Анализ архитектуры многоуровневых сетей WiMAX-Wi-Fi
Multi-tier WiMAX-Wi-Fi – многоуровневая WiMAX-Wi-Fi сеть возникла как перспективное решение для быстрого развертывания услуг предоставления широкополосного доступа абонентам, использующим беспроводные устройства. Эта технология является гибридом сетей Wi-Fi и WiMAX, она (как и любая беспроводная технология) будет особенно полезна в тех местах, где прокладка проводной инфраструктуры обойдется слишком дорого, либо необходима организация временного доступа к сети Интернет.
Сеть WiMAX для качественного обеспечения радиодоступа имеет улучшенный алгоритм управления качеством обслуживания QoS (Quality of Service), высокую надежность и широкий диапазон используемых частот. Однако технология WiMAX использует лицензируемый диапазон частот, а в настоящее время масштабное развитие этих сетей несколько приостановлено по причине внедрения технологии LTE.
Технология Wi-Fi же, наоборот, несмотря на повсеместное использование сетей LTE, не утратила своей популярности, а беспроводное оборудование диапазона 2.4 ГГц по-прежнему пользуется большой популярностью и широко доступно на рынке телекоммуникационного оборудования. Wi-Fi имеет довольно высокую производительность и относительно низкую стоимость, правда диапазон частот ограничен, да и надежность низкая, а QoS и вовсе не предусмотрен.
Таким образом, ведущим специалистам области инфокоммуникаций пришло в голову синтезировать гибрид из технологий Wi-Fi и WiMAX, объединив их сильные стороны для создания многоуровневых (multi-tier) сетей. В таких сетях предполагается организовывать радиопокрытие с помощью оборудования Wi-Fi, где WiMAX базовая станция будет установлена в качестве транзитного узла, обслуживающего Wi-Fi станции.
Появление многоуровневых WiMAX-Wi-Fi сетей предвещает появление большого числа вариантов ее организации, в частности может быть различно: количество абонентского Wi-Fi оборудования на узел, соотношение между WiMAX и Wi-Fi станциями в зоне обслуживания и т.д. Трудно предугадать, как различные конфигурации сети скажутся на качестве услуг, и будут-ли они удовлетворять требованиям пользователей (скорость передачи данных, качество радиопокрытия) и каковы будут условия эксплуатации (количество поддерживаемых абонентов).
В настоящее время специалистами рассматриваются различные гибридные архитектуры таких многоуровневых сетей. В некоторых вариантах работают над улучшением архитектуры с целью организовать полную поддержку услуг QoS. В других вариантах предлагается использовать совместную полосу пропускания в сетях WiMAX и Wi-Fi. В этом случае пропускная способность распределяется между абонентскими станциями WiMAX и точками доступа Wi-Fi. Усилия также направлены на решения таких вопросов, как оптимизировать такую разнородную архитектуру не затрагивая ключевые параметры: ширина полосы пропускания, количество каналов, поддерживаемое количество абонентов и т.д. Перечисленные характеристики имеют решающее значение для успешного развертывания сетей беспроводного доступа.
Самым же перспективным направлением конечно же является направление развития бесшовной интеграции двух этих технологий с целью обеспечения необходимого качества обслуживания и в то же время обеспечения разгрузки полосы пропускания.
В статье мы рассмотрим, как различные варианты конфигурации таких сетей работают в разных условиях и насколько они отвечают требованиям пользователей.
Архитектура сети multi-tier
Сетевая архитектура multi-tier сети состоит из сети транспортного уровня WiMAX, а также транзитного уровня и уровня доступа – Wi-Fi, как показано на рисунке 1.
Дадим небольшие комментарии к сетевой архитектуре. Ее можно разбить на несколько логических уровней: первый состоит из WiMAX узлов, работа которых координируется главной базовой станцией WiMAX (BS) – эта базовая станция предоставляет услуги беспроводной транспортной сети для маршрутизаторов радиодоступа MRAR (Multi Radio Access Routers). На втором уровне находятся MRAR, которые предоставляют услуги доступа и в то же время образуют множественный доступ к другим mesh-сетям, либо с другими MRAR.
Каждый MRAR может быть оснащен оборудованием радиодоступа как технологии Wi-Fi, так и иметь смесь из обоих WiMAX и Wi-Fi радиоинтерфейсов. Независимые линки транзитных соединений могут быть организованы через пару радиоинтерфейсов двух MRAR с использованием направленных антенн (справа на рисунке), так и с использованием всенаправленных антенн (слева на рисунке). Какой вариант выбрать зависит от компромисса между стоимостью организации сети и производительностью. На третьем уровне сети находятся беспроводные абонентские точки доступа AP (Access Point).
Различные варианты формирования многоуровневой сети
Ниже нами будут рассмотрены варианты формирования сети в городской зоне, где необходимо обеспечить равномерное радиопокрытие на всей обслуживаемой территории. В таких задачах радиопокрытие принято графически обозначать в виде шестигранников, такое представление типично и применяется при планировании сотовых сетей связи. На рисунке 2 показана двухуровневая топология формирования сети, имеющая структуру сот, состоящую из семи шестигранников (предполагается, что все шестигранники равны по размеру).
Пунктирными линиями показаны возможные альтернативные пути прохождения сигнала. С точки зрения емкости, ячеистая сеть похожа на дерево с множеством возможных вариантов ретрансляции сигнала, когда вся сеть работает при максимальной нагрузке. Среди семи ячеек – центральная выбрана в качестве шлюза GP (Gateway Point). На серии рисунков ниже (3.A-3.F) показаны различные варианты организации многоуровневой архитектуры, но следует отметить, что вариантов реализации может быть намного больше. Варианты (3.A – 3.F) перечислены в порядке возрастания числа Wi-Fi ячеек в кластере и максимального числа транзитных Wi-Fi хопов.
Расшифровка конфигурации сети: в отношении 1:7:7 первая цифра означает количество WiMAX базовых станций; вторя – количество Wi-Fi шлюзов GP; третья – общее количество точек доступа. Цифра перед хопами – количество устройств, которые должен «преодолеть» пакет абонента до базовой станции. Рассмотрим другие варианты реализации сети: