Беспроводные технологии прочно заняли свое место среди способов организации передачи информации. Подтверждение тому — большой интерес ИТ и технических директоров компаний к этому варианту организации каналов связи, а также внушительный объем публикаций, связанных с самыми разными аспектами развития беспроводных технологий. Я бы даже сказал, что большинство подобных публикаций так или иначе касаются этой проблематики.

Многочисленные варианты инженерных решений, с одной стороны, единообразны в общем принципе использования радиоэфира для передачи информации, с другой — весьма существенно отличаются как пользовательскими параметрами, так и техническими характеристиками. После принятия решения о создании беспроводной сети возникает вторая, не менее сложная задача — какую именно технологию выбрать для ее развертывания, чтобы не было мучительно больно за потраченные ресурсы.

Выбор решения и топологии

Если говорить о топологии, то все беспроводные каналы связи, как и проводные, можно условно разделить на два типа: «точка–точка» и «точка–многоточка». Выбор решений для каналов «точкаточка» ограничен в основном наличием и характеристиками радиорелейных станций и мостов, построенных на базе широкополосных линий связи в диапазонах частот до 6 ГГц. При этом мосты обычно применялись на последней миле, а радиорелейные каналы — еще и на магистральных участках. Сейчас, с появлением высокоскоростных мостов на базе современных радиотехнологий, наметилась тенденция к их использованию и на магистральных участках сети. Причинами этого являются привлекательные ценовые параметры, выгоды от построения каналов связи в более низких частотных диапазонах, сравнимое качество при одинаковых подходах к проектированию линии связи, а также реализация новейших разработок в области радиосвязи, восстановления сигнала и помехоустойчивости.

Гораздо более интересен анализ решений для топологии «точка–многоточка», на котором хотелось бы остановиться подробнее.

Не только внимание к решениям «точка–многоточка», но и сложность выбора связаны с тем, что тут используются разные радиотехнологии, методы реализации и качество сервиса QoS (иногда обходятся и вовсе без него), методы доступа абонентских устройств к базовой станции и пр. Рассмотрим подробнее критерии анализа.

1) Радиотехнология, заложенная в основу радиоинтерфейса, — самый важный компонент анализа, т. к. именно она определяет основные параметры системы связи. На нынешний момент наиболее эффективными решениями признаны: • использование широкополосных сигналов OFDM;

• распределение ресурса базовой станции между абонентами не только по времени, но и по частоте (режим OFDMA), что повышает среднюю спектральную плотность мощности клиентского устройства и эффективность использования ресурса базовой станции;

• значительное количество компонентов широкополосного сигнала — чем оно больше, тем выше помехоустойчивость и тем лучше работа системы в условиях непрямой видимости. В эффективных системах в полосе частот 10 МГц используется 1024 элемента (OFDM1024), при этом с изменением полосы количество компонентов меняется пропорционально (технология Scalable OFDMA);

• использование технологии множественного приема-передачи MIMO для увеличения дальности обслуживания клиентских устройств (одновременная передача одного и того же трафика по нескольким каналам — MIMO A) или для повышения пропускной способности базовой станции (параллельная передача разного трафика по нескольким каналам — MIMO B);

• применение технологии «умных антенн» BeamForming, позволяющей синтезировать оптимальную диаграмму направленности антенны для обслуживания активных в данный момент клиентских устройств. Для реализации этой технологии используются фазированные антенные решетки, имеющие от 2 до 8 элементов.

2) Поддержка качества обслуживания необходима для построения мультисервисных корпоративных сетей или предоставления конвергентных услуг абонентам оператора. Обеспечение качества обслуживания в беспроводном канале представляет некоторые трудности и требует реализации механизмов, поддерживающих приоритеты трафика, непосредственно в самом радиопротоколе и механизма классификации в интерфейсе базовой станции или клиентского устройства. Решение, которое не предусматривает управление доступом клиентских станций к среде, в принципе не способно обеспечить эффективную поддержку качества обслуживания.

3) Способы доступа клиентских устройств к среде (ресурсу базовой станции) определяют возможность предоставлять абоненту трафик в соответствии с SLA. По большому счету от выбранного способа зависит, в какой момент времени и по какому принципу клиентскому устройству разрешается передавать информацию. Если этот процесс технологически не контролируется (он не детерминирован), то, как указывалось выше, такой способ доступа не может гарантировать ни полосу пропускания на клиентское устройство, ни приоритеты трафика. Детерминированный способ доступа к среде предоставляет возможность обеспечить QoS, но не является достаточным условием для обеспечения качества обслуживания.

В поисках идеала без проводов

Если проанализировать доступные технологии широкополосного доступа, опираясь на приведенные выше критерии, то получится следующая картина.

Десять лет назад все обстояло проще, но печальнее — в Украине был относительно общедоступен только один диапазон для использования в широкополосных сетях — 2,4 ГГц, существовало несколько технических решений, способных обеспечить реальную пропускную способность от 2 до 14 Мбит/с, включая Wi-Fi (IEEE 802.11 и IEEE 802.11b). Сейчас ситуация кардинально изменилась — появилась возможность использовать диапазон 5 ГГц, стали доступны множество новых решений и технологий, к анализу которых я и приглашаю. Привожу их в хронологическом порядке выхода на рынок.

Wi-Fi — самая проверенная временем технология, ее продвижением на рынке занимается Wi-Fi Alliance. Решения, построенные на семействе стандартов IEEE 802.11, разрабатывались и предназначены для построения внутриофисных локальных сетей. Впрочем, зачастую эту технологию пытаются использовать и при создании сетей в масштабе города.

Одним из преимуществ Wi-Fi-решений широкополосного доступа является стандартизированность, и как результат — низкая стоимость плюс ни с чем не сравнимая массовость. Клиентские модули Wi-Fi встроены практически во все ноутбуки, нетбуки, смартфоны и специализированные складские, учетные, измерительные и другие устройства. Вторым преимуществом сетей, построенных на базе семейства стандартов IEEE 802.11, стала высокая пропускная способность — скорость передачи составляет от десятков до сотен мегабит в секунду (для IEEE 802.11n, которая не разрешена в Украине для внешнего применения, — до 200 Мбит/с).

Несмотря на неоспоримые достоинства Wi-Fi, применение этой технологии при построении систем широкополосного доступа не дает желаемого эффета в силу ее ориентированности на внутриофисное использование. В ней реализован недетерминированный способ доступа к среде, существует проблема высокого уровня коллизий при внешнем применении, отсутствует качественная поддержка QoS, наблюдается нестабильность радиопараметров и скорости доступа.

Pre-WiMAX — это уже не Wi-Fi, но еще не WiMAX. Такие проекты сильно отличаются друг от друга, и какой-то четкий портрет Pre-WiMAX создать сложно. В основной массе это решения, которые построены на базе радиоинтерфейса IEEE 802.11a или IEEE 802.11g, но они зачастую имеют детерминированный способ доступа к среде. Их правильнее было бы называть Post-Wi-Fi, но маркетинг и мода на WiMAX диктуют свои правила.

Обычно подобные решения характеризуются несколько более высокой стабильностью трафика, могут обеспечивать качественную поддержку QoS, но при этом обладают низкой спектральной эффективностью, невысокой пропускной способностью (до 20–30 Мбит/с при использовании полосы частот 20 МГц), характеризуются работой только в условиях прямой видимости, малым и средним радиусами действия базовой станции. Еще одним следствием отсутствия сертификации решений Pre-WiMAX являются относительно небольшие объемы производства и полная зависимость от поставщика, что зачастую приводит к неоправданно высоким ценам на оборудование и сервисы производителя.

Таким образом, делая некоторый шаг вперед по сравнению с Wi-Fi системы PreWiMAX не отвечают современным требованиям к мультисервисным беспроводным широкополосным сетям.

WiMAX — следующее поколение систем широкополосного беспроводного доступа. Термин происходит от названия организации, которая занимается продвижением технологии и продуктов, построенных на базе семейства стандартов IEEE 802.16, — WiMAX Forum.

