Развертывание сетей WIMAX

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОГО АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА

1.1 Сравнение ключевых технологий WiMAX и HSPA

1.2 Сравнение ключевых технологий WiMAX и LTE

1.3 Сравнение ключевых технологий WiMAX и Wi-Fi

2. ШИРОРОКОПОЛОСНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ДОСТУП ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СТАНДАРТА IEEE 802.16

2.1 Стандарт 802.16: стек протоколов

2.2 Стандарт 802.16: физический уровень

2.3 Стандарт 802.16 протокол подуровня МАС

2.4 Стандарт 802.16: структура кадра

3. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕМОВ OFDM И МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА OFDMA

3.1 Особенности применения модемов OFDM.

3.2 MESH-сеть

3.3 Особенности применения многостанционного доступа OFDMA

4. УСЛУГИ И АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ Mobile WiMAX

4.1 Услуги сетей технологии Mobile WiMAX.

4.2 Принципы построения сетей WiMAX

4.3 Решения WiMAX с усовершенствованными функциями и рабочими характеристиками.

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

5.1 Выбор характеристик радиоинтерфейса

5.2 Расчет частотных каналов

5.3. Определения размерности кластера

5.4 Расчет частотных каналов, которые используются для обслуживания абонентов БС

5.5 Расчет допустимой нагрузки БС

5.6 Расчет числа абонентов, обслуживающихся одной БС

5.7 Расчет количества БС

5.8 Расчет радиуса зоны обслуживания БС

6. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ СЕТИ

6.1 Расчет величины защитного расстояния

6.2 Расчет уровня сигнала на входе приемника

6.3 Расчет вероятности ошибки

6.4 Расчет эффективности использования радиоспектра

7. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ БАЗОВЫХ АБОНЕНТСКИХ СТАНЦИЙ

7.1 Выбор оборудования абонентских станций

7.2 Выбор оборудования базовых станций

8 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ РАЗВЕРТЫВАНИИ СЕТИ

8.1 Особенности географического положения Егорьевского района Московской области

8.2 Воздействие радиочастотного поля на организм человека

9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ Mobile WiMAX

9.1 Расчет себестоимости разработки

9.2 Оценка экономической эффективности внедрения проектируемой информационной сети

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Население планеты Земля насчитывает 6,75 миллиарда человек, 4,05 из которых пользуются различными видами телефонной сотовой связи, 3,5 миллиарда пользуются Интернетом и только полмиллиарда обладают широкополосным мультимедийным доступом в различные сети. Современные технологии и прогресс человечества в целом диктуют стремительный рост широкополосного доступа. Однако этот рост сдерживают различные факторы, в том числе -- необходимость огромных финансовых вложений в инфраструктуру всемирных сетей. Человечество затратило больше 100 лет для развития инфраструктуры всемирной телефонной сети общего пользования, именно эта сеть использовалась для доступа в Интернет на первом этапе его развития. Однако очень скоро стало ясно, что для широкополосного доступа нужны новые сети. Чтобы не строить их еще 100 лет, естественно использовать развитые технологии подвижной радиосвязи.

По данным отчета 2004 Global Broadband Subscriber Report компании Yankee Group, в 2008 г. во всем мире количество пользователей услуг беспроводного доступа достигнет 8% от общего числа пользователей услуг широкополосного доступа и приблизится к 30 млн. абонентов.

Сегодня эта цифра меньше в 11 раз. Если сравнить эту динамику с ростом пользователей DSL-доступа, то для беспроводного доступа динамика роста выше. За тот же период количество пользователей, использующих DSL-доступ, возрастет только в 3-4 раза.

По другим оценкам возможное проникновение широкополосного беспроводного доступа в мире еще выше. Так, в заявлении одного из руководителей компании Intel прозвучало, что беспроводные WiMAX-сертифицированные системы станут конструктивной основой для подключения к Интернету следующих 5 млрд. пользователей и положат начало настоящей революции широкополосного беспроводного доступа.

Стремление производителей к стандартизации подходов при разработке систем беспроводного доступа с целью придания им новых потребительских свойств, в том числе совместимости изделий для снижения стоимости абонентских устройств (СРЕ) за счет их массового выпуска, ярко выразилось в создании консорциума WiMAX.

Технологии WiMAX, хотя и не являются единственными технологиями беспроводной связи, впитали в себя все лучшее, что есть в пограничных технологиях ЗG, IEEE 802.11, DVB, DАB и другие. И поэтому, именно эта технология являются наилучшим решением для обеспечения жителей Земля мобильным широкополосный доступом, как в развевающихся, так и в развитых странах. Технологии WiMAX позволяют быстро прогрессировать, как мобильным, так и фиксированный операторам, в том числе - новым операторам, начинающим свою деятельность с чистого листа. Сегодня уже развернуто 475 WiMAX сетей в 140 странах.

Много операторов в России и в других странах СНГ. Около полумиллиарда человек проживают в зоне действия операторов WiMAX или на территории, где действуют лицензии WiMAX. А через год таких людей будет 800 миллионов. Международная некоммерческая ассоциация WiMAX-форум объединяет более 400 компаний - разработчиков элементной базы, оборудования, операторов связи всех видов, а также «экосистему WiMAX.

Системы третьего поколения мобильной связи ЗG реализуются на базе новые радиотехнологии, обеспечивающей высокую скорость передачи мультимедийной информации и беспроводной доступ в Интернет не уступающий сервису провайдеров стационарной сети. Система мобильной связи 3G развиваются в двух направлениях: UMTS и cdma 2000. UMTS обеспечивает преемственность GPRS и GSM разрабатываются технологии повышения пропускной способности от абонента к базовой станции, направлений передачи информации технологии HSDPA и HSUPA.

В сетях связи последующих поколений широкополосный доступ займет исключительно важное место, представляя собой одну из фундаментальных составляющих концепции NGN. К нему приковано особое внимание операторов связи в разработчиков нового оборудования. Деятельность по предоставлению услуг широкополосного доступа с большой долей вероятности станет новой крупной нишей телекоммуникационного рынка и уже одно это вызывает повышенный интерес к ним как со стороны различного рода инвесторов, так в государственных деятелей я политиков, регуляторов рынка. При рассмотрении проблем широкополосного доступа активно дискутируется вопрос о роля проводных, беспроводных в космических средств связи. По данным маркетинговых исследований, широкополосные беспроводные сети на базе технологий сотовой связи третьего поколения, а также технологий Wi-Fi и WiMAX обладают сегодня исключительными преимуществами по оперативности развертывания, охвату территории, мобильности, предоставляя во многих случаях не только наиболее эффективное, но иногда и единственно возможное экономически оправданное решение.

Таким образом, с появлением прототипа WiMAX-сертифицированных систем наметилась тенденция вытеснения с рынка систем WLL и отчасти LMDS. Хотя они останутся, поскольку занимают частотный диапазон выше 11 ГГц и имеют большой резерв именно в качестве распределительных систем. Широкополосные беспроводные сети передачи информации становятся одним из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии. А для стран, в которых большая территория сочетается с невысокой плотностью населения, беспроводные сети имеют особое значение. Это особо важно для Российской Федерации, с нашей необъятной территорией и значительным разбросом населения, особенно в сельской местности.

Таким образом, целью проекта является проектирование информационной сети на основе технологии Mobile WiMAX на территории Егорьевского района Московской области для предоставления услуги широкополосного доступа в Интернет.

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОГО АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА

В рамках рынка, основная конкуренция WiMAX приходит из существующих, широко развернуты беспроводные системы, такие как UMTS и CDMA2000, а также ряд интернет-ориентированных систем, таких как HiperMAN и большой дальности мобильного Wi-Fi Mesh и сетей.

Основные стандарты сотовой связи в настоящее время развивались так называемые 4G, высокой пропускной способностью и низкой латентностью, все IP-сетей с голосовыми услугами построены на вершине. Во всем мире перейти на 4G для GSM/UMTS и AMPS/TIA (включая CDMA2000) является 3GPP Long Term Evolution усилий. Планируется замена CDMA2000 называемых, Ultra Mobile Broadband была прекращена. Для 4G систем, существующих интерфейсов воздуха, выбрасываемых в пользу OFDMA по нисходящей и различные OFDM методик по Uplink, похожие на WiMAX.

В некоторых районах мира, широкая доступность UMTS и общее стремление к стандартизации означает спектр не были выделены на WiMAX: в июле 2005 года ЕС-широким распределением частот для WiMAX была заблокирована.

Одним из значительных преимуществ передовых беспроводных систем, таких как WiMAX является спектральной эффективности. Например, 802.16-2004 (фиксированный) имеет спектральную эффективность 3,7 (бит / с) / Hertz, а другие 3,5-4G беспроводных систем предлагают спектральной эффективности, которые схожи с точностью до десятых долей процента. Заметным преимуществом WiMAX исходит от объединения SOFDMA со смарт-технологии антенны. Это увеличивает эффективную спектральной эффективности за счет многократного использования и смарт-топологиях развертывания сети. Прямое использование частот организация домена облегчает проекты с использованием MIMO-AAS по сравнению с CDMA / WCDMA методами, в результате чего более эффективных систем.

Таблица 1. Сравнение основных поставщиков Интернет ресурса.

Стандартный	Семья	Основное использование	Радио Технология	Вниз (Мбит / с)	Uplink (Мбит / с)	Заметки
LTE	UMTS/4GSM	Генеральный 4G	OFDMA / MIMO / SC-FDMA	360	80	LTE-Advanced обновления предложить несколько Гбит / с скорости.
WiMAX	802,16	Мобильный интернет	MIMO-SOFDMA	144	35	WiMAX м обновления предлагаем до 1 Гбит / с фиксированной скоростью.
Flash-OFDM	Flash-OFDM	Мобильный интернет подвижность до 200mph (350 км / ч)	Flash-OFDM	5,3 10,6 15,9	1,8 3,6 5,4	Мобильные диапазоне 18miles (30 км) расширенный диапазон 34 милях (55 км)
HiperMAN	HiperMAN	Мобильный интернет	OFDM	56,9	56,9
Wi-Fi	802,11 (11N)	Мобильный Интернет (закрытый)	OFDM / MIMO	288,9 (Поддерживает 600MBps @ шириной 40MHz канал)	Антенны, РФ передней аксессуарами конца и мелких настроек таймера (310 км & 382km).
iBurst	802,20	Мобильный интернет	HC-SDMA / TDD / MIMO	95	36	Сотовый Радиус: 3-12 кмSpeed: 250kmph Спектральной эффективности: 13 бит / с / Гц / Cell
EDGE Evolution	GSM	Мобильный интернет	TDMA / FDD	1,9	0,9	3GPP Release 7
UMTS W-CDMA HSDPA + HSUPA HSPA +	UMTS/3GSM	Генеральный 3G	CDMA / FDD CDMA / FDD / MIMO	0,384 14,4 42	0,384 5,76 11,5	HSDPA широко развернуты. Типичная скорость нисходящих сегодня 2 Мбит / с, ~ 200 кбит / с линии связи "нисходящий HSPA + до 42 Мбит / с.
UMTS-TDD	UMTS/3GSM	Мобильный интернет	CDMA / TDD	16	16	Отмеченные скорости в соответствии с IPWireless использовании модуляции 16QAM аналогичные HSDPA + HSUPA
1xRTT	CDMA2000	Мобильный телефон	CDMA	0,144	0,144	Преемник EV-DO
EV-DO 1x Rev. 0 EV-DO 1x Rev.A EV-DO CDMA2000Rev.B	CDMA2000	Мобильный телефон	CDMA / FDD	2,45 3,1 4.9xN	0,15 1,8 1.8xN	Rev B Примечание: N это количество кусков 1,25 МГц спектра используется. Еще не развернута.

1.1 Сравнение ключевых технологий WiMAX и HSPA

Системы с технологией HSPA (3GPP релиз 6) коммерчески доступны с 2007 года. Технология предусматривает частотное дуплексирование (FDD) с шириной каждого дуплексного канала 5МГц. В нисходящем канале используется модуляция QPSK, либо 16-QAM, потоковая скорость 14 Мбит/с. В восходящем канале модуляция BPSK, пиковая скорость 5,8 Мбит/с.

В то же время на рынке были системы WiMAX (релиз 1.0) с временным дуплексированием (TDD). При аналогичной ширине полосы 10 МГц они обеспечивали скорость в нисходящем канале в 2-3 раза более высокую, чем у HSPA (поскольку WiMAX при TDD общая пропускная способность динамически распределяется между нисходящими и восходящими каналами).

Таблица 2. Сравнение систем HSPA (релизы 7 и 8) и WiMAX (релиз 1.5)

Параметры	HSPA	WiMAX
Версия	Релиз 7	Релиз 8	Релиз 1.5
Диапазон ГГц	2.0	2.5
Дуплексирование	FDD	FDD	TDD
Ширина канала МГц	2х5	2х5	10
Антенны БС	1х2	2х2	2х2
Антенны АС	1х2	1х2
Модуляции и скорость кодирования
В нисходящем канале	64 QAM 5/6	16 QAM 3/4	64 QAM 5/6	64 QAM 5/6
В восходящем канале	16 QAM 3/4	64 QAM 5/6
Пиковая скорость, Мбит/с
В нисходящем канале	17,5	21	35	36	48
В восходящем канале	8,3	8,3	8,3	17	24

Развитие технологии создало HSPA+ (HSPA релиз 7 и отдельные поправки релиза 8). В нисходящем канале их отличает модуляция 64-QAM c SIMO (1х2) или 64-QAM c SIMO (2х2). В восходящем канале добавлена модуляция 64-QAM и улучшены возможности для VoIP. Поправки в соответствии с релизом 8 позволяют использовать в нисходящем канале режим МIМО (2x2) с модуляцией 64-QAM, рассматривается возможность использования МIМОбольших порядков в нисходящем канале и МIМО (2х2) - в восходящем канале.

При сравнении мобильных WiMAX и HSPA+ можно сделать следующий выводы:

- мобильный WiMAX (релиз 1.5) имеет сравнимые с HSPA+ (релиз 8) пиковые скорости в нисходящем канале при одинаковой модуляции, скорости кодирования и ширине канала. При этом у мобильного WiMAX в восходящем канале пиковая скорость выше в 2-3 раза.

- Система HSPA+ ограничены шириной канала 2х5 МГц в традиционных спектральных условиях сетей 3G. Мобильный WiMAX поддерживает ширину канала до 20 МГц, как частотное, так и временное дуплексирование. Его частотные профили планируются в диапазонах 700, 1700, 2300, 2500 и 3500 МГц. Мобильный WiMAX обеспечивает «гладкую IP - сеть» (из конца в конец).

1.2 Сравнение ключевых технологий WiMAX и LTE

Следующим шагом эволюции систем 3GPP, являются системы Long Term Evolution (LTE). Их отличает технология OFDMA в нисходящем канале и SC-FDMA - в восходящем. Модуляция - до 64-QAM, ширина канала - до 20 МГц, дуплексирование TDD и FDD. Применены адаптивные антенные системы, гибкая сеть доступа. Сетевая архитектура полностью IP - сеть. В системе LTE применяются технологии и методы, уже применяемые в мобильном WiMAX, поэтому следует ожидать схожей эффективности систем LTE (таблица 1-2 и 1-3).

Таблица 3. Сравнение параметров реальных систем LTE и мольного WiMAX (релиз 1.5) в одинаковых частотных условиях при FDD с полосами 2х20 МГц

Параметры	LTE	WiMAX Релиз 1.5
	Motorolla	T-Mobile	Qualcomm
Нисходящий канал
Антенна БС	2х2	2х4	4х2	2х2	4х4
Модуляция и скорость кодирования	64 QAM 5/6	64 QAM 5/6	64 QAM 5/6	64 QAM 5/6
Скорость Мбит/с	226	144	277	144,6	289
Восходящий канал	Нет данных
Антенна АС		1х2	1х2	1х2
Модуляция и скорость кодирования		64 QAM 5/6	64 QAM 5/6	64 QAM 5/6
Скорость Мбит/с		50,4	75	69,1

Системы LTE - это революционное улучшение 3G. LTE представляет переход от систем CDMA к системам OFDMA, а также переход к полностью IP - системе к коммуникацией пакетов. Поэтому внедрение этой технологии на существующих сетях сотовой связи означает необходимость новых радиочастотных ресурсов для получения преимущества от широкого канала. Для обеспечения обратной совместимости необходимы двухрежимные абонентские устройства. Поэтому плавный переход от систем 3G к LTE весьма сложен.

Таблица 4. Сравнение ключевых параметров LTE и WiMAX

Параметры	LTE	WiMAX Релиз 1.5
1	2	3
Дуплексирование	FDD и TDD	FDD и TDD
Частотный диапазон для анализа	2000 МГц	2500МГц
Ширина канала	До 20 МГц	До 20 МГц
От базы	OFDMA	OFDMA
Кбазе	SC-FDMA	OFDMA
Спектральная эффективность, бит/Гц/с
Нисходящий канал, MIMO (2х2)	1,57	1,59
Восходящий канал, SIMO (1х2)	0,64	0,99
Максимальная скорость мобильной станции км/ч	350	120
Длительность кадра, мс	1	5
Антенные системы
Нисходящий канал	2х2, 2х4, 4х2, 4х4	2х2, 2х4, 4х2, 4х4
Нисходящий канал	1х2, 1х4, 2х2, 2х4	1х2, 1х4, 2х2, 2х4

Рисунок 1 - Сравнение средней спектральной эффективности.

Отметим, что преимущество в спектральной эффективности означает выигрыш в стоимости развертывания сети (в том числе в удельной стоимости по отношению к пропускной способности сети). Кроме того, возрастает канальная емкость, что позволяет операторам вводить дополнительные сервисы. Мобильный WiMAX представляет гладкую IP-сеть, сеть LTE более сложна (рисунок 2).

Рисунок 2 - Сравнение системных архитектур сетей WiMAX и LTE

Если сеть WiMAX основывается полностью на IP-протоколах IEEE, то сеть LTE более сложна, включает больше протоколов, в том числе проприетарные протоколы 3G. Немаловажно, что интеллектуальная собственность в области технологий WiMAX, соответствующие патенты распределены среди многих компаний, создан открытый патентный альянс, что позволяет снижать цены абонентских устройств.

Выводы сравнения WiMAX и LTE:

- WiMAX, и LTE отвечают целям IMT-Advanced;

- спецификации IMT-Advancedеще не полностью определены;

- стандарт IEEE802.16m будет полностью отражать спецификации и требования IMT-Advanced;

- мобильный WiMAX релиз 1.5 и LTE имеют похожие характеристики. В обоих на линии от базы используется OFDMAс многоуровневой модуляцией и кодированием. Пиковые скорости практически одинаковы при одинаковых кратностях модуляции и скоростях корректирующего кода. В обоих используется и FDD, и TDD дуплексированиепри ширине канала до 20 МГц. В обоих используется MIMO большой кратности и уменьшение задержки;

- мобильный WiMAX имеет двухлетний выигрыш по времени выхода на рынок и гладкую e2e IP архитектуру сети;

- пропускная способность и спектральная эффективность мобильного WiMAX по релизу 2.0 имеет лучшие параметры, чем LTE;

- мобильный WiMAX релиз 2.0 совместим с релизами 1.0 и 1.5;

- инвестиции для преобразования сетей из 2G/3Gв LTEи в мобильный WiMAXпримерно одинаковы;

- и для сетей LTE, и для сетей WiMAX необходим новый спектр;

- для обоих сетей нужны многорежимные абонентские приборы;

1.3 Сравнение ключевых технологий WiMAX и Wi-Fi.

