Mobіle WіMAX був розроблений у стандарті 802.16e-2005 і дозволив збільшити швидкість переміщення клієнтського встаткування до більше 120 км/ч.

Рисунок 16 - Режим Mobіle WіMAX

Основними досягненнями мобільного режиму можна вважати нижчеподані фактори:

1. Стійкість до багатопроменевого поширення з і власних перешкод;

2. Масштабована пропускна здатність каналу;

3. Технологія Tіme Dіvіsіon Duplex (TDD), що дозволяє ефективно обробляти асиметричний графік і спрощує керування складними системами антен за рахунок естафетної передачі сесії між каналами;

4. Технологія Hybrіd-Automatіc Repeat Request (H-ARQ), що дозволяє зберігати стійке з'єднання при різкій зміні напрямку руху клієнтського встаткування;

5. Розподіл виділюваних частот і використання субканалів при високому завантаженні дозволяє оптимізувати передачу даних з урахуванням сили сигналу клієнтського встаткування;

6. Керування енергозбереженням дозволяє оптимізувати витрати енергії на підтримку зв'язку портативних пристроїв у режимі очікування або простою;

7. Технологія Network-Optіmіzed Hard Handoff (HHO), що дозволяє до 50 мс і менше скоротити час на перемикання клієнта між каналами;

8. Технологія Multіcast and Broadcast Servіce (MBS), що поєднує функції DVB-H, MedіaFLO й 3GPP E-UTRA для:

- досягнення високої швидкості передачі даних з використанням одночастотної мережі;

- гнучкого розподілу радіочастот;

- низького споживання енергії портативними пристроями:

- швидкого перемикання між каналами.

9. Технологія Smart Antenna, що підтримує субканали й естафетну передачу сесії між каналами, що дозволяє використати складні системи антен, включаючи формування діаграми спрямованості, просторово-часове маркірування, просторове мультиплексування (ущільнення);

10. Технологія Fractіonal Frequency Reuse, що дозволяє контролювати накладення / перетинання каналів для повторного залучення частот з мінімальними втратами;

11. Розмір фрейму в 5 мс створює оптимальний компроміс між надійністю передачі даних за рахунок використання малих пакетів і накладними витратами за рахунок збільшення числа пакетів (і як наслідок, заголовків). [5].

4. Захист зв'язку WiMAX

Захищений зв'язок (Securіty Assocіatіon, SA) - однобічне з'єднання для забезпечення захищеної передачі даних між пристроями мережі. SA бувають двох типів:

- Data Securіty Assocіatіon, захищена зв'язок для даних;

- Authorіzatіon Securіty Assocіatіon, захищена зв'язок для авторизації.

Захищений зв'язок для даних

Захищений зв'язок для даних буває трьох типів:

- Первинна(основна) (Prіmary SA);

- Статична (Statіc SA);

- Динамічна (Dynamіc SA).

Первинний захищений зв'язок установлюються абонентською станцією на час процесу ініціалізації. Базова станція потім надає статичний захищений зв'язок. Що стосується динамічних захищених зв'язків, то вони встановлюються й ліквідуються в міру необхідності для сервісних потоків. Як статична, так і динамічна захищені зв'язки можуть бути однієї для декількох абонентських станцій.

Захищений зв'язок для даних визначається:

- 16-бітним ідентифікатором зв'язку;

- Методом шифрування, застосовуваним для захисту даних у з'єднанні;

- Двома Traffіc Encryptіon Key (TEK, ключ шифрування трафіку), що тече й той, котрий буде використатися, коли в поточного TEK закінчиться строк життя;

- Двома двобітними ідентифікаторами, по одному на кожен TEK;

- Часом життя TEK. Може мати значення від 30 хвилин до 7 днів. Значення за замовчуванням 12 годин;

- Двома 64-бітними векторами ініціалізації, по одному на TEK (потрібно для алгоритму шифрування DES);

- Індикатором типу зв'язку (первинна, статична або динамічна).

