Вишневский В.М. Широкополосные беспроводные сети

1. Широкополосные беспроводные сети Математические проблемы построения Технологии и технические средства Решение проблемы «информационного неравенства» Вишневский В.М.Широкополосные беспроводные сети

2. Беспроводные сети: • Спутниковые • Сотовые телефонные • Широкополосные (LAN/MAN) • Атмосферные оптические • И др.

3. Преимущества беспроводных сетей • Фактор мобильности • Фактор удаленности • Фактор срочности и масштабируемости • Фактор экономичности

4. Широкополосные беспроводные сети • Wi-Fi (от англ. Wireless Fidelity) - стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802. 11, поддерживающей высокоскоростную передачу данных в режиме точка-многоточкаи в режиме точка-точка на расстояния до 50 км. • WiMАN – перспективный стандарт семейства 802. 16 для создания широкополосных региональных беспроводных сетей

5. Спецификации стандарта 802.11 • Существуют следующие спецификации стандарта 802.11: - 802.11 - обеспечивает передачу 1 или 2 Мбит/с в полосе 2,4Ггц;- 802.11a - расширение 802.11, обеспечивает до 54 Мбит/с в полосе 5Ггц;- 802.11b - расширение 802.11, обеспечивает 11 Мбит/с, а также 5,5, 2 и 1 Мбит/с в полосе 2,4Ггц;- 802.11g - обеспечивает 20 и более Мбит/с в полосе 2,4Ггц

6. Спецификации стандарта 802.16 • Существуют следующие спецификации стандарта 802.16: • 802.16 - обеспечивает передачу 70 Мбит/с в полосе 10-66Ггц; • 802.16a - расширение 802.16,обеспечивает передачу до70Мбит/с в полосе 2-11 Ггц.

7. Wi-Fi /WiMAN в мире – беспроводная революция • Ежемесячно в мире продается 1млн адаптеров стандарта IEEE 802.11(Электроника 1.2003) • Установлено свыше 20 млн адаптеров стандарта 802.11b • Рынок корпоративных сетейтехнологии Wi-Fi, будет расти на 20% в год до 2008 г(Pyramid Research). • Европа: “GPRS рассматривается как дополнение к Wi-Fi на более низком уровне” • WiMAN – 60% рынка широкополосной связи к 2008 году(Pyramid Research).

8. Частотное лицензирование • В диапазоне 2,4 ГГц Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) принято Положение о порядке использования на территории Российской Федерации внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400-2483,5 МГц (протокол 18/3 от 29.04.02). • Россия – весь радиочастотный спектр лицензируется • Во многих странах – нелицензируемые участки спектра: 2.4 ГГц, 5.3 ГГц, 5.8 ГГц

9. Математические проблемы построениябеспроводных региональных сетей • Взаимосвязанные задачи: • задача размещения базовых станций • оптимальное подключение абонентов региональной сети к базовым станциям (оптимальный синтеза топологической структуры) • математические модели и методы оценки производительности и надежности беспроводных сетей • выбор оптимальных параметров беспроводных протоколов (типа 802.11x и 802.16x), • модели взаимодействия беспроводных сетей, работающих по разным протоколам (например, GPRS или 3G с 802.11x и 802.16x) и являющихся частями единой региональной сети

10. N K M N n=1 k=1 m=1 n=1 Постановка задачи оптимального размещения базовых станций и подключения к ним локальных компьютерных сетей абонентов Целевая функция стоимости 0 = Wkmn Ykm Xmn + Cn Xmn  min При ограничениях:  Ykm = 1 ;  Xkn 1 ;  Ykm Xkn = 1 k  BnXmn bkYkmm Где Xmnи Ymn- булевы переменные K M N M N k=1 m=1 n=1 m=1 n=1 M N m=1 n=1

11. Рассмотрена и решена задача топологического проектирования беспроводных региональных сетей • Сформулирована общая задача размещения беспроводных базовых станций в региональных компьютерных сетях, подключения к ним абонентов и соединения их между собой. • Без существенной потери точности предложена декомпозиция задачи на две подзадачи в силу аддитивности целевой функции. • Введены булевы переменные и сформулирована задача целочисленного программирования. Задача сведена к линейной задаче псевдобулевой оптимизации. • Проведён сравнительный анализ методов решения полученной задачи с позиции решения задач большой размерности. Предложено использование метода псевдобулевой оптимизации с применением процедуры Дэвиса-Путнама.

12. Технологии и технические средства • Примеры крупномасштабных широкополосных беспроводных сетей • Использование технологий высотных платформ • Отечественные разработки беспроводных технических средств

13. Radio cell Radio cell Hillock Президиум РАН (Кудринская пл.) Оптоволокно Radio cell МГУ ИППИ РАН Интернет провайдер Московская беспроводная сеть

14. Секторная антенна базовой станции

15. МГУ IATE МТС 9 ATM Switch GNC NPO Runnet MRMC ATM switch ИППИ РАН 10 Mbps VNII GS RAS Mairie FHI GNC FEI OKSON оптоволокно 10 Mbps 2 Mbps CISCO 2511 модемы CISCO 2511 MRNC каналы Москва Обнинск

16. Беспроводная сеть на базе привязного аэростата Базовая радиомодемная станция (протокол 802.11)

18. Система стабилизации базовой станции

19. Необходимость отечественных разработок оборудования беспроводной передачи данных • Недостатки продукции зарубежных поставщиков оборудования : • высокая стоимость • низкая приспособленность устройств к местным особенностям климата • низкая приспособленность устройств к распределению радиочастотного спектра.

