Беспроводные сети WLL. Телефония с коммутацией каналов и ipтелефония (Voice)
 Скачать 27.49 Kb.
|
|
Понятие систем абонентского доступа Мы ознакомились динамично развивающейся частей современных сетей связи является доступ пользователей и абонентов к узлам связи транспортных сетей для предоставления телекоммуникационных услуг. При этом наблюдаются следующие тенденции развития доступа: - использование существующей инфраструктуры низкочастотных медных линий для предоставления доступа к узкополосным и широкополосным услугам средствами модемов цифровых абонентских линий xDSL (Digital Subscriber Line) в разновидностях симметричных, асимметричных и высокоскоростных линий (HDSL, ADSL, VDSL), в которых могут передаваться сигналы на скоростях от десятков кбит/с до десятков Мбит/с (64 кбит/с – 50 Мбит/с) на относительно небольших расстояниях от десятков и сотен метров до нескольких километров;- использование технологий: «волокно в дом», «волокно в распределительный шкаф», «волокно в офис» и т. д., обозначаемых FTTx (Fiber To The Home, …), например, пассивной оптической сети PON (Passive Optical Network), основанных на сети волоконно-оптических линий, для организации доступа к любым видам услуг; Плоскость пользовательских услуг отражает все известные и востребованные услуги электросвязи, к которым относятся: - телефония с коммутацией каналов и IP-телефония (Voice), - видеосвязь, видеоконференции, - Интернет, электронная почта, - звуковое вещание, - цифровое телевидение, - и т.д. В связи с качественными изменениями, происходящими в развитии современных телекоммуникационных сетей (ТКС), и в частности с созданием мультисервисных сетей, осуществляется внедрение современных технологий и на абонентских сетях доступа. Поэтому появился новый, принятый уже в международных стандартах и рекомендациях термин "Access Network" – "сеть доступа". В отечественных концепциях ТКС чаще используется словосочетание "сеть пользовательского (абонентского) доступа" (САД), что дает более четкое представление о соответствующем фрагменте телекоммуникационной системы. На рис. 14.1 показан фрагмент телекоммуникационной сети с выделенными типовыми элементами САД [20, Абонентская сеть в простейшем случае состоит из трех основных элементов: - абонентского (пользовательского) терминала (AT); - абонентской (пользовательской) линии (АЛ); - узла коммутации (УК). 4. Использование технологий беспроводного абонентского доступа. В последнее время значительно возрос интерес к технологиям беспроводного абонентского доступа, именуемым WLL-технологиями (Wireless Local Loop). Более распространенные технологии радиодоступа (в отличие от технологий оптического беспроводного доступа) сокращенно называют RLL (Radio Local Loop) [20]. Технологии беспроводного абонентского доступа имеют бесспорное преимущество перед проводными решениями [20]: - применение в местах отсутствия кабельной инфраструктуры, а также в труднодоступных и малонаселенных районах; - быстрое развертывание и ввод в эксплуатацию, - организация доступа в любом месте (в пределах зон покрытия), - поддержание связи при движении абонентов. Главные недостатки WLL – ограниченная пропускная способность и относительно высокая стоимость в расчете на одного абонента, а также традиционные для радиосвязи проблемы «открытости» к внешним воздействиям. В настоящее время существует огромное множество WLL-технологий, которые условно разделяются на две большие группы [20]: - фиксированной связи, - подвижной связи. Традиционно аббревиатуру WLL применяют в узком смысле для обозначения первой группы технологий – фиксированного беспроводного абонентского доступа. Технологии же подвижной, или иначе мобильной, связи обычно рассматривают как самостоятельную группу технологий, среди которых принято различать технологии сотовой, транкинговой, пейджинговой и спутниковой связи. Очевидно, что подвижную связь всегда можно использовать как фиксированную. Обратное же не всегда приемлемо. С другой стороны, фиксированная связь позволяет обеспечить предоставление широкополосных услуг с качеством, соизмеримым с качеством услуг, предоставляемых проводными технологиями, что пока не в состоянии позволить себе подвижная связь. Беспроводные системы доступа. Развитие беспроводных систем доступа идет в двух основных направлениях [23]: - системы персональной сотовой связи, которые позволяют обеспечить доступ мобильных пользователей (рисунок 14.4), - наземные радиорелейные системы на СВЧ, - спутниковые системы (рисунок 14.5). 2. Системы доступа основанные на новых и уже существующих оптико-волоконных и коаксиальные кабелях [23]: - оптико-волоконные систем передачи, - сети кабельного телевидения, - телефонные сети связи на витой медной паре. По радиусу действия и назначению современные беспроводные сети можно разделить на персональные (Wireless Personal Area Network, WPAN), локальные (Wireless Local Area Network, WLAN), городские (Wireless Metropolitan Area Network, WMAN) и глобальные (Wireless Wide Area Network, WWAN) Персональные сети (WPAN) служат, прежде всего, для связывания между собой компонентов компьютера в пределах малого радиуса действия — в так называемой персональной зоне. Однако WPAN-сети нужны не только для подключения компьютерной периферии: по мере того как растет количество устройств, подключаемых к сети, все актуальнее становится проблема их беспроводного соединения в персональной зоне. Радиосвязь Bluetooth осуществляется в диапазоне 2,4-2,48 ГГц. Спектр сигнала формируется по методу FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum — широкополосный сигнал по методу частотных скачков), согласно которому несущая частота сигнала скачкообразно меняется 1600 раз в секунду. ZigBee — беспроводная сетевая технология короткого радиуса действия, базирующаяся на стандарте IEEE 802.15.4. Данная технология была разработана с целью обеспечения более дешевого и менее энергоемкого решения по сравнению с другими WPAN-технологиями, в частности с Bluetooth. Для обеспечения совместимости устройств данного класса в 2002 году по инициативе компании Philips был образован Альянс ZigBee (ZigBee Alliance), в который сегодня входят компании из 22 стран. Протоколы ZigBee разработаны с учетом максимального энергосбережения: большую часть времени устройства находятся в спящем режиме и только изредка проверяют, поступили ли к ним обращения. Дальность связи между двумя аппаратами — до 75 м. Ultrawideband (UWB) — сверхширокополосная связь — получила такое название благодаря тому, что в этом стандарте используется самый широкий из распространенных сегодня технологий диапазон частот. Эта беспроводная технология предназначена для передачи данных на короткие (до 10 м) расстояния с высокой пропускной способностью (до 480 Мбит/с) и низкой потребляемой мощностью. UWB обеспечивает передачу видео между устройствами бытовой электроники и периферийными устройствами ПК. Одно из основных преимуществ этой технологии заключается в том, что она не создает помех для других беспроводных технологий, используемых в настоящее время, — таких как Wi-Fi, WiMAX и сотовая связь. Для организации единой широкополосной беспроводной сети (городские беспроводные сети (WMAN)) , работающей на больших расстояниях, был разработан и предложен стандарт IEEE 802.16, названный WiMAX- Worldwide Interoperability for Wicrowave Access (международное взаимодействие для микроволнового доступа). WiMAX относится к технологии Wireless MAN, которая может соединяться с точками доступа стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi). WiMAX является альтернативой прокладке кабеля или линии DSL при организации последней мили. WIFI Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны или лазерное излучение. В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения (рис. 11.16). К наиболее распространенным стандартам беспроводных сетей относятся IEEE 802.11 (WiFi) и технология IEEE 802.16 (WiMax) – сравнительный анализ приведен в таблице 11.4. Сравнение технологий WiFi и WiMAX показало следующее. - WiMAX это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного до фиксированного. - Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон. - WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения. Таблица 11.8 - Сравнительный анализ технологий беспроводной связи Технология Стандарт Использование Пропускная способность Радиус действия Частоты Wi-Fi 802.11a WLAN до 54 Мб/с до 300 м 5,0 ГГц Wi-Fi 802.11b WLAN до 11 Мб/с до 300 м 2,4 ГГц Wi-Fi 802.11g WLAN до 54 Мб/с до 300 м 2,4 ГГц Wi-Fi 802.11n WLAN до 450 Мб/с (в перспективе до 600 Мб/с) до 300 м 2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц WiMax 802.16d WMAN до 75 Мб/с 25-80 км 1,5-11 ГГц WiMax 802.16e Mobile WMAN до 40 Мб/с 1-5 км 2,3-13,6 ГГц WiMax 2 802.16m WMAN, Mobile WMAN