Сравнения и путаница между WiMAX и Wi-Fi являются частыми, поскольку оба они связаны с беспроводной связью и доступом в Интернет.

WiMAX использует спектр, чтобы доставить "точка-точка подключения к Интернету. Различные 802,16 стандарты предусматривают различные виды доступа с портативных коммутаторов (по аналогии с беспроводным телефоном) для фиксированного (альтернатива проводного доступа, где беспроводные точки подключения конечных пользователей зафиксирована в регионе.)

Wi-Fi использует нелицензионное спектр для предоставления доступа к сети. Wi-Fi более популярна в устройствах конечных пользователей.

WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно различные качества обслуживания (QoS) механизмов. WiMAX использует механизм, основанный на связи между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на конкретных алгоритмов планирования. Wi-Fi имеет механизм QoS аналогичные фиксированной Ethernet, где пакеты могут получать различные приоритеты на основе их тегов.

Wi-Fi работает на Media Access Control 'S CSMA / CA протокол, который не гарантирует доставку и утверждения основаны, в то время как WiMAX работает ориентированный на соединение ПДК.

Стандарт 802,16 распространяется через широкую полосу в спектре РФ и WiMAX может функционировать на любых частотах ниже 66 ГГц, (более высоких частотах, привело бы к уменьшению диапазона действия базовой станции до нескольких сот метров в городской среде).

WiMAX профили определения размера канала, TDD / FDD и другими необходимыми атрибутами для того, чтобы иметь Inter-операционных продуктов. Нынешний фиксированный профили определяются как для FDD и TDD профилей. На данный момент, все мобильные профиль TDD только. Профили имеют фиксированные размеры канала 3,5 МГц, 5 МГц, 7 МГц и 10 МГц. Мобильные профили 5 МГц, 8,75 МГц и 10 МГц. (Примечание: 802,16 стандарт позволяет гораздо более широкий круг каналов, но только выше подмножества поддерживаются профили WiMAX.)

Ожидается, что WiMAX сможет обеспечить высокоскоростной беспроводной доступ проще и дешевле, чем существующие технологии сотовой связи. Эта технология также имеет возможности масштабирования, благодаря которым можно организовать недорогой широкополосный доступ по всей Индии. Беспроводная инфраструктура WiMAX может расширяться, чтобы обеспечить поддержку карманных и мобильных устройств, которые появятся в будущем. Это дает дополнительные преимущества для стран с развивающейся экономикой, подобным Индии, которые пока не имеют развитой широкополосной инфраструктуры.

Благодаря тому, что технология WiMAX основана на стандартах, она допускает положительный эффект масштаба, который сможет уменьшить стоимость широкополосного доступа, обеспечить возможность взаимодействия и упростить реализацию. В случае отсутствия стандартов производители специализированного оборудования предлагают полный комплекс аппаратных и программных компонентов, и из-за ограничительного лицензирования увеличиваются расходы. Поставщикам услуг выгоднее работать со стандартной продукцией, т.к. совместимость различных устройств и большие объемы выпуска позволяют сократить стоимость оборудования.

2. ШИРОРОКОПОЛОСНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ДОСТУП ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СТАНДАРТА IEEE 802.16

2.1 Стандарт 802.16: стек протоколов.

Набор протоколов, используемый стандартом 802.16, показан на рисунке 3. Общая структура подобна другим стандартам серии 802, но больше Подуровней. Нижний подуровень занимается физической передачей данных. Используется обычная узкополосная радиосистема с обыкновенными схемами модуляции сигнала. Над физическим уровнем находится подуровень сведения (с ударением на второй слог), скрывающий от уровня передачи данных различия технологий.

Уровень передачи данных состоит из трех подуровней. Нижний из них относится к защите информации, в которых передача Данных осуществляется в эфире, физически никак не защищенном от прослушивания. На этом подуровне производится цифрация, дешифрация данных, а также управления ключами доступа.

Рисунок 3 - Стандарт 802.16: стек протоколов.

Затем следует общая часть подуровня МАС. Именно на этом уровне иерархии располагаются основные протоколы - в частности, протоколы управления каналом. Здесь станция контролируют всю систему. Она очень эффективно распределяет очередность передачи входящего трафика абонентам, немалую роль играет и в управлении исходящим трафиком (от абонента к базовой станции). От всех остальных стандартов 802.x МАС подуровень стандарта 802.16 отличается тем, что он полностью ориентирован на установку соединения. Таким образом, можно гарантировать определенное качество обслуживания при предоставлении услуг телефонной связи и при передаче мультимедиа.

2.2 Стандарт 802.16: физический уровень

Широкополосным беспроводным сетям необходим широкий частотный спектр, который можно найти только в диапазоне от 10 до 66 ГГц. Миллиметровые волны обладают одним интересным свойством, которое отсутствует у более длинных микроволн: они распространяются не во всех направлениях (как звук), а по прямым линиям (как свет). Следовательно, на базовой станции должно быть установлено множество антенн, покрывающих различные секторы окружающей территории, как показано на рисунок 4. В каждом секторе будут свои пользователи. Секторы не зависят друг от друга, чего не скажешь о сотовой радиосвязи, в которой сигналы распространяются сразу по всем направлениям.

Рисунок 4 - Оперативная среда передачи данных сетей 802.16.

Поскольку мощность сигнала передаваемых миллиметровых волн сильно уменьшается с увеличением расстояния от передатчика (то есть базовой станции), то и соотношение сигнал/шум также понижается. По этой причине 802.16 использует три различных схемы модуляции в зависимости от удаления абонентской станции. Если абонент расположен недалеко от БС, то применяется ЦАМ-64 с шестью битами на отсчет. На среднем удалении используется ОДМ-16 и 4 бита/бод. Если абонент расположен далеко, то работает схема ЦР5К с Двумя битами на отсчет. Например, при типичной полосе спектра 25 МГц ОДМ-64 дает скорость 150 Мбит/с, СЭАМ-16 - 100 Мбит/с, а СФ5К - 50 Мбит/с. Таким образом чем дальше находится абонент от базовой станции, тем ниже скорость передачи данных. Фазовые диаграммы всех трех методов были показаны на риске 5.

Рисунок 5 - Фазовые диаграммы применяемых методов.

