Современные технологии и характеристики мобильного WiMAX

ASN представляет границу для функционального взаимодействия WiMAX с клиентом, возможности по взаимодействию в выполнении функций услуг и объединения функций, реализованных разными производителями. Отображение функциональных объектов в логические сети доступа к услугам (ASN) может быть выполнено различными способами.

WiMAX Forum в процессе разработки спецификаций заложил принципы, которые предоставляют возможность производителям использовать самые разнообразные пути по их выполнению.

Сеть взаимодействия с услугой (CSN — Connectivity Service Network) определена как набор функций, которые обеспечивают взаимодействие абонента(ов) WiMAX с услугой через IP. Она может содержать такие сетевые элементы, как маршрутизаторы, опознавание, аутентификация и учет стоимости, базы пользовательских данных и шлюзы взаимодействия.

CSN может быть реализована как часть сети поставщика прикладных услуг (NSP — Network Service Provider).

Сетевые спецификации для систем, основанных на WiMAX, базируются на принципах архитектуры, перечисленных ниже:

• а) логическое разделение между процедурами адресации IP, процедурами маршрутизации и управления взаимодействием, а также соответствующими протоколами, для того чтобы позволить использование примитивов (программных модулей) в различных сценариях как автономных и взаимодействующих с окружением единиц;
• б) поддержка совместного использования ASN-сети поставщиком доступа услуг (NAP — Network Access Provider) одного из множества поставщиков услуг (NSP — Network Service Provider);
• в) поддержка одной сети взаимодействия с услугами (CSN — Connectivity Service Network) для управления многими сетями доступа к услугам ASN;
• г) поддержка средств обнаружения и выбора мобильной станцией или станцией обслуживания одного из доступного поставщика услуг NSP;
• д) поддержка доступа к назначенному сервису с помощью функций взаимодействия;
• е) спецификация определенных эталонных точек между различными группами сетевых функциональных объектов — между ASN, между ASN и CSN, между CSN и в особенности между MS, ASN и CSN, чтобы сделать возможными взаимодействия аппаратуры различных производителей;
• ж) поддержка развития взаимодействия между различными моделями использования (подвергается разумным техническим предположениям и ограничениям);
• з) предоставление возможности различным производителям аппаратуры комбинировать различные объекты на различных физических носителях. Рис. 9.6 показывает несколько объектов в пределах сети доступа к услуге и их функциональную группировку, места протоколов и эталонных точек, как это определено в спецификациях;
• и) поддержка некоторых частных сценариев отдельных операторов, разработанных на сети доступа с ограниченными услугами базовой сети, например, основных услуг Интернета без роуминга.

Архитектура WiMAX позволяет обеспечить IP- и Ethernet - услуги в мобильном варианте, гибко и согласованно поддержать работу операторов, использующих аппаратуру разных изготовителей.WiMAX-сети имеют следующие свойства, рассмотренные ниже.

увеличить изображение
Рис. 9.6. Архитектура Мобильной WiMAX сети на основе IP

Безопасность

Архитектура сети WiMAX базирует свою безопасность на учете типа оператора и топологии сети и выполняет различные сценарии. В частности, она поддерживает:

• а) в части безопасности; строгое соответствие процедур аутентификации оборудования между мобильной станцией и сетью WiMAX базируясь на стандарте IEEE 802.16
• б) все механизмы аутентификации в домашней и визитной сети, которые базируются на последовательных и расширяемых процедурах аутентификации;
• г) механизмы безопасности, которые обеспечивают сохранение целостности данных, защиту откликов, конфиденциальность, обнаружение несогласованности используемых ключей;
• д) использование мобильной станцией таких механизмов, как инициирование или закрепление за терминалами дополнительных возможностей, например, виртуальной частной сети (VPN );
• е) механизм управления IP-адресами между мобильной станцией (станцией услуги) и визитной или домашней сетью поставщика услуг.

Мобильность и передача вызова (хэндовер)

Архитектура сети WiMAX поддерживает множество возможностей мобильности и хэндовера. Она предполагает реализацию:

• а) передачи вызова сетям с различными технологиями — WiFi, 3 GPP, DSL или MSO (Multi Service Operator) — если мобильная станция допускает работу в нескольких режимах;
• б) поддержки различных версий протокола IP (IPv4 или IPv6), связанных с беспроводным доступом. В пределах такой архитектуры должна быть встроена система, снабжающая мобильную станцию адресами IP для обеих версий протокола (IPv4 и IPv6);
• в) поддержки роуминга между сетями поставщиков услуг;
• г) применения механизмов плавного (без перерыва) хэндовера для быстро передвигающихся средств и широко используемых услуг, а также следующих услуг:
  • динамические и статические конфигурации домашнего адреса;
  • динамическое назначения домашнего агента (промежуточного устройства с адресом и возможностью реализации некоторых услуг, не предоставляемых центральными средствами); это назначение обеспечивает оптимизацию маршрутизации и регулирования нагрузки;
  • назначение домашнего агента по административным соображениям (например, для совместных или лимитированных расчетов).

Расширение и наращиваемость, выбор зоны покрытия и оператора

Архитектура мобильного WiMAX имеет широкие возможности для расширения и наращивания, а также гибкость в выборе оператора. В частности, предполагается:

• а) простое изменение параметров при проектировании сетей доступа к услугам и основной сети, как в сторону увеличения, так и уменьшения; это касается зоны покрытия или емкости системы;
• б) возможность приспосабливаться к любой топологии: индивидуальной ("сними трубку и говори"), иерархической и/или соединений со многими промежуточными узлами;
• в) обеспечение возможности работы с различными ретрансляционными линиями, проводными и беспроводными, имеющими различные временные задержки и характеристики и пропускную способность;
• г) поддержка развития инфраструктуры;
• д) поддержка поэтапного внедрения IP-услуг, которые должны наращиваться в соответствии с возрастанием числа активных пользователей и числа услуг, используемых каждым абонентом;
• е) поддержка наращивания числа базовых станций и их ввода в сеть для различной емкости и зоны покрытия, например, пико- и макросотовых;
• ж) поддержка декомпозиции и интеграции функций сети взаимодействия с услугой доступа к сети при разработке и по заявке пользователей для создания схем баланса нагрузки и эффективности использования спектра и сетевых ресурсов (CSN — Connectivity Service Network).

Способность оборудования различных производителей к взаимодействию

Другой важный аспект архитектуры сети мобильного WiMAX — поддержка взаимодействия оборудования различных изготовителей при реализации функций сети доступа. Такое взаимодействие должно включать:

• а) транзит через BS к оборудованию, выполняющему функции доступа к сети;
• б) применение различных элементов реализации функций сети доступа (возможно, различных изготовителей) и базовой сети, с минимальным ухудшением или без него в части выполняемых функций и по пропускной способности. Стандарт IEEE 802.16 определяет несколько подуровней конвергенции. Архитектура сети мобильного WiMAX поддерживает различные типы подуровней конвергенции: Ethernet CS, IPv4 CS и IPv6 CS.

Качество обслуживания

Сеть мобильного WiMAX имеет средства для поддержки различных механизмов обеспечения качества обслуживания. В частности, она предоставляет возможность гибкой поддержки одновременной работы различных наборов IP-услуг.

Архитектура поддерживает:

• а) дифференцированные уровни качества обслуживания — грубой настройкой (для пользователя) и тонкой настройкой (поток услуг пользователя);
• б) управление доступом;
• в) управление полосой пропускания;
• г) политику операторов, основанную на их соглашении по гарантированному обслуживанию (SLA — Service Level Argument). Это включает политику по отношению к отдельным пользователям, группам пользователей, учет таких факторов, как местоположение, время дня и т. п.

Для управления политикой между операторами широко используются возможности стандартов, действующих в отношении Интернета. Конфигурации сети доступа к услугам определены профилями, включающими распределенную и централизованную архитектуру. Кроме того, WiMAX-форум разрабатывает взаимодействие как внутри сетей доступа, так и между сетями доступа, выполненными на оборудовании различных изготовителей.

9.4. Краткие итоги к лекции 9

• Технологии мобильного WiMAX включают в себя применение сложных антенн – антенны с переключением, решёчатые антенны.
• При управлении сложными антеннами применяются процедуры: формирования диаграмм направленности, коды пространство-время, пространственное мультиплексирование.
• Пространственное мультиплексирование улучшает пиковую пропускную способность радиоканала.
• Использование адаптивных антенн позволяет на физическом уровне применять многочисленные варианты разнесения с помощью организации нескольких каналов для передачи одной и той же информации.
• Для управления адаптивной системы антенн организуется массив распределения, в котором указываются данные необходимые для управления каждой антенной.
• В системе WiMAX применяется повторное использование каналов, где в центре соты пользователи используют весь спектр, а по краям соты только часть подканалов.
• Системой WiMAX обеспечивается групповая и широковещательная доставка. Эти службы поддерживается с помощью отображения зон в памяти.
• На первых этапах предполагаются различные виды доступа: использование в ограниченной зоне, ограничение скорости передвижения, ограничение служб при перемещении и полнофункциональная система.
• Эталонная модель WiMAX включает сеть доступа к услугам, сеть взаимодействия с услугой.
• Архитектура мобильного WiMAX построена на платформе "Все-IP" (All-IP). Принятая технология основана на передаче и коммутации пакетов без использования каналов традиционной телефонии.
• Архитектура сети WiMAX поддерживает множество возможностей мобильности и хэндовера. Она предполагает реализацию передачи вызова сетям с различными технологиями
• Архитектура мобильного WiMAX имеет широкие возможности для расширения и наращивания, а также гибкость в выборе оператора.
• Сеть мобильного WiMAX имеет средства для поддержки различных механизмов обеспечения качества обслуживания. В частности, она предоставляет возможность гибкой поддержки одновременной работы различных наборов IP-услуг.

Задачи и упражнения к части 4

1. Провести частичное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:
   • а) 128;
   • б) 512;
   • в) 1024;
   • г) 2048.
2. Провести частичное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:
   • а) 128;
   • б) 512;
   • в) 1024;
   • г) 2048.
3. Провести полное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:
   • а) 128;
   • б) 512;
   • в) 1024;
   • г) 2048.
4. Провести полное распределение поднесущих для направления "вниз" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:
   • а) 128;
   • б) 512;
   • в) 1024;
   • г) 2048.
5. Провести распределение поднесущих для направления "вверх" при значении защитного интервала 10 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:
   • а) 128;
   • б) 512;
   • в) 1024;
   • г) 2048.
6. Провести распределение поднесущих для направления "вверх" при значении защитного интервала 20 % и следующих значениях размеров преобразования Фурье:
   • а) 128;
   • б) 512;
   • в) 1024;
   • г) 2048.