Застосування технології WiMAX в місті Черкаси

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет технологій і дизайну

Черкаський державний технологічний університет

Застосування технології WiMAX в місті Черкаси

Мордовець С.А., Одокіенко С.М.

Катаєва Є.Ю,

Анотація

wimax бездротовий радіохвиля мережа

У даній статті описується поточний стан з впровадження технології WiMAX в місті Черкаси. Буде проводитися планування мережі та вимір зони охоплення територій. В ході проектування мережі, була розглянута і вивчена структура широкосмугового бездротового мережі передачі даних. В подальшому буде зроблено розрахунок дальності поширення радіохвиль, можлива пропускна здатність каналів, кількість базових станцій, необхідних для повного покриття території м. Черкаси. Буде проведено аналіз мережі під час найбільшого навантаження.

Ключові слова: Speedtest, WiMAX, Wi-Fi, міські мережі, Черкаси.

Постановка проблеми. На сьогоднішній день Україна на 112 місці в світі за швидкістю мобільного інтернету, згідно даним Speedtest Global Index [1], За швидкістю мобільного інтернету наша країна опинилася між Єгиптом і Венесуелою. Це найгірший результат в Європі. Вище за Україну в рейтингу Пакистан, Кенія, Білорусь. У першій трійці країн з найшвидшим мобільним інтернетом Норвегія, Нідерланди та Угорщина.

Однак за швидкістю широкосмугового інтернету наша країна зайняла 39 місце, розмістившись між Польщею і Росією.

За даними Speedtest, середня швидкість мобільного інтернету в Україні -- 8,46 Mbps в секунду при скачуванні (download), і 2,39 Mbps при завантаженні (upload), широкосмугового -- J, 34,2 Mbps і І 33,64 Mbps відповідно.

Однією з причин такої ситуації є відсутність 4G. Для його впровадження необхідно пройти конкурс з видачі ліцензій. Після операторам знадобиться час на закупівлю технологій і поширення 4G -- це може зайняти до двох років. Але вихід є -- технологія WiMAX простіша в застосуванні та дешевша в ліцензуванні.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Питанням впровадження та особливостями розрахунку мережи широкосмугового інтернету на базі технології WiMAX було приділено багато уваги в різних країнах СНГ.

Часто порівнюють такі сучасні технології передачі даних, як WiMAX і Wi-Fi. Незважаючи на те, що обидві технології мають співзвучні назви. WiMAX технологія з'явилася пізніше, то можна припустити, що WiMAX це вдосконалена модель Wi-Fi, але це не так. Ці технології мають різні сфери застосування. WiFi є технологією, в основному призначеної для організації невеликих бездротових мереж усередині приміщень і побудови бездротових мостів. Технологія WiMAX, в свою чергу, призначена для організації широкосмугового зв'язку поза приміщеннями і для організації великомасштабних мереж. WiMAX розроблявся як міська обчислювальна мережа (MAN). Розглянемо деякі інші відмінності між цими технологіями. Якість зв'язку у WiMAX кілька краще, ніж у Wi-Fi мережі. Наприклад, коли певна кількість користувачів підключені до однієї точки доступу Wi-Fi, вони буквально «б'ються» за доступ до каналу зв'язку. У свою чергу, технологія WiMAX забезпечує кожному користувачеві постійний доступ. Алгоритм, побудований на технології WiMAX, встановлює обмеження на число користувачів для однієї точки доступу. Коли базова станція WiMAX наближається до максимуму свого потенціалу, вона автоматично перенаправляє «надлишкових» користувачів на сусідню базову станцію.

Але WiMAX і раніше знаходиться в зародковому стані, і будуть потрібні значні вкладення в інфраструктуру наразі для отримання комерційної вигоди. Wi-Fi є вже самодостатньою системою і швидке розгортання мереж Wi-Fi не робить ніяких проблем. Підприємства з величезними площами, можливо, захочуть перейти на WiMAX, щоб уникнути покупки великої кількості репітерів і роутерів, необхідних при установці Wi-Fi мережі. На даний момент, в Україні таке обладнання відсутнє в широкому продажі. Але в зв'язку з тим, що дана технологія, величезними кроками йде до розвитку і поширення, то ситуація може змінитися. Wi-Fi це система зв'язку більш короткої дії, зазвичай покриває десятки метрів, яка використовує неліцензовані діапазони частот для забезпечення доступу до мережі. WiMAX і Wi-Fi мають абсолютно різний механізм Quality of Service (QoS). WiMAX використовує механізм, заснований на встановленні з'єднання між базовою станцією і абонентським пристроєм. Кожне з'єднання засноване на спеціальному алгоритмі планування, який гарантує параметр QoS для кожного з'єднання. Wi-Fi, в свою чергу, використовує механізм QoS подібний до того, що використовується в Ethernet, при якому пакети отримують різні пріоритети. Такий підхід не гарантує однаковий QoS для кожного з'єднання [2].

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми. Розглянемо доцільність використання WiMAX як технології доступу. Проблема останньої милі завжди була актуальною задачею для зв'язківців. До теперішнього часу з'явилося безліч технологій останньої милі, і перед будь-яким оператором зв'язку стоїтьзавдання вибору технології, оптимально вирішує завдання доставки будь-якого виду трафіку своїм абонентам. Універсального рішення цього завдання не існує, у кожної технології є своя область застосування, свої переваги і недоліки. На вибір того чи іншого технологічного рішення впливає ряд факторів, в тому числі:

стратегія оператора, цільова аудиторія, пропоновані в даний час і плановані до надання послуги,

• розмір інвестицій в розвиток мережі і термін їх окупності,

• Вже наявна мережева інфраструктура, ресурси для її підтримки в працездатному стані,

• час, необхідний для запуску мережі і початку надання послуг,

• інші фактори.

У кожного з цих факторів є своя вага, і вибір тієї чи іншої технології приймається з урахуванням всієї їх сукупності. Проста і ефективна модель, що дозволяє швидко оцінити економічні параметри застосування технології WiMAX [3].

Мета: побудова мережі стандарту WiMAX 802.16 на території міста Черкаси та надання послуг широкосмугового доступу в інтернет.

Для реалізації мережі WIMAX в м. Черкаси потрібно:

• розробити схему організації на основі технології WiMAX, що забезпечує послугами передачі даних;

вибрати апаратуру приймально-передавальних станцій;

• забезпечити передачу інформації з кожної базової станції на центральний пульт спостереження і контролю мережі.

Виклад основного матеріалу. WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) -- стандарт бездротового зв'язку, що забезпечує широкосмуговий зв'язок на значні відстані зі швидкістю, порівняною з кабельними з'єднаннями. Назву «WiMAX» було створено WiMAX Forum -- організацією, яку засновано в червні 2001 року з метою просування і розвитку WiMAX.

Технологія WiMAX використовується OFDM сигнал (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), широкосмуговий сигнал з розняття по частотному спектру вузькосмугових сигналів, що дозволяє передавати нависоких швидкостях дані. Специфікації WiMAX строго визначаються використовування частот, шириною смуги пропускання, потужність випромінювання пристроїв, методи передачі даних и доступу

На сьогоднішній день в світі існує кілька специфікацій WiMAX:

• Fixed WiMAX -- стаціонарний, для нерухомих об'єктів.

• Nomadic WiMAX -- забезпечує роботу при сесії підключення: підключення можливо до різних базових станцій, але при переміщенні користувача між ними, користувач буде змушений відключатися від WiMAX-мережі на короткий час.

• Portable WiMAX -- портативний.

• Mobile WiMAX -- мобільний.

Принцип роботи: у загальному вигляді

WiMAX мережі, як і інші мережі типу клієнт-ба- за, складаються з двох частин -- базової станції і приймальної апаратури у клієнта.

Для з'єднання базової станції і клієнтського обладнання використовується діапазон високих частот від 1,5 до 11 ГГц. У лабораторних ідеальних умовах швидкість обміну даними може досягати межі 70 Мбіт/с, при цьому не потрібно прямої видимості між базовою станцією і приймачем, а тільки радіовидимість [4].

Фіксований варіант WiMAX 802.16--2004. Специфікація затверджена у 2004 році. Використовується ортогональне частотне мультиплексу- вання (OFDM), підтримується фіксований доступ у зонах з наявністю або відсутністю прямої видимості. Користувацькі пристрої являють собою стаціонарні модеми для встановлення поза й всередині приміщень, а також РСМСІА-карти для ноутбуків. У більшості країн під цю технологію відведені діапазони 3,5 та 5 ГТц. За відомостями WiMAX Forum, налічується вже близько 175 впроваджень фіксованої версії. Багато аналітиків бачать у ній конкурентну або взаємодопов- нювальну технологію дротового широкосмугового доступу DSL.

Мобільний WiMAX 802.16--2005. Оптимізова- на для підтримки мобільних користувачів версія підтримує низку специфічних функцій, таких як хендовер, «idlemode» та роумінг. Застосовується масштабований OFDM-доступ (SOFDMA), можлива робота при наявності або відсутності прямої видимості. Частотні діапазони, що плануються для мереж Mobile WiMAX, такі: 2,3; 2,5; 3,4--3,8 ГГц. Один із перших пілотних проектів у світі національного масштабу був анонсований і реалізований оператором Sprint у 2006 і 2008 роках, відповідно. Конкурентами 802.16е є всі мобільні технології третього покоління (наприклад, EV-DO, HSXPA) [5].

До переваг технології відносяться:

• велика дальність радіопокриття і висока швидкість;

• стандартизація технології WiMAX, що дозволяє купувати користувачам обладнання у різних постачальників, за умови взаємодії між різними пристроями з пристроєм провайдера;

• робота при відсутності прямої видимості між базовою станцією і абонентським обладнанням;

• висока якість передачі даних, медіатрафіка.

До недоліків технології відноситься:

• недолік пристроїв, недолік частот в міському середовищі;

• необхідність ліцензування;

• складності при впровадженні нової технології, через що на даний момент відсутня можливість забезпечення якісного зв'язку з низькою вартості.

Частотне планування мережі WiMAX

Технологія OFDMA дозволяє управляти потужністю переданих eNB піднесуть, в зв'язку з чим стає можливим застосування різних методів повторного використання частот. Найбільший інтерес представляють м'яке і дробове використання частот, так як вони підвищують пропускну здатність каналів. При м'якому повторному використанні частот коефіцієнт повторного використання прагне до одиниці, тобто, в кожної соте може використовуватися вся смуга системи. При дробовому повторному використанні частот коефіцієнт менше одиниці (рис. 1).

Рис. 1. Варіанти повторного використання частот

Методи ослаблення соканальних перешкод. При проектуванні мережі необхідно знайти золоту середину, використовуючи найбільший частотний діапазон, при збереженні співвідношення сигнал шум на мінімально допустимому рівні.

Існують кілька основних шляхів вирішення проблеми недостатньої величини параметра (2 для кластера з все спрямованими антенами.

Перший метод -- збільшення кількості сот в кластері. Стільникова структура дозволяє збільшити пропускну здатність каналу, всієї системи шляхом збільшення сот, зменшення розмірів сот і зменшення потужності передавачів. Однак поряд з очевидними перевагами, зменшення радіуса сот має і недоліки:

¦ на проектованої площі доводиться розміщувати більшу кількість базових станцій і антен, що має на увазі додаткові фінансові витрати;

* оскільки стандарт WiMAX відноситься до частотно тимчасового поділу каналів (ГИМА), то збільшення в кластері сот призведе до зниження числа каналів в окремих сотах, і до зниження трафіку.

Друге рішення полягає в ослабленні соканальних перешкод при використанні секторних антен, з шириною діаграми спрямованості в 60° або 90°. Тобто кожна сота розділяється на чотири або шість секторів відповідно.

На рис. 2 зображено група сот з використанням антен, діаграма спрямованості яких дорівнює 60°.

Рис. 2. Група сот з використанням антен, діаграма спрямованості 60”

При використанні секторних структур сот, значно знижується вплив соканальних перешкод сусідніх базових станцій працюють на одних і тих же частотах. Але, так само є і недолік: на кожен з шести секторів базової станції доводиться окремий антенно-фідерний тракт, гцо так само має на увазі додаткові фінансові витрати.

Рішення проблеми пов'язаних з соканальнимі перешкодами на краю сот, в стандарті WiMAX запропонований метод, комбінованого повторного використання частоти (FFR), тобто комбіноване планування сот. У FFR користувачі, що знаходяться на краю стільники використовують частину всіх доступних подканалов, в той час як користувачі всередині, тобто в центрі стільники користуються всіма доступними підканалах. Користувачі ж, що знаходяться на краю стільники, працюють з частотами Reuse-3 (R3), в той час як користувачі в центрі стільники працюють з частотами Re use-1 (Rl). В процесі передачі кадру абоненти R3 згруповані в зону R3, яка відокремлена в часі від зони Reuse-1. Перевага методу FFR полягає в наданні абонентам на краю сот кращої якості сигналу, за рахунок фізичного поділу від джерела перешкод. Покращена якість сигналу також надає більш високу пропускну здатність для користувачів на краю стільники. Однак це досягається за рахунок менш ефективного спектрального розподілу каналів. Таким чином, важливо проаналізувати, переважають чи переваги над недоліками.

Надання зон в БС для конкретного користувача може бути засноване на декількох параметрах. Ці параметри повинні бути визначені з сигналів посилок від МС до БС. Як випливає зі сказаного, принцип FFR істотніше, для вирішення проблем пов'язаних, з соканальними перешкодами користувачів, що знаходяться на краю стільники. Отже, параметри для призначення зон, розглядаються від БС до МС. БС працює одночасно з обома зонами, як з R1, так R3, налаштовуючи поріг переходу з зони в зону. Однак, головний недолік принципу призначення зон полягає в тому, що якість сигналу не обов'язково корелює з відстанню від БС через ефектів, відомих як швидкі завмирання і затінення.

В процесі оцінки стандарту WiMAX одним з найважливіших параметрів є охоплення і досить хорошу якість сигналу, який описує відсоток користувачів, які можуть бути обслужені.

Використання у місті Черкаси

Місто Черкаси знаходиться біля річки Дніпро в центрі України. В місті багато багатоквартирних будинків та присутній приватний сектор. Висота будинків переважно 10 поверхів, є декілька будівель до 18 поверхів, також присутня висотка 20 поверхів.

WiMAX послуги доступу до широкосмугової мережі Інтернет надають компанії Canopy. Canopy -- це технологія бездротової передачі даних, що забезпечує високоякісний симетричний доступ в Інтернет, надійну і безпечну передачу даних. Максимальна швидкість доступу до 4 Мбіт/с. Послуги з використанням технології Canopy надаються також в інших містах

Тарифи на послуги з використанням технології Canopy залежать від індивідуальних умов і визначається окремо для кожного клієнта, необхідно перевірити зону покриття.

Мережа WiMAX в місті Черкаси зайняло нішу між мобільним Інтернетом та оптоволо- конними мережами. Є затримки сигналів, але перевага в тому, що є безлімітні тарифи. Для жителів приватного сектора і передмістя міста Черкаси поки не існує альтернативи даної технології для доступу до широкосмугової мережі. В майбутньому більш широкий розвиток опто- волоконної мережі звузити ринок користувачів технології WiMAX.

Висновок

У даній роботі було проведено дослідження багатоканальної телекомунікаційної мережі. Для оптимального рішення, обрана технологія на базі стандарту WiMAX. Дана технологія дуже перспективна на сьогоднішній день.

В процесі дослідження мережі WiMAX в м. Черкаси були вирішені наступні завдання:

— виконано огляд технології WiMAX, ознак, що відрізняють дану технологію від інших технологій широкосмугового доступу;

— розглянуті основні принципи, що використовуються при побудові мереж на основі WiMAX;

Це говорить про певну ефективності від впровадження мереж WiMAX, а також показує, що для більш повного задоволення потреб абонентів розвиток мереж необхідно продовжити.

Список літератури

1. Статистика швидкості Інтернету [Електронний ресурс]. - Режим доступу: https://www.speedtest.net/ global-index

2. Основні поняття і терміни технології [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://ua.wikipedia.org/wiki/ WiMAX

3. Офіційний форум WiMAX [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://wimaxforum.org

4. Вишневский В. А. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G / В. А. Вишневский, С. П. Портной. И. О. Шахнович. 2009.

5. Карабутов Н. Н. Информационные технологии в экономике / Н. Н. Карабутов, 2003. - 206 с.

Размещено на Allbest.ru