Классификация и технологии беспроводных сетей

Классификация чего бы то ни было задача неблагодарная, поскольку и крите­риев классификации можно разработать достаточно много, и реальные объекты могут не укладываться в четкие границы определенного класса, да и по мере развития устоявшиеся системы классификации могут устаревать. Все ЭТО справедливо и для беспроводных сетей передачи информации (БСПИ). Поэтому остановимся на наиболее популярных способах ранжирования различных бес­проводных систем. Обычно БСПИ подразделяю по:

- способу обработки первичной информации на цифровые и аналоговые;

- ширине полосы передачи на узкополосные, широкополосные и сверхширокополосные;

- локализации абонентов на подвижные и фиксированные;

- географической протяженности на персональные, локальные, региональ­ные (городские) и глобальные;

- виду передаваемой информации на системы передачи речи, видеоинфор­мации и данных.

Вполне справедливы и системы градации на основе используемой технологии (спутниковые сети, атмосферные оптические линии и т. п.). по назначению и др.

Все рассматриваемые в нашей монографии технологии относятся к цифро­вым беспроводным широкополосным системам. Приведем их отличительные признаки, охарактеризовав и «сопредельные» системы. Термин «беспроводность» определяется легко – отсутствует соединительный провод (оптоволоконный или медный кабель). Также относительно просто определить, цифровая система или нет. К цифровым относят системы, у которых входная аналоговая информа­ция (например, голос, аналоговый телевизионный сигнал и т.п.) первоначально преобразуется в цифровую (дискретную) форму. Однако уже здесь возникает не­которая нечеткость. В самом деле, любой сигнал при передаче через физический канал имеет чисто аналоговый вид. он в принципе не должен быть дискретным (чем дальше форма сигнала от бесконечной синусоиды, тем больше паразитных гармоник и связанных с ними неприятностей), чего добиваются специальны­ми методами. Поэтому термин шифровав система» говорит только о том. что в ней входящие аналоговые данные оцифрованы и обрабатываются (фильтрация, скремблирование, коммутация) преимущественно цифровыми методами.

Еще сложнее с шириной полосы. Строгого определения тут нет. С техниче­ской точки зрения обычно полагают, что если ширина спектральной полосы F, в которой работает система, много меньше центральной частоты этой полосы f_c то система узкополосная (т.е. F/f_с << 1). В противном случае система широкополосная. Критерий весьма расплывчат. В области цифровых систем пе­редачи приводят и другие определения широкополосности: например, система широкополосная, если передаточная функция канала в этой полосе существенно меняется в зависимости от частоты (т. е. передаточная функция в рабочей по­лосе узкополосной системы практически не зависит от частоты). Очевидно, что определения эти достаточно расплывчаты.

С пользовательской точки зрения широкополосным доступом называют до­ступ к ресурсам с- некой «достаточной» скоростью, причем эта скорость посто­янно увеличивается. Еще не так давно к широкополосным относили скорости в 64 кбит/с, а скоро уже мегабитные скорости не будут являться широкополосны­ми в полном смысле. Поэтому под термином «широкополосная система» мы будем понимать такие системы, где проявляются специфические эффекты и свойства, связанный с широкой рабочей пологой частот, на уровне 1,25 - 40 МГц и выше. Более строгий критерий едва ли возможен.

Подразделение на мобильные и подвижные системы, казалось бы, столь про­стое, на самом деле также не является тривиальным. Следует различать соб­ственно возможность мобильности абонентов, предоставляемую технологией, и подразделение на мобильную и фиксированную службы связи, связанное с во­просами частотного распределения и лицензирования. Наиболее характерным примером такой двусмысленности является история появления в России беспроводной телефонной связи стандарта IS-95 (CDMA). Оборудование этого стандарта изначально было разрешено к использованию в нашей стране толь­ко для предоставления услуг фиксированной связи. Однако, как известно, IS-95 является стандартом мобильной сотовой связи.

Технологически его никак нельзя «зафиксировать». Аналогичная неопределен­ность сложилась сейчас и в спутниковой связи. Если же говорить с технической точки зрения, ограничивать мобильность может чувствительность технологии связи к скорости движения абонента, сложность перехода из одной зоны обслу­живания в сопредельную без разрыва связи, восприимчивость к кратковремен­ным пропаданиям связи и т.п.

Подразделение по размеру зоны обслуживания также достаточно условно, если рассматривать соседние градации. К персональным сетям (WPAN wireless personal area network) относят системы с, радиусом действия от сантиметров до нескольких метров (до 10-15 м). Основное назначение таких сетей состоит в замещении кабельной системы для связи оборудования (например, компьюте­ра и периферийных устройств). При этом мощность излучения передатчиков, как правило, 1-10 мВт. Локальные сети (YVLAN wireless local area network) подразумевают взаимную удаленность устройств на расстояние до сотен ме­тров и мощности передатчиков порядка 100 мВт. Это сети, предназначенные для объединения устройств в пределах локальной зоны (здания, предприятия и т.п.). Отметим, что на основе стандартов локальных беспроводных сетей вполне успешно строят и сети Городского масштаба. Например, в этом качестве и< .пользуют такие технологии, как DECT и IEEE 802.11.

К сетям городского масштаба (региональным) можно отнести множество различных технологий. Это и наземное теле- и радиовещание, и сотовая связь, и транкинговые системы. Изначально Стандарт IEEE 802.16 также задумывался как система региональной (городской) связи. Если же говорить о глобальных беспроводных системах передачи данных, то они представлены спутниковыми системами связи. Однако с учетом того. что. например, практически все сети со­товой телефонии так или иначе связаны друг с другом, все они разрабатываются с учетом возможности взаимодействия, можно (правда, с некоторой натяжкой) говорить и о глобальных сотовых сетях. Аналогична ситуация и с развитием IEEE 802.16 сети мобильного WiMAX претендуют именно на глобальность.

Особой градацией является подразделение в зависимости от типа переда­ваемой информации, например, на системы передачи речи (или видеоинфор­мации) и несинхронных данных. С одной стороны, речь это один из видов информации. После оцифровки поток речевых данных по виду неотличим от по­тока любой другой информации. Развитие цифровых технологий в различных Областях телекоммуникаций (например, в проводной телефонии) давно продемонстрировало эффективность цифровых методов обработки, когда и речь, и данные обрабатываются едиными способами. С другой стороны, потребность в информации разного вида уже сделала реальной интеграцию различных ин­формационных сетей (телефония, телевидение, сети передачи цифровых данных, телеметрия) на бытовом уровне. По единому каналу передаются данные самой различной природы. Поэтому можно достаточно уверенно предположить, что недалек тот день, когда вся речевая информация будет обрабатываться исключи­тельно цифровыми методами. Здесь можно было бы остановиться, но возникает важный нюанс. Каждому виду информации свойственны характерные требования при передаче. Человек чувствует задержку передачи речи, когда она повышает 0.25 с. При задержках около 0,5 с восприятие речи для многих становится неприемлемым. Причем дело не только собственно в задержке, но и в неизбежном при дуплексной связи эхо-сигнале, который при таких задержках устранить крайне сложно. С другой стороны, речевая информация малочув­ствительна к спорадическим помехам и потерям данных. Это означает, что при пакетной передаче речи важно, чтобы задержки распространения сигна­ла в канате были минимальными, а маршрутизация и восстановление потока данных из пакетов (даже если их последовательность нарушена) происходили в реальном времени. При этом допустима даже потеря отдельных пакетов. Аналогична ситуация и с передачей видеоинформации задержка между приемом отдельных пакетов (например. MPEG-2) не должна превышать некоего задан­ного значения, но потеря пакета, как правило, допустима. Совершенно иные требования предъявляются к передаче телеметрической информации, тексто­вых данных и т.п. Здесь, как правило, не важен режим реального времени (в определенных пределах), но и недопустима потеря данных. Учет этих осо­бенностей может приводить к созданию особых технологий, ориентированных на трансляцию определенных видов информации. Характерным примером было появление технологии Frame Relay способа пакетной передачи, при котором не происходит проверок прохождения отдельных пакетов (в отличие от традицион­ных сетей пакетной коммутации Х.25 с: подтверждением и повторной передачей каждого пакета). В современных мультимедийных сетях для передачи разнород­ных данных необходимо введение дополнительных механизмов приоритезации данных, системы обеспечения качества услуг (QoS) и т.п.

Приведенные выше рассуждения показывают, что любое определение, так или иначе ранжирующее БСПИ. не стоит воспринимать буквально и уж тем более не надо удивляться применению той или иной технологии «не по назначению».