`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

IEEE 802.16 может изменить ситуацию в широкополосном доступе

0 
 

Вопреки обещаниям, существующие системы широкополосного беспроводного доступа, такие, как LMDS и MMDS, оказались нерентабельными при решении проблемы "последней мили" для доставки данных, голоса и видео в дома, офисы, университетские городки и т. п. Как полагают, одной из основных причин явилось отсутствие соответствующих стандартов.
Похоже, индустрия фиксированных широкополосных беспроводных сетей доступа (Fixed Broadband Wireless Access -- FBWA) созрела, чтобы иметь собственный стандарт. Считается, что спецификация IEEE 802.16 и радиоинтерфейс, который называется WirelessMAN (MAN -- Metropolitan Area Networks), положат начало широкому распространению этой технологии во всем мире.

Исторически начало разработки нового стандарта приходится на август 1998 г., когда состоялась встреча, организованная Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST). Инициатива получила положительную оценку группы IEEE 802, и уже в 2001 г. был одобрен вариант, предусматривающий радиоинтерфейс для частот от 10 до 66 GHz. Однако коротковолновый диапазон доступен далеко не всем, и проект дополнили поправкой IEEE 802.16a, которая расширила используемый спектр в область низких частот, включив в него полосу 2--11 GHz.


Уровень управления доступом к среде

Стандарт IEEE 802.16 задумывался таким образом, чтобы развиваться как набор радиоинтерфейсов, базирующихся на общем протоколе управления доступом к среде (Medium Access Control -- МАС), но со спецификациями физического уровня, зависящими от используемой части спектра и связанных с ним правил лицензирования. Протокол МАС-уровня разрабатывался для сетей доступа с топологией "точка-многоточка" (point-to-multipoint) с целью достижения высокой скорости передачи сигналов как в восходящем потоке (от абонента к базовой станции), так и в нисходящем. Алгоритмы доступа и распределения полосы пропускания должны были обеспечить функционирование сотен терминалов на канал, при том, что они могли бы разделяться многими абонентами.

IEEE 802.16 может изменить ситуацию в широкополосном доступе Сервисы, которые сегодня нужны конечным пользователям, различаются по своей природе. Они включают передачу голоса и данных с традиционным мультиплексированием с разделением по времени (TDM), подсоединение к IP-сетям, передачу голоса поверх IP (VoIP). Чтобы поддерживать это многообразие сервисов, протокол МАС-уровня должен уметь справляться как с непрерывным, так и с пульсирующим режимами передачи. Дополнительно пользователь вправе ожидать обеспечения необходимого уровня QoS в зависимости от типа трафика. Действительно, МАС-уровень 802.16 предлагает широкий набор типов сервисов, аналогичных классическим категориям сервисов АТМ, а также ряд новых услуг, в частности гарантированную скорость передачи кадров (Guaranteed Frame Rate -- GFR). Протокол МАС поддерживает и традиционные протоколы, включая как АТМ, так и пакетную передачу данных. Это осуществляется с помощью так называемого уровня конвергенции, функции которого определяются характером предоставляемого сервиса. Он, например, выполняет инкапсуляцию кадров или блоков данных (MAC Protocol Data Unit -- MAC PDU), поступающих с более высоких уровней, в кадры 802.16 MAC/PHY, преобразование адресов и параметров, определяющих уровень QoS, к необходимому формату, адаптацию временных характеристик трафика вышележащих уровней к соответствующим сервисам МАС-уровня.

Эффективность транспортного механизма обеспечивается интерфейсом между физическим (PHY) и МАС-уровнем. Так, описатель пакета содержит схемы модуляции и кодирования, которые динамично изменяются для каждой передаваемой порции данных и каждой абонентской станции. При хороших условиях на линии трафик передается с максимальной пропускной способностью, в тех же случаях, когда необходимо получить высокую надежность, скорость передачи данных может быть снижена.

Наряду с решением основных задач по распределению полосы пропускания и транспортировке данных протокол включает также подуровень безопасности, осуществляющий аутентификацию пользователя при доступе к сети и установлении соединения. Он выполняет такие функции, как обмен ключами и шифрование для сохранения конфиденциальности информации.


Физический уровень

Как уже упоминалось выше, протокол физического уровня предусматривает передачу данных в высокочастотном (10--66 GHz) и низкочастотном (2--11 GHz) диапазонах.

Высокочастотный диапазон предполагает прямую видимость между антеннами станций. При выполнении этого условия наиболее подходящей является схема однотональной (Single Carrier -- SC) модуляции. Ее суть заключается в том, что для передачи всей последовательности символов используется только одна частота. В стандарте радиоинтерфейс для этой схемы обозначается как WirelessMAN-SC. Ввиду архитектуры "точка-многоточка" базовые станции (Base Station -- BS), как правило, применяют мультиплексирование с разделением по времени (TDM), при котором каждой абонентской станции (Subscriber Station -- SS) последовательно выделяются временные слоты. Абоненты же разделяют общий канал посредством схемы множественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiple Access -- TDMA). В случае однотональной модуляции все вместе имеет название SC-TDMA. Обширная дискуссия возникла при определении метода дуплексного обмена данными. Выбор остановился на двух вариантах: дуплексировании с разделением по времени (TDD), при котором нисходящий и восходящий потоки разделяют общий канал, но не передаются одновременно, и дуплексировании с разделением по частотам (FDD), когда эти потоки оперируют на разных каналах и обмен данными может выполняться одновременно. Оба метода поддерживают адаптивные описатели пакетов -- с их помощью параметры модуляции и кодирования присваиваются динамически для каждого пакета.

При разработке физического уровня для низкочастотной полосы 2--11 GHz учитывалась необходимость обеспечения функционирования при отсутствии прямой видимости между антеннами базовых и абонентских станций. Это вызвано предположением, что основная масса абонентских станций будет располагаться в жилых домах и высота крыши может оказаться недостаточной для беспрепятственного визирования антенны базовой станции, например вследствие экранировки деревьями.

В спецификации 802.16a Draft 3 определяются три радиоинтерфейса:
  • WirelessMAN-SC2 -- использует однотональную модуляцию;
  • WirelessMAN-OFDM -- базируется на схеме мультиплексирования с разделением по ортогональным частотам (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). В качестве метода доступа применяется TDMA (такая система называется OFDM-TDMA). Этот интерфейс является обязательным для нелицензируемой частоты;
  • WirelessMAN-OFDMA -- описывает множественный доступ с разделением по ортогональным частотам. В этом случае каждому индивидуальному пользователю выделяется одна или несколько поднесущих для эксклюзивного доступа к радиоинтерфейсу.
Сделаем некоторые пояснения относительно системы OFDM-TDMA. Здесь ресурсы распределяются как во временном, так и в частотном домене. Как и в случае SC-TDMA, пользователю предоставляется эксклюзивный доступ к радиоинтерфейсу в соответствующем временном слоте. Дополнительно пользовательские данные подразделяются на параллельные потоки, используемые для модуляции множества ортогональных узкополосных поднесущих. Параметры модуляции могут меняться как в отношении поднесущих, так и временных слотов.

Приведем краткие комментарии к некоторым подуровням стека протоколов, схема которого представлена на рисунке.

Подуровень конвергенции. Стандарт IEEE 802.16 описывает два основных сервис-специфических подуровня конвергенции для согласования сервисов с МАС-уровнем. Для АТМ-сервисов определяется АТМ-подуровень, а для пакетных сервисов, таких, как IPv4, IPv6, Ethernet и VLAN, -- пакетный подуровень конвергенции. Главная задача подуровня конвергенции заключается в классификации данных относительно вышеуказанных сервисов и обеспечении им соответствующего МАС-соединения, предоставляя необходимый уровень QoS и полосу пропускания. В дополнение к этим базовым функциям подуровень конвергенции также выполняет и более сложные задачи, такие, как подавление или реконструкция заголовка полезной нагрузки для повышения эффективности работы радиоинтерфейса.

Подуровень общей части МАС-протокола. Напомним, что МАС-уровень создавался для поддержки архитектуры "точка-многоточка" с центральной BS, которая одновременно работает с потоками данных в нескольких независимых секторах. Нисходящие к SS потоки данных мультиплексируются посредством TDM, в то время как доступ к восходящему каналу SS осуществляют с помощью TDMA.

Протокол 802.16 МАС ориентирован на соединение. Поэтому все сервисы, в том числе и не ориентированные на предварительное соединение, становятся таковыми. Это обеспечивает механизм для запроса полосы пропускания, привязки уровня QoS к параметрам трафика, передачи и направления данных к необходимому подуровню конвергенции. Все соединения имеют свой 16-битный идентификатор (Connection IDentifier -- CID) и используют полосу пропускания либо постоянную, либо по запросу.

У каждой абонентской станции есть стандартный 48-битный МАС-адрес, но он служит главным образом для идентификации оборудования, поскольку при функционировании в качестве основного адреса служат CID.

Данные, передаваемые через радиоинтерфейс как к абоненту, так и от него, представляют собой последовательность МАС-кадров. Их не нужно путать с кадрами TDMA, которые состоят из последовательности временных слотов, принадлежащих некоторому абоненту. Временной слот TDMA может содержать точно один МАС-кадр, его часть или несколько МАС-кадров. Последовательность временных слотов, выделенная для одного абонента, образует логический канал, и МАС-кадры передаются через него.

Что касается структуры МАС-кадров, то мы упомянем лишь о том, что они состоят из трех секций: заголовка с управляющей информацией и адресами, полезных данных и контрольной последовательности (суммы). Спецификация определяет три формата заголовков. Прежде всего это два заголовка для нисходящих и восходящих кадров, заголовок третьего формата используется для запроса полосы пропускания.

Физический уровень. Поддерживает различные структуры для каналов нисходящих "точка-многоточка" и восходящих "многоточка-точка". Как уже упоминалось, для доступа к восходящему каналу применяется схема TDMA, расширенная техникой предоставления полосы пропускания по запросу (Demand Assignment Multiple Access -- DAMA). Это позволяет лучше использовать возможности сети при постоянно изменяющихся потребностях абонентов.

Для нисходящего потока стандарт устанавливает два режима работы: один (режим А) предназначен для поддержки непрерывных потоков данных (аудио, видео), второй (режим В) -- для потоков с переменной интенсивностью (IP-пакеты).

В заключение заметим, что с радиоинтерфейсом WirelessMAN, описанным в спецификации IEEE 802.16, связывают надежду на то, что он обеспечит платформу для разворачивания городских сетей с широкополосным беспроводным доступом, базирующихся на открытом стандарте.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT