Эволюция сетей доступа и сетей мобильного доступа

1.

Эволюция сетей доступа и сетей
мобильного доступа
Отраслевой научно-исследовательский
учебно-тренажерный центр
Зензин Александр
Степанович, к.т.н.
Copyright © 2015

2. Обзор

1. Основные этапы развития сетей доступа и систем коммутации.
2.
Удаленный доступ.
2.1. Мультиплексирование информации на абонентских окончаниях.
3.
Многослойная сеть оператора связи.
3.1. Услуги и технологии физического уровня.
4.
РРС нового поколения: требования и реализации.
5.
Основные варианты построения сетей доступа с использ. РРЛС.
5.1. Организация традиционных сетей доступа с использ. РРС.
5.2. Беспроводный доступ.
6.
Сети мобильного доступа.
6.1. Сети операторов мобильной связи.
6.2. Мобильный доступ на основе WiMAX.
6.2.1. Стандарты Mobile WiMAX.
6.2.2. Структура сети Mobile WiMAX.

3.

Основные этапы развития сетей доступа и систем коммутации
За 100 лет в системах коммутации
происходили заметные изменения.
Цифровые системы коммутации –
последнее поколение АТС. Им на
смену придут системы
распределения информации,
отвечающие требованиям NGN.
Развитию сетей доступа свойственны
иные законы.
В течении века единственным
средством построения сетей доступа
стали двухпроводные линии.

4. Основные этапы развития сетей доступа и систем коммутации

Спрос на услуги triple-play-services породил появление модемного доступа
по каналам ТЧ, коммутируемого доступа через ISDN, доступа через сети
CATV и другие.
Три крупных направления стали основой современных технологий:
xDSL (Digital Subscriber Line) – организация цифровых трактов по
физическим цепям с использованием готовых проводных соединений
от абонентов до АТС;
FTTx (Fiber to The x) – ряд решений, подразумевающих доведение
оптического кабеля до некоторой точки «х», после которой информация
передается с использованием другой среды распространения сигнала.
BWA (Broadband Wireless Access) – широкополосные беспроводные
средства доступа, ориентированные на подключение терминалов без
использования кабелей связи.

5. Изменение требований к скорости передачи данных через сеть доступа

Тенденции, определяющие выбор решений
по модернизации сетей доступа:
рост скорости передачи информации;
ужесточение требований к качеству
обслуживания;
поддержка функции мобильности
терминала с triple-play-services;
снижение затрат на создание и развитие
инфокоммуникационной системы.
Существенный рост скоростии обмена информацией обусловлен двумя
тенденциями:
1) развитием систем телевидения высокой четкости, для которых
необходимы широкополосные каналы;
2) повышением скорости передачи данных в Internet для поддержки
информационных услуг и игровых приложений новых видов.

6.

Удаленный доступ (remote access)
Перестройка кабельной инфраструктуры – масштабная проблема, поэтому организация DSL с использованием абонентских окончаний и кабельных модемов,
работающих поверх сети кабельного телевидения, сегодня актуальны.

7. Мультиплексирование трех типов информации в абонентских окончаниях

Консолидирующими все три типа
информации абонентскими
окончаниями могут быть
коаксиальные и оптические
линии, а также широкополосные
беспроводные линии связи.
В распределителях – FDM
(Frequency Division Multiplexing):
4 КГц – аналоговый телефон;
х МГц – компьютерные данные;
6 МГц – полоса TV-абонента.
После POP поставщика каждый
тип информации поступает на
свое специализированное
оборудование – сервер
удаленного доступа,
телефонный коммутатор и узел
кабельного телевидения.
Все это - технологии физического уровня OSI. Для работы IP поверх этого уровня
используют какой-либо протокол канального уровня, например, PPP, который
поддерживает назначение IP-адресов PC клиента и аутентификацию пользователя.

8. Доступ через телефонную сеть с аналоговыми окончаниями

Компьютерный трафик – в
основном проходит по ТфОП и
стоимость доступа зависит от
расстояния.
Сегодня используют связь с
RAS
поставщика
услуг
Интернета, и для связи с
корпоративной
сетью
Интернет используется как
промежуточная
сеть.
Это
оптимизирует расходы. Но
есть
проблема
двойной
аутентификации. Решение –
двухточечный
протокол
туннелирования. Он передает
транзитом
запрос
пользователя
серверу
аутентификации предприятия
и
соединяет
пользователя
через
Интернет
с
корпоративной сетью.

9. Доступ через телефонную сеть с аналоговыми окончаниями

Наивысшим достижением современных модемов на канале
тональной частоты является
достижение скорости в
следования информации
33,6Кбит/с, если на пути
выполняется
аналого-цифровое преобразование, и
56 Кбит/с, если преобразование было цифро-аналоговым.
Модемы
Стандарт Скорость
Реализованы функции двух нижних
(Кбит/с)
уровней модели OSI - физического и
V32
14Кбит/с
канального
V34
28Кбит/с
Протоколы и стандарты определены
в рекомендациях
V34+
33,6Кбит/ с
ITU-T серии V и делятся на группы:
Стандарты метода кодирования
V90
56Кбит/с
и скорости передачи данных.
Коррекция ошибок.
Сжатие данных.
V92
56Кбит/с

10. Коммутируемый доступ через сеть ISDN

Целью создания технологии ISDN (Integrated Services Digital
Network
— цифровая
сеть
с
интегрированным
обслуживанием)
было
построение всемирной сети,
которая должна была прийти на смену телефонной сети.
Организация цифрового абонентского окончания (Digital
Subscriber Line, DSL) стала одним из серьезных препятствий
на пути распространения ISDN, так как требовала
модернизации миллионов абонентских окончаний.

11.

Услуги ISDN

12.

Стек протоколов ISDN
В сети ISDN существует два стека
протоколов: стек каналов типа D и
стек каналов типа В
Сеть каналов типа D внутри сети
ISDN служит транспортной системой
с коммутацией пакетов, применяемой
для
передачи
сообщений
сигнализации. Прообразом этой сети
послужила технология сетей Х.25.

13.

Три уровня протоколов для сети каналов типа D
физический протокол определяется
cтандартом I.430/431;
канальный протокол LAP-D определяется
стандартом Q.921;
на сетевом уровне может использоваться
протокол сигнализации Q.931, с помощью
которого выполняется маршрутизация
вызова абонента службы с коммутацией
каналов.

14.

Структура сети ISDN

15.

Удаленный доступ с использованием ISDN

16.

Использование ISDN для передачи данных
Подключение пользовательского оборудования ISDN

17.

Технологии xDSL
В середине 90-х годов появилась альтернатива
цифровому абонентскому окончанию ISDN. Эта
альтернатива представляет
собой
семейство
технологий под общим названием xDSL, которое
включает технологии:
асимметричного цифрового абонентского окончания
(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL),
которую в коммерческих предложениях операторов
связи часто называют широкополосным доступом
(8,192 Мбит/с – нисходящий и 768 Кбит/с восходящий). ADSL2+ повысил в н.в. до 24 Мбит/с;
симметричного цифрового абонентского окончания
(Symmetric Digital Subscriber Line, SDSL) со
скорость до 2 Мбит/с в обоих направлениях;

18.

Технологии xDSL
цифрового абонентского окончания с
адаптируемой
скоростью
передачи
(Rate Adaptive Digital Subscriber Line,
RADSL);
сверхбыстрого
цифрового
абонентского окончания (Very highspeed Digital Subscriber Line, VDSL) со
скоростью передачи данных к
пользователю до 250 Мбит/с на коротких
и качественных абонентских линиях.

19.

Технология ADSL
Для доступа через ADSL нужны телефонные
абонентские окончания и модемы. Основное
отличие доступа через ADSL заключается в том,
что ADSL-модемы работают только на
абонентском окончании, в то время как
коммутируемые
модемы
используют
возможности телефонной сети с установкой
соединения, проходящего через несколько
транзитных коммутаторов.

20.

Технология ADSL
Поэтому, если традиционные телефонные
модемы (например, V.34, V.90) должны
обеспечивать передачу данных на канале
с полосой пропускания в 3100 Гц, то
в
свое
ADSL-модемы
получают
распоряжение полосу порядка 1 МГц —
эта величина зависит от длины кабеля,
проложенного
между
помещением
пользователя и POP , а также от сечения
проводов этого кабеля.

21.

Схема доступа через ADSL
ADSL-модемы, подключаемые к обоим концам линии между абонентом и РОР, образуют
три канала: высокоскоростной нисходящий канал передачи данных из сети в РС,
менее скоростной восходящий канал передачи данных из компьютера в сеть и канал
телефонной связи (традиционная полоса в 4 кГц).
Передача данных в канале от сети к абоненту в стандарте ADSL 1998 года происходит
со скоростью от 1,5 до 8 Мбит/с, а в канале от абонента к сети – от 16 Кбит/с до 1
Мбит/с. Неопределенность – следствие адаптации модемов к параметрам
абонентского окончания.
DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) – мультиплексор доступа к DSLокончанию.

22.

Распределение полосы пропускания
абонентского окончания между каналами
ADSL

23.

Доступ через сети CATV
Подключение кабельных модемов к окончанию
CATV
Полоса пропускания кабеля порядка 700-800 МГц и абонентское окончание CATV
позволяет передавать одновременно телефонный, компьютерный и телевизионных
трафики.
Абоненту устанавливаются распределитель и кабельный модем, а в точке присетствия
– головной модем (терм. Станция – Cable Modem Termination Station, CMTS). CMTS
занимает диапазон от 5 до 50 МГц (ниже TV программ) и диапазон выше 550 МГц.
Скорость передачи данных до 30-40 Мбит/с (нисходящий) и до 10Мбит/с (восходящий)
и они разделены по частотам. Арбитраж среды – в CMTS по тайм-слотам.

24. Многослойная сеть оператора связи

Каждый слой такой сети может выполнять две функции:
1) предоставление услуг конечным пользователям;
2) поддержка функций вышележащих уровней сети оператора.
Сеть содержит слои технологий с коммутацией каналов и пакетов = модель OSI:
для транспортных технологий протокол IP – высший обязательный уровень;
физический уровень модели OSI в сетях операторов связи представлен
несколькими слоями, соответствующими технологиям первичных сетей.

25. Услуги и технологии физического уровня

Особенностью глобальных сетей является структура физического уровня:
он гораздо сложнее, чем физический уровень локальных сетей, где на этом
уровне используются только кабели. В глобальных сетях для создания канала
между двумя коммутаторами или маршрутизаторами, как правило, применяются
устройства первичных сетей, такие как мультиплексоры или кросс-коннекторы
сетей PDH, SDH, OTN или DWDM. Такой физический уровень реализуется обычно
с помощью многоуровневого стека протоколов.
Услуги технологий физического уровня для сетей доступа:
услуга выделенных оптических волокон. Оказывается обычно другому оператору для
создания его собственной первичной сети, соединяя волокнами мультиплексоры DWDM/OTN
или SDH. Это dark fibre – темные (не «подсвеченные») волокна;
услуга выделенных волновых каналов. Предоставляется в формате кадров OTN или SDH
высшего уровня иерархии скоростей (40 Гбит/с). Пользователь строит либо свою первичную
сеть, соединяя свои мультиплексоры OTN или SDH, либо соединяет непосредственно IPмаршрутизаторы с интерфейсами OTN или SDH («серые» интерфейсы);
услуга выделенного соединения по протоколу OTN, SDH или PDH. Аренда каналов нужной
скорости для создания транспортного уровня своей первичной сети (РРС), либо для
соединения через IP-маршрутизаторы сегментов корпоративной сети. Сейчас операторы
предоставляют и выделенные каналы 1Гбит/с с интерфейсом Ethernet, кадры которого
упаковываются мультиплексором в кадры SDH или OTN (стандарты SDH NG, VCAT и др).

26. Услуги и технологии пакетных уровней

Использование канального уровня для организации соединений между маршрутизаторами.
На сетевом уровне в н.в. только IP.
На канальном – две группы:
1. ATM, Frame Relay, MPLS и Carrier Ethernet - обеспечивают коммутацию пакетов.
2. HDLC и PPP – поддерживают только двухточечное (интерфейсное) соединение.
Задачу коммутации пакетов решают маршрутизаторы на основе IP-адресов.
Трафик доступа в Internet проходит через маршрутизаторы с помощью таблиц маршрутизации
и реализация связей между ними по виртуальным каналам обеспечивает высокий уровень
управляемости потоков данных и мониторинг соединений (а).
При объединении 2-х сетей пользователя с помощью VPN это проще сделать с помощью слоя
канального уровня (без сетевого) (б).
Если канал – HDLC или PPP, то трафик пользователя коммутируется IP-маршрутизаторами.

