Курстық жұмыс Wimax Кожахметов РАмир Рэт 17-09. С. сейфуллин атындаы аза агротехникалы университеті
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ  С. СЕЙФУЛЛИН атындағы ҚАЗАҚ АГРОТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ «Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар» кафедрасы Курстық жұмыс Пән: «Сымсыз байланыс технологиялары» Тақырыбы: «Wimax технологиясы» Орындаған: РЭТ 1709 студенті Кожахметов Р.Е Тексерген:Аға оқытушы Кисманова А.А Курстық жұмысы қорғауға жіберілді ______________________ (оқытушының қолы) Нұр-Сұлтан 2020 Мазмұны Кіріспе 1.)Сымсыз байланыс технологиясы 1.2) WIMAX міндеттері, мақсаттары 1.3) WIMAX жұмыс істеу принципі 2.Негізгі бөлім 2.1) IEEЕ 802.11 базалық стандарты 2.2) WIMAX жұмыс режимі 2.3) Байланыс қорғау 3) Көп деңгейлі желіні іске асыру нұсқаларын талдау 3.2)Есептеу Қорытынды Пайдаланган әдебиеттер тізімі Кіріспе WDS (Wireless Distribution System) термині "таратылған сымсыз жүйе"деп аталады. Бұл технология сымсыз байланыс нүктелеріне тек сымсыз клиенттермен ғана емес, бір-бірімен де сымсыз байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, Wi-Fi немесе WLAN (Wireless LAN) деп аталатын сымсыз желілер дәстүрлі сымды желілермен салыстырғанда үлкен артықшылықтарға ие, олардың бастысы, әрине, жай өрістету болып табылады. Мысалы, сымсыз желі кәбілдерді (қабырғалар штробкасын талап ететін) тартуды қажет етпейді; сымсыз желінің жұмыс істеу аймағында пайдаланушылардың мобильділігі және оған жаңа пайдаланушылардың қосылу қарапайымдылығы сияқты артықшылықтарына дау айту қиын. Сонымен қатар, сымсыз желілер қазіргі заманғы даму кезеңінде олардың елеулі кемшіліктерінен айырылмаған. Ең алдымен, бұл бүгінгі өлшем бойынша төмен, қосылу жылдамдығы, ол сонымен бірге бөгеттердің болуына және қабылдағыш пен таратқыш арасындағы қашықтықтарға байланысты; нашар масштабтау, сондай-ақ үй-жайларда сымсыз желіні пайдалану туралы әңгіме болса, желі әрекетінің шектеулі радиусы. Қазіргі уақытта желілік қосылыстарға үш негізгі талаптар: Жоғары өткізу қабілеті, сенімділік, мобильділік. Барлық үш негізгі критерий WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), IEEE 802.16 стандарты буындарын ғана біріктіре алады. Қазіргі әлем ақпаратсыз мүмкін емес. Ақпараттық магистральдар бүгінде көлік желілерінен кем емес, олар барлық жерде – құрлықта да, мұхит түбінде де, ғарышта да. Байланыс желісі бойынша байтты беру мұнай баррелінің немесе газ текше метрінің берілуінен кем болмайды. Бірақ ғаламшар сымды байланыс желісінен тығыз болады. Бұл жолдар кедергі келтіреді және оларды алып тастау керек. Сондықтан сымсыз технологиялар бүгін шынайы бум бастан таңқаларлық емес. Қолданушыларға трафик көлемі мен деректерді беру жылдамдығының барлық үлкен көлемі талап етіледі-және де шұғыл. Қазіргі заманғы мультимедиалық қосымшалар бұған ықпал етеді. Осыдан он жыл бұрын сымсыз жергілікті желілер арнайы құрал болып көрінді. Бүгінгі күні-бұл жаппай өнім, ал Wi-Fi және WiMAX терминдерін мамандар да біледі. 1)Сымсыз байланыс технологиясы Қазіргі уақытта жаһандану өмірдің барлық аспектілерін: экономикалық, саяси, әлеуметтік-мәдени және, сонымен бірге, адамның өмір салтын өзгертуді ескеретін маңызды даму тенденцияларының бірі болып табылады. Мемлекеттердің шекаралары «анық», адам қозғалысты өзгертеді, жаһандық ақпараттық қоғам қалыптасады. Сонымен қатар коммуникациялық технологиялар өзгеруде: телекоммуникациялық және ақпараттық технологиялар көптеген жылдар бойы қолданылып келеді, әртүрлі қызметтер мен абоненттік терминалдардың тіркелген және мобильді желілерін тікелей аппроксимациялауға негізделген бірыңғай ақпараттық коммуникациялар әлеміне біріктірілген. Ақпараттық коммуникацияның көптеген салаларының арасында сымсыз мобильді байланыс барынша қарқынды дамып келеді: жылжымалы трафиктің көлемі экспоненталық болып табылады, ол Ericsson-ге сәйкес 2017 жылы айына 8 мың петабайтты құрайды; Әртүрлі ауқымдағы қол жетімді сымсыз технологиялар әзірленді: - Жеке сымсыз желілер WPAN (Wireless Personal Network): BlueTooth, ZigBee; - Жергілікті сымсыз желілер WLAN (сымсыз жергілікті желі): IEEE 802.11 стандарты; - Сымсыз сымсыз желілер WMAN (сымсыз қалалық желі): IEEE 802.16 стандарты; WWAN жаһандық сымсыз желілері: 2G (GSM, GPRS, EDGE), 3G (UMTS, CDMA2000, HSDPA), 4G (LTE Advanced) [1]. Бұдан басқа, үздіксіз үздік өзара әрекеттесу тұжырымдамасына (AlwaysBestConnected, ABC) сәйкес ақпарат беру қызметтерінің сапасы мен комбинациясы үшін пайдаланушы талаптары артып келеді, географиялық орналасудың тұрақты және тәуелсіз болуын қамтамасыз ету қажет. Радиожиіліктік технологиялардың саны мен көп деңгейлі абоненттік құрылғылардың санының көбеюі түрлі технологияларды бір желіге біріктіруге мүмкіндік береді, яғни гетерогенді (стереотипті) сымсыз желіні қалыптастыру (1.1 суретті қараңыз). Осындай желі жабылу аймағын қамтитын радиобайланыс технологиясының түрлі бөліктерінен тұрады. Бұл MF үшін төмен баға мен жоғары сапалы байланыс ұсынғанда, желінің өткізу қабілеттілігін арттырады және оның қамту аймағын кеңейтеді.  