Проектирование сети связи с использованием сети провайдера

WiMAX (IEEE 802.16е) (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 802.16е, который также называют Wireless MAN.

Bluetooth v 1.3. (IEEE 802.15.3). Пропускная способность от 11 до 55 Мбит/с. Дальность связи до 100 м. Повсеместно доступная радиочастота 2,4 – 2,4835 ГГц.

 IEEE 802.15.3а. Разработка принципов построения пикосети со скоростью обмена 110–480 Мбит/с и выше – до 1320 Мбит/с. Достичь таких высоких скоростей можно, только увеличивая спектральную ширину канала, переходя в область так называемой сверхширокополосной связи (СШП, UWB).

Вывод:

Анализ  результатов развития технологий пользовательского доступа за последнее десятилетие показывает, что для предоставления услуг мультимедиа в настоящее время имеется широкий выбор беспроводных технологий пользовательского доступа, основные из которых сведены в таблицу 6.

В дипломном  проекте будем использовать цифровую систему радиодоступа 5 поколения по ряду причин:

- наиболее современное  и актуальное поколение радиодоступа;

- оборудование 5 поколения радиодоступа в настоящее  время доступно с экономической  и технической точки зрения;

- преимущества  цифровой системы перед аналоговой;

- высокая скорость  передачи данных;

- увеличение  услуг связи;

- дальность  действия;

- возможность применения  в различных сетях.

Таблица 2 - Характеристики оборудования поколений сетей радиодоступа

Характе-ристика	1-е поколение	2-е поколение	3-е поколение	4-е поколение	5-е поколение
Частота	0,03…1ГГц	1…26 ГГц	1…26 ГГц	2,4…42 ГГц	1…60 ГГц
Вид модуляции	F3E, F3D	G7W	G7W, DSSS, FHSS	G7W, OFDM, DSSS, FHSS	G7W, UWB, DSSS, FHSS
Услуги связи	Передачи речи и данных по коммути-руемым сетям	Речь, данные	Речь, данные, телематика, E1, IP	Речь, данные, телематика, E1, IP	Речь, данные, телематика, E1, IP
Скорость передачи данных в канале	19,2 кбит/с	64,144 кбит/с                      2 Мбит/с	0,2…10 Мбит/с	0,2…10 Мбит/с	до 100 Мбит/с
Место примене-ния	Офис, сельская местность	Корпоративные сети, офисные сети FWA	Городские сети (MAN), локальные сети (LAN), BWA, FWA	Городские сети (MAN) WiMax, локальные сети (LAN) WiFi	Городские сети, локальные сети,  внутри-офисные
Дальность действия	200 м                                        70км	5…15 км                  700 км	30 км (MAN)                        300 м (LAN)	7 км (MAN)                        300 м (LAN; PAN)	1...7 км (MAN)                        300…1000 м (LAN; PAN)
Техноло-гия доступа	FDMA, FDD	TDMA; FDD; TDD; СT2; DECT	CDMA; FDD; TDD; TCP/IP, UDP/IP	CDMA; FDD; TDD; TCP/IP,SDMA, TDMA, OFDMA	CDMA; FDD; TDD; TCP/IP,SDMA, TDMA, OFDMA
Стандарт	«Алтай», МРТ 1327, УТК, СТ0, СТ1	Стандарты  TDMA, CDMA CT-2, DECT.	Стандарты FH CDMA, DS CDMA, Bluetooth v 1.1. (802.15.1), 802.11, 802.11b	802.16 MAN, 802.11a MAN, LAN, 802.11g LAN, 802.15.4, Zig Bee, IMT-2000	802.16 a, e, d, Bluetooth v 1.3.  (802.15.3), 802.15.3a

2.2.3 Выбор стандарта радиодоступа

Существующие  стандарты радиодоступа достаточно хорошо проработаны и существует множество фактических реализаций. В таблице 7 приведена сравнительная характеристика стандартов беспроводной связи 4 и 5 поколений.

Таблица 3 - Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт	Исполь- зование	Пропускная способность	Радиус действия	Частота, ГГц
Wi-Fi	802.11а	WLAN	до 54 Мбит/с	до 100 м	5
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 100 м	2,4
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 108 Мбит/с	до 100 м	2,4
Wi-Fi	802.11n	WLAN	до 600 Мбит/с	до 100 м	2,4-2,5 или 5
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	6-10 км	1,5-11
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 30 Мбит/с	1-5 км	2-6
WiMax	802.16m	WMAN, Mobile WMAN	до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN)	н/д	н/д
Bluetooth v 1.1.	802.15.1	WPAN	до 1 Мбит/с	до 10 м	2,4
Bluetooth v 1.3.	802.15.3	WPAN	от 11 Мбит/с до 55 Мбит/с	до 100 м	2,4
UWB	802.15.3a	WPAN	от 110 до 480 Мбит/с	до 10 м	7,5
ZigBee	802.15.4	WPAN	от 20 до 250 Кбит/с	до 100 м	2,4
ИК	IrDa	WPAN	до 16 Мбит/с	до 10 м	-

 

В нашем случае, при проектировании системы видеомониторинга целесообразнее всего использовать технологию bluetooth v 1.3., по следующим причинам:

-высокая скорость  развертывания;

-возможность поэтапного развития сети, начиная с минимальной   конфигурации;

-низкие затраты  на эксплуатацию;

-высокая пропускная способность;

-широкая инфраструктура, возможность масштабирования;

-радиус действия до 100 м. Этого  достаточно для  организации радиодоступа на  широких перекрестках, проспектах, кольцевых;

-мощность приемо-передатчиков Bluetooth - маленькая, на сегодняшний день они совсем дешевы и встраиваются даже в беспроводные гарнитуры;

-простота использования.

Технология Bluetooth обеспечивает обмен информацией между любыми устройствами на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга.

Каждое устройство Bluetooth  имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. ISM-диапазон используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях.

Для Bluetooth  используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F = 2402+k (МГц), где                             k = 0-78. Кодирование простое - логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2, 5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью экономии энергии.

Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть использующих одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосеть (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими.  При последующей активизации оно уже может получить иной номер (потому он и временный).  Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя разделение времени (часть времени он работает в одной, часть - в другой пикосети). Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков).

Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс., слоты последовательно нумеруются с цикличностью 2²⁷. Каждый тайм-слот соответствует одной частоте несущей в последовательности перескоков (соответственно 1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство.

Радиолиния Bluetooth, использующая технологию расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, устойчива к интерференции и замираниям. Расширение спектра является методом цифрового кодирования, в котором исходный сигнал преобразуется таким образом, что для случайного слушателя он становится больше похожим на шум. Операция кодирования увеличивает количество передаваемых битов и расширяет используемую полосу пропускания.

Используя такой же расширяющий  код как и в передатчике, приемник сжимает расширенный сигнал обратно  к исходной форме. Сигнал, передаваемый в расширенной полосе частот, более устойчив к различным помехам, что повышает надежность передачи данных и голоса. При псевдослучайной скачкообразной перестройке частоты, т.е. перескоках сигнала с одной частоты на другую по закону псевдошумовой последовательности, беспроводные системы становятся более конфиденциальными, т.е. защищенными от подслушивания

Между ведущим  и ведомыми устройствами могут устанавливаться  физические связи двух типов: синхронные и асинхронные.

Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронного трафика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливает ведущее устройство с выбранными ведомыми устройствами, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повторные передачи пакетов в случае ошибок приема не используются. По сетевой классификации связи SCO относятся к коммутации цепей.

Асинхронные связи без установления соединения, ACL link (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами пикосети. Ведущее устройство может связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа. Ведомое устройство имеет право на передачу, только получив обращенный к нему запрос ведущего устройства (безошибочно декодировав свой адрес). Для большинства типов пакетов предусматривается повторная передача в случае обнаружения ошибки приема. Ведущее устройство может посылать и безадресные широковещательные пакеты для всех ведомых устройств своей пикосети.

При создании системы цифровой связи ограничение потенциально возможных преднамеренных помех (ПРП) каким-либо одним или несколькими типами создает условия, при которых возможен отказ системы при воздействии непредвиденного типа ПРП. Поэтому целесообразно рассчитывать на максимальное возможное  разнообразие ПРП в пределах заданных ограничений на системе. Основные типы ПРП: узкополосные, шумовые, импульсные, ретранслированные, прицельные. С ПРП борьба ведется сменой структуры сигнала в частотно-временной области, либо программным (псевдослучайным) переключением рабочих (радио) частот, либо передачей широкополосными (шумоподобными) сигналами (ШПС).

В физической среде bluetooth распространяется с помощью маломощного шумоподобного сигнала.

Использование шумоподобных сигналов (ШПС) обеспечивает безопасность передачи  конфиденциальной информации ввиду невозможности приема сигналов без знания структуры псевдослучайных последовательностей, используемых при генерации шумоподобных сигналов.

2.2.4 Выбор оборудования подключения к сети провайдера

Анализ коммутаторов провайдера

Сеть Metro Ethernet ОАО «Башинформсвязь» построена на базе коммутаторов Cisco ME 3400. Коммутаторы Cisco решают две основные задачи: во-первых, это доставка Ethernet- пакетов непосредственно в помещения, а во-вторых, передача трафика от граничных устройств доступа в сеть оператора связи. Коммутаторы Cisco ME 3400 представляют собой 24-портовые устройства, которые спроектированы для размещения в служебных помещениях, предназначенных для обслуживания многоквартирных домов, офисных зданий и небольших районов. Коммутаторы комплектуются двумя оптоволоконными портами, подключенными к инфраструктуре оператора связи.

Технические данные коммутатора Cisco ME 3400 представлены в приложении Д.

Анализ мультиплексора провайдера

Аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDH) всех видов должна соответствовать стандартам международного союза Электросвязи (МСЭ).

Волоконно оптическая магистраль Башинформсвязь построена на базе мультиплексоров  OptiX OSN 3500 уровня STM-16 от фирмы «Huawei Technologies». Возможно использование данного оборудования в режимах мультиплексора ввода/вывода для добавления в сеть или изъятия из нее цифровых потоков, или транспортных единиц и групп со скоростями 2, 34, 140 или 155 Мбит/с. OptiX OSN 3500 представляет собой построенный на единой платформе мультиплексор SDH с функцией ввода/вывода и гибкой архитектурой.

Главными достоинствами  сетей реализованных на оборудовании «Huawei Technologies» являются:

- высокая надежность, за счет использования современных методов защиты, как оборудования так и трафика;