Стандарт 802.16 обеспечивает гибкость распределения полосы пропускания. Применяются две схемы модуляции: FDD (дуплексная связь с частотным разделением) и ТDD (дуплексная связь с временным разделением). Последний метод показан на рисунок 6. Базовая станция периодически передает кадры, разделенные Иа временные интервалы. Первая часть временных интервалов отводится под входящий трафик. Затем следует защитный интервал (разделитель), позволяющий станциям переключать режимы приема и передачи, а за ним - интервалы исходящего трафика. Число отводимых тактов может динамически меняться, что позволяет подстроить пропускную способность под трафик каждого из направлений.

Рисунок 6 - Дуплексная связь с временным разделением: кадры и временные интервалы

Входящий трафик разбивается на временные интервалы базовой станцией. Она полностью контролирует это направление передачи. Исходящий трафик от абонентов управляется более сложным образом и зависит от требуемого качества обслуживания. Мы еще вернемся к распределению временных интервалов, когда будем обсуждать подуровень МАС.

Еще одним интересным свойством физического уровня является его способность упаковывать несколько соседних кадров МАС в одну физическую передачу. Это дает возможность повысить эффективность распределения спектра путем уменьшения числа различных преамбул и заголовков, столь любимых физическим уровнем.

Для непосредственного исправления ошибок на физическом уровне используется код Хэмминга. Все сетевые технологии просто полагаются на контрольные суммы и обнаруживают ошибки с их помощью, запрашивая повторную передачу испорченных фрагментов. Но при широкополосной беспроводной связи на больших расстояниях возникает много ошибок, что их обработкой приходится заниматься физическому уровню, хотя на более высоких уровнях и применяется метод контрольных сумм. Основная задача коррекции ошибок на физическом уровне состоит в том, чтобы заставить канал выглядеть лучше, чем он есть на самом деле (точно так же компакт-диски кажутся столь надежными носителями только лишь благодаря тому, что больше половины суммарного числа бит отводится под исправление ошибок на физическом уровне).

2.3 Стандарт 802.16 протокол подуровня МАС

Уровень передачи данных разделен на три подуровня, как показано на рисунке 7.

Кадры МАС всегда занимают целое число временных интервалов физического уровня. Каждый кадр разбит на части, первые две из которых содержат карту распределения интервалов между входящим и исходящим трафиком. Там находится информация о том, что передается в каждом такте, а также о том, какие такты свободны. Карта распределения входящего потока содержит также разнообразные системные параметры, которые важны для станций, только что подключившихся к эфиру.

Канал входящего трафика состоит из базовая станция, которая определяет, что разместить в каждой части кадра. Исходящий канал имеет конкурирующие между собой станции, желающие получить доступ к нему. Его распределение тесно связано с вопросом качества обслуживания. Определены четыре класса сервисов:

Сервис с постоянной битовой скоростью;

Сервис реального времени с переменной битовой скоростью;

Сервис, работающий не в реальном масштабе времени, с переменной битовой скоростью;

Сервис с обязательством приложения максимальных усилий по предоставлению услуг.

Все предоставляемые стандартом 802.16 сервисы ориентированы на соединение, и каждое соединение получает доступ к одному из приведенных ранее классов сервиса.

Сервис с постоянной битовой скоростью предназначен для передачи несжатой речи, такой, какая передается по каналу Т1. Здесь требуется передавать предопределенный объем данных в предопределенные временные интервалы. Это реализуется путем назначения каждому соединению такого типа своих интервалов. После того как канал оказывается распределенным, доступ к временным интервалам осуществляется автоматически, и нет необходимости запрашивать каждый из них по отдельности.

Сервис реального масштаба времени с переменной битовой скоростью применяется при передаче сжатых мультимедийных данных и других программных приложений реального времени. Необходимая в каждый момент времени пропускная способность может меняться. Та или иная полоса выделяется базовой станцией, которая опрашивает через определенные промежутки времени абонента с целью выявления необходимой на текущий момент ширины канала.

Сервис, работающий не в реальном масштабе времени, с переменной битовой скоростью предназначен для интенсивного трафика -- например, для передачи файлов большого объема. Здесь базовая станция тоже опрашивает абонентов довольно часто, но не в строго установленные моменты времени. Абонент, работающий с постоянной битовой скоростью, может установить в единицу один из специальных битов своего кадра, тем самым предлагая базовой станции опросить его (это означает, что у абонента появились данные, которые нужно передать с новой битовой скоростью)..

Сервис с обязательством приложения максимальных усилий используется для всех остальных типов передачи. Никаких опросов здесь нет, а станции, желающие захватить канал, должны соперничать с другими станциями, которым требуется тот же класс сервиса. Запрос пропускной способности осуществляется во временных интервалах, помеченных в карте распределения исходящего потока как доступные для конкуренции. Если запрос прошел удачно, это будет отмечено в следующей карте распределения входящего потока. В противном случае абоненты-неудачники должны продолжать борьбу. Для минимизации числа коллизий используется взятый из Еsегпеt; алгоритм двоичного экспоненциального отката.

Стандартом определены две формы распределения пропускной способности: для станции и для соединения. В первом случае абонентская станция собирает вместе все требования своих абонентов (например, компьютеров, принадлежащих жильцам здания) и осуществляет коллективный запрос. Получив полосу, она распределяет ее между пользователями по своему усмотрению. В последнем случае базовая станция работает с каждым соединением отдельно.

2.4 Стандарт 802.16: структура кадра

Все кадры подуровня управления доступом к среде (МАС) начинаются с одного и того же заголовка. За ним следует (или не следует) поле данных, и кончается кадр также необязательным полем контрольной суммы. Это показано на рис. 4.31. Поле данных отсутствует в служебных кадрах, которые предназначены, например, для запроса временных интервалов. Контрольная сумма тоже является необязательной благодаря тому, что исправление ошибок производится на физическом уровне и никогда не бывает попыток повторно переслать кадры информации, передающейся в реальном масштабе времени.

Рассмотрим поля заголовка (рисунок 7, а). Бит ЕС говорит о том, шифруется ли поле данных. Поле Тип указывает тип кадра (в частности, сообщает о том, пакуется ли кадр и есть ли фрагментация). Поле С1 указывает на наличие либо отсутствие поля финальной контрольной суммы. Поле ЕК сообщает, какой из ключей шифрования используется (если он вообще используется). В поле Длина содержится информация о полной длине кадра, включая заголовок. Идентификатор соединения сообщает, какому из соединений принадлежит кадр. В конце заголовка имеется поле Контрольная сумма заголовка, значение которого вычисляется с помощью полинома х⁸ + х² + х + 1.

Рисунок 7 - Обычный кадр (а); кадр запроса канала (б).

На рисунке 7, б показан другой тип кадра. Это кадр запроса канала. Он начинается с единичного, а не нулевого бита и в целом напоминает заголовок обычного Кадра, за исключением второго и третьего байтов, которые составляют 16-битный номер, говорящий о требуемой полосе для передачи соответствующего числа байтов. В кадре запроса канала отсутствует поле данных, нет и контрольной суммы всего кадра.

Сети 802.16 могут охватывать целые районы городов, и расстояния при этом исчисляются километрами. Следовательно, получаемый станциями сигнал может быть разной мощности в зависимости от их удаленности от передатчика. Эти отклонения влияют на соотношение сигнал/шум, что, в свою очередь, приводит к использованию нескольких схем модуляции.

В каждой ячейке широкополосной региональной сети может быть намного больше пользователей, чем в обычной ячейке 802.11, и при этом каждому пользователю предоставляется гораздо более высокая пропускная способность, чем пользователю беспроводной ЛВС. Нелицензированной (15М) полосы частот недостаточно для такой нагрузки, поэтому сети 802.16 работают в высокочастотном диапазоне 10-66 ГГц.

Сети 802.11 поддерживают передачу информации в реальном времени (в режиме РСР), но вообще-то они не предназначены для телефонной связи и большого мультимедийного трафика. Стандарт 802.16, напротив, ориентирован на поддержку подобных приложений, поскольку он предназначен как для обывателей, так и для деловых людей.

3. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕМОВ OFDM И МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА OFDMA

На физическом уровне стандарт IEEE 802.16 предусматривает три принципиально различных метода передачи данных: метод модуляции одной несущей (SC, в диапазоне ниже 11 ГГц), метод модуляции посредством ортогональных несущих OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) и метод мультиплексирования (множественного доступа) посредством ортогональных несущих OFDMA (orthogonal frequency division multiple access).

3.1 Особенности применения модемов OFDM.

Режим OFDM - это метод модуляции потока данных в одном частотном канале (шириной 1-2 МГц и более) с центральной частотой fc. Деление же на каналы, как и в случае SC - частотное. Напомним, что при модуляции данных посредством ортогональных несущих в частотном канале выделяются N поднесущих:

fk= fc + k? f, (1)

где: k- целое число из диапазона [6 N/2, N/2] (в данном случае k ? 0). Расстояние между ортогональными несущими.

? f= 1/ Tb, (2)

где Tb - длительность передачи данных в символе.

Помимо данных OFDM6символ включает защитный интервал длительностью Tg, так что общая длительность OFDM - символа

Ts= Tb+ Tg, (3)

Защитный интервал представляет собой копию оконечного фрагмента символа. Его длительность Tg может составлять 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32 от Tb.

Каждая поднесущая модулируется независимо посредством квадратурной амплитудной модуляции.

Рисунок 8 - OFDM-символ.

Общий сигнал вычисляется методом обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) как комплексное представление удобно, поскольку генерация радиосигнала происходит с помощью квадратурного модулятора в соответствии с выражением

(4)

где:- комплексное представление символа квадратной модуляции (QAM - символа)

Для работы алгоритмов БПФ/ОБПФ желательно, чтобы количество точек соответствовало 2. Поэтому число несущих выбирают равным минимальному числу NFFT = 2, превосходящему N. В режиме OFDM стандарта IEEE 802.16 N = 200, соответственно NFFT = 256. Из них 55 ( k = 6128…6101 и 101…127) образуют защитный интервал на границах частотного диапазона канала. Центральная частота канала ( k= 0) и частоты защитных интервалов не используются (т.е. амплитуды соответствующих им сигналов равны нулю). Из остальных 200 несущих восемь частот - пилотные (с индексами ±88, ±63, ±38, ±13), остальные разбиты на 16 подканалов по 12 несущих в каждом, причем в одном подканале частоты расположены не подряд. Например, подканал 1 составляют несущие с индексами -100, -99, -98, -37, -36, -35, 1, 2, 3, 64, 65, 66. Деление на подканалы необходимо, поскольку в режиме WirelessMAN-OFDM предусмотрена (опционально) возможность работы не во всех 16, а в одном, двух, четырех и восьми подканалах - некий прообраз схемы множественного доступа OFDMA. Для этого каждый подканал и каждая группа подканалов имеют свой индекс (от 0 до 31).

Длительность полезной части Tb OFDM6символа зависит от ширины полосы канала BW и системной тактовой частоты (частоты дискретизации) Fs;

Fs = NFFT/ Tb. (5)

Соотношение Fs/ BW = n нормируется, и в зависимости от ширины полосы канала принимает значения 86/75 (BW кратно 1,5 МГц), 144/125 (BW кратно 1,25 МГц), 316/275 (BW кратно 2,75 МГц), 57/50 (BW кратно 2 МГц ) и 8/7 (BW кратно 1,75 МГц и во всех остальных случаях). Защитный интервал при OFDM-модуляции - мощное средство борьбы с межсимвольными помехами (межсимвольной интерференции, МСИ), возникающими вследствие неизбежных в городских условиях переотражений и многолучевого распространения сигнала. МСИ приводит к тому, что в приемнике на прямо распространяющийся сигнал накладывается переотраженный сигнал, содержащий предыдущий символ. При модуляции OFDM переотраженный сигнал попадает в защитный интервал и вреда не причиняет. Однако этот механизм не предотвращает внутрисимвольную интерференцию - наложение сигналов с одним и тем же символом, пришедших с фазовой задержкой. В результате информация может полностью исказиться или (например, при фазовом сдвиге на 180°) просто исчезнуть. Для предотвращения потери информации при пропадании отдельных символов или их фрагментов стандарт IEEE 802.16 предусматривает эффективные средства канального кодирования.

Кодирование данных на физическом уровне включает три стадии - рандомизацию, помехозащитное кодирование и перемежение. Рандомизация - это умножение блока данных на псевдослучайную последовательность (ПСП), которую формирует генератор ПСП с задающим полиномом вида 1 + х14 + х15. В нисходящем потоке генератор ПСП инициализируется с началом кадра посредством кодового слова 4А8016. Начиная со второго пакета кадра генератор ПСП инициализируется на основе идентификационного номера базовой станции BSID, идентификатора про филя пакета DIUC (downlink interval usage code) и номера кадра (рисунок 9). В восходящем потоке все происходит аналогично, с той лишь разницей, что инициализация генератора ПСП по схеме, приведенной на рис.2, происходит с первого пакета (вместо DIUC используется UIUC - uplink interval usage code).

Рисунок 9 - Формирование вектора инициализации генератора ПСП для рандомизации нисходящего потока OFDM.

Кодирование данных предполагает каскадный код с двумя стадиями - кодер Рида-Соломона из поля Галуа GF (256) и сверточный кодер. В базовом виде код Рида-Соломона оперирует блоками исходных данных по 239 байт, формируя из них кодированный блок размером 255 байт (добавляя 16 проверочных байт). Такой код способен восстановить до 8 поврежденных байт. Поскольку реально используются блоки данных меньшей длины K, перед ними добавляются (239 - K) нулевых байт. После кодирования эти байты удаляются. Если необходимо сократить число проверочных слов, так чтобы уменьшить число восстанавливаемых байт Т, используются только 2 первых проверочных байтов. Обязательные для поддержки в IEEE 802.16 варианты каскадного кода приведены в таблице 5.

Таблица 5. Основные режимы в стандарте IEEE 802.16.

Модуляция	Блок данных кодирования байт	Кодер Рида-Соломона	Скорость кодирования сверточного кодера	Суммарная скорость кодирования	Блокирование данных после кодирования байт
BPSK	12	(12,12,0)	1/2	1/2	24
QPSK	24	(32,24,4)	2/3	1/2	48
QPSK	36	(40,36,2)	5/6	3/4	48
16-QAM	48	(64,48,8)	2/3	1/2	96
16-QAM	72	(80,72,4)	5/6	3/4	96
64-QAM	96	(108,96,6)	3/4	2/3	144
64-QAM	108	(120,108,6)	5/6	3/4	144

После кодера Рида-Соломона данные поступают в сверточный кодер (рис.3) с порождающими последовательностями (генераторами кода) G1 = 171 (для выхода Х) и G2 = 133 (для Y) - так называемый стандартный код NASA. Его базовая скорость кодирования - 1/2, т.е. из каждого входного бита он формирует пару кодированных бит X и Y. Упуская из последовательности пар элементы Xi или Yi, можно получать различные скорости кодирования.

После кодирования следует процедура перемежения - перемешивания битов в пределах блока кодированных данных, соответствующего OFDM-символу. Эта операция проводится в две стадии. Цель первой - сделать так, чтобы смежные биты оказались разнесенными по несмежным несущим. На второй стадии смежные биты оказываются разнесенными в разные половины последовательности. Все это делается для того, чтобы при групповых ошибках в символе повреждались несмежные биты, которые легко восстановить при декодировании. Перемежение реализуется в соответствии с формулами

mk = ( Ncbps / 12) - ( kmod 12) + floor ( k / 12);

jk = s - floor ( mk / s) + ( mk + Ncbps - floor (12 mk / Ncbps)) mod s, (6)

k = 0… Ncbps - 1,

где mk и jk - номер исходного бита после первой и второй стадии перемежения, соответственно;

Ncbps - число кодированных бит в OFDM-символе (при заданном числе субканалов),

s - 1/2 числа бит на несущую (1 / 2 / 4 / 6 бит для BPSK / QPSK / 166QAM / 646 QAM, соответственно, для BPSK s= 1).

Функция floor ( x) - это наибольшее целое число, не превосходящее x; функция ( x mod r) - остаток от x/ r.

Рисунок 10 - Генерация модулирующей последовательности для пилотных несущих.

Каждой группе ставится в соответствие значения Q и I из векторных диаграмм Грея (рисунок 10), которые затем используются при непосредственной модуляции несущей.

Пилотные несущие модулируются посредством BPSK.

После определения модуляционных символов посредством ОБПФ вычисляется сам радиосигнал и передается в передатчик. При приеме все процедуры производят в обратном порядке. В режиме OFDM на физическом уровне для сетей с архитектурой "точка6многоточка" кадровая структура передачи принципиально мало чем отличается от режима SC. Так же как и в высокочастотной области, информационный обмен происходит посредством последовательности кадров (фреймов). Каждый фрейм (рис.6) делится на два субкадра - нисходящий (DL - от БС к АС) и восходящий (UL - от АС к БС). Разделение на восходящий и нисходящий каналы - как временное (TDD), так и частотное (FDD). В последнем случае DL и UL транслируются одновременно, в разных частотных диапазонах.

Нисходящий субкадр включает преамбулу, управляющий заголовок кадра (FCH - frame control header) и последовательность пакетов данных. Преамбула в нисходящем канале - посылка из двух OFDM6символов (длинная преамбула), предназначенная для синхронизации. Первый OFDM6символ использует несущие с индексами, кратными 4, второй - только четные несущие (модуляция - QPSK).

За преамбулой следует управляющий заголовок кадра - один OFDM6символ с модуляцией BPSK и стандартной схемой кодирования (скорость кодирования - 1/2). Он содержит так называемый префикс кадра нисходящего канала (DLFP - Downlink Frame Prefix), который описывает профиль и длину первого (или нескольких начальных) пакета в DL6субкадре.

В первый пакет входят широковещательные сообщения (предназначенные всем АС) - карты расположения пакетов DL-MAP, UL-MAP, дескрипторы нисходящего/восходящего каналов DCD/UCD, другая служебная информация. Каждый пакет обладает своим профилем (схема кодирования, модуляция и т.д.) и передается по средством целого числа OFDM6символов. Точки начала и профили всех пакетов, помимо первого, содержатся в DL-MAP.

Рисунок 11 - Структура OFDM-кадров при временном дуплексировании.

Нисходящий субкадр содержит интервал конкурентного доступа, включающий периоды для начальной инициализации АС (вхождение в сеть) и для запроса полосы передачи. Далее следуют временные интервалы, назначенные базовой станцией определенным абонентским станциям для передачи. Распределение этих интервалов (точки начала) содержится в сообщении UL-MAP. АС в своем временном интервале начинает трансляцию с передачи короткой преамбулы (один OFDM6символ, использует только четные несущие). За ним следует собственно информационный пакет, сформированный на МАС6уровне.

Длительность OFDM-кадров может составлять 2,5; 4; 5; 8; 10; 12,5; и 20 мс. Заданный базовой станцией, период построения кадров не может изменяться, поскольку в этом случае потребуется ресинхронизация всех АС.