27.

Услуги и технологии пакетных уровней
Пакетные слои могут взаимодействовать с различными слоями первичной сети для
получения физических соединений между маршрутизаторами или коммутаторами. Совсем
не обязательно взаимодействовать с самым верхним слоем первичной сети, например со
слоем PDH или SDH. В том случае, когда маршрутизаторам или коммутаторам
необходимы высокоскоростные соединения, можно их организовывать с помощью
нижних слоев первичной сети, например, с помощью слоя DWDM (с помощью
маршрутизаторов, поддерживающих интерфейсы DWDM).
Анализ услуг и организации слоев сети оператора связи с коммутацией пакетов дает
возможность сформулировать основные требования к протоколам этих уровней:
a) поддержка протокола IP и протоколов маршрутизации стека TCP/IP (OSPF, IS-IS для
организации собственной сети и BGP для «встраивания» в Интернет);
b) поддержка услуг виртуальных частных сетей силами провайдера (поставщика услуг);
c) интеграция канального уровня с уровнем IP для уменьшения сложности сети;
d) интеграция с технологиями первичных сетей.

28. РРС нового поколения: реализации

Эффективные решения организации связи для ГАЗПРОМ – радиорелейная и спутниковая
связь.
Современная тенденция:
• увеличение пропускной способности – переход с PDH на SDH;
• гибкость в выборе пропускной способности и используемых типов интерфейсов.
Традиционные TDM РРС – транспортный уровень сетей GSM (2G и 2.5G) сетей
операторов связи. Низкоскоростные (до 34 Мбит/с) и среднескоростные (до 100 Мбит/с)
РРС формируют класс сиcтем PDH и поддерживают цифровые каналы емкостью 2, 8 и
34 Мбит/с (Е1, Е2 и Е3) и FE.
Высокоскоростные РРС – класс систем SDH, поддерживают каналы емкостью 155,
622 и 2488 Мбит/с (STM-1, 4, 16). Пользовательские интерфейсы – Е1, Е2, Е3, STM-1.
При этом интерфейс Ethernet 10/100/1000 Base T для IP-технологий обеспечивается
средствами IP через TDM с использованием стандарта SDH NG.
РРС нового поколения - поддержка эволюции сети GSM в сети 3G и 4G потребовала
поддержки пакетного режима (IP и/или Ethernet), так как все ведущие производители
базовых станций включают IP-интерфейс для взаимодействия с транспортной системой.
РРС НП должны обеспечить эффективный и гибкий конвергентный сетевой узел для
TDM и пакетного транспорта, расширяемый для будущих услуг.

29. РРС нового поколения: требования

Цифровая радиорелейная система – это универсальное средство связи на базе РРС
НП, которое должно обеспечивать:
поддержку любой среды передачи (высокоскоростного радиочастотного канала;
колец и ответвлений на витой паре; оптических колец и ответвлений);
работу с любым транспортом (TDM; IP; смешенный с разделением полосы
пропускания на TDM и пакетную; пряма передача потокового сигнала для цифрового
телевидения - ASI);
оптимальные модульность и гибкость. Гибкость РРС НП обеспечивается наличием
всех типов пользовательских интерфейсов: 10/100/1000 Base-T, 1000 Base SX/LX,
nxE1, STM-1, ASI-DVB. Оптимальные модульность и гибкость – за счет использования
модульной компоновки (покупаем только нужные лицензии и ПО);
оптимальное использование радиочастотных ресурсов;
снижение энергопотребления.

30. Оптимальное использование радиочастотных ресурсов

Максимальная емкость радиоканала за счет использования нового поколения
сигнальных процессоров цифровой обработки радиосигналов;
высокая спектральная эффективность благодаря высокому уровню модуляции
(QAM-256, -512 и даже -1024);
технология передачи на двух поляризациях позволяет удвоить емкость канала за счет
применения технологии XPIC (Cross Polarization Interference Canceller);
технология адаптивной модуляции и кодирования с безобрывным переключением
(АМС) и политика приоритета обслуживания (QoS) дают возможности использовать
всю ширину спектра при соответствующем состоянии эфира;
передовые технологии помехоустойчивого кодирования. Использование комбинации
блочного кодирования LDPC (Low-density parity-check code) и полиномиального кода
BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem code – код Боуза-Чоудхури-Хоквингема, БЧХ).
Опыт операторов связи и весь спектр РРС используются для построения
транспортных сетей «последней мили» в крупных корпоративных системах.

