Классификация систем беспроводного доступа

В связи бурным развитием технологий БД их классификация находится в процессе становления. Зачастую роль ключевого признака классификации играют размеры области, обслуживаемой сетью. Выделяют следующие типы сетей БД: сети малого радиуса действия (СМРД), локальные сети (ЛС), городские (ГС), региональные (РгС) и глобальные сети (ГлС). Расстояние, на котором действуют СМРД, составляет ориентировочно от долей до нескольких метров, ЛС - от 1 м до десятков и сотен метров, ГС - несколько километров. Эти данные относятся к расстояниям, перекрываемым без ретрансляции. Однако практически все сети, находящиеся в эксплуатации, предусматривают возможность ретрансляции либо через внешние опорные сети, либо средствами самой данной сети. С учетом ретрансляции расстояние связи может быть значительно увеличено. Так, в РгС и ГС, использующих ретрансляцию, оно вообще не ограничено. Сети БД чаще всего относятся к ЛС или ГС и гораздо реже к ГлС

При классификации различают сети БД, предназначенные для обслуживания фиксированных и мобильных абонентов, или только фиксированных. При этом сети мобильных абонентов разделяют по допустимой скорости движения AT. Почти все системы БД обеспечивают обслуживание подвижных абонентов, перемещающихся со скоростью пешехода. Такие сети условно назовем полу стационарными. Гораздо сложнее обстоит дело с сетями для абонентов, движущихся со скоростью 60-100 км/ч.

Различают локальные сети, сосредоточенные только внутри зданий, и сети, обслуживающие также окружающую здания территорию. Сети БД классифицируются по топологии. Выделяют соединения «точка-точка», и «точка-многоточка». Первые являются простейшими и соответствуют соединению только между двумя станциями. Вторые используются для передачи данных между рядом станций. При этом сети могут иметь различные описанные выше топологии.

Основные пользовательские характеристики систем БД представлены в табл. 1.1; в ней обозначено: ПН - прямое направление связи (от БС к AT) и ОН - обратное направление (от AT к БС). Сети БД классифицируют и по другим признакам. Важной характеристикой сети считается скорость передачи информации. По этому показателю различают низкоскоростные - ориентировочно до нескольких десятков кбит/с, среднескоростные - до 2 Мбит/с и высокоскоростные сети.

Наиболее часто используемые сетевые технологии БД, характеризуемые конкретными наборами основных показателей и параметров, имеют определенные названия. Однако эти названия зачастую не могут быть признаны достаточно содержательными и скорее должны рассматриваться как собственные имена тех или иных систем БД. Примерами могут служить Bluetooth, Zig Bee, Wi-Fi, WiMax, DECT, WiBro, iBurst. Каждая из этих технологий приблизительно соответствует одному из стандартов систем БД.

Любые варианты классификации систем БД оставляют неохваченными значительное число устройств. Дело в том, что в последние годы круг задач, решаемых системами БД, быстро расширяется, и далеко не всегда имеет смысл использование стандартизованного ранее оборудования для реализации новых задач. В этих случаях прибегают к созданию не-стандартизованного, специализированного оборудования, которое может оказаться полезным и при решении других аналогичных задач. Обычно соответствующие устройства оказываются достаточно простыми. Если разработчику при этом удается удачно использовать серийные цифровые схемы высокой степени интеграции, то решения получаются сравнительно дешевыми и экономически выгодными. Спектр номенклатуры такого оборудования, представленного на рынке, достаточно широк, и в ряде случаев оно оказывается весьма полезным для решения проблем БД.

 

 

Таблица 1- Системы БД и их основные характеристики

Условное наименование системы	Стандарты	Типовое назначение	Рабочие частоты, ГГц	Полоса частот канала, МГц	Максимальная скорость передачи, Мбит/с	Подвижность AT	Способ предоставления каналов абонентам	Максимальная мощность передатчика AT, мВт
Wi-Fi	IEEE 802.11	Локальные сети	2,4-2,4835; 5,15-5,35; 5,725-5,825	22	1 или 2	Полустационарные	Централизованный по запросу абонента	40 в диапазоне 2 ГГц, 200 в диапазоне 5,5 ГГц
	802.11,b			22	5,5 или 11
	802.11g			22	22 или 33
	802.11n			20	54
	802.11a		5,15-5,35;	20	54
WiMAX	IEEE 802.16	Городские сети		20;25;28	32-134	Полустационарные	Централизованный, по запросу абонента	250
	802.16-2004		2-11	1,25-20	1-75
	802.16e-2005		2-11 (ФС), 2-6 (ПС)	1,25-20	1-75	До 120 км/час
DECT	ETS300 175, 176	Микросотовые сети	1,88-1,90	1,728	0,032	Полустационарные	Выбирается AT	250
Высоко скоростные ССС	CDMA 2000, UMTS	Персональные сети	1920-1980; 2110-2170;*	1,25; 5	ПН-2,0; ОН-0,15; 0,384(UMTS)	До 120 км/час при двухкрат. снижении скор. ПРД	Централизованный или автономный конкурентный	250
	HSDPA/HSUPA'			До 5	ПН-14,4; ОН-5,8
Bluetooth	IEEE 802.15.1	Сети малого радиуса действия	2402-2483; 0,902-0,928.	1 или 2 или 3				1 (типовая)
ZigBee	IEEE 802.15.4		2,40-2,48	2	0,25
			0,902-0,928	2	0,04
			0,8680-0,8686	0,6	0,02

 

Примеры радиолиний и сетей БД

 

Состав и структура сетей.В состав радиостанции (PC) для сетей БД входят радиомодем, антенна и устройство первичного электропитания (рис. 1.1). В сетях БД под радиомодемом понимают блок, включающий приемник и передатчик для поддержания двусторонней радиосвязи.

 

Рисунок 1Типовая структура PC

 

В конкретной реализации антенна и устройство питания могут встраиваться в радиомодем, а сам радиомодем может выполняться в виде, пригодном для применения в составе компьютера.

В зависимости от потребностей того или иного потребителя из PC могут создаваться радиолинии различной конфигурации. Типовые конфигурации представлены на рис. 1.2. Направление передачи показано стрелками

 

Рисунок 2 Типовые конфигурации сетей: а - «точка-точка» (дуплекс), б- «точка-многоточка» (дуплекс), в - «точка-многоточка» (симплекс)

 

Каждая радиолиния может быть одноканальной или многоканальной. В последнем случае в радиомодемы встраиваются соответствующие мультиплексоры.

Радиомодемы по скорости передачи информации можно разделить на высоко- и низкоскоростные. Низкоскоростные устройства излучают сигнал с шириной спектра 15-100 кГц и работают в диапазоне 150-800 МГц. Высокоскоростные радиомодемы занимают более широкий спектр и работают на частотах в пределах 0,9-5,7 ГГц. Излучаемая мощность может находиться в пределах от 1 до 800 мВт.

Низкоскоростные радиомодемы, используемые для передачи данных, имеют обычно шаг сетки рабочих частот не более 25 кГц и используются для надежного обмена информацией ограниченного объема. Радиосредства предназначены для обеспечения надежной транспортной среды при организации автоматизированных систем управления технологическими процессами, автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии, систем определения местоположения подвижных объектов и т.д. Радиомодемы используются в сетях передачи данных:

на промышленных предприятиях;

для обеспечения безопасности помещений и личности, осуществления охранной и пожарной сигнализации;

в системах контроля состояния окружающей среды;

на предприятиях топливно-энергетического комплекса;

в нефте- и газодобывающей промышленности для сбора, обработки, накопления и хранения данных об объемах производства и дистанционного управления объектами;

на нефте-, газо- и водопроводах для контроля потоков, дистанционного управления насосными станциями и аварийного их отключения;

в городских службах ЖКХ;

на горнодобывающих предприятиях;

для автоматизированного управления, например, на железнодорожном транспорте;

в транспортных организациях;

в системах позиционирования (GPS, ГЛОНАСС).

Радиомодемы обеспечивают:

· передачу дискретной информации в дуплексном или симплексном режиме;

· работу на радионаправлении (связь «точка-точка») и в радиосети (многоточечное соединение);

· передачу дискретной информации на скорости от 1 до 50 кбит/с;

· передачу дискретной информации на расстояние 1-10 км и более в зависимости от трассы связи и используемого оборудования;

· автоматическую защиту от ошибок передаваемой в радиоканале информации и автоматический запрос повторной передачи неправильно принятой части сообщения;

· автоматическую ретрансляцию адресных сообщений в соответствии с маршрутом, содержащимся в передаваемом сообщении.

