Безпровідні системи широкосмугового доступу

На рисунку представлена класифікація бездротових мереж, що використовують технологію шумоподобіних сигналів (Шпсг) (рис. 1.6).

Безпровідні мережі розрізняються сферою свого застосування, топологією побудови, використовуваними методами модуляції радіосигналу і протоколами доступу до середовища передачі даних.

В даний час більшість типів устаткування бездротових мереж використовують модуляцію OFDM, і при цьому підтримуються також старі типи модуляції, такі як, наприклад: QPSK, BPSK, QAM-16, QAM-64. Устаткування, що використовує низькошвидкісну модуляцію FHSS ще присутнє на ринку, проте вже знято з виробництва більшістю виробників.

 

 

Рисунок 1.6 - Класифікація бездротових мереж, які використовують технологію шумоподобіних сигналів (Шпсг)[3].

По сфері свого застосування розрізняють локальні безпровідні мережі Wireless LAN(бездротова локальна обчислювальна мережа, що покриває зазвичай відносно невелику територію, таку як будинок, офіс, фірму або невелику групу будівель) і так звані Wireless Metropolitan Access Network (Wireless MAN - бездротові мережі масштабу міста, надають широкосмуговий доступ до мережі через радіоканал). Часто, замість назви Wireless MAN для позначення такого класу мереж використовується термін “мережі широкосмугового бездротового доступу” Broadband Wireless Access (BWA).

Мережі BWA забезпечують високошвидкісний бездротовий доступ абонентів на великих відстанях (до 20 км. і більш). У побудові мереж BWA розрізняють топологію Multipoint “зірка” і Point To Point (PTP або P2P) - “точка-точка”.

Устаткування PTP розрізняється між собою протоколом розділення трактів прийому-передачі інформації. Найбільш ефективним є розділення за часом Time Division Duplex (TDD) і по частоті Frequency Division Duplex (FDD). Даний тип устаткування дозволяє організовувати синхронні дуплексні канали зв'язку з гарантованим часом доставки пакетів даних.

Простим варіантом організації каналу “точка-точка” є використання устаткування WLAN стандарту 802.11 a/b/g (Radio Ethernet) в режимі PTP. Дане устаткування реалізує напівдуплексні канали зв'язку і забезпечує зв'язок на великі відстані (до 80 км.) з прийнятним для Інтернет трафіку якістю.

Для роботи устаткування в топології Multipoint використовуються протоколи множинного (багатостанційного) доступу до середовища передачі даних, що підтримують одночасну роботу безлічі абонентів з одним пристроєм доступу.

Розрізняють колізійні Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) і неколізійні протоколи доступу до середовища передачі даних з розділенням за часом Time Division Multiply Access (TDMA), частоті Frequency Division Multiply Access (FDMA), коду Code Division Multiply Access (CDMA), а також протоколи з маркерним (полінг) доступом.

Колізійний протокол реалізується в устаткуванні стандарту IEEE 802.11 a/b/g. Дане устаткування відоме як Wi-Fi устаткування і використовується для побудови усередині офісних і домашніх локальних мереж Wireless LAN (WLAN), а також мереж “Hot Spot”- публічних Public WLAN.

Невисока ціна устаткування Wi-Fi визначило його широке застосування в 1990-х роках не тільки для створення усередині офісних мереж WLAN, але і для організації доступу в Інтернет в бездротових мережах міського масштабу, тобто для побудови мереж BWA.

Протокол CSMA/CA здатний ефективно обслуговувати безліч абонентів в умовах радіо чутності абонентів один одного, тобто що знаходяться на невеликій відстані один від одного, або в умовах їх невеликої кількості (до 30-50 абонентів) і невисокому (до 128 Кбіт/с) абонентському трафіку. Усередині офісних мережах WLAN, а також мережах “Hot Spot” дані умови зазвичай виконуються. При цьому абоненти навіть якщо не знаходяться достатньо близько (в межах радіо чутності) один від одного, то зазвичай не потребують високого трафіку і не так вимогливі до якості зв'язку, як наприклад користувачі ЛВС, підключених до мереж BWA.

Для типової міської мережі доступу в Інтернет характерна велика кількість абонентів, високий абонентський трафік при їх значному видаленні від базових станцій і тим більше один від одного. Низька ефективність вживаного в традиційних мережах WLAN колізійного доступу із зростанням завантаження і щільності абонентів рано чи пізно приводить до повної деградації таких мереж.

Для вирішення цій і інших проблем колізійний протокол випадкового доступу до середовища передачі CSMA/CA, апаратний MAC, що реалізовується, контролером пристроїв доступу Wi-Fi, з кінця 1990-х років, підміняється неколізійним протоколом, відомим як полінг.

Тим самим, звичайний пристрій Wi-Fi шляхом перепрограмування протоколу доступу став пристроєм класу BWA, останнім часом часто названим preWiMAX.

Полінг реалізує на канальному рівні роботи звичайних Wi-Fi пристроїв стандарту 802.11a/b/g маркерний неколізійний множинний доступ.

Маркерний доступ, за принципом своєї роботи близький до протоколу тимчасового розділення множинного доступу TDMA. Полінг, зокрема, реалізується програмним забезпеченням TurboCell. Протокол TurboCell є свого роду розширенням стандартів 802.11a/b/g, що забезпечує ефективну роботу стандартних пристроїв Wi-Fi в додатках BWA.

В даний час, в сучасних мережах BWA все частіше використовуються апаратні реалізації протоколів множинного доступу. Зокрема, в мережах широкосмугового бездротового доступу BWA стандарту IEEE 802.16 (WIMAX), використовується протокол TDMA.

Після ухвалення стандарту IEEE 802.16 в 2004 році устаткування BWA багатьох виробників (з 2006 року) є WIMAX сумісним, і його ціна, особливо це стосується абонентських комплектів, неухильно знижується, наближаючись до вартості устаткування 802.11 a/b/g. WIMAX устаткування доступу базових станцій відноситься до нового покоління бездротових систем, і не дивлячись на високу ціну, має значно вищу ємність (максимальне число одночасно обслуговуваних користувачів) в порівнянні з preWiMAX устаткуванням, і тому має відносно нижчу вартість в перерахунку на одного обслуговуваного абонента. WiMAХ устаткування має вищу швидкість передачі даних і якість абонентських каналів зв'язку в порівнянні з устаткуванням preWiMAX.