Глава 2. Цели и задачи WiMAX.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М. Ф. Решетнева»

РЕФЕРАТ

По научной дисциплине:«Введение в специальность»

На тему:«Технология WiMAX»

 

Выполнил:Студент 1-го курса,

группы БСИ17-01,

Свешников Илья

Проверил:Пономарёв Дмитрий Юрьевич

 

 

Красноярск. 2017г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..………………………………….2стр.

Глава 1:Стандарт 802.16 ….………..3стр.

Глава 2:Цели и задачи WiMAX …..4стр.

1. Преимущества WiMAX……………5стр.

2. Принципы работы WiMAX…………5стр.

Глава 3:Режим работы ……………6стр.

1. Fixed WiMAX……………………………6стр.

2. Nomadic WiMAX………………………6стр.

3. Portable WiMAX…………………………6стр.

4. Mobile WiMAX…………………………7стр.

Глава 4:Технические характеристики …7стр.

1. Высокая скорость передачи данных………8стр.

2. Качество обслуживания………………….8стр.

3. Наращиваемость …………………………..9стр.

4. Безопасность……………………………….9стр.

5. Мобильность………………………………10стр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………11стр.

Список литературы и Интернет-источников.…12стр.

 

ВВЕДЕНИЕ

WiMAX- в данный момент очень перспективное направление беспроводных технологий. Её характеристики во многом превосходят стандарт IEEE 802.11. Было бы интересно познакомиться с архитектурой работы, целями изадачами технологии WiMAX, несомненно поговорить о стандарте 802.16, на котором и базируется технология WiMAX. [1]

WiMAX– это одна из немногих беспроводных технологий, которая в свою очередь является подклассом информационных технологий, служащие для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не используя при этом для связи провода. Для передачи информации может использоваться лазерное, оптическое или инфракрасное излучение и радиоволны.

WiMAX–всвоюочередьрасшифровываетсякак: Worldwide Interoperability for Microwave Access. ТехнологияWiMAXбазируетсянастандарте 802.16, которыйтакженазываютWMAN (WirelessMetropolitanAreaNetwork). WiMaxобщепринято считать жаргонным названием, так как это название форума где оно было создано (в 2001 году, с целью продвижения технологии WiMAX).[2]

Актуальность данной работы обусловлена тем, что развитие телекоммуникационных технологий не стоит на месте и что человек обойтись без этого не может. Термин WiMAX прочно вошел в лексикон людей, так или иначе связанных с беспроводными технологиями.Целью работы является изучить особенности технологии WiMAX и что с ней связано..В рамках достижения цели автором были поставлены и решения следующих задач:

· охарактеризовать особенности технологииWiMAX идля каких задач она подходит

· проанализировать использование и принцип работы

· сделать соответствующие выводы по проделанной работе

Глава 1. Стандарт 802.16.

В апреле 2002 года был создан стандарт IEEE 802.16, который определяет беспроводной интерфейс для WirelessMAN. Предполагалось, что системы такого рода смогут обеспечить сетями небольшие офисы, квартиры и бизнес-центры, став альтернативой традиционным беспроводным соединениям.

При стоимости станции $20тыс. системы стандарта 802.16 для обслуживания до 60ти клиентов становятся экономически выгодными, имеющие скорость Т-1 (1.5 Мбит/сек). У многих Internet-провайдеров не имеется достаточно средств для осуществления WISP (беспроводной роуминг), поэтому это отличная выгодная альтернатива.

Стандарт 802.16 работает по принципу «точка- несколько точек», 10-66 ГГц – это его рабочий диапазон, обеспечивает же скоростью до 120 Мбит/сек. Для нормальной работы в этом диапазоне, необходимо чтобы все устройства находились в прямой видимости относительно друг друга, поэтому размещать на крышах зданий базовые станции будет самым лучшим вариантом. Подключение базовых станций производится к проводной широкополосной сети передачи данных и до 50 км могут осуществлять передачу данных многим стационарным абонентским станциям.

Одна из задачей стандарта 802.16- это возможность обеспечения мобильности и портативности для устройств данного типа. Для стандарта 802.16е была создана исследовательская группа, в марте 2002 года, который должен обеспечить мобильный широкополосный беспроводной доступ (т.е. mobilebroadbandwirelessaccess).

В случаях, когда устройства не находятся в зоне прямой видимости, для обеспечения доступом на более низких частотах, в январе 2003 года IEEE опубликовал стандарт 802.16а, который включает в себя ячеистую структуру. Устройства данного стандарта могут работать на лицензированных и нелицензированных частотах в диапазоне от 2-11 ГГц, которые применяют технологию orthogonalfrequencydivisionmultiplexing- OFDM (т.е. технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов). [4]

ПреимуществаWiMAX.

1. Стандарт 802.16 объединяет технологии уровня оператора связи (чтобы объединять множество подсетей и предоставлять им доступ в интернет), а ещё технологии «последней мили» (это значит, что от конечного отрезка точки входа в сеть провайдера компьютера пользователя, к таким технологиям относят: xDSL, FTTx, Wi-Fi, DOCSIS, связь по ЛЭП, и тот же WiMAX), что создает универсальность, следовательно и надёжность системы.

2. По сравнению с беспроводными, спутниковыми или проводными (такие как xDSLили широкополосным) системами сети WiMAXдолжны позволить для оператора и сервис-провайдера охватить экономически эффективно не только новых пользователей, но и расширить для пользователей, которые уже имеют фиксированный доступ, спектр коммуникационных и информационных технологий.

3. WiMAX- одна из беспроводных технологий, а они более гибки, следовательно, проще в развертывании, т.к. по мере необходимости могут масштабироваться.

4. Простота установки –это малые затраты на развертывание сетей в развивающих странах и т.п.

5. Протокол IPизначально содержится в WiMAX, что предоставляет легко интегрировать её в локальные сети.

Принципы работыWiMAX.

Система WiMAXсостоит из двух основных частей:

· Базовую станцию можно разместить на высотном здании или вышке.

· (рисунок 1.64)

Соединение между базовой станцией и пользователем на стандарте 802.16, как и говорилось ранее, в СВЧ диапазоне производится 2-11 ГГц. В идеальных условиях скорость может достигать 20 Мбит/сек. И не требует, чтобы базовая станция находилась в пределах прямой видимости от клиента.

Между соседними базовыми станциями устанавливается сверхвысокочастотное соединение 10-66 ГГц, что позволяет развить скорость (в идеальных условиях конечно) до 120 Мбит/сек.

Разработчики ищут решение для нахождения построения оптимальной сети(это на базе сотового принципа), которая сможет огибать крупные объекты(горные массивы например), когда серия станций будет передавать данные по эстафетному принципу. Эти разработки хотят включить в следующую версию стандарта, что существенно поднимет скорость. (рис 1.65)[3]

Глава 3. Режим работы

Стандарт 802.16е2005 вобрал в себя все ранее выходивши е версии и на данный момент предоставляет следующие режимы:

 

Fixed WiMAX

· Или фиксированный доступ, представляет альтернативу широкополосным проводным технологиям

· Диапазон частот 10-66 ГГц. Этот диапазон требует прямой видимости между приёмником и передатчиком

· Позволяет избежать многолучевого распространения сигнала

 

Nomadic WiMAX

· Или кочующий, добавил понятие сессия, наличие которой позволяет перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение с помощью других вышек WiMAX

· Разработан для портативных устройств

· Позволяет уменьшить расход энергии клиентского устройства

Portable WiMAX

· Автоматическое переключение клиента от одной базовой станции к другой без потери соединения

· Скорость клиентского оборудования – 40 км/ч

· Возможность использования клиентского оборудования в дороге

· Введение такого режима сделало целесообразным использование WiMAXдля смартфонов и карманных персональных компьютеров (1.67)

Mobile WiMAX

· Был разработан этот режим в стандарте 802.16е-2005

· Скорость клиентского оборудования до 120 км/ч

Достижения данного режима

1. Масштабируемая пропускная способность канала

2. Устойчивость к собственным помехам и многолучевому распространению сигнала

3. Технология TDD (или TimeDivisionDuplex), позволяющая упрощать управление сложными системами антенн за счет передачи сессии между каналамии обрабатывать асимметричный трафик

4. Использование субканалов и распределение выделяемых частот при высокой загрузке позволяет оптимизировать передачу данных с учетом силы сигнала клиентского оборудования

5. ТехнологияHybrid-AutomaticRepeatRequest (H-ARQ), позволяющая сохранять устойчивое соединение при резкой смене направления движения оборудования [4]

Структура сети

MobileWiMAXсостоит, как известно, из двух основных подсистем:

CSN

CSN ( ConnectivityServiceNetwork)- какрасшифровывается, сеть обеспечения услуг. Который включает в себя следующие функции:

· ФункцияААА (илиАутентификацияАвторизацияиУчет) -Authentication, Authorization, Accounting

AAA - используется для описания процесса предоставления доступа и контроля над ним.

· Контролируемы доступ абонентов для выхода в сеть

· Между пользователями сети ведётся распределение адресов и параметров

· Безусловно, выход в интернет

· Введение туннелирования между ASN-CSN

· Туннелирование между CSN и роумингом

· Мобильность между различными ASN

HA (HomeAgent) – это такой элемент сети, который отвечает за возможность роуминга и за обмен данными между некоторыми сетями разных операторов

PF (PolicyFunction) – это такая база данных, которая содержит сценарий для различных выполнений приложениями услуг

ASN

ASN ( AccessServiceNetwork) – расшифровывающаяся каксетьдоступа, в которой есть следующие функции:

· Выход абонентов в сеть по радиосоединению

· Передача ААА-сообщений между абонентским оборудованием и CSN

· Набор сетевых элементов, которые предназначены для доступа в сеть

· Пэйджинг

· Мобильность абонентов

· Туннелирование между сетями ASN – CSN

В ASNвходят 2 основных элемента:

ASNGateway– которыйпредназначен для объединения трафика и сообщений сигнализации от базовых станций и дальнейшей их передачи в сеть CSN. В одной ASN может быть несколько ASN Gateway. Причем к разным ASN Gateway могут быть подключены одни и те же BS для распределения нагрузки.

BS (BaseStation) – это такая базовая станция. Основной задачей является установление, поддержание и разъединение радиосоединений. Кроме того, она выполняет обработку сигнализации, распределения ресурсов среди абонентов. Базовая станция сети WIMAX берет на себя большую часть функций сети абонентского доступа.

Качество обслуживания

Или принято говорить quality of service, что является для данной технологии фундаментальным условием архитектуры протоколов доступов к среде (802.16 MAC–илиMediaAccessControl). Определяется методом дифференцированного обслуживания (DiffServ).

DiffServ- это стандартизированный метод поддержки служб с разными уровнями качества.

MPLS - (MultiprotocolLabelSwitching) -это многопротокольная коммутация с использованием меток, позволяет создавать выделенные коммутируемые потоки.

Оптимальное использование времени, частоты и пространства обеспечивается механизмом образования подгрупп каналов на заданное время (subcanalization) и сигнализацией по ОКС - отдельным каналам связи, которая применяет специальные протоколы отдельного уровня

MAP – MobileApplicationPart

Наращиваемость

WiMAXспособна наращивать каналы и работать при различных методов формирования каналов – от 1,25 до 20 МГц, все это помогает удовлетворить различные требования диапазона.

Все это помогает достичь экономических решений в любой географической зоне, то есть предоставить например интернетом сельские местности, обеспечить мобильной связью города с малым числом абонентов.

Безопасность

EAP- ExtendibleAuthenticationProtocolэторасширяемыйпротоколаутентификации, который является лучшим средством безопасности. Данные методы основаны на применении дополнительных средств помимо SIM- карты (цифровые подписи, одноразовые маркеры и прочее).

AES – AdvancedEncryptionStandard – стандартрасширенногошифрования, на нём основаны схемы шифрования.

HMAC – HashbasedMassageAuthenticationCode – код аутентификации сообщений на основе хеширования.

Хеширование – метод шифрования с помощью таблицы, отображающей фрагменты открытого сообщения в шифрованную строку фиксированной длины.

Мобильность

Хэндовер- оптимальная схема передачи соединения, которая поддерживает WiMAX. У которого время задержки меньше 50 миллисекунд, гарантирующий работу приложений таких как VoIP, в реальном масштабе времени. Гибкие схемы в управлении ключами позволяют гарантировать безопасность в обслуживании.[5]

Структура кадров

В OFDMрежиме стандарта 802.16 на физическом уровне для сетей с архитектурой «точка-многоточка» в высокочастотной области информационный обмен происходит посредством последовательности кадров (фреймов). Каждый фрейм делится на 2 субкадра - нисходящий (DL – от БС к АС) и восходящий (UL– от АС к БС). В восходящем и нисходяещем каналах используется временное (TDD), так и частотное (FDD) разделение дуплекса. При частотном разделении дуплекса сигналы в восходящем ULи нисходящем DL каналах передаются одновременно в разных частотных диапазонах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вашему вниманию были представлено множество технологий WiMAX. Безусловно мы их только затронули, а говорить а о них более емко выльется уже в другой тип работы, требующий намного больше времени и сил.

Я уверен, что развитие WiMAXне стоит на месте, и что с развитием стандартом будет улучшаться качество передачи данных и сигналов.

Все производители, входящие в WiMAXForum, в этих инновациях кровно заинтересованы. Поэтому стимулы для развития технологии велики, а перспективы – привлекательны. Ведь навязали в своё время производители – именно они – совсем не нужные технологии 3G. А в WiMAX есть реальная потребность и рыночные выгоды.

Не нужно ограничивать мир- пускай он будет разнообразным. И пусть пользователь будет брать лучшее от каждой его грани![6]

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М. Ф. Решетнева»

РЕФЕРАТ

По научной дисциплине:«Введение в специальность»

На тему:«Технология WiMAX»

 

Выполнил:Студент 1-го курса,

группы БСИ17-01,

Свешников Илья

Проверил:Пономарёв Дмитрий Юрьевич

 

 

Красноярск. 2017г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..………………………………….2стр.

Глава 1:Стандарт 802.16 ….………..3стр.

Глава 2:Цели и задачи WiMAX …..4стр.

1. Преимущества WiMAX……………5стр.

2. Принципы работы WiMAX…………5стр.

Глава 3:Режим работы ……………6стр.

1. Fixed WiMAX……………………………6стр.

2. Nomadic WiMAX………………………6стр.

3. Portable WiMAX…………………………6стр.

4. Mobile WiMAX…………………………7стр.

Глава 4:Технические характеристики …7стр.

1. Высокая скорость передачи данных………8стр.

2. Качество обслуживания………………….8стр.

3. Наращиваемость …………………………..9стр.

4. Безопасность……………………………….9стр.

5. Мобильность………………………………10стр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………11стр.

Список литературы и Интернет-источников.…12стр.

 

ВВЕДЕНИЕ

WiMAX- в данный момент очень перспективное направление беспроводных технологий. Её характеристики во многом превосходят стандарт IEEE 802.11. Было бы интересно познакомиться с архитектурой работы, целями изадачами технологии WiMAX, несомненно поговорить о стандарте 802.16, на котором и базируется технология WiMAX. [1]

WiMAX– это одна из немногих беспроводных технологий, которая в свою очередь является подклассом информационных технологий, служащие для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не используя при этом для связи провода. Для передачи информации может использоваться лазерное, оптическое или инфракрасное излучение и радиоволны.

WiMAX–всвоюочередьрасшифровываетсякак: Worldwide Interoperability for Microwave Access. ТехнологияWiMAXбазируетсянастандарте 802.16, которыйтакженазываютWMAN (WirelessMetropolitanAreaNetwork). WiMaxобщепринято считать жаргонным названием, так как это название форума где оно было создано (в 2001 году, с целью продвижения технологии WiMAX).[2]

Актуальность данной работы обусловлена тем, что развитие телекоммуникационных технологий не стоит на месте и что человек обойтись без этого не может. Термин WiMAX прочно вошел в лексикон людей, так или иначе связанных с беспроводными технологиями.Целью работы является изучить особенности технологии WiMAX и что с ней связано..В рамках достижения цели автором были поставлены и решения следующих задач:

· охарактеризовать особенности технологииWiMAX идля каких задач она подходит

· проанализировать использование и принцип работы

· сделать соответствующие выводы по проделанной работе

Глава 1. Стандарт 802.16.

В апреле 2002 года был создан стандарт IEEE 802.16, который определяет беспроводной интерфейс для WirelessMAN. Предполагалось, что системы такого рода смогут обеспечить сетями небольшие офисы, квартиры и бизнес-центры, став альтернативой традиционным беспроводным соединениям.

При стоимости станции $20тыс. системы стандарта 802.16 для обслуживания до 60ти клиентов становятся экономически выгодными, имеющие скорость Т-1 (1.5 Мбит/сек). У многих Internet-провайдеров не имеется достаточно средств для осуществления WISP (беспроводной роуминг), поэтому это отличная выгодная альтернатива.

Стандарт 802.16 работает по принципу «точка- несколько точек», 10-66 ГГц – это его рабочий диапазон, обеспечивает же скоростью до 120 Мбит/сек. Для нормальной работы в этом диапазоне, необходимо чтобы все устройства находились в прямой видимости относительно друг друга, поэтому размещать на крышах зданий базовые станции будет самым лучшим вариантом. Подключение базовых станций производится к проводной широкополосной сети передачи данных и до 50 км могут осуществлять передачу данных многим стационарным абонентским станциям.

Одна из задачей стандарта 802.16- это возможность обеспечения мобильности и портативности для устройств данного типа. Для стандарта 802.16е была создана исследовательская группа, в марте 2002 года, который должен обеспечить мобильный широкополосный беспроводной доступ (т.е. mobilebroadbandwirelessaccess).

В случаях, когда устройства не находятся в зоне прямой видимости, для обеспечения доступом на более низких частотах, в январе 2003 года IEEE опубликовал стандарт 802.16а, который включает в себя ячеистую структуру. Устройства данного стандарта могут работать на лицензированных и нелицензированных частотах в диапазоне от 2-11 ГГц, которые применяют технологию orthogonalfrequencydivisionmultiplexing- OFDM (т.е. технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов). [4]

Глава 2. Цели и задачи WiMAX.

В 2005 году Всемирный съезд по вопросам информационного общества (WSIS) сформировал задачи, которые предназначены для технологии WiMAX:

· Обеспечить доступ к услугам коммуникационных и информационных технологий для изолированных объектов, небольших поселений, удалённых регионов, при этом учитывая, что около 1,5 млн поселений в развивающихся странах более 100 человек не имеют кабельного сообщения с крупными городами и также не подключены к телефонным сетям.

· При помощи WiMAXобеспечить к услугам коммуникационных и информационных технологий более ½ населения планеты в пределах зоны досягаемости, при этом учитывая, что пользователей Internetбыло приблизительно 960 млн человек на 2005 год, или 14,5 % населения Земли.

Целью данной технологии будет заключаться в том, чтобы предоставить для пользователей универсальный беспроводной доступ для некоторого спектра устройств (портативных устройств и мобильных телефонов, бытовой техники «умного дома», рабочих станций) и их логического объединения – локальных сетей. А теперь хотелось бы поговорить о преимуществах WiMAX.

ПреимуществаWiMAX.

1. Стандарт 802.16 объединяет технологии уровня оператора связи (чтобы объединять множество подсетей и предоставлять им доступ в интернет), а ещё технологии «последней мили» (это значит, что от конечного отрезка точки входа в сеть провайдера компьютера пользователя, к таким технологиям относят: xDSL, FTTx, Wi-Fi, DOCSIS, связь по ЛЭП, и тот же WiMAX), что создает универсальность, следовательно и надёжность системы.

2. По сравнению с беспроводными, спутниковыми или проводными (такие как xDSLили широкополосным) системами сети WiMAXдолжны позволить для оператора и сервис-провайдера охватить экономически эффективно не только новых пользователей, но и расширить для пользователей, которые уже имеют фиксированный доступ, спектр коммуникационных и информационных технологий.

3. WiMAX- одна из беспроводных технологий, а они более гибки, следовательно, проще в развертывании, т.к. по мере необходимости могут масштабироваться.

4. Простота установки –это малые затраты на развертывание сетей в развивающих странах и т.п.

5. Протокол IPизначально содержится в WiMAX, что предоставляет легко интегрировать её в локальные сети.

Принципы работыWiMAX.

Система WiMAXсостоит из двух основных частей:

· Базовую станцию можно разместить на высотном здании или вышке.

· (рисунок 1.64)

Соединение между базовой станцией и пользователем на стандарте 802.16, как и говорилось ранее, в СВЧ диапазоне производится 2-11 ГГц. В идеальных условиях скорость может достигать 20 Мбит/сек. И не требует, чтобы базовая станция находилась в пределах прямой видимости от клиента.

Между соседними базовыми станциями устанавливается сверхвысокочастотное соединение 10-66 ГГц, что позволяет развить скорость (в идеальных условиях конечно) до 120 Мбит/сек.

Разработчики ищут решение для нахождения построения оптимальной сети(это на базе сотового принципа), которая сможет огибать крупные объекты(горные массивы например), когда серия станций будет передавать данные по эстафетному принципу. Эти разработки хотят включить в следующую версию стандарта, что существенно поднимет скорость. (рис 1.65)[3]

Глава 3. Режим работы

Стандарт 802.16е2005 вобрал в себя все ранее выходивши е версии и на данный момент предоставляет следующие режимы:

 

Fixed WiMAX

· Или фиксированный доступ, представляет альтернативу широкополосным проводным технологиям

· Диапазон частот 10-66 ГГц. Этот диапазон требует прямой видимости между приёмником и передатчиком

· Позволяет избежать многолучевого распространения сигнала

 

Nomadic WiMAX

· Или кочующий, добавил понятие сессия, наличие которой позволяет перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение с помощью других вышек WiMAX

· Разработан для портативных устройств

· Позволяет уменьшить расход энергии клиентского устройства

Portable WiMAX

· Автоматическое переключение клиента от одной базовой станции к другой без потери соединения

· Скорость клиентского оборудования – 40 км/ч

· Возможность использования клиентского оборудования в дороге

· Введение такого режима сделало целесообразным использование WiMAXдля смартфонов и карманных персональных компьютеров (1.67)

Mobile WiMAX

· Был разработан этот режим в стандарте 802.16е-2005

· Скорость клиентского оборудования до 120 км/ч

Достижения данного режима

1. Масштабируемая пропускная способность канала

2. Устойчивость к собственным помехам и многолучевому распространению сигнала

3. Технология TDD (или TimeDivisionDuplex), позволяющая упрощать управление сложными системами антенн за счет передачи сессии между каналамии обрабатывать асимметричный трафик

4. Использование субканалов и распределение выделяемых частот при высокой загрузке позволяет оптимизировать передачу данных с учетом силы сигнала клиентского оборудования

5. ТехнологияHybrid-AutomaticRepeatRequest (H-ARQ), позволяющая сохранять устойчивое соединение при резкой смене направления движения оборудования [4]