Анализ на архитектурата на многослойни WiMAX-Wi-Fi мрежи
Многослойна WiMAX-Wi-Fi - многослойна WiMAX-Wi-Fi мрежа се очертава като обещаващо решение за бързо внедряване на услуги за широколентов достъп до абонати, използващи безжични устройства. Тази технология е хибрид на Wi-Fi и WiMAX мрежи, тя (както всяка безжична технология) ще бъде особено полезна на места, където полагането на кабелна инфраструктура ще струва твърде много или е необходимо организиране на временен достъп до интернет.
WiMAX мрежата за висококачествен радио достъп е с подобрен алгоритъм за управление на QoS (Quality of Service), висока надеждност и широк диапазон на използвани честоти. Технологията WiMAX обаче използва лицензиран честотен диапазон и в момента широкомащабното развитие на тези мрежи е донякъде спряно поради въвеждането на LTE технологията.
Wi-Fi технологията, напротив, въпреки широкото използване на LTE мрежи, не е загубила своята популярност, а 2,4 GHz безжично оборудване все още е много популярно и широко достъпно на пазара на телекомуникационно оборудване. Wi-Fi има доста висока производителност и относително ниска цена, въпреки че честотният диапазон е ограничен и надеждността е ниска, а QoS изобщо не се предоставя.
По този начин водещи специалисти в областта на инфокомуникациите излязоха с идеята да синтезират хибрид от Wi-Fi и WiMAX технологии, комбинирайки техните силни страни за създаване на многослойни мрежи. В такива мрежи се предполага да се организира радиопокритие с помощта на Wi-Fi оборудване, където базова станция WiMAX ще бъде инсталирана като транзитен възел, обслужващ Wi-Fi станции.
Външен видмногостепенните WiMAX-Wi-Fi мрежи предвещават появата на голям брой опции за нейната организация, по-специално, тя може да бъде различна: броят на абонатното Wi-Fi оборудване на възел, съотношението между WiMAX и Wi-Fi станциите в зоната на обслужване и др. Трудно е да се предвиди как различните мрежови конфигурации ще повлияят на качеството на услугата и дали ще отговорят на изискванията на потребителите (скорост на данните, качество на радиопокритието) и какви ще бъдат условията на работа (брой поддържани абонати).
В момента експертите обмислят различни хибридни архитектури на такива многослойни мрежи. Някои варианти работят върху подобряването на архитектурата, за да поддържат напълно QoS услуги. В други опции се предлага да се използва споделена честотна лента в WiMAX и Wi-Fi мрежи. В този случай честотната лента се разпределя между WiMAX абонатни станции и Wi-Fi точки за достъп. Усилията са насочени и към решаване на въпроси като как да се оптимизира такава хетерогенна архитектура, без да се засягат ключови параметри: честотна лента, брой канали, брой поддържани абонати и др. Тези характеристики са критични за успешното разгръщане на мрежи за безжичен достъп.
Най-обещаващата посока, разбира се, е посоката на развитие на безпроблемната интеграция на тези две технологии, за да се осигури необходимото качество на услугата и в същото време да се осигури разтоварване на честотната лента.
В тази статия ще разгледаме как различните опции за конфигуриране на такива мрежи работят при различни условия и как отговарят на изискванията на потребителите.
Многослойна мрежова архитектура
Мрежовата архитектура на многослойна мрежа се състои от мрежа от транспортен слойWiMAX, както и транзитния слой и слоя за достъп - Wi-Fi, както е показано на фигура 1.
Всеки MRAR може да бъде оборудван с Wi-Fi технология за радио достъп или комбинация от WiMAX и Wi-Fi радио интерфейси. Независими преносни връзки могат да бъдат установени чрез двойка радиоинтерфейси на два MRAR, използващи насочени антени (вдясно на фигурата) и използване на многопосочни антени (вляво на фигурата). Коя опция да изберете зависи от компромиса между цената на мрежата и производителността. На третото ниво на мрежата са безжичните абонатни точки за достъп AP (Access Point).
Различни възможности за формиране на многостепенна мрежа
По-долу ще разгледаме варианти за формиране на мрежа в градска зона, където е необходимо да се осигури равномерно радио покритие в цялата зона на обслужване. В такива задачи радиопокритието обикновено се обозначава графично под формата на шестоъгълници; такова представяне е типично и се използва при планирането на клетъчни комуникационни мрежи. Фигура 2 показва двуслойна топология на формиране на мрежа, имаща клетъчна структура, състояща се от седем шестоъгълника (приемайки, че всички шестоъгълници са еднакви по размер).