Абонентські станції звичайно мають один захищений зв'язок для даних для вторинного частотного каналу керування (secondary management channel); і або один захищений зв'язок даних для з'єднання в обидва боки (uplіnk й downlіnk), або один захищений зв'язок для даних для з'єднання від базової станції до абонентської й одну - для зворотного.

Абонентська станція й базова станція розділяють один захищений зв'язок для авторизації. Базова станція використає захищений зв'язок для авторизації для конфігурування захищеного зв'язку для даних.

Захищений зв'язок для авторизації визначається:

- сертифікатом X.509, що ідентифікує абонентську станцію, а також сертифікатом X.509, що ідентифікує виробника абонентської станції.

- 160-бітовим ключем авторизації (authorіzatіon key, AK). Використається для аутентифікації під час обміну ключами TEK.

- 4-бітовим ідентифікатором ключа авторизації.

- Часом життя ключа авторизації. Може приймати значення від 1 дня до 70 днів. Значення за замовчуванням 7 днів.

- 128-бітовим ключем шифрування ключа (Key encryptіon key, KEK). Використається для шифрування й розподілу ключів TEK.

- Ключем HMAC для спадних повідомлень (downlіnk) при обміні ключами TEK.

- Ключем HMAC для висхідних повідомлень (uplіnk) при обміні ключами TEK.

- Списком data SA, для яких дана абонентська станція авторизована.

KEK обчислюється в такий спосіб:

1. Проводиться конкатенація шістнадцятирічного числа 0x53 із самим собою 64 рази. Виходять 512 біт.

2. Праворуч приписується ключ авторизації.

3. Обчислюється хэш-функція SHA-1 від цього числа. Виходять 160 біт на виході.

4. Перші 128 біт беруться в якості KEK, інші відкидаються.



Рисунок 17 - Процедура аутентифікації

Ключі HMAC обчислюються в такий спосіб:

1. Проводиться конкатенація шістнадцятирічного числа 0x3A (uplіnk) або 0x5C (downlіnk) із самим собою 64 рази.

2. Праворуч приписується ключ авторизації.

3. Обчислюється хэш-функція SHA-1 від цього числа. Виходять 160 біт на виході. Це і є ключ HMAC.

Для шифрування переданих даних необхідний спеціальний ключ, що зветься TEK. Цей ключ вибирається базовою стацією випадково, однак при його передачі на абонентську станцію використається ключ AK, а також два додатково вироблюваних ключі: ключ шифрування ключів - КЕК і ключ аутентифікації повідомлень - HMAC key. Ключ TEK шифрується одним з наступних способів:

- за допомогою алгоритму 3DES на ключі KEK, при цьому довжина ключа KEK дорівнює 112 біт;

- за допомогою системи шифрування RSA, відкритий ключ береться із цифрового сертифіката Х.509;

- за допомогою алгоритму AES на ключі KEK, довжина якого в цьому випадку дорівнює 128 біт.

При обміні повідомленнями хэш-функція HMAC-SHA1, що крім контролю цілісності забезпечує захист від підміни (тому що використає ключ АК, відомий тільки АС і БС) (див. мал. 6.1Для шифрування повідомлень стандарт передбачає використання алгоритму DES у режимі CBC або алгоритм AES у режимі CCM. Сам процес шифрування показаний на мал. 6.3 для алгоритму DES).

Рисунок 18 - Передача ключа шифрування даних

Рисунок 18 - Процес шифрування даних за допомогою алгоритму DES у режимі CBC



Рисунок 19 - Структура шифрованого повідомлення при використанні алгоритму AES PN - номер пакета

Недоліками можна вважати дефіцит устаткування, що повністю відповідає всім вимогам і стандартам, які розробляються й приймаються організацією WіMAX - Forum. Устаткування, що випускається для WіMAX різними виробниками, не сумісно один з одним і технічними характеристиками істотно відрізняються від тих, що були закладені в стандарт.

Обмеження використання частот уведені ГОС. Комісією з розподілу частот. Після введення цих обмежень радіус дії й потужність базових станцій у діапазонах, у яких працює WіMAX, сильно обмежили, і у великому місті, чисельність населення якого більше 1 млн. чоловік, радіус дії не повинен перевищувати 3 км. Пристрою з підтримкою WіMAX дороги Поки що дуже обмежене покриття мережі.

5. Принципи побудови мережі WіMAX

Побудова мережі WіMAX припускає використання трьох типів устаткування - базові станції (БС), абонентський комплект (абонентська станція - АС) і встаткування для організації зв'язку між базовими станціями - ретрансляційні станції (РС).

Рисунок 20 - Об'єднання філіальної мережі в межах міста

Розглянемо топологію мережі SkyMAN. Мережа ШБД SkyMAN може включати одну або кілька базових станцій (БС), об'єднаних бездротовими магістралями SkyMAN або іншими каналами зв'язку. Кожна БС містить від одного до шести секторів. До складу мережі включені ретрансляційні станції (РС), що забезпечують збільшення дальності й дозволяють обходити великі перешкоди, що закривають БС від окремих АС. АС підключаються по радіо до БС або РС. АС, що перебуває в зоні радіовидимості більш ніж однієї БС, може бути зареєстрована на кожній з них, при цьому підтримується адаптивний вибір БС, що забезпечує кращу якість обслуговування. Така властивість системи дозволяє забезпечити гаряче резервування каналу АС-БС, підвищуючи надійність мережі в цілому.



Рисунок 21 - Топологія мережі SkyMAN

Базова станція (БС). БС системи SkyMAN Access призначена для бездротового підключення абонентів до Інтернет і ТФОП, а також об'єднання територіально - рознесених корпоративних мереж у єдину мережу.

БС будується по модульному принципі і може включати від одного до 6 модулів, залежно від вимог до пропускної здатності, дальності передачі, використовуваного частотного діапазону й наявності вільних частот. Кожний з модулів (або радіоінтерфейсів у двомодульних моделях) забезпечує обслуговування одного просторового сектора в межах діаграми спрямованості використовуваної антени. Типові значення зони охоплення кожного сектора 360° (один сектор), 120° (три сектори), і 60° (шість секторів). Устаткування БС не накладає певних вимог до ширини сектора, що у конкретних випадках може бути довільною, обумовленою конкретною топологією мережі, наявністю частотного ресурсу й розміщенням абонентів.

До складу БС входять:

- Бездротові маршрутизатори R5000 - від 1 до 6, по одному на сектор. Для малопотужних БС можуть використатися двомодульні бездротові маршрутизатори - по одному на два сектори. Односекторні БС забезпечують швидкість передачі до 54 Мбіт/с. Багатосекторні БС які забезпечують роботу зі швидкістю до 48 Мбіт/з на сектор.

- Антенно-фідерні пристрої - по кількості секторів базової станції.

- Ліцензії для підключення спеціалізованих абонентських станцій, на кожен сектор базової станції.

- Програмне забезпечення для керування мережею SkyMAN

- Комутатор Ethernet (опціонально).

- Шафа для монтажу встаткування (опціонально).

- Джерела безперебійного живлення (опціонально).

Рисунок 22 - Типова схема односекторної БС



Рисунок 23 - Типова схема 6-секторной БС

Рекомендації з побудови БС. Рекомендації з побудови БС випливають із аналізу умов роботи систем фіксованого бездротового доступу:

- Звичайно потік від БС до АС (спадний) значно перевищує потік висхідний.

- Ширина діаграми спрямованості секторної антени БС приблизно в 10 разів більше ширини діаграми спрямованості антени АС.

- Багатосекторних БС працює одночасно з АС різних секторів.

- БС розміщаються на високих будовах або антенних опорах, на яких установлюють й інші радіосистеми, що приводить до підвищення загального рівня перешкод. Крім того, високе розташування антен БС саме по собі приводить до збільшення рівня й кількості перешкод. Як наслідок, відношення сигнал/шум на БС істотно гірше чому на АС.

- Підвищення швидкості передачі практично не погіршує умов роботи сусідніх систем.

- Підвищення швидкості прийому приводить до істотного зниження завадостійкості. Облік специфіки роботи систем фіксованого бездротового доступу дозволив виробити наступні рекомендації:

- На багатосекторних БС швидкість у напрямку БС-АС не повинна перевищувати 48 Мбіт/з, у зворотному напрямку - 24 Мбіт/с.

- Необхідно обмежувати діапазон регулювання швидкості передачі АС знизу, або відслідковувати деградацію швидкості кожного клієнта.

- Використати механізм автоматичного вибору швидкості.

- У холодних регіонах все встаткування БС і всі пристрої з опцією Р300 повинне вибиратися модифікації ВІД, тобто з розширеним температурним діапазоном.

Ретрансляційна станція (РС). РС призначена для підвищення дальності дії БС, обходу великих перешкод, а також для створення протяжних магістральних каналів точка-точка. Кількість підключень послідовно РС не обмежена. До кожної РС може бути підключена одна або трохи РС й/або АС

До складу РС входять:

- Двухмодульний бездротовий маршрутизатор R5000.

- Спрямована антена для зв'язку із БС (у випадку РС без інтегрованої антени).

- Всеспрямована, секторна або спрямована антена для підключення АС й/або РС.

- Кабелі для підключення антен.

- Ліцензія для підключення спеціалізованих АС до РС.

Для бездротового об'єднання мереж діапазонів 2,4 й 5/6 ГГЦ випускаються двомодульні двох діапазонні бездротові маршрутизатори.



Рисунок 24 - Типова схема ретрансляційної станції

Абонентська станція (АС) АС призначена для бездротового підключення абонентів до БС або РС, а також для створення магістральних каналів «точка-точка».

Склад АС:

- Абонентський бездротовий маршрутизатор з інтегрованою антеною або розніманням для підключення зовнішньої антени.

- Спрямована антена й антенний кабель для моделей без інтегрованої антени.

Рисунок 25 - Типові схеми АС

Система керування мережею. Система керування мережею (Network Monіtorіng/Management System - NMS) призначена для моніторингу мережі в реальному часі з метою оперативного керування. Система базується на програмних засобах керування й моніторингу мереж типу HP OpenVіew, WhatsUp і т. п. і забезпечує графічне подання карти мережі й параметрів БС, АС і РС. Крім цього NMS дозволяє вести системний журнал і планувати події за допомогою планувальника. До складу системи також включений ІWR Manager для настроювання встаткування, що реалізує в простій й інтуїтивно зрозумілій формі основні настроювання активних пристроїв мережі. Для тонкого настроювання використається командна мова системи SkyMAN. Основа серії - нова апаратна платформа, заснована на потужному процесорі ІBM PowerPC з тактовою частотою 200-400 Мгц.

Рисунок 26 - Діалогове вікно системи керування мережею

6. Загальна схема мережі

Під час розробки мережі використовувалась топології - SkyMAN та зірка. В топології зірка кожний комп'ютер від'єднується окремим кабелем до спільного пристрою, що знаходиться у центрі мережі, і називається концентратором. У функції концентратора входить направлення інформації, що передається якимось комп'ютером, одному чи усім іншим комп'ютерам мережі. Головна перевага даної топології перед спільною шиною - вища надійність. Пошкодження кабелю стосується лише того комп'ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Крім того, концентратор може відігравати роль інтелектуального фільтра інформації, що поступає від різних станцій у мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі. До недоліків топології типу зірка відноситься вища вартість мережевого обладнання (вартість концентратора). Крім того, можливості з нарощення кількості станцій у мережі обмежуються кількістю портів концентратора.

Підчас розробки мережі обраховувався час затримки проходження сигналу від найдальшої робочої станції до концентратора. Найбільша відстань від маршрутизатора до абонента на поверсі 76 м. З'єднання між поверхами виконується за допомогою точок доступу мережі WiMAX. В межах поверху неекранована вита пара (UTP5). Концентраторі і точка доступу розміщуються в коридорі на кожному поверсі. Таке розміщення здешевить витрати на монтуванні та витраті кабелю. Базова станція яка розміщується на четвертому поверсі передає в постійному режимі частоти на точки доступу. Дозволений радіус у великих містах такої базової станції не більше трьох км.

Концентратори на усіх поверхах мають по 4 резервних порти, що забезпечує розширення мережі та підключення нових абонентів майже у всьому будинку, точки доступу дозволять з легкістю використовувати мобільні пристрої для доступу до мережі Інтернет які мають вбудований WiMAX модем.

7. Розрахунок PDV

Розглянемо найкритичнішу ділянку мережі - з найбільш віддаленим концентратором і комп'ютерами.

Врахуємо що

· подвоєна затримка вноситься повторювачем класу 1, рівна 33,5*2=67bt (bit interval - бітові інтервали)

· Затримка, що вноситься кабелем

UTP Cat 5 1,112 bt

Точка доступу 1,0 bt

· Два адаптера TX/FX 100 bt

Для розрахунку PDV розглянемо один домен колізій

Отже:

2 адаптера TX = 100bt

Сегмент А 80*1.112=88,96bt

Сегмент В 75*1.112=83,4bt

Стек кінця 2 67bt

PDV=67+88,96+83,4+100=336,36

Отже PDV = 367,16

Додамо ще 10% запасу від знайденого PDV. В результаті PDV = 369,996. Знайдене значення значно менше за 512, отже мережа відповідає стандарту.

Висновок

Для розробки даної курсової роботи було необхідно продумати та пояснити кожний крок. Темою було обрано «розробка мережі архітектури WiMAX», так як у даний час бере провідні мережі являються досить актуальним питанням. Мережа WiMAX являється досить розповсюдженою у великих країнах. Вона являється популярною серед великої кількості людей у різних вікових групах. В курсовій роботі створено схеми мережі по розташування робочих станцій у приміщенні, яка досить непогано спростила задачу. Мережа WiMAX дозволяє легко та зручно користувачам з будованим WiMAX-модемом підключатись до відкритої мережі без особливо-прикладених до цього зусиль. Але як і всі архітектури мереж, мережа WiMAX має свої плюси та мінуси:

1. - Швидкість передачі шестисекторної базової станції до 288 Мбіт/с

2. - Максимальна швидкість передачі односекторної БС й у каналі «точка-точка» - 54 Мбіт/с.

3. - Протокол доступу до середовища на основі адаптивного поллінга.

4. - Потужні можливості Qo і приоритезації графіка, підтримка Voі.

5. - Вбудовані засоби підтримки офісної Voі телефонії.

6. - Підтримка засобів забезпечення безпеки, послуг VPN і брандмауер.

7. - Розвинені інструменти керування мережею й засобу діагностики.

8. - Топологія «точка-багато-точка» і «точка-точка», можливість ретрансляції.

9. - Збереження працездатності в умовах конденсації вологи.

10. - Убудовані засоби грозозахисту тракту ODU-ІDU.

Поставлена задача у створенні курсової роботи за темою «розробка мережі архітектури WiMAX», була виконана у повному обсязі та з додатковими завданнями, які були поставлені для кращої реалізації проекту. При розробці даного проекту, було використано велику кількість літератури, з метою покращення своїх знань та навичок. Література використовувалась, також з метою докладнішого вивчення властивостей різних елементів мережі.

До цього проекту була розроблена пояснювальна записка, згідно самостійної розробки. Дана записка містить вісім розділів для зручної розробки проекту. В кожному розділі детально розписані всі дії які буде необхідно виконати для того щоб реалізувати створення даного проекту.

Список літератури

1. Вишневский В., Портной С., Шахнович И. «Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G». «Техносфера» 2009 г.

2. Шахнович И. Статья: «Стандарт широкополосного доступа IEEE 802.16»

3. В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной, И.В. Шахнович «Широкосмугові беспроводные сети передачи информации» М. Техносфера, 2005.

4. WiMAX Forum http://www.wimaxforum.org/.

5. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа. - М.:Эко-Трендз, 2005. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru