Wi-MAX технологиясы

1) фиксированный  (fixed). В этом случае с оператором согласовывается положение пользователя, в котором он получает обслуживание, н-р, конкретная сота. Для этого хорошо подходят пользовательские терминалы с закрепленной снаружи здания антенной, направленной на базовую станцию.

2) блуждающий (nomadic), т.е. с изменяемым местоположением. Пользователь имеет возможность подключиться к сети оператора из любого места, где оператор предоставляет покрытие. В течение одной сессии пользователь должен быть неподвижен.

3) передвижной (portable). Пользователь имеет возможность передвигаться со скоростью до 5 км/ч без потери установленной сессии, в том числе (опциональная возможность сети) переходить из одной соты в другую (handover). Во время handover допускаются перерывы в передаче данных (вплоть до значения, максимального для обслуживания текущей TCP/IP сессии), до 2 с. Допускаются потери данных во время handover, заданное качество обслуживания, QoS, восстанавливается только после завершения handover.

4) ограниченная  мобильность (simple mobility). Пользователь может передвигаться, в том числе переходить из соты в соту, со скоростью до 60 км/ч без ухудшения качества обслуживания, и до 120 км/ч с допускаемым постепенным ухудшением качества обслуживания. Для приложений нереального (non-real time) времени (работа с e-mail, c Интернет, просмотр видео с буферизацией данных, передача файлов по FTP, IPsec/VPN) качество обслуживания гарантируется. Время handover не должно превышать 1 с при переключении между IP подсетями и 150 мс в пределах одной подсети, время прерывания передачи данных не превышает 150 мс. Обязательна поддержка ждущего (idle), спящего (sleeping) режимов работы пользовательских терминалов, а также вызовов пользователя (paging), см. соответствующие разделы.

5) полная мобильность  (full mobility). Пользователь может передвигаться, в том числе переходить из соты в соту, со скоростью до 120 км/ч без ухудшения качества обслуживания. Гарантируется качество обслуживания для приложений реального времени (VoIP, видео-телефония, просмотр видео без буферизации) и нереального времени (см. ограниченная мобильность). Время handover не превышает 50 мс, время прерывания передачи данных не более 5 мс (или не более длительности одного кадра).

4.2 Принципы построения  сетей WiMAX

Существуют следующие  принципы построения сетей WiMAX (Release 1 version 4):

1) WiMAX основан на стандарте 802.16

2) архитектура сети WIMAX включает в себя 2 глобальные  части: ASN - подсеть доступа, CSN - подсеть,  обеспечивающая подключение к  сетям IP, см. далее. Поддержка стандарта  802.16 полностью реализована в ASN. Обычно подсетью CSN владеет провайдер  IP услуг, NSP - Network Server Provider, подсетью ASN - провайдер радиодоступа, NAP - Network Access Provider. NSP и NAP могут являться одним провайдером.

3) одна подсеть  доступа, ASN, может использоваться  несколькими провайдерами услуг  (NSP), т.е. к одному ASN могут быть  подключены несколько CSN, а также  один провайдер IP услуг, NSP, может  использовать несколько разных  подсетей доступа, т.е. к одному CSN может быть подключено несколько  ASN.

4) в архитектуре  определены стандартные интерфейсы (опорные точки, Reference Points), см. далее, в частности между MS, ASN, CSN для обеспечения работоспособности при использовании оборудования разных производителей.

5) сеть должна  подерживать мобильную телефонию на основе VoIP, мультимедийные услуги, а также обязательные функции, определяемые регулятором, такие как экстренный вызов, легальное прослушивание и т.д.

6) сеть должна  предоставлять пользователю услуги  в соответствие с согласованным  уровнем сервиса (SLA), поддерживать, если требуется, одновременно  несколько голосовых сессий для  одного пользователя, одновременную  передачу голоса и данных, приоритезацию экстренных вызовов.

7) сеть должна  быть способна взаимодействовать  с шлюзами, обеспечивающими существующие услуги, основанные на IP: SMS over IP, MMS, WAP и другие;

8) сеть должна  поддерживать широковещательные  (broadcast) и многоабонентские (multicast) услуги;

9) сеть должна  поддерживать взаимную аутентификацию MS и сети, как определено в стандарте  802.16;

10) сеть должна  поддерживать аутентификацию пользователя  с помощью логина/пароля, SIM, USIM, RUIM;

11) сеть должна  поддерживать конфиденциальность (confidentiality) и целостность (integrity) передаваемых данных с помощью функций, реализованных в ASN;

12) сеть должна  поддерживать установление/удаление VPN (Virtual Private Network), инициированное MS

13) сеть не должна  препятствовать переключению (handover) мультистандартной MS на сеть другой технологии — Wi-Fi, 3GPP, 3GPP2, DSL;

14) сеть должна  поддерживать мобильность IPv4 или  IPv6;

15) сеть не должна  препятствовать роумингу между  провайдерами услуг (NSP). Сеть должна  позволять провайдеру доступа  (NAP) обслуживать MS, использующие  различные доменные имена, (обслуживаемые  разными провайдерами услуг) ;

16) сеть должна  поддерживать бесшовный handover при скоростях движения транспорта;

17) сеть должна  поддерживать разные уровни качества  обслуживания QoS;

18) сеть должна  поддерживать взаимодействие с  другими беспроводными (3GPP, 3GPP2) или  проводными (DSL) сетями. Интерфейс, используемый для такого взаимодействия, должен быть основан на протоколах IETF и IEEE;

19) сеть должна  поддерживать роуминг с другими  операторами WiMAX

20) сеть должна  поддерживать изменение параметров  и обновление ПО абонентских  устройств через радиоинтерфейс Over-the-Air (OTA) ;

21) архитектура сети  должна обеспечивать взаимную  работоспособность устройств разных  производителей; 

внутри ASN (BS и транспортной сетью), между разными ASN, а также  разными элементами ASN и CSN;

22) архитектура сети  должна поддерживать следующие  виды CS (из перечня CS, определенного  в 802.16).

Укрупненно WiMAX сеть состоит из следующих логических объектов:

1) SS (Subscriber Station) ;

2) ASN (Access Service Network) ;

3) CSN (Connectivity Service Network) . 

Каждый объект может  быть реализован в одном физическом модуле (н-р, SS) или в нескольких (ASN, CSN).

Несколько CSN могут  быть подключены к одному ASN, и наоборот; несколько ASN могут быть подключены к одному CSN. ASN и CSN могут принадлежать одному оператору или разным:

Архитектура сети, согласно WiMAX, показана на рисунке 17:

Рисунок 17 - Архитектура  сети WiMAX.

Рисунок 18 – Компоненты архитектура сети WiMAX.

 

Оператор может  владеть WiMAX сетью полностью или частично. Оператор, предоставляющий радио-доступ, называется NAP — Network Access Provider. Ему может принадлежать один или несколько ASN. Оператор, предоставляющий сервисы сети (доступ в Интернет, передачу голоса, доступ к определенному контенту) называется NSP — Network Service Provider, ему могут принадлежать один или несколько CSN.

Более подробно архитектура  сети показана на рисунке 19:

Рисунок 19 - Элементы сети WiMAX.

User terminal или Mobile Station, MS, или Subscriber Station, SS - устройство, обеспечивающее соединение между оборудованием пользователя (н-р, компьютером) и сетью. MS может представлять собой CPE, Customer Premises Equipment, обеспечивающее подключение к сети нескольких компьютеров.

Base Station, BS, базовая станция - логический элемент сети, выполняющий обработку физического и МАС уровней по стандарту 802.16. BS представляет один сектор с одной частотой. BS может подключаться к нескольким ASN GW для обеспечения резервирования и/или балансировки нагрузки. Одно физическое изделие может включать в себя несколько BS (логических объектов).

ASN-GW, шлюз радиоподсети - логический элемент сети, выполняющий агрегирование (объединение) сигнальных функций, а также, если необходимо, маршрутизацию потоков данных пользователей. ASN-GW может быть связан с другими ASN-GW для обеспечения резервирования и балансировки нагрузки.

AAA server, Authentication, Authorisation, Accounting, - устройство (сервер), выполняющий процедуры: 

- аутентификации  пользователя, т.е. проверки его  подлинности и возможности доступа  в сеть 

- авторизации - выделение  ему ресурсов сети в соответствии  с услугами, на которые он подписан  

- аккаунта - подсчет потребленных пользователем ресурсов (кол-во времени или размер переданных данных) для формирования счета за пользование сетью.

MIP HA - Mobile IP Home Agent. Применяется для поддержки мобильности, заанкерной в CSN, см. гл. «Обеспечение мобильности». Он же обычно является edge-роутером - роутером-шлюзом, расположенном на границе WiMAX сети и внешних сетей.

IMS, Content services, Billing Support System (BSS), Operator Support System (OSS) - стандартные системы, не являющиеся специфичными для WiMAX, предоставляют вспомогательные функции оператору. 

Роуминг - это возможность  предоставления абоненту сервисов при  его нахождении в чужой сети (в  visited network). Абонент может пользоваться теми услугами, которые определены соглашением между домашней (home network) и чужой сетью. Основным достоинством роуминга является бОльшая зона предоставления услуг при наличии единого счета на оплату.

Основные характеристики SI3000 Light ASN:

- Инфраструктура  с наименьшими затратами, базирующаяся  на коммерческих маршрутизаторах

- Доступны услуги  мобильной связи

- Доступны услуги  стационарной связи

- Совместимость  с будущими решениямислужит гарантией защиты инвестиций

- Взаимодействие SI3000 ASN-GW

4.3 Решения WiMAX с усовершенствованными функциями и рабочими характеристиками.

Рисунок 20 – Архитектура  сети WiMAX с усовершенствованными функциями

Эффективные решения  WiMAX с усовершенствованными функциями и рабочими характеристиками

Для достижения более  высокого энергетического потенциала линий связи (link budget), уменьшения затухания сигналов и лучшего покрытия микро-спотов (micro-spot), могут быть использованы различные технологии разнесения.

Примечание: Iskratel поддерживает обе технологии: STC/MRC в настоящее время и MIMO с ее платформами 16e. Прибыльная бизнес-модель WiMAX с более высоким покрытием пользователей, удовлетворенностью пользователей и улучшающая энергетические потенциалы линий связи (link budget) WiMAX может быть достигнута при использовании передовых антенных технологий (MIMO и AAS): MIMO A/B & STC: Эффект MIMO A/B заключается в ее способности переключаться между MIMO A и MIMO B.

Вариант MIMO A с одной  принимающей антенной известен также  как режим STC (Space Time Coding – прием с пространственно-временным кодированием) и особенно пригоден в условиях NLOS.

ААS - адаптивные антенные системы: в AAS используется несколько антенн для динамического формирования направленного луча. Этот луч контролируется базовой станцией (BS) для направления его к абонентской станции (SS), с которой она (BS) осуществляет коммуникацию. Системы AAS особенно годятся для использования в сценариях

с ограниченными  интерференциями и могут обеспечить значительные выгоды в среде с  прямой видимостью (LOS). Системы Iskratel по умолчанию поддерживают MIMO A/B & STC, а системы AAS будут добавляться там, где это будет технически и коммерчески выгодно.

Рисунок 21 – Общий  вид развертывание технологии WiMAX в Егорьевском районе.

Решением SI3000 Light ASN предусматривается простой сетевой дизайн и использование «commodity» элементов (т.е. однородных элементов, элементов массовой продукции с одинаковыми свойствами) для установления мобильных соединений на сети провайдера услуг. Результатом этого является наличие механизма хэндовера и продолжения IP-сеанса, обеспечивающего хэндовер не в реальном масштабе времени для фиксированной WiMAX сети и хэндовер операторского класса для мобильной WiMAX сети. Решение SI3000 Light ASN поддерживает также стандартные сетевые элементы, находящиеся за пределами ASN. Помимо этого, возможна миграция типа SI3000 ASN – GW Mobile WiMAX. Когда рынок и технология пересекутся, вы уже будете готовы предложить полную поддержку роуминга и взаимодействия с широким диапазоном приложений CSN.

Рисунок 22 - Физическое соединение сети WiMAX.

Light ASN от Iskratel можете предложить:

- мобильные услуги  со значительно меньшими затратами  на инфраструктуру.

- SI3000 Light ASN – новая сетевая архитектура

- В решении SI3000 Light ASN используется новая сетевая архитектура (New Network Architecture), представляющая собой уникальную структуру, позволяющую использовать недорогие и однородные (commoditized) сетевые элементы для создания управляемых, мобильных, насыщенных мультимедийными услугами сетей.

Новая сетевая архитектура SI3000 Light ASN, основанная на простой иерархии со сконфигурированными однородными (commodity) сетевыми элементами, обеспечивает структуру между базовой сетью CSN и радиосетью WiMAX.

Рисунок 23 - Логические соединения сети WiMAX.

Преимущества новой  сетевой архитектуры:

- Уникальная и  новаторская архитектура;

- Развертывание  однородных (commodity) элементов (коммутатор, маршрутизатор) с небольшими затратами;

- Достаточен WiMAX SS/SSM; отсутствие MobileIP стека на SSM;

- «Подрывное» воздействие  (disruptive impact);

- Обеспечивается  механизм хэндовера и продолжения IP-сеанса;

- Обеспечивает возможность  управления QoS для доставки услуг Triple Play.

 

5. РАЗРАБОТКА СЕТИ  WiMAX ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УСЛУГИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА В ИНТЕРНЕТ

5.1 Выбор характеристик  радиоинтерфейса

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.

При выборе оборудования WiMAX кроме его технических характеристик и цены важное и зачастую определяющее значение представляет такой фактор, как специфические для России трудности оформления частотных разрешений. Дело в том, что в России практически не существует «безлицензионных» диапазонов. Для разных типов оборудования предусмотрен различный порядок получения частотных разрешений. Для работы в любых диапазонах операторы связи должны получить достаточно сложные и многоуровневые разрешения как частотных служб, так и служб надзора за связью [5].

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.