1.2 WIMAX міндеттері, мақсаттары, артықшылықтарыWiMAX технологиясының мақсаты құрылғылардың (жұмыс станциялары, "ақылды үй" тұрмыстық техникасы, портативті құрылғылар мен ұялы телефондар) және олардың логикалық бірлестігі - жергілікті желілер үшін әмбебап сымсыз қолжетімділікті ұсыну болып табылады. Айта кету керек, бұл технология бірқатар артықшылықтарға ие: 1)WiMAX желісінің сымды (xDSL немесе кең жолақты), сымсыз немесе спутниктік жүйелерімен салыстырғанда операторлар мен сервис-провайдерлерге тек жаңа әлеуетті пайдаланушыларды ғана емес, сондай-ақ тіркелген (тұрақты) рұқсаты бар пайдаланушылар үшін ақпараттық және коммуникациялық технологиялар спектрін кеңейтуге мүмкіндік беруі тиіс. 2)Сымсыз технологиялар әлдеқайда икемді және соның салдарынан оңай, өйткені қажет болған жағдайда масштабталуы мүмкін. 3)Орнату қарапайымдылығы факторы ретінде шығындарын азайту желілерін жаю дамушы елдерде халық аз қоныстанған немесе алыс аудандарда. 4)Қамту қашықтығы радиобайланыс жүйесінің маңызды көрсеткіші болып табылады. Қазіргі уақытта кеңжолақты деректерді берудің көптеген сымсыз технологиялары желі объектілері арасында тікелей көрінуді талап етеді. WiMAX OFDM технологиясын пайдалану арқасында клиенттік жабдықтан базалық станцияға дейін тікелей көріну болмаған жағдайда қамту аймақтарын жасайды, бұл қашықтықтар километрлермен есептеледі. 5)WiMAX технологиясы бастапқыда IP протоколын қамтиды, бұл оны жергілікті желілерге оңай және мөлдір біріктіруге мүмкіндік береді. 6)WiMAX технологиясы бірыңғай инфрақұрылымдағы тіркелген, жылжымалы және жылжымалы желілер объектілері үшін жарамды. 1.3) WIMAX жұмыс істеу принципі WiMAX жүйесі екі негізгі бөліктен тұрады: 1)WiMAX базалық станциясы биік объектіде - ғимаратта немесе мұнарада орналасуы мүмкін. 2)Қабылдағыш WiMAX: қабылдағышы бар антенна ( сур. 6.1). Базалық станция мен клиенттік қабылдағыш арасындағы байланыс 2-11 ГГц диапазонында АЖЖ-да жүргізіледі. Бұл қосылыс идеалды жағдайларда деректерді 20 Мбит/с жылдамдықпен беруге мүмкіндік береді және станция пайдаланушыдан тікелей көріну қашықтығында болуын талап етпейді. Сонымен қатар, WiMAX базалық станциясының бұл режимі 802.11 (Wi-Fi) кең қолданылатын стандартына жақын, ол шығарылған клиенттік құрылғылар мен WiMAX үйлесімділігіне жол береді.  Сурет 6.1 қабылдағышы бар антенна Сонымен қатар, WiMAX технологиясы "соңғы мильде" - провайдер мен пайдаланушы арасындағы соңғы учаскеде де, аймақтық желілерге: кеңселік, аудандық желілерге қол жеткізуді ұсыну үшін де қолданылатынын есте ұстаған жөн. Сонымен қатар, базалық станциялар арасында 10-66 ГГц аса жоғары жиілікті тікелей көріну радиобайланысы арқылы тұрақты байланыс орнатылады. Бұл қосылыс шасси мүмкіндік береді деректерді жоғары жылдамдықпен 120 Мбит/с .Шектеу шарты бойынша тікелей көру, әрине, артықшылығы болып табылады, алайда ол минутқа ғана базалық станция қатысатын қаймағы алынбаған жабу ауданы, әбден мүмкін жүзеге асыру кезінде жабдықтарды орналастыру. Ең аз дегенде, базалық станциялардың бірі кеңжолақты жылдамдық байланысы арқылы провайдер желісімен үнемі байланыста болуы мүмкін. Шын мәнінде, провайдер желісіне неғұрлым көп станциялар ие болған сайын, деректерді беру жылдамдығы мен сенімділігі соғұрлым жоғары болады. Алайда, тіпті нүктелердің саны аз болса да, жүйе жүктемені ұялы топология есебінен дұрыс бөле алады. Сонымен қатар, ұялы принцип негізінде ірі объектілерді (мысалы, тау массивтері) айналып өтетін оңтайлы желіні құру жолдары да әзірленеді, ал тізбектелген станциялар сериялары эстафеталық принцип бойынша деректерді береді. Мұндай әзірлемелерді стандарттың келесі нұсқасына енгізу жоспарланып отыр. Бұл өзгерістер жылдамдықты айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді деп күтілуде (сурет. 6.2).  (сурет. 6.2). IEEE 802.16 стандарт желісінің құрылымы бойынша дәстүрлі ұялы байланыс желілеріне өте ұқсас: мұнда 50 км дейінгі радиуста әрекет ететін базалық станциялар бар, сонымен қатар оларды мұнараларда орнату міндетті емес. Олар үшін үйлердің шатырлары өте қолайлы, тек Станциялар арасындағы тікелей көрініс жағдайын сақтау қажет. Базалық станцияны пайдаланушымен қосу үшін абоненттік жабдықтың болуы қажет. Бұдан әрі сигнал түсуі мүмкін стандартты Ethernet-кабельге тікелей нақты компьютерге және интернетке кіру нүктесі 802.11, Wi-Fi немесе локальды сымды желісіне Ethernet стандартты. Бұл кабельден WiMAX-қа көшу кезінде аудандық немесе кеңселік жергілікті желілердің қолданыстағы инфрақұрылымын сақтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл компьютерлерді қосу үшін таныс технологияларды пайдалана отырып, желілерді қолдануды барынша жеңілдетуге мүмкіндік береді. WiMax техникалық сипаттамалары : * Әрекет ету қашықтығы: 50 км дейін; * Деректерді берудің ең жоғары жылдамдығы: бір базалық станция секторына 70 Мбит/с дейін; · Жұмыс жиілігі: 2-11 ГГц; * Спектрлік тиімділігі: 5 бит/сек/Гц дейін; * Жабу: тікелей көріністен тыс кеңейтілген жұмыс мүмкіндіктері қызмет көрсету аймағын жабу сапасын айтарлықтай жақсартады; * Клиенттік құрылғыларда базалық станция секторы шегінде Интернетке қатынау жылдамдығы – 10 Мбит/C дейін; * Тығыз құрылыс жағдайында базалық станцияның бір секторының әрекет ету аймағы – 800-ден 1500 метрге дейін; * Мобильділік: 120 км/сағ дейін қозғалыс жылдамдығында базалық станциялар арасында мобильді WiMAX клиенттік жабдықты лезде ауыстыру. 2.Негізгі бөлім 2.1) IEEЕ 802.11 базалық стандарты IEEE 802.11 сымсыз деректер берудің барлық қолданыстағы стандарттарынан практикада Электротехника және радиоэлектроника (IEEE) инженерлік институтымен анықталған үш стандарт жиі қолданылады: 802.11 b, 802.11 A және 802.11 g. Стандартта IEEE 802.11b арқасында жоғары деректерді беру жылдамдығы 11 Мбит/с) іс жүзінде баламалы өткізу қабілетінің әдеттегі сымды жергілікті желілердің Ethernet, сондай-ақ бағдар диапазоны 2,4 ГГц, бұл стандарт орынға ең көп танымал өндірушілерден жабдық сымсыз желілер. Стандарт IEEE 802.11 a үлкен ені жолақтар тектес стандарттар 802.11 кезінде мәліметтерді беру жылдамдығы 54 Мбит/с. 2.4 ГГц жиіліктер аймағына бағытталған базалық стандарттан айырмашылығы, 802.11 a спецификацияларында 5 ГГц диапазонында жұмыс қарастырылған. Сигналды модуляция әдісі ретінде ортогоналды жиіліктік мультиплексирлеу (OFDM) таңдалды. 5 ГГц жиіліктер үшін радиотаратқыштардың жоғары тұтынылатын қуаты, сондай-ақ аз жұмыс радиусы 802.11 a кемшіліктеріне жатады. IEEE 802.11 g стандарты 802.11 b логикалық дамуы болып табылады және сол жиілік диапазонында деректерді беруді болжайды. Сонымен қатар, 802.11 g стандарты 802.11 b-мен толық үйлесімді, яғни кез келген құрылғы 802.11 g құрылғыларымен жұмыс істеуге қолдау көрсетуі керек 802.11 b. 802.11 g стандартындағы ең жоғары тарату жылдамдығы 54 Мбит/с құрайды, сондықтан бүгінгі күні бұл сымсыз байланыстың ең перспективалы стандарты. 802.11 бастапқы стандарты физикалық деңгейде берудің үш әдісін анықтайды: Инфрақызыл толқындар диапазонында беру. 2.4 ГГц диапазонында жиілікті (FHSS) секірмелі қайта құру жолымен спектрді кеңейту технологиясы. 2.4 ГГц диапазонында (DSSS) тура бірізділік әдісімен спектрді кеңейтумен кеңжолақты модуляция технологиясы. IEEE 802.11b Физикалық деңгейде МАС-кадрларға (MPDU) преамбуладан және өзіндік PLCP-тақырыптан тұратын физикалық деңгейдің тақырыбы қосылады ( сурет. 3.5). Преамбулада қабылдағышты баптау үшін бастапқы синхроблоктық (SYNC) және кадрдың басталу коды (SFD)-F3A016 саны бар. PLCP тақырыбы SIGNAL (модуляция жылдамдығы мен түрі туралы ақпарат), SERVICE (жоғары жылдамдықты кеңейтулер мен PBCC модуляцияларын қолдану туралы қосымша ақпарат) және LENGTH (кадрдың атауынан кейінгі тарату үшін қажетті микросекундтардағы уақыт) өрістерін қамтиды. Барлық үш тақырып өрісі 16-биттік CRC бақылау сомасымен қорғалған.  Сур. 3.5. Физикалық деңгейдегі IEEE 802.11 b желісі кадрларының құрылымы IEEE 802.11 b стандартында тақырыптың екі түрі бар: ұзын және қысқа ( сурет. 3.6).  2.2) WIMAX жұмыс режимі 802.16 e-2005 стандарты бұрын шыққан барлық нұсқаларды жинады және қазіргі уақытта келесі режимдерді ұсынады: Fixed WiMAX-тіркелген қол жеткізу. Nomadic WiMAX-сеанстық қатынау. Portable WiMAX-жылжыту режимінде кіру. Mobile WiMAX-ұялы қатынау. Барлық осы режимдерді толығырақ қарастырайық. Fixed WiMAX Тіркелген қатынау кең жолақты сымды технологияларға (xDSL, T1 және т.б.) балама болып табылады. Стандарт 10-66 ГГц жиілік ауқымын пайдаланады. Бұл жиілік диапазоны қысқа толқындардың күшті өшуінен таратқыш пен сигнал қабылдағыш арасындағы тікелей көрінуді талап етеді ( сурет). 6.3). Бір жағынан, бұл жиілік диапазоны радиобайланыстың басты мәселелерінің бірі - сигналдың көп сәулелі таралуын болдырмауға мүмкіндік береді. Бұл жағдайда байланыс арналарының ені өте үлкен (типтік мән - 25 немесе 28 МГц), бұл тарату жылдамдығына 120 Мбит/с дейін жетуге мүмкіндік береді. Алайда, Fixed WiMAX қызметтерін ұсынатын компаниялардың көпшілігі портативті және әрі қарай ұялы WiMAX-қа тез көшуді күтеді. Nomadic WiMAX Сеанстық қол жеткізу қолданыстағы Fixed WiMAX сессия ұғымын қосты. Бұл режим негізінен ноутбук, PDA сияқты портативті құрылғыларға арналған. Сессияларды енгізу сондай-ақ клиенттік құрылғының энергия шығынын азайтуға мүмкіндік береді, бұл да портативті құрылғылар үшін маңызды.  Сур. 6.3. Таратқыш пен сигнал қабылдағыш арасындағы тікелей көріну Portable WiMAX Сонымен қатар, WiMAX-тің бір базалық станциясынан екінші базалық станцияға қосылуды жоғалтпастан автоматты түрде ауысу мүмкіндігі бар. Алайда бұл режим үшін клиенттік жабдықтың қозғалыс жылдамдығы әлі де шектеулі - 40 км/сағ.дегенмен, мұндай түрде жолда клиенттік құрылғыларды пайдалануға болады (автомобильде жылдамдық шектелген қаланың тұрғын аудандарымен қозғалғанда, велосипедпен, жаяу қозғалғанда және т. б.). Бұл режимді енгізу смартфондар мен КПК үшін WiMAX технологиясын пайдалану орынды болды ( сурет. 6.4). 2006 жылы WiMAX портативті режимінде жұмыс істейтін құрылғыларды шығару басталды. 2008 жылға дейін дәл осы режимді нарыққа енгізу және жылжыту басым болады деп саналады.  Сур. 6.4. Смартфондар мен ҚКП үшін WiMax технологиясын пайдалану Mobile WiMAX Бұл режим 802.16 e-2005 стандартында әзірленді және клиенттік жабдықтың жылжу жылдамдығын 120 км/сағ дейін арттыруға мүмкіндік берді: 1)Сигналдың көп сәулелі таралуына және өз кедергілеріне төзімділігі. 2)Арнаның масштабталатын өткізу қабілеті. 3)Time Division duplex (TDD) технологиясы асимметриялық трафикті тиімді өңдеуге мүмкіндік береді және арналар арасындағы сессияны эстафеталық беру есебінен антенналардың күрделі жүйелерін басқаруды жеңілдетеді. 4)Бұл технология клиенттік жабдықтың қозғалыс бағытын күрт өзгерткен кезде тұрақты қосылысты сақтауға мүмкіндік береді. 5)Бөлу бөлінетін жиілік және пайдалану субканалов жоғары тиеу оңтайландыруға мүмкіндік береді деректерді ескере отырып, сигнал күшіне клиентского оборудования. 6)Энергия үнемдеуді басқару портативті құрылғылардың күту немесе тоқтап қалу режимінде байланысын ұстап тұру үшін энергия шығындарын оңтайландыруға мүмкіндік береді. 7)Желі технологиясы-Network-Optimized Hard Handoff (HHO), ол 50 миллисекундқа дейін және клиентті арналар арасында ауыстыру уақытын аз қысқартуға мүмкіндік береді. 8)Multicast and Broadcast Service (MBS) технологиясы DVB-H, MediaFLO және 3GPP E-UTRA функцияларын біріктіреді: бір жиілік желісін пайдаланып жоғары деректерді беру жылдамдығына қол жеткізу; радиожиіліктерді икемді тарату; төмен энергия тұтыну портативті құрылғылар; арналар арасында жылдам ауысу. 9)Бұл антенналардың күрделі жүйелерін пайдалануға мүмкіндік береді, оның ішінде бағыт диаграммасын қалыптастыру, кеңістіктік-уақытша таңбалау, кеңістіктік мультиплексирлеу (тығыздау). 10)Fractional Frequency Reuse технологиясы, ол аз шығындармен жиіліктерді қайта пайдалану үшін арналардың қабаттауын/қиылысуын бақылауға мүмкіндік береді. 11)Мөлшері жақтаудың 5 миллисекундтан қамтамасыз етеді ымыраға арасындағы сенімділік деректерді пайдалану есебінен шағын пакеттер мен үстеме шығындармен санының ұлғаюы есебінен пакеттерін (және, соның салдары ретінде, тақырыптары). WiMAX стандарты бүгін тестілеу сатысында. Жабдықтың лицензиясы бар стандарттың жалғыз бәсекеге қабілетті нұсқасы-Fixed WiMAX. Алайда, провайдерлер қымбат тұратын, бірақ жұмыс істеп тұрған жабдықты жаңасына ауыстыруға асықпайды, өйткені бұл өнімділікті (және, тиісінше, қызметтердің бағасын) көтеру және салынған қаражатты тез қайтару мүмкіндігінсіз елеулі салымдарды талап етеді. WiMAX-желілерді өрістету кезінде Internet-ке қол жеткізу бұрын болмаған жағдайда, оны сатып алуға қажетті жабдыққа немесе ақшалай қаражатқа ие әлеуетті пайдаланушылар санының жеткілікті болуы проблемасына тап болады. Сонымен қатар, оны лицензиялағаннан кейін Mobile WiMAX-қа ауысуға да қатысты, өйткені провайдерлердің операторлық жабдықты жаңғыртуға шығындарынан басқа, пайдаланушылардың клиенттік жабдықты жаңғыртуға: WiMAX-карталарды сатып алуға және портативті құрылғыларды жаңартуға жұмсалатын шығындарын ескеру қажет. Екінші тежеуші фактор адам денсаулығына зиянды тікелей көріну радиобайланысының аса жоғары жиіліктерін қолдануға жол берілмейтін көптеген мамандардың ұстанымы болып табылады. Тұрғын объектілерден ондаған метр қашықтықта мұнаралардың болуы (ал базалық станцияларды үйлердің шатырларына орнату ұсынылады) тұрғындардың, әсіресе балалардың денсаулығына зиянды әсер етуі мүмкін. Алайда, зияндың бар-жоғын немесе жоғары ықтималдығын растайтын медициналық эксперименттердің нәтижелері әлі жарияланбаған. Үшінші фактор стандартты жылдам дамыту болып табылады. WiMAX стандартының жаңа түрлі нұсқаларының пайда болуы бірнеше жылдан кейін жабдықтың болмай қоймайтын ауысуы туралы мәселеге алып келеді. Мысалы, қазір Fixed WiMAX режимінде жұмыс істейтін станциялар Mobile WiMAX-ты қолдай алмайды. Келесі стандартқа көшкен кезде жабдықтың бір бөлігін жаңарту қажет, бұл ірі провайдерлерді қорқытады. Қазіргі уақытта Fixed WiMAX-ты коммерциялық негізде енгізу мен пайдалануға айтарлықтай кеңейтуді жоспарламайтын (оның ішінде аумақтық) және клиенттерді тарту үшін жаңа технологияларды пайдаланатын шағын компаниялар ғана қол жеткізе алады. Және, ең соңында, төртінші фактор - wbro радиожиіліктерінің жақын ауқымдарын пайдаланатын кең жолақты байланыстың бәсекелі стандартының болуы болып табылады. Бұл стандарт да соңына дейін лицензияланбаған, бірақ ол белгілі бір танымалдыққа ие болды. Сондықтан бірнеше жылдан кейін WiMAX емес, WBro қолайлы болады деп әрқашан ықтималдығы бар. Және WiMAX-жүйелерін әзірлеу мен енгізуге қаражат салған компаниялар айтарлықтай зардап шегеді. Алайда, стандарттардың ұқсастығына байланысты екі стандартты бір уақытта қолдайтын жабдықты біріктіру және одан әрі пайдалану ықтималдығы бар. Сонымен, стандарт артықшылығы кезінде технологияны жаппай енгізу туралы немесе тіпті оған көшу және қолданыстағы желілік шешімдерден бас тарту мүмкіндігі туралы айту әлі ерте. Алдымен Mobile WiMAX стандартының алғашқы лицензияланған жабдығын, сондай-ақ далалық сынақ нәтижелерін алу қажет. Содан кейін 802.16 f (Full Mobile WiMAX) және 802.16 m стандарттарының бекітілуін күтуге болады. Олардың біріншісі кедергілерді айналып өту алгоритмдерін және базалық станциялар арасындағы жабудың ұялы топологиясын оңтайландыруды қамтиды. Екінші стандарт стационарлық клиенттік жабдықпен деректерді беру жылдамдығын 1 Гбит/с дейін және мобильді клиенттік жабдықпен - 100 Мбит/с дейін көтеруге тиіс. Одан әрі жаңа стандарттарды қолдайтын жабдықты лицензиялауды, WiMAX арқылы жабдықтарды өндіру және қол жеткізу қызметтерін көрсету нарығында бәсекелестікті күтуге болады. Тек сонда ғана қазіргі бар технологиямен салыстырғанда осы технологияның нақты артықшылықтары мен кемшіліктері туралы айтуға болады. 2.3) Байланыс қорғау Қорғалған байланыс (Security Association, sa) — желі құрылғылары арасында қорғалған деректерді беруді қамтамасыз ету үшін бір жақты байланыс. SA екі түрі бар: Data Security Association, деректер үшін Қорғалған байланыс; Authorization Security Association, авторландыру үшін Қорғалған байланыс. Деректер үшін Қорғалған байланыс үш түрі бар: Бастапқы (негізгі) (Primary SA); Статикалық (Static SA); Динамикалық (Dynamic SA). Бастапқы қорғалған байланыс инициализация процесі кезінде абоненттік станциямен орнатылады. Базалық станция содан кейін статикалық қорғалған байланыс береді. Динамикалық қорғалған байланыстарға келетін болсақ, олар сервистік ағындар үшін қажеттілігіне қарай орнатылады және жойылады. Статикалық және динамикалық қорғалған байланыстар бірнеше абоненттік станциялар үшін бір болуы мүмкін. Деректер үшін Қорғалған байланыс анықталады: 16-биттік байланыс идентификаторы; Қосылымдағы деректерді қорғау үшін қолданылатын шифрлау әдісі; Екі Traffic Encryption Key (TEK, трафик шифрлау кілті), ағымдағы және ағымдағы TEK өмір сүру мерзімі аяқталған кезде қолданылатын болады; Екі екі екі битті идентификатор, әр TEK үшін бір-бірден; TEK өмір сүру уақыты. 30 минуттан 7 күнге дейін маңызды болуы мүмкін. Әдепкі мәні 12 сағат; Екі 64-биттік инициализация векторлары, бір-бірден TEK (DES шифрлау алгоритмі үшін қажет); (Бастапқы, статикалық немесе динамикалық). Абоненттік станцияларда әдетте екінші жиілік басқару арнасы (secondary management channel) үшін деректер үшін бір қорғалған байланыс бар; немесе бір қорғалған байланыс бар үшін деректерді қосу үшін екі тараптың (uplink және әжептәуір жақын), не бір қорғалған байланыс үшін деректерді қосу үшін базалық станция абоненттік және бір — кері қайту үшін. Авторизация үшін Қорғалған байланыс Абоненттік станция мен базалық станция авторизация үшін бір қорғалған байланысты бөледі. Базалық станция деректер үшін қорғалған байланысты конфигурациялау үшін қорғалған байланысты пайдаланады. Авторизация үшін Қорғалған байланыс анықталады: абоненттік станцияны сәйкестендіретін X. 509 сертификатымен, сондай-ақ абоненттік станция өндірушісін сәйкестендіретін X. 509 сертификатымен. 160-биттік авторизация кілті. TEK кілттерін алмасу кезінде аутентификация үшін қолданылады. 4-биттік авторландыру кілтінің идентификаторы. Авторизация кілтінің өмір сүру уақыты. 1 күннен 70 күнге дейін мән алуы мүмкін. Әдепкі мән 7 күн. 128-биттік кілтті шифрлау кілті. TEK кілттерін шифрлау және тарату үшін қолданылады. TEK кілттерімен алмасу кезінде төмен хабарлар үшін HMAC кілті (downlink). TEK кілттерін алмасу кезінде HMAC кілті (uplink) өрлемелі хабарлар. Бұл абоненттік станция авторизацияланған data SA тізімімен. Аутентификация рәсімі  KEK келесідей есептеледі: 0x53 он алтылық санының өзі 64 рет конкатенациясы жүргізіледі. 512 бит алынады. Оң жақта авторизация кілті қосылады. Осы саннан SHA-1 хэш функциясы есептеледі. Шығу кезінде 160 бит алынады. Алғашқы 128 бит KEK ретінде алынады, қалғандары лақтырылады. HMAC кілттері келесідей есептеледі: 0x3A (uplink) немесе 0x5C (downlink) он алтылық санының өзі 64 рет конкатенациясы жүргізіледі. Оң жақта авторизация кілті қосылады. Осы саннан SHA-1 хэш функциясы есептеледі. Шығу кезінде 160 бит алынады. Бұл HMAC кілті. Берілетін деректерді шифрлау үшін TEK48 деп аталатын арнайы кілт қажет. Бұл кілт таңдалады базалық стацией кездейсоқ, бірақ оны беру абоненттік станция пайдаланылады кілт AK, сондай-ақ екі қосымша өңделетін кілт: кілт шифрлеу кілттерін – КЕК49 және кілт сәйкестендіру хабарлар – HMAC key50. TEK кілті келесі тәсілдердің бірімен шифрланады: KEK кілтінің 3DES алгоритмі арқылы, KEK кілтінің ұзындығы 112 битке тең; RSA шифрлау жүйесі арқылы ашық кілт X. 509 сандық сертификатынан алынады; бұл жағдайда ұзындығы 128 битке тең KEK кілтінде AES алгоритмі арқылы. Хабар алмасу кезінде тұтастықты бақылаумен қатар ауыстырудан қорғауды қамтамасыз ететін HMAC-SHA1 хэш-функциясы (тек АС және БС белгілі АК кілтін пайдаланады) (суретті қараңыз. 6.1 хабарламаларды шифрлау үшін стандарт CBC режимінде DES алгоритмін немесе CCM режимінде AES алгоритмін пайдалануды көздейді. Шифрлау процесі күрішке көрсетілген.6.3 des алгоритмі үшін).  Cурет 6.1 CBC режимінде DES алгоритмі арқылы деректерді шифрлау процесі  Сурет. 6.3 Структура шифрованного сообщения при использовании алгоритма AES PN- номер пакета  Сур. 6.4 Кемшіліктер. WiMAX-Forum ұйымы әзірлейтін және қабылдайтын барлық талаптар мен стандарттарға толық жауап беретін жабдықтың тапшылығы. Жабдық, ол үшін шығарылады WiMAX әр түрлі өндірушілер, сыйыспайтын бір-бірімен және техникалық сипаттамалары елеулі айырмашылығы сол, ол салынды стандарты. Жиіліктерді бөлу жөніндегі мемлекеттік комиссия енгізген жиіліктерді пайдалануды шектеу. Осы шектеулерді енгізгеннен кейін, WiMAX жұмыс істейтін диапазондарда базалық станциялардың қолданылу радиусы мен қуаты қатты шектелген және халқының саны 1 млн.адамнан асатын ірі қалада әрекет ету радиусы 3 км-ден аспауы тиіс. 3)Көп деңгейлі желіні іске асыру нұсқаларын талдау Төменде жоғарыда қарастырылған топологиялардың сапасын бағалауға мүмкіндік беретін графиктер сериясы келтірілген. Желіні талдау үшін тапсырма төмендегі кестеде сипатталған бастапқы шарттар болды:  Бұдан басқа, бір кластер шегінде өткізу жолағының ені барлық кіру нүктелері арасында біркелкі бөлінген деп болжанған. Бұл дегеніміз, GP шлюзінен жеткілікті қашықтағы тораптар (яғни көптеген хопттар бар тораптар) GP шлюзіне жақын орналасқан тораптар сияқты өткізу қабілетіне ие. Бұл іс жүзінде қолдану жолымен де қол жеткізіледі әр түрлі белгілі әдістемелер сипатталған қазіргі әдебиет сияқты бақылау трафик қабылдау нүктесінде қол жеткізу жоспарлау және өткізу жолағын да MRAR. Сонымен қатар, желінің барлық аумағында абоненттер біркелкі таратылады және әрбір облыс қайталанатын суреті бар кластерлер санынан тұрады. Сонымен қатар, зерттеу жұмыстарын жеңілдету үшін антенналарды орнату биіктігі барлық тораптар үшін бірдей – Абоненттік және базалық станциялар, ал арналар арасындағы интерференция жоқ. Бұл ортогональды көтергіштердің жеткілікті саны болған кезде мүмкін.