Кокорева М.Ю.

Кокорева М.Ю.

Построение сетей стандарта «WiMAX»

Научный руководитель:

Галкин В.П.

Современный человек с трудом представляет свою жизнь без систем телекоммуникаций и информационных сетей, обеспечивающих доступ практически к любой необходимой информации, а также повышающих удобство, скорость и качество работы. Поэтому темой своей статьи я выбрала "Построение сетей стандарта WiMAX". Я считаю эту тему актуальной и интересной. WiMAX является относительно молодой и перспективной технологией.

В настоящее время для выполнения вышеизложенных требований наиболее удобны беспроводные технологии — это подкласс информационных технологий, служащий для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение. Существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Эти технологии могут использоваться в решении различных задач от локальных решений для квартир и загородных домов до сложных систем автоматизации офисов и производственных помещений.

WiMAX является телекоммуникационной технологией, разработанной с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN. Название «WiMAX» можно считать жаргоном, оно было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана для 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 ячейку. [3]

WiMAX решает следующие задачи:

· Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.

· Создание точек доступа, не привязанных к географическому положению.

· Обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.

· Создание систем удалённого мониторинга.

· Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.

WiMAX делится на две категории: мобильный и фиксированный.

Начнем с фиксированного. Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование, поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа и DSL.

Мобильный WiMAX. Спецификация утверждена в 2005 году. Это — новый виток развития технологии фиксированного доступа. Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, idle mode и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ, возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. В мире реализованы несколько пилотных проектов, в том числе первым в России свою сеть развернул «Скартел». Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения.

Главными преимуществами WiMAX является возможность предоставления сети в труднодоступные районы, а также простота развертывания и по мере необходимости легкая масштабируемость. Это очень полезно, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии.

Одной из задач моего проекта является проект построения сетей стандарта Wimax в городе Арзамасе. Этому городу не хватает хорошего, мобильного и главное общедоступного интернета. Домашний интернет является достаточно качественным, но не позволяет передвигаться, точек Wi-Fi мало, что не позволяет жителям иметь постоянный выход в интернет. Меня волнует это проблема и я хотела бы ее решить.

В Арзамасе по данным 2013 года проживает 105 344 человек. Таким образом он является городом 3-й категории и коэффициент проникновения услуги составит порядка 3,8% от общего числа жителей. Следовательно возможное число абонентов равно 4003 человека.

В сетях стандарта мобильного WiMAX, зона покрытия одной базовой станции, так же как и в системах сотовой связи, аппроксимируется шестиугольником. Ключевой принцип работы сотовой системы заключается в многократном использовании одних и тех же частотных каналов в различных сотах, расположенных в зоне покрытия системы соответствующим образом. Группа изсот, использующая все доступные частоты, исключая их повторное использование, называется сотовым кластером.

Для анализа размера и особенностей кластера рассмотрим геометрические свойства набора шестиугольников:

Где: r – расстояние от центра шестиугольника до его вершины или радиус описанной вокруг него окружности, i и j – координаты центра рассматриваемого шестиугольника.

Возникает следующий вопрос: какое количество сот в кластере обеспечивает наиболее компактное покрытие для стандарта WiMAX? Пусть центральные соты соседних кластеров расположены на расстоянии R от центра опорной соты. В их распоряжении находится такой же набор частотных каналов, что и у опорной соты. Каждый кластер может быть представлен одним большим шестиугольником, площадь которого равна сумме площадей всех принадлежащих кластеру сот. Площадь одной соты радиуса r равна:

А площадь большого шестиугольника равна:

Следовательно количество сот в кластере равно:

Проведём расчёт трассы сети по модели COST-231 Hata.Расчёт ведём на минимальной частоте f = 2300 МГц, высота антенны БС 30 м., высота МС 2 м.Расчёт выполним для различных видов модуляций, используемых в каналах связи: QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Использование модуляции 64-QAM обеспечивает более высокую скорость передачи, но требует обеспечения большей величины отношения сигнал/шум. Поэтому такой способ целесообразно применять для пользователей, находящихся вблизи базовой станции. На краях сот самым подходящим является применение модуляции QPSK. Расчёт трассы дает результаты, которые определяют реальную зону обслуживания базовой станции. Эти расчёты важны для определения радиуса соты, что позволяет найти необходимое число базовых станций для покрытия заданной территории. Из расчета получаем, что Максимальная дальность связи 64-QAM = 0,58км; 16-QAM= 1,1км; QPSK = 2,1 км.

Проведем расчет пропускной способности сети WiMAX пропускной способности стандарта IEEE 802.16e. Рассчитаем полосу пропускания при 10 МГц. При комбинированном планировании нужно рассчитать пропускную способность в центре и на краю сот. Из расчётов узнаем, что средняя скорость передачи в центре соты равна 17,1 Мбит/с, а на краю сот в составит 2,4 Мбит/с.[1]

Оборудование необходимое для осуществления проекта является таковым: Базовая станция WiMAX - компактная, оптимизированная по стоимости микро беспроводная базовая станция. Арзамас город не большой, поэтому чтобы покрыть всю его территорию хватит 6 таких станций [рис. 1]. Секторная антенна для базовой станции. Благодаря высокому усилению и широкому углу охвата антенны, достигается покрытие качественным сигналом большой площади. Высококачественный корпус позволяет достигать высокого результата даже в суровых погодных условиях. Необходимо 36 штук, на каждую станцию по 6 антенн. Mobile WiMAX ASN шлюз, Netspan –программа управления сетью. И Мобильные станции для пользователей. Они представляют собой компактные, малогабаритные радиомодемы, разработанные для фиксированного и мобильного функционирования с поддержкой Plug and Play инсталляции и самостоятельной инициализации. Позволяют пользователям ноутбуков и настольных компьютеров соединяться с WiMAX сетями в любое время, в любом месте.

Рис. 1 Охват базовых станций [2]

Кaк оказалось использование информационных технологий Mobile WiMAX позволяют предоставить относительно дешевое покрытие беспроводным широкополосным доступом в Интернет. При использовании беспроводного доступа оператор может сэкономить, как на трудовых резервах, так и при развертывании базовых станций, что существенно скажется на себестоимости предоставляемых услуг. WiMAX является молодой телекоммуникационной технологией, разработанной с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств. В настоящее в Арзамасе не имеется общедоступного беспроводного широкополосного доступа в Интернет. Разработанная сеть WiMAX позволяет обеспечить жителей экономически доступной и необходимой сетью.

Список источников:

1. В. Вишневский, С. Портной, И. Шахнович. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. Техносфера, 2009г.

2. Электронный ресурс – [Режим доступа] – www.maps.google.ru (дата обращения: 2.02.14 г.).

3. Электронный ресурс – [Режим доступа] - www.wimaxforum.org (дата обращения: 26.01.14 г.).