Широкополосные беспроводные системы связи: состояние и перспективы

1. Широкополосные беспроводные системы связи: состояние и перспективы Вишневский В.М. Зам. директора ИППИ РАН д.т.н. проф. E-mail: vishn@iitp.ru

2. Wi-Fi /Wi-MAX в мире – беспроводная революция • Ежемесячно в мире продается 1млн адаптеров стандарта IEEE 802.11x • Установлено свыше 20 млн адаптеров стандарта 802.11x • Рынок корпоративных сетейтехнологии Wi-Fi, будет расти на 20% в год до 2008 г(Pyramid Research). • Европа: “GPRS рассматривается как дополнение к Wi-Fi на более низком уровне” • WiMAX – 60% рынка широкополосной связи к 2008 году(Pyramid Research).

3. Широкополосные беспроводные сети • Wi-Fi (от англ. Wireless Fidelity) - стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802. 11x, поддерживающей высокоскоростную передачу данных в режиме точка-многоточкаи в режиме точка-точка на расстояния до 20 км. • Wi-MАX – перспективный стандарт семейства 802. 16-2004 для создания широкополосных региональных беспроводных сетей

4. Radio cell Radio cell Hillock Президиум РАН (Кудринская пл.) Оптоволокно Radio cell МГУ ИППИ РАН Интернет провайдер Московская беспроводная сеть

5. МГУ IATE МТС 9 ATM Switch GNC NPO Runnet MRMC ATM switch ИППИ РАН 10 Mbps VNII GS RAS Mairie FHI GNC FEI OKSON оптоволокно 10 Mbps 2 Mbps CISCO 2511 модемы CISCO 2511 MRNC каналы Москва Обнинск

6. Преимущества беспроводных сетей • Фактор мобильности • Фактор удаленности • Фактор срочности и масштабируемости • Фактор экономичности

7. Математические проблемы построениябеспроводных региональных сетей • Взаимосвязанные задачи: • задача размещения базовых станций • оптимальное подключение абонентов региональной сети к базовым станциям (оптимальный синтеза топологической структуры) • математические модели и методы оценки производительности и надежности беспроводных сетей • выбор оптимальных параметров беспроводных протоколов (типа 802.11x и 802.16x), • модели взаимодействия беспроводных сетей, работающих по разным протоколам (например, GPRS или 3G с 802.11x и 802.16x) и являющихся частями единой региональной сети

8. N K M N n=1 k=1 m=1 n=1 Постановка задачи оптимального размещения базовых станций и подключения к ним локальных компьютерных сетей абонентов Целевая функция стоимости 0 = Wkmn Ykm Xmn + Cn Xmn  min При ограничениях:  Ykm = 1 ;  Xkn 1 ;  Ykm Xkn = 1 k  BnXmn bkYkmm Где Xmnи Ymn- булевы переменные K M N M N k=1 m=1 n=1 m=1 n=1 M N m=1 n=1

9. Математические модели и методы оценки производительности широкополосных беспроводных сетей Литература 1. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003, 512 с. 2. Вишневский В.М., Семенова О.В. Математические методы исследования систем поллинга. Автоматика и телемеханика, 2006, №2. 3. В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, Н.Н. Гузаков. Оценка максимальной производительности беспроводного доступа в Интернет. Автоматикаителемеханика, 2004, № 9. 4. Вишневский В.М., Ляхов А.И, Портной С.Л., ШахновичИ.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005, 592 с. 5. V.M. Vishnevsky and A.I. Lyakov, IEEE 802.11 wireless LAN: Saturation throughput analysis with seizing effect consideration, Cluster Computing №5, 2002, 535-548 6. V.M. Vishnevsky and A.I. Lyakov, Comparative Study of 802.11 DCF and its Modification in the Presence of Noice, Wireless Networks №11, 2005, 729-740

10. Сравнительная характеристика DCF (distributed coordination function) и PCF(point coordination function) • - PCF – основная схема с «прикреплениями» приглашений к передаче и MAC-подтверждений к фреймам данных. • - PCF1 – альтернативная схема с отдельными фреймами приглашений и MAC-подтверждений. • - PCF2 – схема с отдельными фреймами MAC-подтверждений. • - PCF3 – схема с отдельными фреймами MAC-подтверждений только на дубликаты пакетов, получаемых БС.

11. Необходимость отечественных разработок оборудования беспроводной передачи данных • высокая стоимость • низкая приспособленность устройств кместным особенностям климата • низкая приспособленность устройств к распределению радиочастотного спектра. Недостатки продукции зарубежных поставщиков оборудования :

12. РЭС “РАПИРА” (Решение ГКРЧ №05-04-03-011 от 31.01.05) • Скорость передачи данных в канале достигает 108 Мбит/с. • Используемые частотные диапазоны: 2300-2400 МГц, 2400-2483 МГц , 5150-5350 МГц, 5725-5850 МГц и 5925-6100. • Максимальная выходная мощность устройства 50 мВт – 100 мВт. • Структура сигналов, используемых в сети: сигналы с CCK, BPSK и QPSK, а также OFDM сигналы с адаптивной многоуровневой QAM. • Дальность передачи в условиях городской застройки составляет 10-15 км, в условиях сельской местности до 40 км.

13. Распределение радиочастотного спектра • 2.3-2.4 ГГц (нестандартный, доступен в России) • 2.4-2.5 ГГц (ISM)4.9-5.15 ГГц (нестандартный) • 5.15-5.35 ГГц ( FCC UNII 1,2) • 5.35-5.47 (нестандартный) • 5.47-5.725 ГГц (европейский, ETSI) • 5.725-5.850 ГГц ( FCC UNII 3) • 5.85-6.10 (нестандартный, доступен в России)

14. 4 в одном (логическая схема) • Беспроводный модем (до 108Мбит/c, WPA) • Маршрутизатор (RIP, OSPF, BGP) • Сетевой экран (до 7го уровня OSI) • Сервер доступа (VPN, PPtP, MPPE,RADIUS) • Удаленное управление ( SSH, HTTP, SNMP)

15. Набор разрабатываемого оборудования (1) • Точка доступа и клиентское устройство со стандартным интерфейсом 100BaseT для стыка с оборудованием передачи данных. Возможные применения: • Точка доступа, маршрутизатор, обслуживающий 2 – 100 клиентов • Беспроводный клиент и шлюз для рабочей группы • Беспроводный бридж для прозрачного объединения сегментов сетей Ethernet.

16. Внешнее исполнение

17. Набор разрабатываемого оборудования (2) • Беспроводное устройство, реализующие функции шлюза IP-телефонии на 1-4 телефонных линии с одновременной передачей скоростного цифрового потока. Возможные приложения для такого устройства: • оперативно разворачиваемый абонентский вынос на 1-4 телефонных аппарата, • загородный таксофон, переговорный пункт с возможностью доступа к услугам цифровой компьютерной связи и Интернет, • голосовая и телеметрическая служебная связь на протяженных трассах - автомобильных, кабельных, трубопроводных и др.

18. Типовой канал Точка-точка

19. Линия с ретрансляцией • Используется 2 частотных канала • Ответвление Ethernet на каждом пункте ретрансляции

20. Базовая станция (БС)1 или 2 сектора

21. Вынос Базовой Станции

22. Решение проблемы «информационного неравенства» • Федеральным законом «О связи», принятым в июне 2003 года, к универсальным услугам связи относятся услуги по передаче данных и предоставлению доступа к сети "Интернет" с использованием пунктов коллективного доступа. При этом закон гарантирует, что в поселениях с населением не менее чем пятьсот человек должен быть создан не менее чем один пункт коллективного доступа к сети "Интернет"(Гл.8, ст.57,п.1,2).

23. Зона А зона высокой плотности телекоммуникаций зона низкой плотности телекоммуникаций Зона В Подключение сельских населенных пунктов областной центр районные центры Зона В населенные пункты с населением более 500 чел Зона А

24. Беспроводная региональная сеть Покрытие сельских населенных пунктов с использованием сотовой региональной беспроводной сети

25. Организация системы доступа на удаленных территориях Системы доступа: дуплексная спутниковая связь и базовая станция радиодоступа на высотном сооружении

26. Проект информатизации Рязанской области

27. Беспроводная сеть на базе привязного аэростата Базовая радиомодемная станция (протокол 802.11)