Қойылған тапсырманы талдауға мүмкіндік беретін математикалық модельдер, COST231-HATA (urban) радиосигналының таралу шығынының келесі моделі, сондай-ақ моделі пайдаланылды, IEEE Std 802.16-2009 мақаласында сипатталған, Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 16: Air Interface for Broadband Wireless Access Systems, May 2009. Мұнда математикалық артықшылық берілмейді, нәтижелерді қарауға бірден көшеміз.  4 сурет-Wi-Fi деректерді беру жылдамдығының қол жеткізу сызығы мен транзиттік сызықтың қашықтығына тәуелділігі Астында линком қол жеткізу түсініледі жағдайда абонент желісіне тікелей қосылу нүктесі арқылы, астында транзиттік линком түсініледі, онда нүктесі рөлін атқарады транзиттік торабы (хоп).  5 сурет-транзиттік сызықтың WiMAX деректерді беру жылдамдығының ені 5, 10 және 20 МГц арналар қашықтығына тәуелділігі. Жоғарыда келтірілген параметрлердің негізінде 4 және 5 суреттерде берілген қашықтықтарға арналған деректерді беру жылдамдығының есептік теориялық максимумдары көрсетілген. Бұл айтарлықтай айырмашылық қашықтықта үшін линка қол жеткізу және транзиттік линка байланысты күшейту коэффициентімен антенналар (кестені қараңыз). WiMAX транзиттік қосылу үшін деректерді беру жылдамдығы арнаның енімен байланысты. 6-суретте көрсетілгендей ең көп қосылған пайдаланушылар саны жылдамдығы 1 Мбит/сек, ол қамтамасыз ете алады бұрын қаралған конфигурация multi-tier желілер (A, B, C, D, E, F) ені әр түрлі арна.  6-сурет-multi-tier желілері үшін абоненттердің ең көп саны (A-F)) Әр түрлі конфигурациялы желілер үшін қамту ауданы көрсетілген.  7-сурет-multi-tier желілердің максималды қамту алаңы (A-F) Сонымен қатар, WiMAX және Wi-Fi жабдықтарының ең көп санын талап етеді. A желісінің конфигурациясы кластердің шағын өлшеміне байланысты ең аз қамтылуға ие. Базалық станцияларды орнату тығыздығы желіні өрістету құны тұрғысынан сыни көрсеткіш болып табылады, сондықтан төменде 1 шаршы километрге 1000 пайдаланушы қатынауын ұсыну үшін қандай базалық станциялардың санын көрсететін графиктер келтірілген. Бұл жағдайда C және E конфигурация желілері де жақсырақ екенін ескеріңіз. A конфигурациясы үшін базалық станциялардың үлкен саны желінің шектеулі радиусымен байланысты. 5 МГц Өткізу жолағы үшін базалық станциялар саны артады, бұл жиілік жолағының тар енінен берілетін транзиттік трафик саны тым артады, яғни желінің өткізу қабілетінің артуы арнаның енінің ұлғаюы есебінен емес, қосымша базалық станцияларды орнату есебінен жүреді.  Сурет 6. 1000 абонент үшін базалық станциялардың ең аз саны кв. км. Көп деңгейлі WiMAX-Wi-Fi желісінің бірнеше конфигурациясы, жұмыс шарттары және пайдаланушы талаптары үшін өнімділікті талдау деректері келтірілген. 2.8 сурет-WiMAX-Wi-Fi желісінің өнімділігі өткізу жолағының енінен бастап әртүрлі факторларға қатты тәуелді; желіде қолданылатын MRAR саны, деректерді беру жылдамдығы және абоненттердің таралу тығыздығы. 3.1) Есептеу. WiMAX желісінің өткізу қабілетін есептеу IEEE 802.16 e стандартының өткізу қабілетін есептеуді жүргіземіз. 10 МГц кезінде, нақты Өткізу жолағы: 10∙28/25 = 11,2 МГц; Түптеу мына формула бойынша есептеледі: ∆f = 11,2/1024 = 10,94 кГц; Таңбаның белсенді бөлігінің ұзақтығы: Tb = 1/∆f = 1/10,94∙10ˉі = 91,4 мкс; Қорғау аралығының ұзақтығы: Tg = δ∙ Tb = 0,125∙91,4 = 11,4 мкс; Символдың ОЧР ұзақтығы: Ts = Tb + Tg = 91,4 + 11,4 = 102,8 мкс; В общем в 5 мс кадре символов составляет: 5∙10ˉ³/102,8∙10ˉ³˙² = 48 символов.  Есептеу үшін жиынтық жылдамдығы төмен ескеру қажет, бұл бағытта төмен қарай 48 рәміздер пайдаланылады 36, ал жіберу кезінде жоғары 12 символов. Сонымен қатар, кіріспе және MAP жалпы алғанда 36 символдан 2 ұпай беріледі, яғни трафикті беруге 34 символ қалады. WiMAX стандартында сегіз модульдік - кодтау схемасы қолданылады. Табл. 3.8 10 МГц жолағы үшін жылдамдық мәндері және модульдік - кодтау схемаларын пайдалану ықтималдығы келтірілген. Бір кадрда қанша бит төмен берілетін екенін білу керек, бұл орташа беру жылдамдығын есептеуге мүмкіндік береді. Мысалы, кодтау жылдамдығы 1/2 4 - ФМ модульдік-кодтау схемасы үшін әрбір таңба бір бит туралы деректерді береді. Егер 4-ФМ модуляциясын 3/4 кодтау жылдамдығымен қолдансаңыз, онда бір символ 1,5 бит жібереді. Бұл кодталған биттер туралы. Символдағы биттердің орташа санын табамыз. Бұл 2,2 бит. Кесте сияқты. 