Ниже в качестве примеров описаны некоторые простейшие реализованные системы БД. Выбраны системы, радиомодемы для которых производятся серийно, иногда мелкими сериями. Номенклатура и поставщики такого оборудования приведены в гл. 18. Принятые ниже наименования описываемых систем выбраны условно исходя из типовых применений. Возможно их использование и для решения других аналогичных задач.

Передача сигнала тревоги.Система радиальной передачи сигнала тревоги (см. рис. 1.2, в) состоит из передатчика, который при необходимости включается и начинает излучать радиосигнал, и множества приемников, реагирующих на появление этого сигнала выдачей конкретной кодовой комбинации. Предусматривается также возможность низкоскоростной (до 2 кбит/с) симплексной циркулярной передачи информации. Рабочая частота сети фиксирована в диапазоне 200-450 МГц. Мониторинг и управление на малых расстояниях.Промышленностью выпускаются специальные комплекты микросхем, позволяющие создавать приемники и передатчики для обеспечения БД на расстоянии до 100 м с передачей информации на скоростях несколько кбит/с или порядка 100 кбит/с. Комплект включает также микроконтроллер, предназначенный для применения в составе радиолиний. С комплектом поставляется полная конструкторская документация, позволяющая элементарными средствами формировать из модулей комплекта приемники и передатчики радиолиний с требуемыми характеристиками. Выпускаются модули для работы в диапазонах 300-470 и 800-1000 МГц. Определяющей особенностью такого комплекта является его весьма низкая цена - типовой комплект модулей стоит примерно 30 евро.

Создаваемые радиолинии могут использоваться для передачи информации от простых датчиков, датчиков, содержащих встроенные микроконтроллеры, а также для создания беспроводных клавиатур, обеспечивающих дистанционное управление различными объектами.

Радиоуправление и мониторинг на средних расстояниях.Речь идет о создании сетей БД для сбора телеметрических данных и управления на расстоянии несколько километров. Для этой цели отечественными производителями разработан ряд радиомодемов в диапазоне 433 МГц. Работа в данном диапазоне обосновывается, кроме технических причин, и тем немаловажным обстоятельством, что действующий в нашей стране порядок распределения рабочих частот допускает их использование на безлицензионной основе. Последнее, конечно, не исключает необходимости сертификации оборудования.

В рассматриваемом варианте, по сравнению с описанными выше, увеличение дальности связи достигается не только ограничением скорости передачи информации до десятков кбит/с (в отдельных случаях до 100 кбит/с), но и за счет более сложных технических решений, включая помехоустойчивое кодирование информации.

Низкоскоростные радиорелейные станции (РРС).Такие РРС широко применяются для создания линий малоканальной телефонной связи и передачи данных в трудно доступных сельских районах, телефонизации сел, коттеджных поселков, вынесенных зон нового строительства и т.п. РРСобеспечивают передачу информации со скоростью от 256 до 2048 кбит/с при протяженности интервала ретрансляции порядка 50 км. Они работают на частотах не более 1 ГГц.

Оборудование включает встроенные системы уплотнения каналов (мультиплексоры) и соответствующее оборудование канальных окончаний, так что оконечное абонентское оборудование (например, телефонные аппараты) может подключаться к РРС непосредственно. Наряду с компактностью, РРС обеспечивают возможность оперативного, в течение одного или нескольких дней, развертывания соответствующих сетей связи.

Сбор данных с объектов магистральных нефтегазопроводов.Сеть сбора данных включает одну базовую станцию (БС) и несколько абонентских терминалов фиксированной службы (АТФС), размещенных вдоль нефтегазопровода. Сеть работает в диапазоне частот 400 МГц и обеспечивает суммарную скорость передачи в прямом направлении (от БС к ATM) 2048 кбит/с и такую же в обратном направлении. Предусмотрено гибкое распределение пропускной способности между отдельными АТФС. Радиус зоны обслуживания - до 25 км.

Для случая, когда пункт сбора данных расположен на большом расстоянии от БС, предусматривается сопряжение оборудования с каналами магистральных радиорелейных линий, проложенных вдоль трубопроводов. Это обеспечивает возможность выноса пункта сбора данных на неограниченное расстояние от контролируемого участка.

В сети используются различные контрольные датчики. В частности, это могут быть камеры видеонаблюдения. В общем случае на каждом контрольном пункте есть коммутатор, последовательно подключающий к АТФС различные датчики линейной телемеханики и одну или несколько камер видеонаблюдения (последние подключаются через видеосервер). При необходимости с каждого контрольного пункта может быть организована связь эксплуатационного или ремонтного персонала с помощью 1Р-телефонии.

Высокоскоростной доступ «точка-точка»(см. рис. 1.2, а). Часто развивающиеся предприятия нуждаются в расширении собственной сети связи за счет соединения главного офиса с далеко расположенными службами или производствами. При этом требуется передавать не только голосовые сообщения, но и большой объем данных. Нередко такая необходимость возникает у малых и средних предприятий, так как потребности в качественных коммуникациях в значительной мере определяются не только размерами производства, но и его характером. В связи с этим технические решения должны быть экономичными и вместе с тем обеспечивать услуги достаточно высокого качества. Практика показывает, что для подобных задач БД является эффективной альтернативой.

Соответствующее решение предлагается израильской компанией RedWin Ltd в виде семейства продуктов WinLink 1000. Последние представляют собой оборудование для магистральной линии высокоскоростной связи. Скорость передачи - до 48 Мбит/с, дальность - до 80 км. Передача ведется в одном из следующих диапазонов: 2,4; 2,5; 4,9 и 5,9 ГГц, причем создаются каналы Е1 и Ethernet.

Значительная часть потребителей оборудования WinLink 1000 - операторы сотовых сетей, провайдеры телекоммуникационных услуг, например, сетей Wi-Fi, Интернет-провайдеры и т.п. Сети WinLink 1000 используются в качестве транспортных магистральных сечей и применяются также в сетях связи вооруженных сил, государственной безопасности, коммунальных структур и др. более чем в 100 странах, включая Россию.

Функциональные дополнения к навигационным системам GPS/Глонасс.В последнее десятилетие все большее распространение находят приборы для определения географических координат объектов, использующие сигналы специальных навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС. Такие приборы находят широкое бытовое (например, автомобильные навигаторы) и профессиональное применение (на транспорте, включая кораблевождение и самолетовождение, в системах посадки самолетов, в геологоразведке, картографии и т.п.). В случаях, когда точность, обеспечиваемая системой без принятия дополнительных специальных мер, оказывается недостаточной, используется оборудование, называемое функциональным дополнением к спутниковым навигационным системам (ФДСНС). С его помощью решается задача коррекции регулярных сильно коррелированных ошибок навигации. Соответствующие поправки регистрируется достаточно сложными региональными контрольно-корректирующими станциями (ККС) и транслируются по специальным сетям БД всем заинтересованным пользователям региона. Такие сети имеют простую структуру и осуществляют симплексную передачу поправок с низкой скоростью (примерно несколько сотен бит/с) в низкочастотном диапазоне (около 300 кГц).

Сети на программируемых радиомодемах.В борьбе за расширение рынка сбыта выпускаемых устройств для БД производители используют различные подходы и приемы. Одним из них является создание встраиваемых в другое оборудование программируемых модулей. Соответствующее программирование позволяет пользователю реализовывать выбранную им сетевую архитектуру исходя из специфики своих нужд. Конечно, структура и характеристики модуля в известной мере ограничивают возможности выбора архитектуры. Поэтому поставщики таких модулей одновременно поставляют и программно-аппаратные средства для разработки и загрузки соответствующего программного обеспечения.

Примером таких модулей служат одноплатные радиомодемы RWD-433. Их основу составляют однокристальные приемопередатчики, работающие в полосе частот 430-435 МГц при скорости передачи информации до 50 кбит/с. Модули содержат встроенный микроконтроллер. Как правило, сети, включающие такие микроконтроллеры, используются внутри зданий и сооружений в системах сбора данных, промышленной автоматики, пожарно-охранной сигнализации, в системах «умный дом» и т.п.

Сети, имеющие простую структуру, могут быть сформированы на базе встроенных в модули протоколов, поддерживающих варианты структур сети «точка-точка» и «звезда».

беспроводной доступ канал уплотнение