Компьютерная радиосеть WiMax

Министерство  образования Российской Федерации

 

     Кафедра        ВТ  и  АСУ  
 

     ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

     к курсовому  проекту (работе) 

     по  дисциплине ‘‘Сети ЭВМ и телекоммуникации’’ 

     на  тему   ‘‘Компьютерная радиосеть WiMax’’ 

       Выполнила студентка 

       группы   

       Допущен к защите_______________________________________ 

       Руководитель  проекта ___________________________________      

       Нормоконтролер________________________________________

       Защищен_____________     Оценка_______________

                             (дата)

 

     

     Содержание 

 

     

     Введение 

     Население планеты Земля насчитывает 6,75 миллиарда  человек, 4,05 из которых пользуются различными видами телефонной сотовой связи, 3,5 миллиарда пользуются Интернетом и только полмиллиарда обладают широкополосным мультимедийным доступом в различные сети. Современные технологии и прогресс человечества в целом диктуют стремительный рост широкополосного доступа. Однако этот рост сдерживают различные факторы, в том числе — необходимость огромных финансовых вложений в инфраструктуру всемирных сетей. Человечество затратило больше 100 лет для развития инфраструктуры всемирной телефонной сети общего пользования, именно эта сеть использовалась для доступа в Интернет на первом этапе его развития. Однако очень скоро стало ясно, что для широкополосного доступа нужны новые сети. Чтобы не строить их еще 100 лет, естественно использовать развитые технологии подвижной радиосвязи.

     Технологии WiMAX, хотя и не являются единственными  технологиями беспроводной связи, впитали  в себя все лучшее, что есть в  пограничных технологиях ЗG, IEEE 802.11, DVB, DАB и другие. И поэтому, именно эта технология являются наилучшим решением для обеспечения жителей Земля мобильным широкополосный доступом, как в развевающихся, так и в развитых странах

 

     

     1. Архитектура сети WiMAX: основные элементы и принципы 

     1.1. Основные принципы архитектуры сети WiMAX 

     Сеть  WiMAX представляет собой совокупность беспроводного и базового (опорного) сегментов. Первый описывается в Стандарте IEEE 802.16, второй же определятся спецификациями WiMAX-форума. Базовый сегмент – это все, что не относится к радиосети, т.е. cвязь базовых станций друг с другом, cвязь с локальными и глобальными сетями (в том числе с интернетом) и т.п. Базовый сегмент основывается на IP-протоколах (IETF RFC) и стандартах Ethernet (IEEE 802.3-2005). Однако собственно архитектура сети, включая механизмы аутентификации, криптозащиты, роуминга, и т.п. (в части, не относящейся к беспроводной сети), описывается в Документах WiMAX Forum Network Architecture [1, 2].

     Спецификации сети WiMAX основываются на технологии пакетной коммутации, протоколах IP и Ethernet, дополняя их по мере необходимости. Архитектура WiMAX-сети должна обеспечивать независимость архитектуры сети доступа, включая радиосеть, от функций и структуры транспортной IP-Сети. Сеть WiMAX должна быть легко масштабируемой и гибко изменяемой, основываться на принципах декомпозиции (т.е. строиться на основе стандартных логических модулей, объединяемых через стандартные интерфейсы). Масштабируемость и гибкость возможна по таким эксплуатационным параметрам, как плотность абонентов, географическая протяженность зоны покрытия (районная, городская, или пригородная сеть), частотные диапазоны, топология сети (иерархическая, плоская, mesh и т.п.), мобильность абонентов (фиксированные, мобильные, номадические). 
 
 
 

     1.2. Базовая модель сети 

     Базовая модель сети WiMAX (БМ) – это логическое представление сетевой архитектуры WiMAX. термин "логическое" в данном случае означает, что модель рассматривает набор стандартных логических функциональных модулей и стандартных интерфейсов (точек сопряжения этих модулей). При практической реализации одно устройство может включать несколько функциональных элементов или, напротив, функция может быть распределена между различными устройствами.

     БМ  включает три основных элемента – множество абонентских (мобильных) станций (МС), совокупность сетей доступа (сервисная сеть доступа, ASN) и совокупность сетей подключения (CSN). Кроме того, в БМ входят так называемые базовые точки (R1–R8), через которые происходит сопряжение функциональных модулей (рис.1.2.1). Сеть (сети) ASN принадлежат провайдеру сети доступа (NAP) – организации, предоставляющей доступ к радиосети для одного или нескольких сервис-провайдеров WiMAX (NSP). В свою очередь, сервис-провайдер WiMAX – организация, предоставляющая IP-соединения и услуги WiMAX конечным абонентам. В рамах данной модели уже сервис-провайдеры WiMAX заключают соглашения с Интернет-провайдерами, операторами других сетей доступа, соглашения о роуминге и т.п. Сервис-провайдеры по отношению к абоненту могут быть домашними и гостевыми, каждый – со своей сетью CSN.

     Сеть  доступа ASN представляет собой множество базовых станций (БС) беспроводного доступа по стандарту IEEE 802.16 и шлюзов для связи с транспортной IP-сетью (т.е. с локальной или глобальной сетью передачи информации) (рис.1.2.2). Фактически эта сеть связывает радиосеть IEEE 802.16 и IP-сеть. ASN включает как минимум одну БС и как минимум один ASN-шлюз. Но и базовых станций, и шлюзов в одной ASN может быть несколько, причем одна БС может быть логически связана с несколькими шлюзами. 

     

     Рисунок 1.2.1.– Базовая модель WiMAX-сети в соответствии со стандартом 

     

     Рисунок 1.2.2.– Логическая модель сети доступа ASN 

     БС  в рамках данной модели – это  логическое устройство, поддерживающее набор протоколов IEEE 802.16 и функции  внешнего сопряжения. Логическая БС –  односекторная, с одним частотным номиналом. Очевидно, что реальная базовая станция представляет собой набор нескольких логических БС.

     Шлюз ASN – это также логическое устройство, связывающее базовые станции  одной ASN с другими сетями доступа и с сетью подключения CSN. Шлюз ASN обеспечивает связность как на уровне каналов передачи данных, так и на уровне управления. Примечательно, что для каждой МС базовая станция логически связана с одним шлюзом. Но реально функции ASN-шлюза для каждой МС могут быть распределены между нескольким шлюзами, принадлежащими одной или нескольким сетям доступа.

     Шлюз ASN опционально может быть представлен  как совокупность двух групп функциональных элементов – блока решения (DP – Decision Point) и блока исполнения (EP –Enforcement Point). ЕР реализует функции, связанные с передачей потока данных, в то время как в DP сосредоточены функции, непосредственно не относящиеся к передаче данных (например, функции контроллера управления радиоресурсами сети). Эти два функциональных модуля соединены через базовую точку R7. Зачем в стандарт введена такая модель, можно только  догадываться. Нигде подробнее она не раскрыта, но без упоминания о возможности такой декомпозиции функций ASN-шлюза невозможно объяснить наличие R7. В целом распределение функций между реальными шлюзами и базовыми станциями определяется так называемыми профилями ASN. На сегодня их утверждено три (А, В и С), их мы рассмотри ниже.

     Cеть подключения CSN – это собственно сеть оператора WiMAX, именно в ней реализуются функции управления авторизацией, аутентификацией и доступом (ААА), подключение абонентов WiMAX к глобальным IP-сетям, предоставление таких услуг, как IP-телефония, доступ к телефонным сетям общего пользования, доступ в Интернет и частные сети и т.п. Важно отметить, что базовая модель сети WiMAX допускает, что одной сетью доступа ASN могут пользоваться несколько сервис-провайдеров WiMAX (каждый со своей CSN). И напротив – одна CSN может подключаться к сетям доступа разных провайдеров доступа.

     В CSN реализованы такие функции, как  предоставление мобильным абонентам IP-адресов и других сетевых параметров на период сетевой сессии, сервер политик/контроля доступа и хранения профилей абонентов, передача (туннелирование) данных между сетями доступа и подключения, биллинг абонентов WiMAX и межоператорские расчеты, туннелирование данных между различными CSN при роуминге, обеспечение мобильности при выходе МС за переделы одной ASN. Поддерживаются такие WiMAX услуги, как соединения"точка-точка", авторизация и/или подключение к мультимедийным IP-сервисам, функции легального перехвата трафика (для России – выполнение требований СОРМ) и т.п.

     CSN может включать такие элементы, как маршрутизаторы, серверы (и  прокси-серверы) для функций авторизации/аутентификации/доступа,  базы данных пользователей, шлюзы  и т.п.

     В связи с поддержкой мобильности  в базовой модели сети WiMAX введены  понятия домашних и гостевых сервис-провайдеров  – H-CSP и V-CSP, соответственно (рис.1.2.3). Домашний NSP – это оператор, заключивший договор об обслуживании с абонентом WiMAX. Именно он реализует функции авторизации, аутентификации и контроля доступа (включая биллинг и взимание абонентской платы). Для поддержки роуминга домашний сервис-провайдер WiMAX заключает роуминговые соглашения с другими NSP.

     Гостевой  NSP (V-NSP) – это оператор, который предоставляет WiMAX-абоненту услуги роуминга. Прежде всего, V-NSP обеспечивает для такого абонента функции ААА, а также полный или частичный доступ ко всем услугам WiMAX-сети. При этом возможны различные варианты маршрутизации трафика – через домашнюю сеть подключения или непосредственно через гостевую CSN-сеть.

     Базовые точки в рамках базовой модели сети WiMAX – это каналы связи между  базовыми модулями. Они представляют собой стандартные интерфейсы, причем не обязательно физические, особенно если соединяемые базовой точкой модули конструктивно находятся в одном устройстве.  

     

     Рисунок 1.2.3.– Модель взаимодействия операторов сервисных сетей WiMAX, сетей доступа и абонентов 

     Базовая точка R1 представляет собой канал  связи между мобильной станцией и сетью доступа ASN. Это – беспроводной интерфейс, соответствующий стандарту IEEE 802.16, однако допустимы и дополнительные протоколы управления.

     Базовая точка R2 является каналом между МС и CSN. Она включает протоколы и процедуры, связанные с аутентификацией МС, авторизацией и IP-конфигурированием. Это – чисто логический интерфейс, ему нельзя поставить в соответствие никакой конкретный физический интерфейс между МС и CSN.

     Базовая точка R3 содержит набор протоколов управления между ASN и CSN для реализации процедур AAA, выполнения различных политик и управления мобильностью. Она также поддерживает функции передачи данных (в том числе – туннелирования) между ASN и CSN.

     Базовая точка R4 – это канал связи между ASN-шлюзами различных ASN-сетей или между ASN-шлюзами в пределах одной ASN.

     Базовая точка R5 является каналом связи между  сетью домашнего и гостевого  сервис-провайдера.

     Базовая  точка  R6  служит  интерфейсом  между БС и ASN-шлюзом.

     Базовая точка R7 определен как некий виртуальный  канал внутри ASN-шлюза для связи двух групп функций (связанных с каналом передачи информации и не связанных с ним). Конкретизации протоколов R7, видимо, следует ожидать в будущем (или не ожидать вовсе).

     Базовая точка R8 – это канал связи непосредственно  между базовыми станциями. Он должен поддерживать передачу управляющих сообщений и опционально – непосредственную трансляцию данных (для быстрого и бесшовного хендовера).