до 1 Гб/с (WMAN), до 100 Мб/с (Mobile WMAN) 120-150 км (стандарт в разработке) н\д (стандарт в разработке) Bluetooth v. 1.1 802.15.1 WPAN до 1 Мб/с до 10 м 2,4 ГГц Bluetooth v. 2.0 802.15.3 WPAN до 2,1 Мб/с до 100 м 2,4 ГГц Bluetooth v. 3.0 802.11 WPAN от 3 Мб/с до 24 Мб/с до 100 м 2,4 ГГц UWB 802.15.3a WPAN 110-480 Мб/с до 10 м 7,5 ГГц ZigBee 802.15.4 WPAN от 20 до 250 Мб/с 1-100 м 2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (1 канал) Инфракрасная линия связи IrDa WPAN до 16 Мб/с от 5 до 50 см, односторон-няя связь — до 10 м Инфракрасное излучение 11.8.1. Технология WiFi IEEE 802.11 — стандарт связи, описывающий локальные компьютерные сети, построенные на основе беспроводных технологий. Пользователям этот стандарт более известен по имени Wi-Fi, фактически являющимся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Стандарт Wi-Fi использует технологии коллизионного доступа CSMA/CD или CSMA/CA, передавая данные по радиоканалу с использованием кодирования псевдо-шумовым сигналом (ПШС). В настоящее время IЕЕЕ 802.11b/g — самые распространённые стандарты, на базе которых построено большинство беспроводных локальных сетей. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. Принятый в 1999 году стандарт IEEE 802.11b предусматривает использование не лицензируемого диапазона частот 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с. Стандарт IEEE 802.11g был утверждён в октябре 2002 г. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с. В данное время ведется разработка стандарта 802.11n, который в обозримом будущем сможет обеспечить скорости до 320 Мбит/c. Установка Wireless LAN рекомендуется там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определенных условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/с. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Таблица 11.5 - Сравнение протоколов 802.11g, 802.11n, 802.11b, Ethernet 10/100, Gigabit Ethernet Технология Скорость Беспро-водная связь Стоимость Ethernet 10/100 100 Мбит/с Нет Низкая Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с Нет Очень высокая 802.11b 11 Мбит/с Да Низкая 802.11g 54 Мбит/с Да Средняя 802.11n до 150 Мбит/с на 1 антенну Да Высокая Wi-Fi был создан в 1991 NCR Corporation/AT&T (впоследствии — Lucent и Agere Systems) в Ньивегейн, Нидерланды. Продукты, предназначавшиеся изначально для систем кассового обслуживания, были выведены на рынок под маркой WaveLAN и обеспечивали скорость передачи данных от 1 до 2 Мбит/с. Вик Хейз (Vic Hayes) — создатель Wi-Fi — был назван «отцом Wi-Fi» и находился в команде, участвовавшей в разработке таких стандартов, как IEEE 802.11b, 802.11a и 802.11g. В 2003 Вик ушёл из Agere Systems. Agere Systems не смогла конкурировать на равных в тяжёлых рыночных условиях, несмотря на то, что её продукция занимала нишу дешёвых Wi-Fi решений. Чипсет 802.11abg all-in-one (кодовое имя: WARP) от Agere плохо продавался, и Agere Systems решила уйти с рынка Wi-Fi в конце 2004 года. Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа (подключаемой как правило к существующей проводной инфраструктуре) и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0.1 Mбит/с каждые 100 мс. Так что 0.1 Mбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт абонентам полную свободу при выборе критериев для соединения и роуминга. Рисунок 11.17 – Схема доступа абонентов к WiFi сети Преимущества Wi-Fi: - Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, может уменьшить стоимость развёртывания и расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями. - Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке. А устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов. - Wi-Fi сети поддерживают роуминг, поэтому клиентская станция может перемещаться в пространстве, переходя от одной точки доступа к другой. - Wi-Fi — это набор глобальных стандартов. В отличие от сотовых телефонов, Wi-Fi оборудование может работать в разных странах по всему миру. Недостатки Wi-Fi - Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы; во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США. - Довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства. - Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости ключа). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. - Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний Wi-Fi маршрутизатор стандарта 802.11b или 802.11g имеет радиус действия 45 м в помещении и 90 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты. - Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi. - Неполная совместимость между устройствами разных производителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения или уменьшению скорости. - Во время дождя работает плохо. В России использование Wi-Fi без разрешения на использование частот от Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) возможно для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений и производственных территорий. Для легального использования вне офисной беспроводной сети Wi-Fi (например, радиоканала между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот. Действует упрощенный порядок выдачи разрешений на использование радиочастот в полосе 2400 ‑ 2483,5 МГц (стандарты 802.11b и 802.11g), для получения такого разрешения не требуется частное решение ГКРЧ. Для использования радиочастот в других диапазонах, в частности 5 ГГц (стандарт 802.11a), необходимо предварительно получить частное решение ГКРЧ. В 2007 году ситуация изменилась с выходом документа: "Постановление от 25 июля 2007 г. N 476 О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. № 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств», где из списка оборудования, подлежащего регистрации шестнадцатым пунктом исключено: «Пользовательское (оконечное) оборудование радиодоступа (беспроводного доступа) в полосе радиочастот 2400—2483,5 МГц с мощностью излучения передающих устройств до 100 мВт включительно». Но, манипулируя неявным определением «оконечное оборудование» (так как оконечным оборудованием так же может считаться и сетевой концентратор конечной магистральной точки) некоторые представители региональных ГКРЧ, являясь одновременно и провайдерами услуг связи в отдельных регионах РФ, обращают изменения Постановления N 476 в удобную себе сторону. За нарушение порядка использования радиоэлектронных средств предусматривается ответственность по статьям 13.3 и 13.4 Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях (КоАП РФ). Так, в июле 2006 года несколько компаний в Ростове-на-Дону были оштрафованы за эксплуатацию открытых сетей Wi-Fi (хот-спотов). Совсем недавно Федеральная служба по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи и охраны культурного наследия издало новое разъяснение использования и регистрации всех устройств, использующих Wi-Fi. Позднее оказалось, что существует комментарий Россвязьохранкультуры, который частично опровергает недоразумения, развитые сетевыми СМИ. 11.8.2. Технология WiMax WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован). Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость — до 1 Гбит/сек на базовую ячейку. WiMAX подходит для решения следующих задач. - Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета. - Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL. - Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг. - Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению. - Создания систем удалённого мониторинга (monitoring системы). Место систем WiMAX среди других технологий при оценке скорости информационного обмена и поддержки мобильных пользователей приведено на рис. 11.18. Рисунок 11.18 - Место систем WiMAX среди других технологий при оценке скорости информационного обмена и поддержки мобильных пользователей Версии WiMAX существенно отличаются друг от друга. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта. Поэтому WiMAX-системы, основанные на версиях e и d стандарта IEEE 802.16, практически несовместимы. 802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений. Под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. Данная технология будет конкурировать или дополнять технологию проводного широкополосного доступа. 802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей мобильного WiMAX таковы: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения 3G (например, EV-DO, HSDPA). В России сеть WiMAX 802.16e-2005 развернута «Скартелом» под брендом Yota. Фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 150 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае, мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей. Технология WiMAX позволяет осуществлять доступ к сети на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у WiFi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов. |