20. Сравнительная характеристика DCF (distributed coordination function) и PCF(point coordination function) • - PCF – основная схема с «прикреплениями» приглашений к передаче и MAC-подтверждений к фреймам данных. • - PCF1 – альтернативная схема с отдельными фреймами приглашений и MAC-подтверждений. • - PCF2 – схема с отдельными фреймами MAC-подтверждений. • - PCF3 – схема с отдельными фреймами MAC-подтверждений только на дубликаты пакетов, получаемых БС.

21. Набор разрабатываемого оборудования (1) • Точка доступа и клиентское устройство со стандартным интерфейсом 100BaseT для стыка с оборудованием передачи данных. Возможные применения: • Точка доступа, маршрутизатор, обслуживающий 2 – 100 клиентов • Беспроводный клиент и шлюз для рабочей группы • Беспроводный бридж для прозрачного объединения сегментов сетей Ethernet.

22. Набор разрабатываемого оборудования (2) • Беспроводное устройство, реализующие функции шлюза IP-телефонии на 1-4 телефонных линии с одновременной передачей скоростного цифрового потока. Возможные приложения для такого устройства: • оперативно разворачиваемый абонентский вынос на 1-4 телефонных аппарата, • загородный таксофон, переговорный пункт с возможностью доступа к услугам цифровой компьютерной связи и Интернет, • голосовая и телеметрическая служебная связь на протяженных трассах - автомобильных, кабельных, трубопроводных и др.

23. Набор разрабатываемого оборудования (3) • Устройство с двумя беспроводными интерфейсами и одним интерфейсом 100BaseT, способное работать в следующих приложениях: • ретранслятор с частотным переносом, осуществляющий регенерацию данных на протяженных многопролетных линиях, при этом наличие цифрового интерфейса 100BaseT делает возможным ответвление цифрового потока и реализацию сложных схем ретрансляции на 3 и более направлений посредством нескольких однотипных устройств, объединенных между собой и размещенных на одном узле • точка доступа, обслуживающая одновременно 2 секторных антенны и 2 группы абонентов.

24. Набор разрабатываемого оборудования (4) • Модульный узловой беспроводный маршрутизатор и сервер удаленного доступа, допускающий установку до 6-ти беспроводных интерфейсов, до 8-ми портов типа 100BaseT. При укомплектации соответствующими антеннами, может быть настроено для выполнения следующих функций: • Маршрутизатор и сервер беспроводного абонентского доступа, обслуживающий одновременно 2-6 секторов и до 300 абонентов • Сложный узловой ретранслятор на 2-6 направлений с возможным ответвлением цифрового потока, организации VPN – каналов и пр. • Устройство передачи данныхтипа точка – точка, позволяющее передавать параллельно 2 – 6 цифровых потоков и объединять несколько беспроводных потоков, разнесенных по частотам, в один агрегированный скоростной канал. Это позволяет достичь эффективной пропускной способности канала до 200Мбит/c при наличии достаточного частотного ресурса.

25. 10 Mbps Пользователь LAN Интернет провайдер Инфракрасное соединение

26. Инфракрасный модем

27. Решение проблемы «информационного неравенства» • Федеральным законом «О связи», принятым в июне 2003 года, к универсальным услугам связи относятся услуги по передаче данных и предоставлению доступа к сети "Интернет" с использованием пунктов коллективного доступа. При этом закон гарантирует, что в поселениях с населением не менее чем пятьсот человек должен быть создан не менее чем один пункт коллективного доступа к сети "Интернет"(Гл.8, ст.57,п.1,2).

28. Преимущества WiFi/WiMAN беспроводного доступа • Позволяют максимально экономически эффективно и оперативно решать задачи информатизации жителей России: • Быстрота проектирования и реализации сети. • Низкая стоимость реализации по сравнению с другими технологиями. • Возможность охвата обширных территорий. • Высокая скорость подключения абонентов и возможность передачи не только данных, но и голоса (IP-телефония). • Самоокупаемость на этапе эксплуатацииза счет подключения к базовой станции не только организации социальной сферы и государственного управления, но и коммерческих структур. • Простота и низкая стоимость эксплуатации.

29. Зона А зона высокой плотности телекоммуникаций зона низкой плотности телекоммуникаций Зона В Схема телекоммуникаций в регионе областной центр районные центры Зона В населенные пункты с населением более 500 чел Зона А

30. Зона А зона высокой плотности телекоммуникаций зона низкой плотности телекоммуникаций Зона В Подключение сельских населенных пунктов областной центр районные центры Зона В населенные пункты с населением более 500 чел Зона А

31. Беспроводная региональная сеть Покрытие сельских населенных пунктов с использованием сотовой региональной беспроводной сети

32. Организация системы доступа на удаленных территориях Системы доступа: дуплексная спутниковая связь и базовая станция радиодоступа на высотном сооружении

33. Необходимость государственной поддержки Таким образом, государственная поддержка необходима для решения следующих вопросов: • 1.Выделение сквозного по Российской Федерации частотного диапазона для региональных беспроводных сетей, создаваемых в интересах организаций социальной сферы и органов государственного управления. • 2.Содействие в использовании антенно-мачтовых сооружений РТРС для размещения базовых станций региональных беспроводных сетей.