31. Основные варианты построения сетей доступа с использованием РРЛС

Факторы, влияющие на выбор технологического решения
«последней мили»:
стратегия оператора, целевая аудитория, предлагаемые в
настоящее время и планируемые к предоставлению услуги;
размер инвестиций в развитие сети и срок их окупаемости;
уже имеющаяся сетевая инфраструктура и ресурсы для ее
поддержания в работоспособном состоянии;
время, необходимое для запуска сети и начала оказания
услуг.

32. Традиционная сеть доступа с использованием РРЛС

Модемное оборудование низкоскоростных РРС может обеспечивать
формирование и обработку цифровых потоков на скорости от 1 до 34
Мбит/с, производить мультиплексирование потоков и функционировать
в режимах организации сетей доступа любой конфигурации.
Пример схемы организации системы связи между локальными компьютерными
сетями.
Подобную схему можно применить и для связи между базовыми станциями
подвижной связи.

33. Цифровая радиорелейная система передачи данных - SLF

Две конфигурации цифровой радиорелейной системы передачи данных
Sagem Link F – SLF компании SAGEMCOM.
а) без резервирования (1+0)
б) с резервированием (1+1)

34. Цифровая радиорелейная система передачи данных - SLF

SLF - работает во всех частотных диапазонах от 6 до 38 ГГц,
обеспечивает скорость вплоть до 900 Мбит/с и поддерживает
интерфейсы E1, E3, STM-1 и Ethernet.
SLF – поддерживает конфигурации (1+0, 2+0) и (1+1) с горячем
резервом, пространственно и/или частотно разнесенный прием во всех
частотных диапазонах, что позволяет обеспечить необходимый уровень
надежности и устойчивости сети.
В SLF реализована оптимизация спектральной эффективности
(глубина модуляции от QPSK до 256 QAM) и скорости путем поддержки
Adaptive Modulation и XPIC (Cross Polarization Interference Cancellation –
технология кросс-поляризационного подавления помех).

35. Цифровая радиорелейная система передачи данных - SLF

Оборудование SLF - терминальный блок IDU (Indoor Unit) и программноконфигурируемый блок ODU (Outdoor Unit) уличного размещения.
Три типа блоков IDU:
1. IDU-N: малая и средняя емкость (от2 до 34 Е1 и FE до 70 Мбит/с или Е3);
2. IDU-H: РРЛ пакетной передачи данных для малых, средних и высоких
емкостей (Ethernet до 450 Мбит/с и до 80 Е1);
3. IDU-H1: для приложений SDH (n x STM-1).
Таким образом, полный функционал Ethernet, встроенный коммутатор 2-го
уровня с поддержкой QoS и CIR (Committed Information Rate – согласованная
скорость передачи информации), Е1 и высокоскоростной канал Ethernet или
SDH позволяют реализовать широкий спектр сетей доступа с
подключением их к операторам мобильных (от 2G до 4G), фиксированных и
корпоративных сетей, в том числе реализованных по стандартам IEEE 802.16
(WiMAX).

36. Беспроводный доступ

• Фиксированный
беспроводный
доступ
или
беспроводное
абонентское окончание (Wireless Local Loop, WLL) :
- узкополосное – компьютерный трафик (до 128 Кбит/с) и
телефонный сигнал;
- широкополосное
–
обеспечивает
три
вида
доступа.
Компьютерный трафик до нескольких Мбит/с. К ним относятся
многоканальная служба распределения (2,2 ГГц, радиус до 50 км)
и локальная служба распределения (40 ГГц, радиус до 5 км,
скорость до 155 Мбит/с).
•Мультиплексирование
–
комбинация
частотного
(FDM)
и
асинхронного временного (TDM) и синхронное временное с
образованием беспроводных каналов PDH/SDH.
• Стандарт IEEE 802.16 (WiMAX) унифицировал частотные диапазоны,
методы мультиплексирования и предоставляемые услуги.
• Технология ЛВС 802.11 м.б. использована для фиксированного
беспроводного доступа, но она ориентирована на метод доступа
CDMA/CA (Code Division Multiplexing Access with Collision Avoidence) и
ориентирована только на компьютерный трафик («кочевой» доступ –
аэропорты и т.п.).

37. Три основных варианта использования технологии WiMAX

1.
2.
3.
Прокладка проводов до АТС2 нецелесообразна (парки, площади и т.п.).
Мультисервисный абонентский концентратор МАК1 включается в АТС2 с помощью
транспортных ресурсов WiMAX.
Обеспечение быстрого подключения новых клиентов. Такая возможность показана
для МАК2 и двух учрежденческих АТС (УАТС).
Повышение надежности доступа для некоторых групп пользователей. Для
абонентов, включенных в МАК3, организуется два независимых по условиям
распространения пути установления соединений: через АТС2 и АТС3.

38. Сеть беспроводного доступа с использованием технологии WiMAX

WiMAX от англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access. Название «WiMAX» было
создано WiMAX Forum - организацией, которая основана в июне 2001 года с целью
продвижения и развития WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на
стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к
сети, альтернативной выделенным линиям и DSL».

39. Фиксированный доступ. Стандарт IEEE 802.16d-2004

В первоначальной версии стандарта Fixed WiMAX IEEE 802.16d - 2004 соединение между
базовой станцией и клиентским приёмником производится в низкочастотном диапазоне
2-11 ГГц. Данное соединение позволяет передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с
и не требует наличия прямой видимости между станцией и пользователем.
Технология WiMAX применяется как на "последней миле" - конечном участке между
провайдером и пользователем, так и для предоставления доступа региональным сетям:
офисным, районным.
Между соседними базовыми станциями устанавливается постоянное соединение с
использованием режима СВЧ (сверхвысокие частоты 10-66 ГГц) радиосвязи прямой
видимости (line-of-sight). Данное соединение в идеальных условиях позволяет
передавать данные со скоростью до 120 Мбит/с. Ограничение по условию прямой
видимости, разумеется, не является плюсом, однако оно накладывается только на
базовые станции, участвующие в цельном покрытии района, что вполне возможно
реализовать при размещении оборудования.
Как минимум, одна из базовых станций может быть постоянно связана с сетью
провайдера через широкополосное скоростное соединение (Е3, или другое,
гарантирующее стабильно высокую скорость передачи данных). Фактически, чем
больше станций имеют доступ к сети провайдера, тем выше скорость и надёжность
передачи данных. Однако даже при небольшом количестве точек система способна
корректно распределить нагрузку за счёт сотовой топологии

40. Покрытие WiMAX

По структуре сети стандарта IEEE 802.16 она очень похожа на традиционные сети
мобильной связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусе
до 50 км, при этом их также не обязательно устанавливать на вышках - для них
вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условия прямой видимости
между станциями. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо
наличие абонентского оборудования
В WiMAX канальный уровень MAC (Medium Access Control - управление доступом к среде)
использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь
подключиться к точке доступа и для нее будет выделен слот на точке доступа,
недоступный другим пользователям (в отличии от WiFi).

41. Мобильный доступ в Интернет операторов мобильных телефонных сетей

1.
Мобильная телефония второго поколения (2G) использует в качестве
транспорта с коммутацией пакетов протокол GPRS (General Packet Radio
Service — служба пакетной радиосвязи общего назначения) в сетях D-AMPS и
GSM, скорость доступа 2400 – 9800 Кбит/с.
2.
Мобильные сети третьего поколения (3G). Максимальная скорость доступа
у операторов 3G, работающих в сетях GSM (Global System for Mobile
communication – глобальная система мобильной связи, функционирующая на
принципах множественного доступа с временным разделением – Time Division
Multiple Access, TDMA) – 3,6 Мбит/с, а у работающих в сетях IMT-MC-450
(использующих протокол CDMA (Code Division Multiplexing Access множественный доступ с кодовым разделением)) – 3,5 Мбит/с.
3.
Модифицированные сети 3G+, использующие High Speed Packet Access,
HSPA обеспечивают увеличение скорости входящего трафика до 21
Мбит/с. Это надстройка к мобильным сетям 3G-генерации W-CDMA/UMTS
(Wideband-CDMA/Universal Mobile Telecommunication System – универсальная
мобильная телекоммуникационная система на основе широкополосной CDMA).
4.
Нисходящий трафик сетей LTE (Long Term Evolution) 4G-генерации может
достигать 326,4 Мбит/с, а восходящий – 172,8 Мбит/с, что удовлетворяет
практически все использующиеся в компьютерных сетях мультимедийные
приложения и запросы качественного телевизионного вещания.