Прекъснатите линии показват възможни алтернативни пътища на сигнала. По отношение на капацитета, мрежовата мрежа е като дърво с много възможни сигнални релета, когато цялата мрежа работи при максимално натоварване. Сред седемте клетки централната е избрана за GP gateway (Gateway Point). Серията от фигури по-долу (3.A-3.F) показва различни опции за организиране на многослойна архитектура, но трябва да се отбележи, чеИма много повече възможности за изпълнение. Опциите (3.A - 3.F) са изброени в реда на увеличаване на броя на Wi-Fi клетките в клъстера и максималния брой преносни Wi-Fi хопове.
Дешифриране на мрежовата конфигурация: спрямо 1:7:7, първата цифра показва броя на WiMAX базовите станции; второ - броят на Wi-Fi шлюзовете GP; третият е общият брой точки за достъп. Цифрата пред hops е броят на устройствата, които пакетът на абоната трябва да "преодолява" до базовата станция. Обмислете други опции за внедряване на мрежата:
Анализ на вариантите за изпълнение на многослойна мрежа
По-долу има поредица от графики, които ви позволяват да оцените качеството на топологиите, обсъдени по-горе. За анализ на мрежата първоначалните условия бяха зададени, както е описано в таблицата по-долу:
Освен това се предполагаше, че в рамките на един клъстер честотната лента се разпределя равномерно между всички точки за достъп. Това означава, че възлите, достатъчно далеч от GP шлюза (т.е. възлите с голям брой хопове), имат същата пропускателна способност като възлите, разположени по-близо до GP шлюза. На практика това се постига чрез прилагане на различни добре познати техники, описани в съществуващата литература, като получаване на контрол на трафика в точката за достъп и планиране на честотната лента в MRAR. Анализът също предполага, чеабонатите са равномерно разпределени по цялата зона на разгръщане на мрежата и всяка област се състои от няколко клъстера с повтарящ се модел. Също така, за да се опрости изследването, се приема, че височината на монтаж на антената е еднаква за всички възли - абонатни и базови станции и няма смущения между каналите. Това е възможно, когато са налични достатъчен брой ортогонални подносители.
Следните математически модели бяха използвани за анализиране на проблема: моделът на загуба на разпространение на радиосигнал COST231-HATA (градски), както и моделът, описан в статията IEEE Std 802.16-2009, Стандарт за локални и градски мрежи, част 16: Въздушен интерфейс за системи за широколентов безжичен достъп, май 2009 г. Тук няма да се дават математически ексцесии, ние веднага ще преминете към разглеждане на резултатите.
Връзка за достъп се отнася до случая, когато абонат получава достъп до мрежата директно през точка за достъп, транзитна връзка се отнася до факта, че точката за достъп действа като транзитен възел (хоп).
Въз основа на параметрите, дадени по-горе, фигури 4 и 5 показват изчислените теоретични максимални скорости на данни за дадени разстояния. Трябва да се отбележи, че значителната разлика в разстоянието между връзката за достъп и обратната връзка е свързана с усилването на антената (вижте таблицата). Максималната скорост на данни за WiMAX backhaul е свързана с ширината на вградения канал.
Фигура 6 показва максимумаброят на потребителите, свързани със скорости до 1 Mbps, които могат да бъдат осигурени от разгледаните по-рано многослойни мрежови конфигурации (A, B, C, D, E, F) за различни ширини на канала.
Фигура 7 показва зоната на покритие за мрежи с различни конфигурации.
Трябва да се отбележи, че мрежовата конфигурация E поддържа най-голям брой потребители и има максимално покритие в сравнение с други конфигурации, но в същото време изисква най-много WiMAX и Wi-Fi оборудване. Мрежова конфигурация A има най-малкото покритие поради малкия размер на клъстера.
Гъстотата на базовите станции е критична по отношение на разходите за разгръщане на мрежата, така че по-долу има графики, показващи колко базови станции са необходими, за да се осигури достъп до 1000 потребители на квадратен километър. Имайте предвид, че мрежите с конфигурация C и E също са за предпочитане в това отношение. За конфигурация A големият брой базови станции се дължи на ограничения радиус на мрежата. За честотна лента от 5 MHz броят на базовите станции се увеличава поради факта, че количеството транзитен трафик, предаван в тясна честотна лента, се увеличава твърде много, тоест увеличаването на пропускателната способност на мрежата не се дължи на увеличаване на ширината на канала, а поради инсталирането на допълнителни базови станции.
Заключение
Статията представя данни за анализ на ефективността на многослойна WiMAX-Wi-Fi мрежа за няколко от нейните конфигурации, условияексплоатация и потребителски изисквания. От тези графики може да се види, че производителността на WiMAX-Wi-Fi мрежа е силно зависима от различни фактори, вариращи от честотна лента; броя на поддържаните MRAR в мрежата, скоростта на данни и плътността на абонатите.