3.7. трафикті тарату үшін 720 көтеру және 30 подканал қолданылады. Басқаша айтқанда, бір ошақ символы 720 таңбадан тұрады. Төмен жарты жақтағы 34 таңба бар. Бұл жартылай кадрда 720$34 = 24480 таңба болады дегенді білдіреді. Бұл ретте бір қарапайым символ орта есеппен 2,2 ақпараттық битті береді. Әрі қарай есептейміз, қанша бит келеді полукадр бағытта төмен қарай: 2,2∙24480 = 53856 бит.  Орташа беру жылдамдығы төмен болады: 53865/5∙10ˉі = 10,7 Мбит/с Сигнал беру үшін арна ресурсының 10-12% - ы бөлінеді, трафик берудің жалпы жылдамдығы 10,7∙0,9 = 9,6 Мбит/с. Біздің жағдайда, яғни күрішті аралас жоспарлау кезінде. 3.8-к е с т е.LTE желісінің базалық станциясын құру және іске қосу үшін базалық станцияны құру және іске қосу үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру үшін базалық станцияны құру қажет. Сонымен қатар, әр түрлі өткізу қабілеттіліктерінің тағы бір факторы-модульдік-кодтау сұлбаларын қолдану. Күріште көрініп тұрғандай. 3.8, ұялы байланыстың қараңғы бөлігі-16 - КАМ және 64-КАМ модульдік-кодтау схемалары пайдаланылады, шетінде 4-ФМ схема қолданылады.  9. Біріктірілген жоспарлау кезіндегі ұялы телефондар. Технико-есептеу жоғарыда айтылғанның негізінде. Орташа жылдамдығы беру бағытында төмен орталығында соты Жолағы сонымен қатар, 10 МГц. SQL-дің орташа саны SQL-дің ортасындағы символ үшін 3,5 битке тең. Төмен бағытта жартылай жақтағы биттің орташа мәні: 3,5∙24480 = 85680 бит. Ұя ортасында төмен берудің орташа жылдамдығы: 85680/5∙10ˉі = 17,1 Мбит/с. Ұяның шетінде төмен бағытта берудің орташа жылдамдығы. Өйткені шетінде сот пайдаланылады 1/3 барлық қол жетімді поднесущих, онда бұл жағдайда саны поднесущих сияқты 240. Төмен бағытта жартылай жақтағы биттің орташа мәні 1,5∙8160 = 12240 бит. ҰЖ шетінде төмен бағытта берудің орташа жылдамдығы 12240/5∙10ˉі = 2,4 Мбит/с. Табл. 3.9 10 МГц жолағының ені модульдік - кодтау схемалары үшін беру жылдамдығы келтірілген.  Қорытынды Тарату жылдамдығын, деректерді берудің жоғары жылдамдығын, желі арқылы берілетін ақпараттың сапалы қорғалуын және абоненттердің қозғалу ұтқырлығын қамтамасыз ету. WiMAX 802.16 Е стандарты желісінің көмегімен ақпараттық және коммуникациялық технологиялар мен сервистік қосымшалар қызметтеріне қол жеткізуді қамтамасыз ету. Сымсыз желінің негізгі тапсырмасы жоғары өткізу қабілетін, сенімділігін, ұтқырлығын қамтамасыз ету болып табылады. Курстық жұмыстың тақырыбы WiMAX 802.11 стандартының сымсыз желісін зерттеуден тұрады: базалық және мобильді станция арасындағы байланыс орнатуын, берілетін пакеттердің жылдамдығы мен сенімділігін, олардың криптотөзімділігі мен сыртқы кедергілерге төзімділігін зерттеу. Аумақты барынша қамту жағдайында желінің жұмысын зерттеу. Жұмыстың мақсаты-қала шегінде WiMAX 802.11 стандартының құрылымын, жұмыс принциптерін және желісін құруды зерделеу. Бір базалық станциядан екіншісіне дейін желі шегінде Клиенттің мобильді қозғалыс режимінде берілетін ақпараттың (бейне, аудио және мәтіндік) сапасын зерттеу. Берілетін деректердің сенімділігі мен қорғалуын тексеру. Қолданылған әдебиеттер тізімі 1.https://www.yaneuch.ru/cat_29/symsyz-tehnologiya/287831.2325738.page1.html https://www.intuit.ru/studies/courses/1004/202/lecture/5246?page=4 https://infourok.ru/g-zhne-g-lte-tehnologiyalari-2422575.html Гольдштейн Б. С., Соколов Н. А., Яновский Г. Г. Сети связи: Учебник для ВУЗов. – СПб.: БХВ – Петербург, 2010. Кааринен Х. Сети UMTS. Архитектура, мобильность, сервисы. – М.: Техносфера, 2007. Печаткин А. В. Системы мобильной связи. Часть 1. – РГАТА, Рыбинск, 2008. Вишневский В., Портной С., Шахнович И. «Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G». "Техносфера" · 2009 г. Шахнович И. Статья: «Стандарт широкополосного доступа IEEE 802.16» В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной, И.В. Шахнович «Широкополосные беспроводные сети передачи информации» М. Техносфера, 2005. WiMAX Forum http://www.wimaxforum.org/. https://altel.kz/about/news/detail.php?ID=142&lang=kz |