42.

Эволюция технологий мобильной связи

43. Мобильный доступ на основе WiMAX

Стандарты с индексами 802.16e и 802.16m относятся к мобильным технологиям.
Главное их отличие от предыдущих релизов заключатся в возможности хэндовера
между двумя сотами. Также стандарты 802.16e и 802.16m позволяют пользоваться
услугами сети во время движения, что является также схожим признаком с сотовыми
системами 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
основе IP-технологии, т.е. в Mobile WIMAX реализована поддержка технологии Voice
over IP (VoIP). Этот факт также является отличительной чертой стандартов четвертого
поколения.

44.

Стандарты Mobile WiMAX
Первый релиз 802.16e появился 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 в полосе одного канала (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 или WiMAX 2 появился в 2010 году. 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 рассылки широковещательных
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.

45.

Стандарты Mobile WiMAX
Сразу после принятия стандарта IEEE 802.16m (WiMAX-2) инициативная группа под
названием PAR (Project Authorization) начала работу над новой версией этого стандарта
IEEE 802.16n (WiMAX 3.0), который должен обеспечить пользователям совершенно
невероятные скорости доступа к сетям - 10 Гбит для каналов фиксированной связи и до
1 Гбит для мобильной связи. Планируется, что стандарт WiMAX 3 будет принят в
течение ближайших 3-5 лет.
Стандарт WiMAX 3.0 (IEEE 802.16n), призванный прийти на смену только принятому
стандарту WiMAX 2, будет еще более быстрым и универсальным. Пропускная
способность сетей должна стать в десять раз больше, чем у самых современных
действующих сетях, предлагая многоканальные очереди 4 × 8 MIMO и «сцепление
каналов». Поскольку стандарт WiMAX 3.0 использует сразу 10 каналов шириной по 6
МГц, в вещательных станций появляется небывалая ранее возможность передавать
телевизионный сигнал отличного качества из аппарата размером не больше чемодана.
Фактически, это может означать конец привычного телевидения с эфирным вещанием,
которое можно принимать на домашнюю антенну.

46.

Структура сети Mobile WiMAX
Сеть Mobile WIMAX состоит из 2-х основных подсистем: ASN (Access Service Network) –
сеть доступа и CSN (Connectivity Service Network) – сеть обеспечения услуг.
Сеть CSN – это набор функций соединений:
распределение-адресов и параметров между пользователями сети;
доступ к сети Internet;
функции AAA (Authentication, Authorization, Accounting - авторизации,
аутентификации и аудита пользователей сети);
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 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.

47.

Структура сети Mobile WiMAX (продолжение)
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.
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;
пейджинг, т.е. поиск абонентов в сети при поступлении входящего соединения;
мобильность абонентов (управление хэндоверами);
туннелирование между сетями ASN-CSN.

48.

Структура сети Mobile WiMAX (продолжение)
В состав сети ASN входят 2 основных элемента:
1. BS (Base Station) – базовая станция. Основной задачей является установление,
поддержание и разъединение радиосоединений. Кроме того, выполняет обработку
сигнализации, распределения ресурсов среди абонентов. В отличии от сетей LTE,
UMTS и GSM базовая станция сети WIMAX берет на себя большую часть функций
сети абонентского доступа.
2. ASN Gateway – предназначен 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. ASN Gateway – это, по-сути, агрегатор
нагрузки сети доступа.
Также неотъемлемым элементом сети Mobile WIMAX является абонентское
оборудование. В качестве такового могут выступать мобильный телефон, КПК,
ноутбук/стационарный компьютер с встроенным или внешним адаптером и мн. др.
Таким образом, сеть Mobile WIMAX является полноценным представителем сетей
сотовой связи, предоставляющая большие возможности, высокое качество и
безопасность соединений. Это дает возможность предсказывать дальнейшее развитие
этого стандарта и широкое распространение на практике

49.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ.