Вишневский В.М. Широкополосные беспроводные сети

Институт проблем передачи информации Российской Академии Наук

(ИППИ РАН)Вишневский В.М.Вишневский В.М.

Широкополосные беспроводные Широкополосные беспроводные сетисети

Широкополосные беспроводные сетиМатематические проблемы построения Технологии и технические средстваРешение проблемы «информационного неравенства»


(ИППИ РАН)

Беспроводные сети:Беспроводные сети: СпутниковыеСпутниковые Сотовые телефонныеСотовые телефонные Широкополосные (Широкополосные (LANLAN//MANMAN)) Атмосферные оптическиеАтмосферные оптические И др.И др.


(ИППИ РАН)Преимущества беспроводных Преимущества беспроводных сетейсетей

Фактор мобильности Фактор мобильности Фактор удаленности Фактор удаленности Фактор срочности и Фактор срочности и

масштабируемостимасштабируемости Фактор экономичностиФактор экономичности


(ИППИ РАН)Широкополосные беспроводные Широкополосные беспроводные сетисети

Wi-Fi (от англ. Wi-Fi (от англ. WWireless ireless FFidelity) - стандарт idelity) - стандарт широкополосной беспроводной связи широкополосной беспроводной связи семейства семейства 802. 11802. 11,, поддерживающ поддерживающейей высокоскоростную передачу данных высокоскоростную передачу данных в в режиме точка-многоточкарежиме точка-многоточка и в режиме точка-и в режиме точка-точкаточка на расстояния на расстояния до 50 км до 50 км..

WiMWiMААNN – – перспективный перспективный стандарт семейства стандарт семейства 802. 1802. 166 для создания широкополосных для создания широкополосных региональных беспроводных региональных беспроводных сетейсетей


(ИППИ РАН)

Спецификации стандарта 802.11Спецификации стандарта 802.11 Существуют следующие спецификации Существуют следующие спецификации

стандарта 802.11:стандарта 802.11:- - 802.11 - обеспечивает передачу 1 или 2 Мбит/с в полосе 802.11 - обеспечивает передачу 1 или 2 Мбит/с в полосе 2,4Ггц;2,4Ггц;- 802.11a - расширение 802.11, обеспечивает до 54 Мбит/с в - 802.11a - расширение 802.11, обеспечивает до 54 Мбит/с в полосе 5Ггц;полосе 5Ггц;- 802.11b - расширение 802.11, обеспечивает 11 Мбит/с, а - 802.11b - расширение 802.11, обеспечивает 11 Мбит/с, а также 5,5, 2 и 1 Мбит/с в полосе 2,4Ггц;также 5,5, 2 и 1 Мбит/с в полосе 2,4Ггц;- 802.11g - обеспечивает 20 и более Мбит/с в полосе 2,4Ггц- 802.11g - обеспечивает 20 и более Мбит/с в полосе 2,4Ггц


(ИППИ РАН)

Спецификации стандарта 802.16Спецификации стандарта 802.16

Существуют следующие спецификации Существуют следующие спецификации стандарта 802.16:стандарта 802.16:– 802.1802.166 - обеспечивает передачу - обеспечивает передачу 7070 Мбит/с в Мбит/с в

полосе полосе 10-6610-66Ггц;Ггц;– 802.16a - 802.16a - расширение 802.1расширение 802.166,, обеспечивает обеспечивает

передачу допередачу до 7070 Мбит/с в полосе Мбит/с в полосе 2-11 2-11 ГгцГгц..


(ИППИ РАН)

Wi-FiWi-Fi / /WiMAN WiMAN в мире – в мире – беспроводная революциябеспроводная революция

Ежемесячно в мире продается 1млн адаптеров стандарта Ежемесячно в мире продается 1млн адаптеров стандарта IEEE IEEE 802.11802.11(Электроника 1.2003)(Электроника 1.2003)

Установлено свыше 20 млн адаптеров стандартаУстановлено свыше 20 млн адаптеров стандарта 802.11b 802.11b РРынок корпоративных сетейынок корпоративных сетей технологитехнологиии Wi-Fi, будет расти Wi-Fi, будет расти

на 20% в год до 2008 гна 20% в год до 2008 г ((Pyramid ResearchPyramid Research)).. Европа: Европа: ““GPRS GPRS рассматривается как дополнение к рассматривается как дополнение к

Wi-Fi Wi-Fi на более низком уровнена более низком уровне”” WiMAN – 60% WiMAN – 60% рынка широкополосной связи к 2008 рынка широкополосной связи к 2008

годугоду ((Pyramid ResearchPyramid Research))..


(ИППИ РАН)

Частотное лицензированиеЧастотное лицензирование В диапазоне 2,4 ГГц Государственной В диапазоне 2,4 ГГц Государственной

комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) принято комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) принято Положение о порядке использования на Положение о порядке использования на территории Российской Федерации территории Российской Федерации внутриофисных систем передачи данных в внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400-2483,5 МГц (протокол полосе частот 2400-2483,5 МГц (протокол 18/3 от 29.04.02).18/3 от 29.04.02).

Россия – весь радиочастотный спектр Россия – весь радиочастотный спектр лицензируетсялицензируется

Во многих странах – нелицензируемые Во многих странах – нелицензируемые участки спектра: 2.4 ГГц, 5.3 ГГц, 5.8 ГГцучастки спектра: 2.4 ГГц, 5.3 ГГц, 5.8 ГГц


(ИППИ РАН)

Математические проблемы Математические проблемы построенияпостроения

беспроводных региональных беспроводных региональных сетейсетей

Взаимосвязанные Взаимосвязанные задачзадачи: и: ззадача размещения базовых станций адача размещения базовых станций оптимальное подключение абонентов региональной сети оптимальное подключение абонентов региональной сети к базовым станциям (оптимальнк базовым станциям (оптимальныйый синтеза топологической синтеза топологической структурыструктуры)) математические модели и методы оценки математические модели и методы оценки производительности и надежности беспроводных сетей производительности и надежности беспроводных сетей выбор оптимальных параметров беспроводных выбор оптимальных параметров беспроводных протоколов (типа 802.11протоколов (типа 802.11xx и 802.16 и 802.16xx), ), модели взаимодействия беспроводных сетей, модели взаимодействия беспроводных сетей, работающих по разным протоколам (например, работающих по разным протоколам (например, GPRSGPRS или 3 или 3GG с с 802.11802.11xx и 802.16 и 802.16xx) и являющихся частями единой ) и являющихся частями единой региональной сетирегиональной сети


(ИППИ РАН)Постановка задачи оптимального размещения Постановка задачи оптимального размещения

базовых станций и подключения к ним базовых станций и подключения к ним локальных компьютерных сетей абонентовлокальных компьютерных сетей абонентов

Целевая функция стоимостиЦелевая функция стоимости

WWkmnkmn Y Ykmkm X Xmnmn + + CCnn X Xmn mn min min

При ограничениях:При ограничениях:

YYkmkm = 1 ; = 1 ; XXknkn 1 ; 1 ; YYkmkm X Xknkn = 1 = 1 kk

BBnnXXmnmn bbkkYYkmkm m m

Где Где XXmnmn и и YYmnmn - булевы переменные- булевы переменные

K M N M NK M N M N

k=1 m=1 n=1 m=1 n=1k=1 m=1 n=1 m=1 n=1

N KN K

n=1 k=1n=1 k=1

M NM N

m=1 n=1m=1 n=1

M NM N

m=1 n=1m=1 n=1


(ИППИ РАН)

РРассмотрена и решена задача ассмотрена и решена задача топтопологического проектирования ологического проектирования

беспроводных региональных сетейбеспроводных региональных сетей Сформулирована общая задача размещения беспроводных базовых станций Сформулирована общая задача размещения беспроводных базовых станций

в региональных компьютерных сетях, подключения к ним абонентов и в региональных компьютерных сетях, подключения к ним абонентов и соединения соединения ихих между собой. между собой.

Без существенной потери точности предложена декомпозиция задачи на две Без существенной потери точности предложена декомпозиция задачи на две подзадачи в силу аддитивности целевой функции.подзадачи в силу аддитивности целевой функции.

Введены булевы переменные и сформулирована задача целочисленного Введены булевы переменные и сформулирована задача целочисленного программирования. программирования. ЗЗадача сведена к линейной задаче псевдобулевой адача сведена к линейной задаче псевдобулевой оптимизации.оптимизации.

Проведён сравнительный анализ методов решения полученной задачи с Проведён сравнительный анализ методов решения полученной задачи с позиции решения задач большой размерности. Предложено использование позиции решения задач большой размерности. Предложено использование метода псевдобулевой оптимизации с применением процедуры Дэвиса-метода псевдобулевой оптимизации с применением процедуры Дэвиса-Путнама. Путнама.


(ИППИ РАН)Технологии и технические Технологии и технические средствасредства

Примеры крупномасштабных Примеры крупномасштабных широкополосных беспроводных широкополосных беспроводных сетейсетей

Использование технологий Использование технологий высотных платформ высотных платформ

Отечественные разработки Отечественные разработки беспроводных технических беспроводных технических средствсредств


(ИППИ РАН)

ИППИ РАНИнтернет провайдер

Президиум РАН Hillock(Кудринская пл.)

Radio cell Radio cell

МГУ

Radio cellОптоволокно

Московская беспроводная сеть


(ИППИ РАН)Секторная антенна базовой Секторная антенна базовой станциистанции

Hillock, Kudrinskaya pl.

four wireless bridgesfour 90-degree sector antennas

North sectorhorizontal polarization

5 clients

South sectorhorizontal polarization

6 clients

East sectorvertical polarization

8 clients

East sectorvertical polarization

3 clients

Moscow State University

one wireless bridgeone 3-point distribution unit

three 120-degree sector antennas


(ИППИ РАН)

VNII

GNC NPO

MRMC

GS RAS

FHI

ИППИ РАН

ATM switch

ATM Switch

IATE МГУ

10 M

bps

МТС 9

Runnet

OKSONоптоволокно 10 Mbps

MairieGNCFEI

CISCO 2511

2 Mbps

MRNC каналыCISCO 2511

модемы

ОбнинскОбнинск МоскваМосква

Базовая радиомодемная станция(протокол 802.11)

Беспроводная сеть на базе привязного Беспроводная сеть на базе привязного аэростатааэростата


(ИППИ РАН)


(ИППИ РАН)

Система стабилизации базовой станцииСистема стабилизации базовой станции


(ИППИ РАН)

Необходимость отечественных Необходимость отечественных разработок оборудования разработок оборудования

беспроводной передачи данныхбеспроводной передачи данных Недостатки продукции зарубежных Недостатки продукции зарубежных

поставщиков поставщиков оборудования оборудования :: высокая стоимостьвысокая стоимость низкая приспособленность устройств к низкая приспособленность устройств к

местным особенностям климатаместным особенностям климата низкая приспособленность устройств низкая приспособленность устройств к к

распределенираспределениюю радиочастотного спектра. радиочастотного спектра.


(ИППИ РАН)Сравнительная характеристика Сравнительная характеристика DCF DCF (distributed coordination function)(distributed coordination function) и и PCF(point PCF(point

coordination function)coordination function) - - PCFPCF – основная схема с – основная схема с

«прикреплениями» «прикреплениями» приглашений к передаче и приглашений к передаче и MACMAC-подтверждений к фреймам -подтверждений к фреймам данных. данных.

- - PCFPCF1 – альтернативная схема 1 – альтернативная схема с отдельными фреймами с отдельными фреймами приглашений и приглашений и MACMAC--подтверждений. подтверждений.

- - PCFPCF2 – схема с отдельными 2 – схема с отдельными фреймами фреймами MACMAC--подтверждений. подтверждений.

- - PCFPCF3 – схема с отдельными 3 – схема с отдельными фреймами фреймами MACMAC-подтверждений -подтверждений только на дубликаты пакетов, только на дубликаты пакетов, получаемых БС. получаемых БС.


(ИППИ РАН)

Набор разрабатываемого Набор разрабатываемого оборудования (1)оборудования (1)

Точка доступа и клиентское устройство со Точка доступа и клиентское устройство со стандартным интерфейсом 100BaseT для стыка с стандартным интерфейсом 100BaseT для стыка с оборудованием передачи данных. Возможные оборудованием передачи данных. Возможные применения:применения: Точка доступа, маршрутизатор, обслуживающий 2 – 100 Точка доступа, маршрутизатор, обслуживающий 2 – 100

клиентовклиентов Беспроводный клиент и шлюз для рабочей группыБеспроводный клиент и шлюз для рабочей группы Беспроводный бридж для прозрачного объединения сегментов Беспроводный бридж для прозрачного объединения сегментов

сетей Ethernet.сетей Ethernet.


(ИППИ РАН)Набор разрабатываемого Набор разрабатываемого

оборудования (2)оборудования (2) Беспроводное устройство, реализующие функции Беспроводное устройство, реализующие функции

шлюза IP-телефонии на 1-4 телефонных линии с шлюза IP-телефонии на 1-4 телефонных линии с одновременной передачей скоростного цифрового одновременной передачей скоростного цифрового потока. Возможные приложения для такого потока. Возможные приложения для такого устройства: устройства: оперативно разворачиваемый абонентский вынос на 1-4 оперативно разворачиваемый абонентский вынос на 1-4

телефонных аппарата, телефонных аппарата, загородный таксофон, переговорный пункт с возможностью загородный таксофон, переговорный пункт с возможностью

доступа к услугам цифровой компьютерной связи и Интернет,доступа к услугам цифровой компьютерной связи и Интернет, голосовая и телеметрическая служебная связь на протяженных голосовая и телеметрическая служебная связь на протяженных

трассах - автомобильных, кабельных, трубопроводных и др.трассах - автомобильных, кабельных, трубопроводных и др.


(ИППИ РАН)

Набор разрабатываемого Набор разрабатываемого оборудования (3)оборудования (3)

Устройство с двумя беспроводными интерфейсами Устройство с двумя беспроводными интерфейсами и одним интерфейсом 100BaseT, способное и одним интерфейсом 100BaseT, способное работать в следующих приложениях:работать в следующих приложениях: ретранслятор с частотным переносом, осуществляющий ретранслятор с частотным переносом, осуществляющий

регенерацию данных на протяженных многопролетных линиях, регенерацию данных на протяженных многопролетных линиях, при этом наличие цифрового интерфейса 100BaseT делает при этом наличие цифрового интерфейса 100BaseT делает возможным ответвление цифрового потока и реализацию возможным ответвление цифрового потока и реализацию сложных схем ретрансляции на 3 и более направлений сложных схем ретрансляции на 3 и более направлений посредством нескольких однотипных устройств, объединенных посредством нескольких однотипных устройств, объединенных между собой и размещенных на одном узлемежду собой и размещенных на одном узле

точка доступа, обслуживающая одновременно 2 секторных точка доступа, обслуживающая одновременно 2 секторных антенны и 2 группы абонентов.антенны и 2 группы абонентов.


(ИППИ РАН)Набор разрабатываемого Набор разрабатываемого

оборудования (4)оборудования (4) Модульный узловой беспроводный маршрутизатор и сервер Модульный узловой беспроводный маршрутизатор и сервер

удаленного доступа, допускающий установку до 6-ти удаленного доступа, допускающий установку до 6-ти беспроводных интерфейсов, до 8-ми портов типа 100BaseT. беспроводных интерфейсов, до 8-ми портов типа 100BaseT. ПриПри укомплектукомплектацииации соответствующими антеннами, может быть соответствующими антеннами, может быть настроено для выполнения следующих функций:настроено для выполнения следующих функций: Маршрутизатор и сервер беспроводного абонентского доступа, Маршрутизатор и сервер беспроводного абонентского доступа,

обслуживающий одновременно 2-6 секторов и до 300 абонентовобслуживающий одновременно 2-6 секторов и до 300 абонентов Сложный узловой ретранслятор на 2-6 направлений с возможным Сложный узловой ретранслятор на 2-6 направлений с возможным

ответвлением цифрового потока, организации VPN – каналов и пр.ответвлением цифрового потока, организации VPN – каналов и пр. Устройство передачи данныхУстройство передачи данных типа точка – точка, позволяющее передавать типа точка – точка, позволяющее передавать

параллельно 2 – 6 цифровых потоков параллельно 2 – 6 цифровых потоков ии объединять несколько беспроводных объединять несколько беспроводных потоков, разнесенных по частотам, в один агрегированный скоростной канал. потоков, разнесенных по частотам, в один агрегированный скоростной канал. ЭтоЭто позволяет достичь эффективной пропускной способности канала до позволяет достичь эффективной пропускной способности канала до 200Мбит/c при наличии достаточного частотного ресурса.200Мбит/c при наличии достаточного частотного ресурса.


(ИППИ РАН)

Инфракрасное соединениеИнфракрасное соединение

10 Mbps

Пользователь LAN

Интернет провайдер


(ИППИ РАН)

Инфракрасный модемИнфракрасный модем


(ИППИ РАН)Решение проблемы Решение проблемы «информационного «информационного

неравенства»неравенства» Федеральным законом «О связи», принятым в Федеральным законом «О связи», принятым в

июне 2003 года, к универсальным услугам июне 2003 года, к универсальным услугам связи относятся услуги по передаче данных и связи относятся услуги по передаче данных и предоставлению доступа к сети "Интернет" предоставлению доступа к сети "Интернет" с использованием пунктов коллективного с использованием пунктов коллективного доступа. При этом закон гарантирует, что доступа. При этом закон гарантирует, что в в поселениях с населением не менее чем поселениях с населением не менее чем пятьсот человек должен быть создан не менее пятьсот человек должен быть создан не менее чем один пункт коллективного доступа к чем один пункт коллективного доступа к сети "Интернет"сети "Интернет" (Гл.8, ст.57,п.1,2). (Гл.8, ст.57,п.1,2).


(ИППИ РАН)

Преимущества Преимущества WiFiWiFi//WiMAN WiMAN беспроводного доступабеспроводного доступа

Позволяют максимально экономически Позволяют максимально экономически эффективно и оперативно решать задачи эффективно и оперативно решать задачи информатизации жителей России: информатизации жителей России: – Быстрота проектирования и реализации сети.Быстрота проектирования и реализации сети. – Низкая стоимость реализации по сравнению с другими технологиями.Низкая стоимость реализации по сравнению с другими технологиями.– Возможность охвата обширных территорий.Возможность охвата обширных территорий.– ВВысокая скорость подключения абонентов и возможность передачи ысокая скорость подключения абонентов и возможность передачи

не только данных, но и голоса (не только данных, но и голоса (IPIP-телефония).-телефония).– Самоокупаемость на этапе эксплуатацииСамоокупаемость на этапе эксплуатациизза счет подключения к а счет подключения к

базовой станции не только организации социальной сферы и базовой станции не только организации социальной сферы и государственного управления, но и коммерческих структур. государственного управления, но и коммерческих структур.

– Простота и низкая стоимость эксплуатации.Простота и низкая стоимость эксплуатации.


(ИППИ РАН)

Схема телекоммуникаций в регионеСхема телекоммуникаций в регионе

районные центры

областной центр

зона высокой плотности телекоммуникацийЗона А

Зона Взона низкой плотности телекоммуникаций

Зона А

Зона В населенные пункты с населением более 500 чел


(ИППИ РАН)

Подключение сельских населенных пунктовПодключение сельских населенных пунктов

районные центры

областной центр

зона высокой плотности телекоммуникацийЗона А

Зона Взона низкой плотности телекоммуникаций

Зона А

Зона В населенные пункты с населением более 500 чел


(ИППИ РАН)

Беспроводная региональная сетьБеспроводная региональная сеть

Покрытие сельских населенных пунктов с использованием сотовой региональной беспроводной сети


(ИППИ РАН)

Организация системы доступа на Организация системы доступа на удаленных территорияхудаленных территориях

Системы доступа: дуплексная спутниковая связь и базовая станция радиодоступа на высотном сооружении


(ИППИ РАН)

Необходимость Необходимость государственной поддержкигосударственной поддержки

Таким образом, государственная поддержка Таким образом, государственная поддержка необходима для решения следующих вопросов:необходима для решения следующих вопросов:

1.1. Выделение сквозного по Российской Федерации Выделение сквозного по Российской Федерации частотного диапазона для региональных беспроводных частотного диапазона для региональных беспроводных сетей, создаваемых в интересах организаций социальной сетей, создаваемых в интересах организаций социальной сферы и органов государственного управления.сферы и органов государственного управления.

2.2. Содействие в использовании антенно-мачтовых Содействие в использовании антенно-мачтовых сооружений РТРС для размещения базовых станций сооружений РТРС для размещения базовых станций региональных беспроводных сетей.региональных беспроводных сетей.

Documents

Вишневский В.М. Широкополосные беспроводные сети