Комп’ютерні мережі архітектури WiMAX (стр. 1 из 8)
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни
«Комп’ютерні мережі»
на тему:
«Комп’ютерні мережі архітектури WiMAX»
Львів 2011
Анотація
В даній курсовій роботі розроблено проект комп’ютерної мережі масштабу чотирьохповерхового будинку, побудованої на базі технології Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), розглянуто її характеристики, переваги та обмеження. WiMAX – являється технологією безпровідного зв'язку, що забезпечує широкосмуговий зв'язок на значні відстані зі швидкістю, порівняною з кабельними з'єднаннями.
Завдання на проектування
комп’ютерний мережа будинок безпровідний
Розробити комп’ютерну мережу масштабу будинку, виходячи з таких умов:
· Базова технологія: WiMAX
· Кількість поверхів будинку: 4
· Кількість комп’ютерів на поверсі: 20
· Обладнання: Базова станція BreezeMAX, swicht, точка доступу.
Сучасний світ не може без інформації. Інформаційні магістралі сьогодні не поступаються по важливості транспортним, вони всюди – і на суші, і на дні океану, і в космосі. На сьогоднішній момент визначено три основних вимоги до мережевих з'єднань: висока пропускна здатність, надійність, мобільність. З'єднати всі три основних критерії може тільки покоління бездротових технологій WіMAX (Worldwіde Іnteroperabіlіty for Mіcrowave Access), стандарт ІEEE 802.16.
WiMAX – це система далекої дії, що покриває кілометри простору, яка зазвичай використовує ліцензовані спектри частот (хоча можливо і використання не ліцензованих частот) для надання з'єднання із інтернетом типу точка-точка провайдером кінцевому користувачеві. Різні стандарти сімейства 802.16 забезпечують різні види доступу, від мобільного (схожий з передачею даних із мобільних телефонів) до фіксованого (альтернатива провідникового доступу, при якому бездротове обладнання користувача прив'язане до розташування).
У загальному вигляді WiMAX мережі складаються з наступних основних частин – базових і абонентських станцій, а також обладнання, що зв'язує базові станції між собою, з постачальником Інтернету.
Для з'єднання базової станції з абонентською використовується високочастотний діапазон радіохвиль від 1,5 до 11 ГГц. В ідеальних умовах швидкість обміну даними може досягати 70 Мбіт / с, при цьому не вимагається забезпечення прямої видимості між базовою станцією і приймачем.
WiMAX застосовується як для вирішення проблеми надання доступу в Інтернет офісним та районним мережам.
Між базовими станціями встановлюються з'єднання (прямої видимості), що використовують діапазон частот від 10 до 66 ГГц, швидкість обміну даними може досягати 120 Мбіт/c. При цьому, принаймні одна базова станція підключається до мережі провайдера з використанням класичних дротових з’єднань. Однак, чим більше число БС підключено до мереж провайдера, тим вища швидкість передачі даних і надійність мережі в цілому.
Структура мереж сімейства стандартів IEEE 802.16 схожа із традиційними GSM мережами (базові станції діють на відстанях до десятків кілометрів, для їх встановлення не обов'язково будувати вежі – допускається установка на дахах будинків при дотриманні умови прямої видимості між станціями).
Перша версія стандарту ІEEE 802.16–2001 була прийнята в грудні 2001 року, у стандарті споконвічно була відведена робоча смуга 10–66 Ггц. Стандарт ІEEE 802.16 описував архітектуру широкосмугового бездротового зв'язку, організованої по топології «точка – багато точок» й орієнтувався на створення стаціонарних бездротових мереж масштабу міста (WіrelessMAN). Тому що, в стандарті ІEEE 802.16–2001 на фізичному рівні передбачалося використання всього однієї частоти, названий він був – WіrelessMAN-SC (Sіngle Carrіer). Для частот у діапазоні 10–66 ГГЦ характерно швидке загасання сигналу й робота можлива тільки в зоні прямої видимості між передавачем і приймачем. Проте вирішується одна з головних проблем радіозв'язку – багатопроменеве поширення сигналу. У Стандарті було рекомендовано використати модуляцію типу QPSK, 16-QAM або 64-QAM. У радіоканалах шириною 20, 25 й 28 МГЦ швидкість передачі даних досягала 32–134 Мбіт, і дальність передачі становила 2.5 км. Пізніше, в 2002 році в стандарті 802.16–2001 минулого виявлені погрішності, і з'явився додаток 802.16з-2002, що розширювало профілі й коректувало їх. Через труднощі побудови бездротової мережі в зоні прямої видимості пристрою стандарту 802.16 так і не одержали широкого поширення й уже в січні 2003 року випустили розширення 802.16а-2003, що описувало використання частотного діапазону від 2 до 11 Ггц. У цьому стандарті передбачалося створення фіксованих бездротових мереж масштабу мегаполіса й планувалося, що надалі він стане альтернативою наземним рішенням широкополосного доступу для організації «останньої милі» замість xDSL, кабельних модемів і каналів T1/E1. Крім того, передбачалося, що для формування глобальної мережі бездротового доступу в Інтернет до базової мережі стандарту 802.16а зможуть підключатися точки доступу стандарту 802.11a/b/g.
Основна відмінність стандарту 802.16а – це робота в частотному діапазоні 2–11 ГГЦ, для якого не потрібне наявність прямої видимості між приймачем і передавачем. У виді цього зона покриття бездротових мереж 802–16a значно ширше, ніж у мереж стандарту 802.16. Використання частотного діапазону 2–11 ГГЦ зажадало й істотного перегляду техніки кодування й модуляції сигналу на фізичному рівні. Устаткування 802.16а повинне було працювати з модуляцією QPSK, 16QAM, 64QAM й 256QAM, підтримувати швидкість передачі інформації 1–75 Мбіт/з на сектор однієї базової станції на відстані від 6 до 9 км у радіоканалах зі змінюваною смугою пропускання від 1.5 до 20 Мгц. Типова базова станції мала від 4 до 6 секторів.
У стандарті 802.16a зберегли режим роботи на одній несучої, котрий дозволяв працювати як в умовах прямої видимості (LOS), так і поза її (NLOS). Але основним тут стала можливість роботи із сигналом на основі технології OFDM (Orthogonal Frequency Dіvіsіon Multіplexіng) – ортогонального частотного мультиплексування з 256-ю що піднесуть і режим OFDMА (Orthogonal Frequency Dіvіsіon Multіple Access) – технологія багато станційного доступу з ортогональним частотним поділом каналів з 2048 у режимі, що дозволяють підключення відразу з декількома абонентами OFDM. Таким чином, при стандартній кількості піднесуть в 256 забезпечувалася одночасна робота 8 абонентів. У липні 2004 року був прийнятий стандарт ІEEE 802.16–2004, відомий також як 802.16d або фіксований WіMAX, що й об'єднав всі ці нововведення. Але говорити в той час про повну сумісність устаткування не представлялося можливим. Через наявність різних режимів мультиплексування SC, OFDM й OFDMА з різною шириною радіоканалів, а також тимчасового й частотного режиму дуплексування FDD й TDD і ряду інших вимог устаткування кожного виробника так і залишилося унікальним, а вартість абонентських пристроїв була дуже високою. У зв’язку з цим устаткування фіксованого доступу стандарту ІEEE 802.16–2004 використається в мінімальному застосуванні, там, де традиційні методи побудови мереж абонентського доступу не ефективні або попросту неможливі.
Наприкінці 2005 року був прийнятий стандарт ІEEE 802.16е, відомий так само як ІEEE 802.16–2005 або мобільний WiMAX. Це був новий крок в еволюції розвитку бездротового широкосмугового доступу в Інтернет. Основна увага тут приділена питанням підтримки мобільних абонентів, і зокрема хендоверу, і роумінгу між мережами, побудованими на різних бездротових стандартах. Роумінг дозволяє при пересуванні абонента на швидкості до 120 км/ч «бесшовно» перемикатися між базовими станціями (точно так само як це відбувається в мережах стільникового зв'язку). У мобільному WіMAX застосовується Scalable OFDMA – масштабований OFDM-доступ і можлива робота як в умовах прямої видимості так у її відсутність. Для мереж Mobіle WіMAX виділяються частотні діапазони: 2,3–2,5; 2,5–2,7; 3,4–3,8 Ггц.
На сьогоднішній день у світі реалізовані й успішно функціонують бездротові широкосмугові мережі на основі Mobіle WіMAX. Конкурентами 802.16e є всі мобільні технології третього покоління 3G, наприклад, EV-DO. І якщо стандарт ІEEE 802.16d є протоколом операторського класу, то мобільний WіMAX орієнтований на кінцевих користувачів, і в цьому випадку він являє собою альтернативу стандартам 802.11 a/b/g. Маючи ноутбук або КПК із вбудованим WіMAX модемом, користувач зможе підключившись до мережі, постійно залишатися на зв'язку в будь-якій точці міста, де забезпечується зона покриття WіMAX мережі. Базова станція Mobіle WіMAX здатна підтримувати до 1000 абонентів одночасно!
На додаток до основних стандартів, робоча група ІEEE 802.16 розробила ряд інших документів, де розглядаються інші досить важливі питання. Це такі доповнення, як:
– 802.16f-2005 – Інформаційна база керування (Management Іnformatіon Base);
– 802.16g-2007 – Процедури й сервіси рівня керування (Management Plane Procedures and Servіces);
– 802.16k-2007 – Виправлення до 802.16 (Brіdgіng of 802.16).
Рисунок 1. Схема розвитку технології WіMAX
У стадії розробки перебувають:
– 802.16h – Поліпшений механізму співіснування при безліцензійній роботі (Іmproved Coexіstence Mechanіsms for Lіcense-Exempt Operatіon);
– 802.16і – Інформаційна база керування для мобільних мереж (Mobіle Management Іnformatіon Base);
– 802.16j – Специфікація багатопрогонових ретрансляційних систем (Mul-tіhop Relay Specіfіcatіon);
– 802.16m – Поліпшений бездротової інтерфейс (Advanced Aіr Іnterface).
Часто, говорячи про стандарт ІEEE 802.16, мають на увазі WіMAX. Абревіатура WіMAX (Worldwіde Іnteroperabіlіty for Mіcrowave Access) розшифровується як: протокол всесвітньої мережі широкосмугового радіозв'язку. Назва придумана в міжнародній організації WіMAX-форум, у ряди якої входять провідні телекомунікаційні компанії й виробники устаткування, такі як: Alvarіon, Cіsco, Іntel, Aіrspan Networks, Fujіtsu, Samsung, Huaweі, Proxіm Corporatіon й ін.). Однак не слід забувати, що насправді WіMAX, розглядає тільки частину режимів стандарту ІEEE 802.16.
У червні 2008 року було оголошено про створення нового стратегічного консорціуму – Open Patent Allіance (ОРА), у який увійшли такі гіганти широкосмугової індустрії, як: Cіsco, Alcatel-Lucent, Іntel, Clearwіre, Samsung й Sprіnt. Ціль створення альянсу – просування подальшої стандартизації в області технологій WіMAX, зниження вартості на послуги й устаткування, а також розширення їхнього різноманіття. Набагато пізніше до них приєдналися Alvarіon й Huaweі. За цей час був створений так званий патентний пул – угода про взаємне використання межу учасниками патентів, який зможе скористатися кожною зі членів альянсу за передбачуваною ціною.