Запрос на установление соединения не отличается от общепринятого в стандарте IEEE 802.16, за исключением дополнительного режима "концентрированного" запроса (Region-Focused). Он предназначен только для станций, способных работать с отдельными субканалами. В этом режиме в интервалах конкурентного доступа (заданных в UL-MAP) АС может передать короткий 46разрядный код на одном из 48 субканалов, каждый из которых включает четыре несущих. Всего предусмотрено восемь кодов. Таблица кодов и подканалов приведена в тексте стандарта IEEE 802.16. Код и номера канала АС выбирает случайным образом.

Получив кодовое сообщение, БС предоставляет АС интервал для передачи "обычного" запроса на предоставление доступа (заголовка запроса МАС6уровня) - если это возможно. Однако в отличие от других механизмов, БС в UL6MAP не указывает идентификатор запросившей ее станции, а приводит номера кода запроса, подканала, а также порядковый номер интервала доступа, в течение которого был передан запрос. По этим параметрам АС и определяет, что интервал для запроса полосы передачи предназначен ей. Выбор момента для передачи 46разрядного кода запроса доступа происходит случайным образом, по описанному выше алгоритму обращения к каналу конкурентного доступа.

Отметим, что в режиме OFDM канальный ресурс может предоставляться не только во временной области, но в отдельных подканалах (группах подканалов), если БС и абонентские станции поддерживают такую возможность. Одно из наиболее важных применений такой опции - Mesh-сеть.

3.2 MESH-сеть

Формально Mesh-сеть - это вид топологии сети IEEE 802.16 в режиме OFDM, и ее физический уровень - это OFDM. Поэтому различия Mesh6сети с уже рассмотренными режимами проявляются не только, да и не столько на физическом уровне. Основное отличие Mesh6сети от рассматриваемой до сих пор архитектуры "точка6многоточка" - в том, что если в последнем случае АС может общаться только с БС, то в Mesh6сети возможно взаимодействие непосредственно между АС. Поскольку сети стандарта IEEE 802.16 ориентированы на работу с широкими частотными каналами, Mesh6сети вошли в стандарт вовсе не с целью создания одноранговых локальных сетей - для этого есть стандарты группы IEEE 802.11. Причина в ином - необходим инструмент построения широкополосной сети, в которой трафик может передаваться по цепочке из нескольких станций, ликвидируя тем самым проблемы передачи при отсутствии прямой видимости. Соответственно и все механизмы управления, в принципе позволяющие построить децентрализованную распределенную сеть, ориентированы все же на древовидную архитектуру, с выделенной базовой станцией (корневой узел) и доминирующими потоками БС-АС. В Mesh6сети все станции (узлы) формально равноправны. Однако практически всегда обмен трафика Mesh-сети с внешним окружением происходит через один определенный узел (рис.7). Такой узел называют базовой станцией Mesh-сети, именно на него возлагается часть необходимых для управления Mesh-сетью функций. При этом управление доступом может происходить либо на основе механизма распределенного управления, либо централизованным способом, под управлением БС. Возможна и комбинация этих методов.

Базовое понятие в Mesh-сети - соседи. Под соседями определенного узла понимают все узлы, которые могут устанавливать с ним непосредственное соединение. Все они образуют соседское окружение. Узлы, связанные с заданным узлом через соседские узлы, называют соседями второго порядка. Могут быть соседи третьего порядка и т.д.

В Mesh-сети нет понятия восходящих/нисходящих каналов. Весь обмен происходит посредством кадров. Станции передают сообщения либо в отведенные им временные интервалы (в соответствии с предшествующим назначением каналов), либо получают доступ к каналам произвольным (случайным) образом. Каждый узел имеет уникальный 486 разрядный МАС-адрес. Кроме того, для идентификации внутри Mesh-сети станциям присваивается 166 разрядный сетевой идентификатор.

Рисунок 12 - Пример Mesh-сети

Распределение канальных ресурсов в Mesh-сети может быть централизованным и децентрализованным (распределенным). В свою очередь децентрализованное распределение бывает координированным с БС и не координированным. Децентрализованное распределение ресурсов подразумевает, что распределение происходит в пределах одной группы соседей (т.е. между станциями, способными непосредственно связываться друг с другом). При координированном децентрализованном распределении узлы обмениваются между собой специальными сообщениями управления распределением (distributed scheduling - DSCH).

Координированность заключается в том, что период выдачи таких сообщений каждой станцией определен и известен ее соседям. Координированные DSCH-сообщения передаются в субкадрах управления очередностью доступа в оговоренных в сетевом дескрипторе интервалах. Некоординированные DSCH-сообщения передаются в субкадре данных. DSCH-сообщения - это запросы на получение канального ресурса и ответные сообщения с предоставлением (подтверждением) свободного ресурса (временного интервала в субкадре данных).

Ресурс предоставляется соседом под конкретное соединение. Централизованное распределение ресурсов подразумевает древовидную топологию сети с БС в вершине. Оно реализовано посредством двух типов сообщений - централизованного конфигурирования CSCF и централизованного планирования CSCH. Эти управляющие сообщения размещаются в начале субкадра управления графиком доступа. Используя сообщения централизованного планирования CSCH, каждый узел определяет потребность в трафике своих дочерних узлов (т.е. трафик которых от (к) БС проходит через данный узел) и сообщает свою потребность вышестоящему узлу - вплоть до БС. Проанализировав потребность, БС рассылает сообщение CSCH, информируя каждый узел о выделенной ему полосе пропускания (в бит/с) в восходящем и нисходящем направлениях. Исходя из этих данных, каждый узел уже сам запрашивает (или назначает) расположение пакетов в субкадре данных у (для) своих соседских узлов посредством сообщений децентрализованного планирования DSCH.

Сообщения централизованного конфигурирования CSCF формируются БС и транслируются по сети для информирования всех ее узлов о текущем состоянии. CSCF включает такую информацию, как число доступных логических каналов и их перечень, перечень узлов в сети с указанием числа дочерних узлов для каждого из них, а также профили восходящих/нисходящих пакетов для каждого дочернего узла.

3.3 Особенности применения многостанционного доступа OFDMA

Режим WirelessMAN-OFDMA (далее - OFDMA), как следует из его названия, это метод множественного доступа посредством разделения ортогональных несущих. В отличие от рассмотренного в предыдущей публикации [2] метода WirelessMAN-OFDM, речь идет уже не только о механизме модуляции, но и о способе разделения каналов. Данный механизм уже достаточно хорошо известен, в частности, он нашел широкое применение в системах цифрового телевидения DVB (наземных, кабельных и спутниковых). Один логический OFDMA-канал образован фиксированным набором несущих, как правило, распределенных по всему доступному диапазону частот физического канала. В упрощенном виде этот механизм опционально используется в режиме OFDM - вспомним разбиение канала на 16 подканалов.