Глава 1. Общая характеристика сетей 5G

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

Определения, обозначения, сокращения. 5

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ 5G.. 8

1.1. Сотовые сети пятого поколения. 8

1.2. Требования к характеристикам обслуживания. 9

1.3. Процесс стандартизации сетей 5G.. 11

1.4. Базовые услуги сетей 5G.. 12

ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СЕТЕЙ СТАНДАРТА G.. 15

2.1. Технические характеристики поколений сотовой связи. 15

2.2. Механизмы модуляции в стандарте 5G.. 17

2.3. Транзитные и фронтальные соединения. 20

2.4. Формирование луча и функции MIMO.. 21

2.5 Организация беспроводного интерфейса. 22

2.6. Дуплексная передача. 25

2.7. Планирование передач и каналы управления. 26

2.8. Оборудование 5G.. 27

ГЛАВА 3. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.. 30

3.1. Возможные угрозы при передаче данных по беспроводной сети. 30

3.2. Требования к протоколам защиты данных беспроводной передачи. 31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 33

 

ВВЕДЕНИЕ

Последнее десятилетие в области сетей и систем связи ознаменовалось экспоненциальным ростом как числа абонентских устройств (АУ), так и общего объема трафика, передаваемого на беспроводном участке доступа в сетях связи общего пользования (ССОП). По оценкам различных источников такая тенденция сохранится и в ближайшем будущем. Значительную часть новых устройств составляют носимые устройства, которые формируют совершенно уникальную пользовательскую экосистему, известную как Интернет носимых вещей (Internet of Things, IoT). Среди устройств IoT есть, как и довольно знакомые смартфоны, умные часы, браслеты, так и более специфические очки дополненной и виртуальной реальности, и т.д. В целом, носимые устройства генерируют большое количество информации, создавая исключительно высокую нагрузку на абонентском участке доступа.

Помимо постоянного увеличения нагрузки, современные потребности в мобильном трафике характеризуются высокой степенью временных и пространственных изменений и, как ожидается, сохранят эти свойства в ближайшем будущем. Пространственный компонент в основном обусловлен локализованными событиями, например, спонтанными скоплениями людей. Кроме того, исследования показывают, что временная динамика трафика начинает быть менее предсказуемой. Одной из причин является распространение современных приложений, таких как игры с дополненной и виртуальной реальностью, использующие знание о текущем местоположении устройств.

Как поставщики сетевого оборудования, так и организации по стандартизации в настоящее время ищут симметричный ответ для удовлетворения растущих потребностей абонентов. Учитывая тот факт, что современные сети связи долгосрочной эволюции четвертого поколения (Long Term Evolution, LTE) используют эффективные механизмы физического и канального уровней позволяющие достаточно близко приблизиться к теоретической верхней границе пропускной способности беспроводных каналов связи, методом, позволяющим и далее наращивать емкость беспроводных сетей доступа является расширение доступного спектра частот.

Однако, учитывая загруженность электромагнитного спектра на частотах ниже 6 ГГц, единственным вариантом, доступным на сегодняшний день, является создание систем, работающих в диапазоне экстремально высоких частот (Extremely High Frequency, EHF), 30 − 300 ГГц.

Согласно ведущим организациям стандартизации систем мобильной связи, МСЭ-Т и 3GPP, системы беспроводного радиодоступа, работающие в нижней полосе частот диапазона EHF, 30−100 ГГц, будут составлять основу сетей связи пятого поколения (Fifth Generation, 5G), предоставляя малую задержку на беспроводном интерфейсе и пиковую скорость передачи данных достигающую 10 Гбит/с.

Пользователи с беспроводным доступом к информации могут работать еще более производительно и лучше, чем их коллеги, привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям, так как есть зависимость от определенной инфраструктуры коммуникаций.

В определенной степени решить данные проблемы связи позволяет переход на качественно новый стандарт связи. Таким стандартом связи на современном этапе является стандарт - 5G.

Развитие сетей стандарта 5G повлекло за собой особый интерес со стороны специалистов и в свою очередь обусловило актуальность данной курсовой работы.

Цель работы: Осуществление анализа сетей стандарта 5G.

Задачи:

1. Рассмотреть стандарты G беспроводных сетей

2. Сравнить технические параметры технологий 4G и 5G

3. Проанализировать сегмент применения стандарта 5G

4. Сделать выводы об эффективности внедрения стандарта 5G

 

Определения, обозначения, сокращения

В настоящей курсовой работе, применяются следующие термины с соответствующими определениями:

NOMA (англ. Non-Orthogonal Multiple Access) - метод неортогонального множественного доступа в системах сотовой связи 5-го поколения (5G).

Massive MIMO - технология, в которой количество пользовательских терминалов намного меньше, чем количество антенн базовой станции (мобильной станции)

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)

N-OFDM (англ. Non-Orthogonal Frequency Division Multiplexing — мультиплексирование с неортогональным частотным разделением каналов)

DLC – Data Link Control - включает несколько протоколов канального уровня, в том числе Synchronous Data Link Control (SDLC, протокол управления синхронным каналом передачи данных) для иерархических сетей и Token Ring для одноранговых локальных сетей, соответствует канальному уровню (Data Link layer) OSI (однако не охватывает полностью функциональность Data Link layer OSI)

HDLC – Hight-level Data Link Control - бит ориентированный протокол канального уровня сетевой модели

SNA - Systems Network Architecture (системная сетевая архитектура) — разработанное компанией IBM в 1974 г. Общее описание структуры, форматов, протоколов, используемых для передачи информации между программами IBM и оборудованием, создавалось для объединения в глобальные сети мейнфреймов IBM.

BSS (base station subsystem) — один из основных элементов системы подвижной радиотелефонной связи, ответственный за передачу голосового и сигнального трафика между мобильным терминалом абонента и подсистемой сети и коммутации, GSM core network.

PSTN - Телефонная сеть общего пользования (Public Switched Telephone Network) — всеобщая абонентская сеть связи, для доступа к которой используются телефонные аппараты, автоматические телефонные станции (АТС) и оборудование передачи данных.

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ, КАМн; англ. Quadrature Amplitude Modulation, QAM) — разновидность амплитудной модуляции сигнала, которая представляет собой сумму двух несущих колебаний(сигнал, один или несколько параметров которого изменяются в процессе модуляции) одной частоты, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90 (π/2 радиан, т.е., четверть полного угла, поэтому «квадратурная»), каждое из которых модулировано по амплитуде своим модулирующим сигналом.

Сеть пакетной передачи данных – это такая сеть, где вся передаваемая информация представляет собой набор пакетов какого-либо файла. Каждый пакет данных содержит в себе: преамбулу, адрес отправителя и назначения, управляющую информацию, кадр, контрольную сумму и концевик. После создания пакета он кодируется в двоичный код и передается по среде передачи данных. На пользовательском компьютере для каждого пакета после его получения подсчитывается отдельно друг от друга контрольная сумма и сверяется с тем значением, которое хранится в заголовке. Если два значения контрольной суммы совпадают, то пакет считается принятым без ошибок. В случае потери пакета во время пересылки он повторно запрашивается с сервера. Когда все пакеты доставлены, и контрольная сумма прошла проверку, они автоматически объединяются в файл.

Телефонная сеть общего пользования (англ. PSTN, Public Switched Telephone Network) — частный случай телефонной сети — всеобщая абонентская сеть связи, для доступа к которой используются телефонные аппараты, автоматические телефонные станции (АТС) и оборудование передачи данных. PSTN является универсальной единой сетью для всех пользователей во всём мире и обеспечивает одну из важнейших современных сфер жизнедеятельности человеческого общества — возможность телефонных переговоров между пользователями из любой точки земного шара.

Макросоты - соты большого радиуса, обычно, несколько десятков километров (порядка 35 км). Радиус соты может быть увеличен при использовании направленных антенн. Макросоты характеризуются низкой или средней плотностью трафика, поддержкой умеренных скоростей движения мобильных станций и узкополосными службами. Типичная макросота может быть расположена в сельской местности или в условиях пригорода, с умеренным блокированием пути сигнала зданиями и, в зависимости от географических условий, значительной блокировкой пути сигнала листвой.

Микросоты – маломощные соты малого радиуса, предназначенная для обслуживания небольшой территории (одного офиса или квартиры). Соединяется с сетью сотового оператора через канал связи, подведённый к пользователю (публичный Интернет).

Требования к характеристикам обслуживания

Сети связи 5G будут поддерживать различные скорости передачи данных, предоставляемые пользователям, охватывающие различные сценарии использования. В соответствии с требованиями к системам 5G, определенным в Рекомендации МСЭ-Р M.2083, суммарная пиковая скорость передачи данных в 5G, как ожидается, должна достигать 10 Гбит/с. Однако, при определенных условиях и сценариях должна поддерживать пиковую скорость передачи данных до 20 Гбит/с. Для случаев развертывания на больших площадях, например, в городских и пригородных районах ожидается, что скорость передачи данных для пользователя должна составлять 100 Мбит/с. В зонах с экстремальными требованиями скорость передачи данных на одного пользователя, должна достигать более высоких значений, например, до 1 Гбит/с внутри помещений.

Ожидается, что эффективность использования спектра в сетях связи 5G будет в два-три раза выше по сравнению с 4G. Также предполагается, что сети связи 5G будут предоставлять пространственную емкость, достигающую 10 Мбит/с/м2 в областях с высокими требованиями, например, площади, торговые центры. Потребление энергии для сети радиодоступа 5G не должно быть выше, чем у развернутых сегодня сетей 4G. Следовательно, на этапе разработки эффективность энергопотребления как базовых станций (БС), так и абонентских устройств (АУ) должна быть повышена, по крайней мере, в такой же степени, как и предполагаемое увеличение пропускной способности 5G по сравнению с 4G.

Помимо указанных требований сети 5G в специальном режиме должны обеспечить задержку на беспроводном интерфейсе не более чем 1 мс, обеспечивая поддержку услуг с крайне высокими требованиями к задержке. Также, сети связи 5G должны обеспечить поддержку абонентов с высокой мобильностью, скорость которых достигает 500 км/ч, сохраняя при этом требуемые параметры качества обслуживания. Такие услуги предусмотрены, в частности, для скоростных поездов. Наконец, сети связи 5G, должны будут поддерживать плотность абонентов до 106/км2, например, в сверхплотных сценариях межмашинного взаимодействия.

Базовые услуги сетей 5G

В сетях пятого поколения появилось такое нововведение как «нарезка сети» (network slicing). Суть этой концепции заключается в том, что операторы сотовой связи смогут разворачивать изолированные друг от друга сети, каждой из которых можно выделить/назначить свой набор ключевых показателей.

Виды разделение сетей:

- eMBB (enhanced Mobile Broadband), сверхширокополосная мобильная связь, предназначена для использования стандартных услуг связи и выхода в интернет.

- URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication), сверхнадежная связь с низкими задержками, предназначено для беспилотных транспортных средств, телемедицины, дополненной реальности и тактильного интернета.

- mMTC (Massive Machine-Type Communications), массовая межмашинная связь, отдельная сеть, выделенная для обмена информации между умными устройствами.

Услуга eMBB направлена на удовлетворение потребностей пользователей в сверхвысокой скорости на абонентском участке доступ. К приложениям, требующих таких скоростей, можно отнести просмотр видео высокого разрешения, очки и шлемы дополненной и виртуальной реальности, передача больших объемов данных. Ожидается, что eMBB будет основным вариантом использования 5G в его ранних развертываниях.

eMBB также позволит потребителям использовать высокоскоростные потоковые услуги для домашних, экранных и мобильных устройств по требованию и обеспечит дальнейшее развитие корпоративных услуг. Некоторые операторы рассматривают eMBB в качестве решения «последней мили» в тех районах, где отсутствуют оптические сети доступа. Низкие показатели задержки и высокий уровень безопасности в сетях связи 5G будут играть важную роль в развитии интеллектуальных транспортных систем будущего, позволяя транспортным средствам связываться друг с другом и создавая новые возможности для внедрения автономных легковых и грузовых автомобилей. Например, автономное транспортное средство, управляемое через облачную систему вождения, должно быть способно незамедлительно останавливаться, ускоряться или поворачивать, согласно получаемым инструкциям. Любая задержка передачи информации в сети или потеря сигнала от базовой станции, препятствующая доставке сообщения, может привести к катастрофическим последствиям. Низкая задержка делает сети 5G также пригодными для удаленной хирургии, автоматизации производства и контроля процессов в реальном времени.

Ожидается, что сети связи 5G также будет способствовать развитию умных городов и Интернета Вещей (Internet of Things, IoT) путем развертывания сенсорных сетей в городах и сельской местности.

Безопасность и надежность, встроенные в 5G, сделают такие сети пригодными для обеспечения общественной безопасности, а также для использования в критически важных службах, таких как полиция и службы безопасности, энергетика, водоснабжение и здравоохранение.

Спектр услуг, предоставляемый сетями 5G, не ограничивается eMBB, URLLC и mMTC. Эти услуги определяют типичные приложения с полярными требованиями к характеристикам обслуживания. Спектр услуг, которые будут поддерживаться в сетях связи 5G удобно изображать в виде треугольника, как показано на рисунке 2. Здесь грани треугольника определяют фиксированные требования к скорости доступа, надежности передачи и задержке. Как внутри треугольника, так и на его гранях располагаются приложения, обладающие теми или иными наборами требований.

 

Рисунок 1 – График распределение задержек для услуг

Обратим внимание на синюю часть инфограммы – это та область, которая открывается с 5G. Видно, что в целом 5G может как улучшить существующие сферы применения, так и породить новые. Рассмотрим некоторые самые интересные применения отдельно. Они нам помогут понять на сколько важным для нас на самом деле является внедрение сетей 5G.

Дуплексная передача

Используемая дуплексная схема определяется доступным спектром частот. Для низких частотных диапазонов используется частотное разделение нисходящего и восходящего каналов (Frequency Division Duplex, FDD).

На высоких полосах, например, в миллиметровом диапазоне частот, рекомендуется использовать непарные назначения спектров, что требует временного разделения, нисходящего и восходящего каналов (Time Division Duplex, TDD).

NR, подобно LTE, поддерживает оба метода дуплексной передачи. Однако, в отличие от LTE, где назначение временных интервалов в схеме TDD не изменяется со временем, NR поддерживает динамическое выделение временных интервалов. В динамическом TDD временной интервал (или его части) могут быть выделены либо для восходящего канала связи, либо для нисходящего канала связи в соответствии с решением планировщика. Это позволяет эффективно обрабатывать быстрые изменения в запросах на ресурсы от абонентов, которые особенно заметны при плотном развертывании с относительно небольшим числом пользователей на одну базовую станцию. Предусматривается также возможность статической конфигурации направления передачи некоторых из слотов. Эта функциональная возможность может позволить снизить потребление энергии на АУ, поскольку нет необходимости отслеживать каналы управления в слотах, которые заранее зарезервированы для передачи.

Планирование передач и каналы управления

Процесс планирования передач в NR очень схож с тем, который реализован в LTE. Каждое АУ контролирует несколько физических каналов управления нисходящего канала связи (Physical Downlink Control Channel, PDCCH), как правило, один раз на слот, хотя можно настроить и более частый мониторинг для поддержки трафика, требующего очень низкой задержки. После обнаружения PDCCH АУ подчиняется решению планировщика и принимает (или передает) одну единицу данных, известную как транспортный блок в NR. PDCCH передаются в одном или нескольких наборах ресурсов управления, каждый из которых имеет длину от одного до трех символов OFDM.

В отличие от LTE, где каналы управления передаются, используя полную полосу частот несущей, полоса частот для передачи набора ресурсов управления может быть настроена. Это необходимо для поддержки АУ с различными возможностями.

После приема данных нисходящей линии связи устройство посылает подтверждение передачи используя протокол HARQ, указывающее, была ли передача успешной или нет. Учитывая очень высокие скорости передачи данных, поддерживаемые NR, размер транспортного блока может быть очень большим. Повторная передача всего транспортного блока в этом случае может стать неэффективной. Поэтому NR поддерживает повторные передачи с более высокой степенью детализации, известной как группа кодовых блоков (Codeblock Group, CBG). Эта функциональная возможность также может быть полезна при обработке вытеснения трафика запланированных передач трафиком, требующим сверхнизкой задержки. Срочная передача на второе устройство может использовать только один или несколько символов OFDM и, следовательно, вызывать сильные помехи первому устройству только в некоторых символах OFDM. В этом случае может быть достаточно повторно передать только неверное полученные CBG, а не весь блок данных. Обработке прерванной передачи может дополнительно способствовать возможность указания первому устройству затронутых частотно-временных ресурсов, чтобы оно могло учитывать эту информацию в процессе приема информации.

Подтверждения передачи проколола HARQ, а также другая информация управления восходящего канала связи, такая как обратная связь о состоянии канала для работы с антенными решетками и запрос на планирование передачи передаются с использованием физического канала управления восходящего канала связи (Physical Uplink Control Channel, PUCCH). Существует несколько форматов PUCCH, в зависимости от объема информации и продолжительности передачи PUCCH. Короткий PUCCH передается в последнем одном или двух OFDM символах временного интервала и может поддерживать очень быструю обратную связь подтверждений передачи для реализации так называемых автономных временных интервалов, где задержка от конца передачи данных до приема подтверждения от устройства имеет порядок длительности символа OFDM, соответствующий нескольким десяткам микросекунд. Для сравнения в LTE задержка фиксирована и составляет 3 мс. В тех ситуациях, когда длительность короткого PUCCH слишком мала, чтобы обеспечить достаточное покрытие соты, существует возможность использования более длинных PUCCH.

Оборудование 5G

Стандарт разработан, протестирован и готов к запуску на потребительский рынок, но кто же предложит рынку сетевое оборудование сотовым оператором, сейчас рассмотрим. В сентябре 2018 года Американский оператор AT&T сообщил кто будет являться поставщиками 5G оборудования, и были названы следующие фирмы: Samsung, Ericsson и Nokia. Данный оператор обошел стороной китайских производителей, таких как Huawei и ZTE в силу наложенных санкций со стороны США из-за торговой войны между Китаем. Кроме, вышеперечисленных компаний разрабатывающих 5G оборудование, существуют другие производители: Cisco, Dell, Hewlett Packard Enterprice, Lenovo, Zyxel.

На Mobile World Congress (MWC) Cisco представили портфолио 5G Now для быстрого перехода операторам на сети пятого поколения. Перечень оборудования представленный Cisco:

Линейные карты высокой плотности Cisco NCS 5500 (400G): обеспечивают эффективное масштабирование в соответствии с требованиями сетей 5G и надежную защиту инвестиций для компаний, использующих маршрутизаторы семейства Cisco NCS 5500.

Маршрутизаторы Cisco NCS 560: оптимизируют сети конвергентного доступа и агрегации высокой плотности и отвечают строгим требованиям 5G xHaul, сетей Cable Converged Interconnect (CIN) и приложений Carrier Ethernet.

Маршрутизаторы Cisco NCS 540: поддерживают технологии Carrier Ethernet, сотового узла, 5G xHaul и малой агрегации.

Одного сетевого оборудования для реализации 5G мало, нужно чтобы устройство поддерживало стандарт.

В начале 2020 года Тайваньская компания Zyxel представиkf сразу три устройства 5G. Это карманный 5G роутер NR2101, домашний NR5101 и уличный NR7101. Устройства будут построены на чипсете Qualcomm SDX55.

Один из главных производителей модемов 5G для смартфонов является Американская компания Qualcomm. Начиная с процессора Snapdragon 855 смартфоны стали поддерживать 5G сети. В смартфонах с чипами Snapdragon 855 ставят собственные чипы связи Snapdragon X50 5G.

Китайские компании тоже не отстают от американских производителей. Huawei разработала собственную 5G платформу, которая называется Balong. Она разделена на три разных решения, каждое из которых предназначено для разных целей. В частности, Balong 5000 мультирежимный 5G модемный чип, выполненный по 7 нм технологии. Стоит отметить, что Huawei использует свои чипы только в устройствах собственного производства.

Компания Samsung в 2018 году представила собственный модем 5G Exynos Modem 5100 — на момент выхода данного модема, он был первым в отрасли 5G, полностью совместимый со спецификациями 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Release 15 (Rel.15) — самым современным стандартом 5G New Radio (5G-NR). Новый модем рассчитан на производство по 10-нанометровой технологии. Поддерживаются диапазоны «до 6 ГГц» (sub-6GHz) и миллиметровые волны (mmWave). Конечно, есть и поддержка более старых стандартов 2G GSM/CDMA, 3G WCDMA, TD-SCDMA, HSPA и 4G LTE.

MediaTek – китайская компания, известна как поставщик бюджетных аппаратных решений. Не так давно представлен первый 5G модем этого производителя, который получил название Helio M70. В начале 2020 года этот модем будет встроен в ARM-платформы Cortex-A77(ядра CPU) и Mali-G77(GPU).

 

 

ГЛАВА 3. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Требования к протоколам защиты данных беспроводной передачи

Беспроводные сети, использующие WEP (Wired Equivalent Privacy), требуют настройки статического WEP-ключа на точках доступа и всех станциях. Этот ключ может использоваться для аутентификации и шифрования данных. При его компрометации (например, в случае утери переносного компьютера) необходимо сменить ключ на всех устройствах, что подчас весьма затруднительно. При использовании ключей WEP для аутентификации беспроводные станции посылают точке доступа соответствующий запрос, получая в ответ незашифрованное сообщение (clear text challenge). Клиент должен его зашифровать, используя свой WEP-ключ, и вернуть точке доступа, которая расшифрует сообщение с помощью собственного WEP-ключа. Если расшифрованное сообщение совпадает с оригинальным, то это обозначает, что клиент знает WEP-ключ. Следовательно, аутентификация считается успешной, и клиенту отправляется соответствующее уведомление.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе было проанализирован стандарт сети 5G. Данный стандарт является перспективным на долгое время, так как он использует более новые технологии, которые увеличивают скорость передачи данных.

Стандарт 5G по сравнению с предыдущими стандартами сделал очень большой скачок в развитии мобильных сетей за счет применяемых в нем стандартов.

Применение Massive MIMO, вместо AAS MIMO позволит каждому устройству пользователя получить хорошую скорость передачи данных и низкую задержку путем формирования направленного луча до устройства пользователя.

Поскольку идет развитие технологий, где Интернет является неотъемлемой частью самих технологий, то и растет количество передаваемой информации, в следствии чего растет нагрузка на сетевое оборудование. Технология network slicing позволит нарезать сети под конкретные нужды, что позволит грамотно распределять нагрузки и приоритеты передаваемой информации.

Данная сеть не будет иметь полномасштабной реализации еще несколько лет из-за дороговизны оборудования на первых этапах перехода, что касается России, 5G пока что, к сожалению, не появится, по причине того, что сети нового поколения работают в тех диапазонах частот, которые используют военные.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

Определения, обозначения, сокращения. 5

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ 5G.. 8

1.1. Сотовые сети пятого поколения. 8

1.2. Требования к характеристикам обслуживания. 9

1.3. Процесс стандартизации сетей 5G.. 11

1.4. Базовые услуги сетей 5G.. 12

ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СЕТЕЙ СТАНДАРТА G.. 15

2.1. Технические характеристики поколений сотовой связи. 15

2.2. Механизмы модуляции в стандарте 5G.. 17

2.3. Транзитные и фронтальные соединения. 20

2.4. Формирование луча и функции MIMO.. 21

2.5 Организация беспроводного интерфейса. 22

2.6. Дуплексная передача. 25

2.7. Планирование передач и каналы управления. 26

2.8. Оборудование 5G.. 27

ГЛАВА 3. ТРЕБОВАНИЯ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.. 30

3.1. Возможные угрозы при передаче данных по беспроводной сети. 30

3.2. Требования к протоколам защиты данных беспроводной передачи. 31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 33

 

ВВЕДЕНИЕ

Последнее десятилетие в области сетей и систем связи ознаменовалось экспоненциальным ростом как числа абонентских устройств (АУ), так и общего объема трафика, передаваемого на беспроводном участке доступа в сетях связи общего пользования (ССОП). По оценкам различных источников такая тенденция сохранится и в ближайшем будущем. Значительную часть новых устройств составляют носимые устройства, которые формируют совершенно уникальную пользовательскую экосистему, известную как Интернет носимых вещей (Internet of Things, IoT). Среди устройств IoT есть, как и довольно знакомые смартфоны, умные часы, браслеты, так и более специфические очки дополненной и виртуальной реальности, и т.д. В целом, носимые устройства генерируют большое количество информации, создавая исключительно высокую нагрузку на абонентском участке доступа.

Помимо постоянного увеличения нагрузки, современные потребности в мобильном трафике характеризуются высокой степенью временных и пространственных изменений и, как ожидается, сохранят эти свойства в ближайшем будущем. Пространственный компонент в основном обусловлен локализованными событиями, например, спонтанными скоплениями людей. Кроме того, исследования показывают, что временная динамика трафика начинает быть менее предсказуемой. Одной из причин является распространение современных приложений, таких как игры с дополненной и виртуальной реальностью, использующие знание о текущем местоположении устройств.

Как поставщики сетевого оборудования, так и организации по стандартизации в настоящее время ищут симметричный ответ для удовлетворения растущих потребностей абонентов. Учитывая тот факт, что современные сети связи долгосрочной эволюции четвертого поколения (Long Term Evolution, LTE) используют эффективные механизмы физического и канального уровней позволяющие достаточно близко приблизиться к теоретической верхней границе пропускной способности беспроводных каналов связи, методом, позволяющим и далее наращивать емкость беспроводных сетей доступа является расширение доступного спектра частот.

Однако, учитывая загруженность электромагнитного спектра на частотах ниже 6 ГГц, единственным вариантом, доступным на сегодняшний день, является создание систем, работающих в диапазоне экстремально высоких частот (Extremely High Frequency, EHF), 30 − 300 ГГц.

Согласно ведущим организациям стандартизации систем мобильной связи, МСЭ-Т и 3GPP, системы беспроводного радиодоступа, работающие в нижней полосе частот диапазона EHF, 30−100 ГГц, будут составлять основу сетей связи пятого поколения (Fifth Generation, 5G), предоставляя малую задержку на беспроводном интерфейсе и пиковую скорость передачи данных достигающую 10 Гбит/с.

Пользователи с беспроводным доступом к информации могут работать еще более производительно и лучше, чем их коллеги, привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям, так как есть зависимость от определенной инфраструктуры коммуникаций.

В определенной степени решить данные проблемы связи позволяет переход на качественно новый стандарт связи. Таким стандартом связи на современном этапе является стандарт - 5G.

Развитие сетей стандарта 5G повлекло за собой особый интерес со стороны специалистов и в свою очередь обусловило актуальность данной курсовой работы.

Цель работы: Осуществление анализа сетей стандарта 5G.

Задачи:

1. Рассмотреть стандарты G беспроводных сетей

2. Сравнить технические параметры технологий 4G и 5G

3. Проанализировать сегмент применения стандарта 5G

4. Сделать выводы об эффективности внедрения стандарта 5G

 

Определения, обозначения, сокращения

В настоящей курсовой работе, применяются следующие термины с соответствующими определениями:

NOMA (англ. Non-Orthogonal Multiple Access) - метод неортогонального множественного доступа в системах сотовой связи 5-го поколения (5G).

Massive MIMO - технология, в которой количество пользовательских терминалов намного меньше, чем количество антенн базовой станции (мобильной станции)

OFDM (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов)

N-OFDM (англ. Non-Orthogonal Frequency Division Multiplexing — мультиплексирование с неортогональным частотным разделением каналов)

DLC – Data Link Control - включает несколько протоколов канального уровня, в том числе Synchronous Data Link Control (SDLC, протокол управления синхронным каналом передачи данных) для иерархических сетей и Token Ring для одноранговых локальных сетей, соответствует канальному уровню (Data Link layer) OSI (однако не охватывает полностью функциональность Data Link layer OSI)

HDLC – Hight-level Data Link Control - бит ориентированный протокол канального уровня сетевой модели

SNA - Systems Network Architecture (системная сетевая архитектура) — разработанное компанией IBM в 1974 г. Общее описание структуры, форматов, протоколов, используемых для передачи информации между программами IBM и оборудованием, создавалось для объединения в глобальные сети мейнфреймов IBM.

BSS (base station subsystem) — один из основных элементов системы подвижной радиотелефонной связи, ответственный за передачу голосового и сигнального трафика между мобильным терминалом абонента и подсистемой сети и коммутации, GSM core network.

PSTN - Телефонная сеть общего пользования (Public Switched Telephone Network) — всеобщая абонентская сеть связи, для доступа к которой используются телефонные аппараты, автоматические телефонные станции (АТС) и оборудование передачи данных.

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ, КАМн; англ. Quadrature Amplitude Modulation, QAM) — разновидность амплитудной модуляции сигнала, которая представляет собой сумму двух несущих колебаний(сигнал, один или несколько параметров которого изменяются в процессе модуляции) одной частоты, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90 (π/2 радиан, т.е., четверть полного угла, поэтому «квадратурная»), каждое из которых модулировано по амплитуде своим модулирующим сигналом.

Сеть пакетной передачи данных – это такая сеть, где вся передаваемая информация представляет собой набор пакетов какого-либо файла. Каждый пакет данных содержит в себе: преамбулу, адрес отправителя и назначения, управляющую информацию, кадр, контрольную сумму и концевик. После создания пакета он кодируется в двоичный код и передается по среде передачи данных. На пользовательском компьютере для каждого пакета после его получения подсчитывается отдельно друг от друга контрольная сумма и сверяется с тем значением, которое хранится в заголовке. Если два значения контрольной суммы совпадают, то пакет считается принятым без ошибок. В случае потери пакета во время пересылки он повторно запрашивается с сервера. Когда все пакеты доставлены, и контрольная сумма прошла проверку, они автоматически объединяются в файл.

Телефонная сеть общего пользования (англ. PSTN, Public Switched Telephone Network) — частный случай телефонной сети — всеобщая абонентская сеть связи, для доступа к которой используются телефонные аппараты, автоматические телефонные станции (АТС) и оборудование передачи данных. PSTN является универсальной единой сетью для всех пользователей во всём мире и обеспечивает одну из важнейших современных сфер жизнедеятельности человеческого общества — возможность телефонных переговоров между пользователями из любой точки земного шара.

Макросоты - соты большого радиуса, обычно, несколько десятков километров (порядка 35 км). Радиус соты может быть увеличен при использовании направленных антенн. Макросоты характеризуются низкой или средней плотностью трафика, поддержкой умеренных скоростей движения мобильных станций и узкополосными службами. Типичная макросота может быть расположена в сельской местности или в условиях пригорода, с умеренным блокированием пути сигнала зданиями и, в зависимости от географических условий, значительной блокировкой пути сигнала листвой.

Микросоты – маломощные соты малого радиуса, предназначенная для обслуживания небольшой территории (одного офиса или квартиры). Соединяется с сетью сотового оператора через канал связи, подведённый к пользователю (публичный Интернет).

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ 5G