сеть Интернет. Принцип организации IP-соединения следующий: информация поступающая от источника нарезается на небольшие порции, т.е. ячейки. Причем они могут быть не обязательно равной длинны. После нарезки к пакету информации присоединяется заголовок, в котором содержится служебная информация, необходимая для передачи: длинна пакета, класс трафика, версия протокола, а также адреса получателя и отправителя. В зависимости от формата, а точнее от числа байт, задействуемых для передачи адреса различают IPv4 и IPv6. В IPv4 используется 4 байта для кодирования адреса получателя, а для IPv6 – 16 байт. Это и есть ключевое различие между данными версиями. Причем как предсказывают аналитики, весь возможный диапазон адресов для IPv4 будет исчерпан в ближайшие 1-2 года, что приведет к коллапсу компьютерных сетей. Однако в сотовых системах связи, на интерфейсах между элементами, используется закрытая нумерация, и эта проблема им не грозит, также как и другим локальным сетям. После добавления служебной информации IP-пакеты передаются далее по стеку протоколов, после чего попадают в канал связи. На пути между отправителем и получателем могут быть расположены несколько промежуточных коммутационных устройств, называемыхмаршрутизаторы. Главная их задача заключается в анализе IP-заголовка, считывании адреса получателя и передаче пакета далее в соответствии с таблицей маршрутизации с учетом загрузки соединительных каналов.

Рисунок 2 пример IP сети

После получения IP-пакета анализируется  только целостность заголовка, без  анализа целостности полезной нагрузки. В случае повреждения заголовка  данный пакет просто будет удален. Вся нагрузка, пришедшая в пакетах  с неискаженным заголовком, передается на верхние протокольные уровни. В  виду того, что Internet Protocol не анализирует  качество передачи, то этот протокол не используется в одиночку, а применяется  в стеке с другими протоколами, такими как TCP или UDP.

Главным преимуществом технологии IP-коммутации является распределенность сети, т.е. у нее нет единого  центра и, соответственно, "узкого горлышка". Таким образом, обеспечивается легкость увеличения пропускной способности  сети и добавления новых элементов. Кроме того, IP-сети за счет пакетной коммутации позволяют по максимуму  задействовать всю пропускную способность  имеющихся каналов связи. К основным недостаткам можно отнести возможность  задержки пакетов на промежуточных  соединениях, однако при продуманном планировании сети и тщательном подборе пропускной способности больших перегрузок можно избежать. Также к недостаткам можно отнести большой размер заголовка IP. Эта проблема обычно решается введением дополнительного протокола, который преобразует IP-заголовки в заголовки гораздо меньшего размера, а для исходящих пакетов, например в сеть Интернет, производит обратную процедуру.

В сотовых системах связи IP активно  используется на интерфейсах, где передаются данные. К таким интерфейсам относятся  соединения между BSCи SGSN, RNC и SGSN, SGSN и GGSN и т.д. Кроме того, в стандартах 3G(например, UMTS) применяется не только для передачи данных, но и голоса на интерфейсах между RNC и NodeB, RNC и MGW, а также для передачи сигнальной информации на всех интерфейсах. В системах четвертого поколения, таких как LTE предполагается, что вся информация передается с помощью Internet Protocol.

-  Распределение -адресов и параметров между пользователями сети

-  Доступ к сети Internet.

-  Функции AAA

-  Контроль доступа абонентов в сеть, основанный на профилях пользователей

-  Туннелирование между сетями ASN-CSN

-  Биллинг и межоператорское взаимодействие

-  Туннелирование между CSN и роуминг

- Мобильность между различными ASN, т.е. хэндовер между различными сетями доступа

- Обеспечение сервисов WIMAX, а именно определение местоположение, предоставление соединений типа "точка-точка", резервирование соединений и т.п.

В сеть СSN могут входить  такие элементы как роутеры, AAA сервер, базы данных абонентов, устройства преобразования сигнализации.

AAA (Authentication, Authorization, Accounting) сервер  – устройство обеспечения авторизации,  аутентификации и аудита пользователей  сети. Служит для контроля доступа  абонентов в сеть, назначения  ключей шифрования, регистрации  параметров соединений. Кроме того, хранит профили качества обслуживания  абонентов

PF (Policy Function) – база данных  содержащая сценарии выполнения  приложений для различных услуг,  предоставляемых сетью WIMAX.

HA (Home Agent) – элемент сети  отвечающий за возможность роуминга. Отвечает за обмен данными между сетями разных операторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сеть ASN

Сеть ASN – это набор  сетевых элементов, предназначенных  для организации доступа абонентов WIMAX в сеть.

ASN выполняет следующие  основные функции:

-  Доступ абонентов в сеть по радиосоединению

-  Передача ААА-сообщений между CSN и абонентским оборудованием для обеспечения функций аутентификации, авторизации и аудита соединений.

-  Установление сигнальных соединений между и абонентским оборудованием

-  Управление радиоресурсами