Systemy i Sieci Radiowe

Transkrypt

1 Systemy i Sieci Radiowe Wykład 12 Sieci metropolitalne, inne systemy dostępowe. Przyszłość systemów radiowych. Sieci bezprzewodowe Rodzina standardów IEEE IEEE 802.xx (WLAN) (WPAN) (WMAN) (MBWA) bezprzewodowe sieci lokalne bezprzewodowe sieci osobiste bezprzewodowe sieci metropolitalne bezprzewodowe sieci ruchome 1

2 Sieci bezprzewodowe Rodzina standardów IEEE IEEE (WMAN) a b WMAN w zakresie GHz współistnienie WMAN WMAN - licencjonowane pasma 2-11 GHz WMAN - nielicencjonowane pasma 5-6 GHz Sieci bezprzewodowe System WiMAX Profile dla mocy od 100 mw do 2W Konfiguracja: komórkowa P-P i P-MP Pasma pracy: licencjonowane 3.5 GHz nielicencjonowane 5.8 GHz Protokoły dostępu: Downstream: TDM (typu broadcastowego) Upstream: TDMA Bezpieczeństwo: autentykacja stacji + kodowanie Interfejs radiowy: OFDM, 256 nośnych Przepływności: nawet do 70 Mbit/s, zmienne z szerokością kanału 3.5 MHz w pasmie 3.5 GHz band, 20 MHz w pasmie 5.8 GHz Zasięgi: ~7 10 km dla transmisji zewnątrzbudynkowej ~2 km dla transmisji wewnątrzbudynkowej 3.5 GHz Systemy NLOS 2ndG przewidywane w roku

3 Sieci bezprzewodowe WiMAX Cechy Szybkość transmisji porównywalna z tradycyjnymi systemami szerokopasmowymi, ale Potencjalnie mniej kosztowna Łatwa do stworzenia Zastosowania Dostęp do Internetu VoIP Internet sieć szkieletowa Stacja bazowa Punkt dostępowy Wykorzystanie widma wykorzystywanie fragmentów licencjonowanych bądź nielicencjonowanych Terminal Terminal Terminal Dopasowana do obszarów zabudowanych Brak potrzeby przewodowej ostatniej mili Sieci bezprzewodowe WiMAX Problemy Wiele systemów trudności we współpracy Cisco, Motorola, Tsunami Inne systemy oparte o standard IEEE lub odpowiednie standardy ETSI Intel, Nokia, Alvarion Ltd i około 40 firm zrzeszonych w forum WiMax pracuje nad eliminacją barier związanych z wprowadzeniem standardu Współpraca i koszty realizacji Brak mobilnej wersji standardu 3

4 Łącza punkt-punkt Sieci bezprzewodowe Topologie sieci WMAN Topologia siatki Wykorzystanie WiMAX MoŜliwości rozszerzania pokrycia Wi-Fi WiMAX (zasięg transmisji wewnątrzbudynkowej) Stacja bazowa WiMAX WiMAX (zasięg transmisji zewnątrzbudynkowej) Dedykowany zasięg WiMAX Zasięg WiFi zwiększenie pokrycia 4

5 4 Wykorzystanie WiMAX Sieć rdzeniowa dla Hot Spotów Wi-Fi Stacja bazowa WiMAX Pokrycie sieci WiMAX Hot Spoty Wi-Fi Wykorzystanie WiMAX Tymczasowe pokrycie Sieć rdzeniowa Przenośne łacze radiowe P-P połączone ze stacją bazową WiMAX 5

6 Sieci bezprzewodowe Rodzina standardów ETSI ETSI BRAN Hiperlan/1 * ISM 5 GHz * 20 Mbit/s * 200m Hiperlan/2 * ISM 5 GHz * 54Mbit/s * 200m Hiperaccess * GHz * 54 Mbit/s * stacjonarna Hiperlink * 17 GHz * 150 Mbit/s * stacjonarna Hiperman * < 11 GHz * stacjonarny Hiperlan/1 Struktura warstw Protokoły warstw wyższych Funkcje warst wyższych DLC Warstwa łącza danych Funkcje dostęp stacji do łącza; realizacja funkcji mostu; MAC specyfikacja i transmisja bloków danych HMSDU (Media Access Control) (HIPERLAN MAC Service Data Unit) Podwarstwa kontroli dostepu do zbieranie informacji o sąsiednich sieciach medium HIPERLAN; ustanawianie i obsługa tablic trasowania; sterowanie statusem stacji mobilnych; realizacja tramsmisji wieloetapowej (w trybie "multihop". max. dlugość jednostki danych MAC2422 [B] Funkcje dostęp do kanału z wykorzystaniem protokołu CAC EY-NMPA ( ang. Elimination Yield - Non -preemptive (Channel Access Control) Prioritety Multiple Access ) Sterowanie dostępem generowanie potwierdzeń; do współdzielonego kanału wykrywanie błędów - CRC; PHY Warstwa fizyczna Funkcje modulacja / demodulacja FSK lub GMSK; synchronizacja bitów i paczek (burst); nadawanie i odbiór; bezpośrednia i prewencyjna korekcja błędów - FEC; określanie poziomu sygnału radiowego - RSSI 6

7 Hiperlan/2 Struktura warstw Sieć szkieletowa "A" IP Sieć szkieletowa "B" ATM Sieć szkieletowa "C" UMTS Sieciowa podwarstwa zbieżności (IP, ATM, UMTS) HIPERLAN2 DLC Warstwa fizyczna HIPERLAN2 (PHY) LLC MAC Inne systemy dostępowe WLL - Bezprzewodowa pętla lokalna Pętla lokalna umożliwia bezpośrednie połączenie telefonu domowego ze stacją u operatora telekomunikacyjnego W rozwiązaniu przewodowym każdy telefon musi posiadać dedykowaną właśnie jemu pętlę lokalną Bezprzewodowa pętla lokalna eliminuje łączy przewodowych Łatwiejsze i tańsze podłączanie nowych użytkowników Brak konieczności dla nowych operatorów inwestycji w infrastrukturę przewodową 7

8 Inne systemy dostępowe MMDS Analogowy system wykorzystywany głównie do transmisji wielokanałowej telewizji Wykorzystywane pasmo 2.5 GHz, zasięg wg. krzywizny Ziemi Konieczność bezpośredniej widoczności elementów Opracowywane systemy cyfrowe tego typu, w założeniu zapewniające dostęp do Internetu Łącze jednokierunkowe, kanał zwrotny poprzez zastosowanie modemu bądź linii telefonicznej Inne systemy dostępowe LMDS LMDS zalety sieci ATM z technologią radiowego dostępu System Punkt - Wielopunkt Wykorzystywane pasma 26 GHz i wyższe Konieczność bezpośredniej widoczności elementów TDMA/FDD Maksymalny zasięg do kilku km Przepływności bitowe do 100Mbit/s Zestaw nadawczo - odbiorczy Stacja bazowa Internet 8

9 Inne systemy dostępowe LMDS zalety i zastosowania Zalety dla istniejących operatorów rozwiązanie problemu ostatniej mili do użytkownika Zalety dla nowych operatorów szybki wzrost i rozwój usług Zastosowania Wstępnie przeznaczony do dystrybucji TV cyfrowej (alternatywa dla telewizji kablowej) Interaktywne serwisy telewizyjne Szybki transfer danych Transmisja głosu Inne systemy dostępowe Systemy optyczne FSO Przepływności Mbit/s Zasięgi ~ 100 m do pojedynczych km Koszty: Kosztowne rozwiązania przy dużych przepływnościach (lasery, systemy śledzące) Przy mniejszych zasięgach możliwe tańsze rozwiązania oparte o diody LED Duża wrażliwość na czynniki zewnętrzne Nie zawsze bezpieczne 9

10 Inne systemy dostępowe Systemy stratosferyczne HAPS Interaktywne systemy pracujące w oparciu o maszyny latające Statki powietrzne, balony, sterowce Multimedialne transpondery satelitarne Przetwarzanie sygnałów na pokładzie (elastyczność) Regeneracja sygnału (modulacja, kodowanie) Przełączanie pakietów Routing Przełączanie wiązek Inne systemy dostępowe Systemy stratosferyczne HAPS HAPS 47 GHz Internet Dostawca usług Obszar pokrycia 10

11 Inne systemy dostępowe Systemy satelitarne Satelitarne Centrum Usług Kanał Zwrotny Głównie Telewizja... ale także dane oraz głos Wady: duże opóźnienia duża wrażliwość na warunki atmosferyczne duże tłumienie propagacyjne Inne systemy dostępowe DVB-S - Szybki internet Astra-Net, Skyplex, DirectPC transmisja rozsiewcza zestawów danych (webcasting) przepływność 38 Mb/s szybki internet przepływności do 400 kb/s od abonenta 11

12 Inne systemy dostępowe Systemy satelitarne - DVB-RCS Inne systemy dostępowe Systemy satelitarne - DVB-RCS 12

13 Inne systemy dostępowe Systemy satelitarne - przykład BBI Broadband Interactive dwukierunkowa szerokopasmowa transmisja danych przez satelitę kanał zwrotny - pasmo Ka (30 GHz) specyfikacja DVB - RCS Sieci bezprzewodowe Porównanie technologii Technologia Sieci komórkowe 3G WiMAX (802.16d/e) Wi-Fi (802.11b) ZigBee ( ) Bluetooth ( ) Zastosowania WAN (D+V) WAN (D) LAN (D+V) Telemetria, kontrola Zastępnik kabli Żywotność baterii 1-7 N/A N/A 100-1, Pasmo (KB/s) K-40K 11, Zasięg (m) 1,000+ 1K-30K Zalety Pokrycie, jakość Przepływność, pokrycie Koszty, szybkość, elastyczność Koszty, moc, elastyczność Koszty, prostota 13

14 Sieci bezprzewodowe Porównanie standardów łączności ruchomej Pasma IEEE e IEEE G (bez HSDPA) Licencjonowane Nielicencjonowane Licencjonowane Licencjonowane Częstotliwości 2-11 GHz Poniżej 3.5 GHz poniżej 2.7 GHz Zasięg Sieci dostępowe MAN Ruchomość Maksymalna prędkość 120 km/h Maksym alna prędkość 250 km /h Maksymalna prędkość 120 km/h Zasilanie stacji Baterie LOS/NLOS NLOS Opóźnienia Małe Małe Duże Roaming Lokalny/regionalny Globalny Globalny Pasmo < 5 MHz < 5 MHz < 5 MHz Łącza danych Duża wydajność łączy w dół oraz w górę Duża wydajność łączy w dół oraz w górę Architektura Zorientowana pakietowo Zorientowana pakietowo Średnia wydajność łączy w dół, niska wydajność w górę Komutacja łączy, pakiety w łączu w dół Technologie bezprzewodowe Przepływności 100Mbit/sec 10Mbit/sec g b a 1 Mbit/sec 3G Bluetooth ZigBee 100kbits/sec ZigBee 10kbits/sec 0 GHz 1GHz 2 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz 6 GHz 14

15 Technologie bezprzewodowe Zasięgi 10 km 1 km 3G 100 m b,g a Bluetooth 10 m ZigBee ZigBee 1 m 0 GHz 1GHz 2 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz 6 GHz Technologie bezprzewodowe Moce transmisyjne 10 W 1 W 3G bg a 100 mw Bluetooth ZigBee 10 mw ZigBee 1 mw 0 GHz 1GHz 2 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz 6 GHz 15

16 Technologie bezprzewodowe Koszty $1000 $100 $10 3G b,g Bluetooth a $1 ZigBee ZigBee $.10 0 GHz 1GHz 2 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz 6 GHz Technologie bezprzewodowe Koszty infrastruktury 3G $1000 $ b,g a $10 Bluetooth $1 ZigBee ZigBee $.10 0 GHz 1GHz 2 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz 6 GHz 16

17 Sieci bezprzewodowe IEEE MBWA Misja: Specyfikacja efektywnego interfejsu w oparciu o transmisję pakietową Zoptymalizowany pod kątem usług opartych o IP Stworzenie uniwersalnego, szerokopasmowego radiowego systemu dostępowego dla potrzeb klientów biznesowych i indywidualnych Technologia Specyfikacja PHY i MAC Praca w pasmie poniżej 3.5 GHz Przepływności dla użytkownika powyżej 1 Mbps Obsługa różnych klas mobilności, do 250 Km/h w sieciach MAN Stawia na efektywność widmową i możliwości wydajnościowe (przepływności i użytkownicy) Sieci bezprzewodowe Zestawienie standardów IEEE (propozycja) IEEE d WIMAX IEEE e IEEE a/b/g* WIFI WWAN (>30km) WMAN (30km) WLAN (100m) 3GPP, EDGE (GSM) ETSI HiperMAN HIPERACCESS ETSI HiperLAN IEEE Bluetooth WPAN (10m) ETSI HiperPAN 17

18 Przyszłość systemów radiowych Platformy wielosystemowe WiMAX 3G/2.5G WiFi Praca Wirtualne środowisko cyfrowe Dom WiFi Transport Urządzenia zintegrowane WiMAX + WiFi + 3G/2.5G Przyszłość systemów radiowych Transmisja w pasmie 60 GHz Japonia Europa USA Pasmo absorpcji tlenu Wireless LAN Nielicencjonowane P-P Test Radar Wireless LAN Nielicencjonowane ISM Mobile ICBN Road Info. Zabronione Systemy kosmiczne, sieci stałe Bardzo szerokie dostępne i nielicencjonowa ne pasmo Znacząca absorpcja tlenu i znaczne tłumienie przy przechodzeniu przez materiały Częstotliwość GHz dedykowane dla łączy krótkiego zasięgu 18

19 Przyszłość systemów radiowych Rozwiązania hybrydowe Integracja systemów Radiowe systemy dostępowe Systemy satelitarne Systemy FSO Systemy HAPS Wspólne platformy użytkowników, różne jednostki zewnętrzne Przykład systemy hybrydowe LMDS - FSO duża dostępność transmisja LMDS w przypadku wystepowania mgły transmisja FSO w przypadku wystepowania deszczu 19