С е т и радиодоступа
1. Состояние сетей радиодоступа в мире
1.1. Развитие сетей сотовой связи
1G ‒ сети первого поколения, 1981г. только аналоговая телефонная связь.
2G – сети второго поколения (1992г.). Цифровая передача телефонии, передача данных c коммутацией каналов со скоростями 9,6 и 14,4 кбит/с, передача SMS. Стандарты: GSM, D-AMPS, PDC. Полоса радиоканала в стандарте GSM – 200 кГц, в сетях D-AMPS и PDC – 30 кГц.
Эволюция стандарта GSM: 1997г. (2G+) – технология GPRS (General Packet Radio Service), передача данных с коммутацией пакетов. 1998г. – технология EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), увеличение скорости передачи данных до 400 кбит/с, переход к системам 3G (GERAN).
3G – начало 21 века. Основные свойства сетей 3G:
1) скорости передачи более 384 кбит/с,
2) адаптивное изменение скорости передачи данных в зависимости от качества канала связи (радиоканала).
Стандарты: GERAN – полоса 200 кГц;
UMTS – эффективная полоса 3,84 МГц, скорости передачи данных в пакетном режиме более 16 Мбит/с;
CDMA2000 – эффективная полоса 1,25МГц, скорости передачи данных в пакетном режиме более 3,2 Мбит/с.
Новые технологии и переход к 3G+:
- агрегация полос,
- пространственное мультиплексирование в MIMO позволяют достичь в сетях UMTS скоростей передачи данных вниз (HSDPA) более 250 Мбит/с.
4G – после 2010г. Скорость передачи данных вниз более 1 Гбит/с, вверх - более 500 кбит/с. Адаптивное изменение скорости (формата) передачи в зависимости от состояния канала связи в реальном времени (задержка управления порядка 10 мс).
Требованиям 4G удовлетворяет стандарт LTE (Long Term Evolution) в варианте LTE-A (Advanced). Максимальная ширина основной полосы радиоканала – 20 МГц.
5G – планируют переход к 2020г.
Все действующие стандарты 3G и 4G являются стандартами радиодоступа к компьютерам. Любой мобильный терминал – компьютер.
Официальные наименования стандартов:
GERAN – GSM EDGE Radio Access Network;
UTRA-FDD (UMTS) – Universal Terrestrial Radio Access – Frequency Division Duplex);
E-UTRA – Evolved UTRA (LTE);
IMT2000-MC (Multi Carrier) – CDMA2000.
Из стандартов изначально ориентированных на доступ к персональным компьютерам, наиболее перспективным является Wi-Fi (IEEE802.11).
Приведем статистику абонентов сотовой связи на 01.07.2014г. (табл.1.1). Приведенные в табл.1.1 данные показывают, что в 2014г. сохраняются тенденции развития сотовых сетей после 2000г. Сети стандарта GSM/UMTS продолжают доминировать, аккумулируя примерно 90% всех абонентов. Увеличивается число абонентов сетей стандарта UMTS, происходит быстрый рост числа абонентов сетей LTE.
Таблица 1.1
|
Стандарт |
Число абонентов, млн. |
|
Всего |
6910 |
|
GSM/UMTS |
6235 |
|
UMTS (WCDMA) |
1560 |
|
CDMA2000 |
670 |
|
LTE (в сетях GSM/UMTS/LTE) |
245 |
1.2. Сети радиодоступа семейства ieee0802.X
Начало 21 века существенно изменило ситуацию на рынке систем беспроводного доступа. Появились системы беспроводного доступа к компьютерам, прежде всего, ориентированные на обслуживание абонентов с ноутбуками и laptop’ами. Такие системы обеспечивают доступ по радиоканалам к Интернету, обмен файлами между мобильным телефоном и компьютером, управление бытовыми приборами и защиту в “электронном доме” (Smart Home). Хотя первые стандарты этих систем датированы 1998, 1999 гг., уже сложилась их иерархия по назначению и скоростям передачи информации (рис. 1.1).
Внизу иерархического древа расположены самые простые и дешевые системы персонального доступа PAN – Personal Area Network. Их типичным представителем является стандарт IEEE 802.15.1, более известный как Bluetooth. Этот стандарт поддерживает передачу по радиоканалу со скоростью до 700 кбит/с и ориентирован на самые простые конфигурации сетей в пределах закрытых помещений.
Семейство стандартов IEEE 802.15 разрабатывают специальные группы IEEE 802 Standards Committee. Все они занимаются стандартами WPAN (Wireless personal Area Network). Работают следующие группы (task group):
Группа 1 – Bluetooth.
Группа 2 – группа взаимодействия с другими стандартами, действующими в нелицензированных диапазонах частот.
Группа 3 – Высокоскоростные стандарты персональной связи. (11 – 55 Мбит/с). Разработки основаны на использовании многополосных сигналов OFDM и прямой передачи в миллиметровом диапазоне волн (57 – 64 ГГц).
Группа 4 – Низкоскоростные стандарты WPAN. Аппаратура рассчитана на очень низкое потребление энергии. Этой группой созданы такие разные стандарты, как
Рис. 1.1. Иерархия стандартов радиодоступа семейства IEEE802.X
ZigBee, WirelessHART и прочие. Этим стандарты рассчитаны прежде всего на обслуживание множественных датчиков сенсорных сетей.
Группа 5 – Разработка Mesh сетей WPAN.
Группа 6 – Body Area Network.
Группа 7 – Персональная связь на частотах видимого диапазона (VLC - Visible Light Communications).
Следующий уровень LAN – Local Area Network, представлен стандартом IEEE 802.11. Чтобы отличать беспроводные LAN от их кабельной конфигурации, эти сети обычно называют WLAN – Wireless LAN, беспроводный локальный доступ. Сейчас эти сети переживают бум своего развития, а их технология известна как Wi-Fi – Wireless Fidelity. WLAN позволяют организовывать беспроводный доступ к Интернету в зданиях, общественных сооружениях (аэропортах, вокзалах, ресторанах, библиотеках) и просто на открытом воздухе в местах скопления людей. Базовый вариант Wi-Fi обеспечивает скорость передачи данных в кадре до 54 Мбит/с. Использование в сетях Wi-Fi технологий MIMO и агрегации полос увеличивает скорости передачи данных в разы.
Сети уровня MAN – Metropolitan Area Network, ориентированы на организацию беспроводного доступа в отдельных “пятнах” на местности: в группе зданий, небольшом квартал, “соте”. Такое “пятно” покрывает сигнал одной базовой станции мощностью до нескольких ватт. На рынке связи сети MAN представлены стандартом IEEE 802.16 (WiMAX), предоставляющим скорость передачи данных до 70 Мбит/с.
Наконец, верхний уровень, WAN – Wide (World) Area Network, распределенная (территориальная, глобальная) сеть. На этом уровне услуги поддерживают сети мобильной связи 3-го поколения. Следует отметить, что все перечисленные стандарты беспроводного доступа нижних 3-х уровней принадлежат к одному семейству IEEE802.X, что позволяет стандартизировать интерфейсы и существенно упростить межсистемные соединения беспроводных и кабельных (Ethernet, Token Bus, Token Ring) сетей связи.