Первые коммерческие продукты WiMAX строились на базе стандарта IEEE 802.16d-2004, описывающнго радиоинтерфейс для фиксированного беспроводного доступа. Чуть позже вышел стандарт IEEE 802.16-2009, который не был развитием стандарта IEEE 802.16d2004, а упорядочил и собрал под одной крышей все его предыдущие релизы.

Появление систем WiMAX резко обострило интерес к беспроводным технологиям, т. к. по параметрам они кардинально отличаются от систем предыдущего поколения. Тут используются широкополосные сигналы OFDM с базой 256, что позволяет обеспечивать эффективную и устойчивую связь даже в условиях непрямой видимости в городах и сельской местности. Обеспечивается качественная поддержка многоуровнего QoS для построения мультисервисных операторских и корпоративных сетей. Стоимость клиентских устройств по сравнению с большинством Pre-WiMAX-аналогов находится на приемлемом уровне.

К слову, первую в Украине WiMAXсеть на базе системы IEEE 802.16d2004 для ООО «Украинские Новейшие Технологии» на оборудовании Alvarion BreezeMAX 3500 построила наша компания. Полученный опыт подтвердил высокую эффективность систем Fixed WiMAX по отношению к любым Pre-WiMAX.

Надо отметить, что в 2004 году существовали варианты Pre-WiMAX с сопоставимыми параметрами, напимер, система NextNet. Одной из причин ее ухода с рынка стало появление еще более эффективного решения на базе следующего поколения WiMAX — Mobile WiMAX (IEEE 802.16e-2005).

Mobile WiMAX — революционная технология, в которой абоненты получили возможность перемещаться между зонами действия базовых станций без потери соединения (хендовер).

Но о любом преимуществе приходится говорить с оговорками — здесь оборотной стороной мобильности стала необходимость обслуживания клиентских устройств с маломощными передатчиками и слабыми антеннами. Это потребовало дополнительных усовершенствований радиоинтерфейса: применения сложных сигналов OFDM с количеством компонентов до 2048, использования масштабируемой OFDMA, поддержки MIMO A и MIMO B. Все перечисленное позволяет, во-первых, значительно увеличить радиобюджет канала между клиентским устройством и базовой станцией, во-вторых, предоставлять услуги для USB-модемов внутри зданий. Раньше приходилось использовать настольные или внешние клиентские устройства.

Естественно, улучшения коснулись не только радиоинтерфейса, но и сервисной подсистемы. В QoS появился новый тип сервиса, эффективно передающий голос и другой высокоприоритетный трафик, выделяя ресурсы базовой станции только при передаче и освобождая их в перерывах (например, в паузах при разговоре). За счет применения AES128, сеансовых ключей, а также протоколов EAP и RADIUS существенно улучшилась информационная безопасность.

Не удивительно, что Mobile WiMAX (IEEE 802.16e-2005) стала одной из самых эффективных технологий широкополосного доступа, которая позволяет использовать усовершенствованный радиоинтерфейс для фиксированного доступа. Увеличение радиобюджета можно конвертировать в расширение зоны обслуживания базовой станции, улучшение модуляции (а значит, скорости клиентского устройства), возможность использования более простых (читай — менее дорогих) клиентских устройств в фиксированной сети Mobile WiMAX при прочих равных условиях.

Данное преимущество сетей Mobile WiMAX для фиксированного доступа оказывается особенно важным при улучше ИИ экономики развертывания операторских сетей. Как известно, краеугольным камнем часто является рост абонентской базы, а первоначальный платеж (в беспроводной сети — стоимость клиентского устройства) оказывает очень большое влияние на количество абонентов. По заявлениям операторов беспроводного доступа, снижение стоимости клиентского устройства способствует резкому росту абонентской базы.

Реалии и перспективы WiMAX в Украине

Доступность частотного диапазона накладывает существенные ограничения на возможность реализации того или иного решения. Как уже говорилось, в Украине относительно доступными для развертывания беспроводных сетей остаются диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц. И если использование первого сводится к созданию лишь Wi-Fiи PreWiMAXсетей, то в диапазоне 5 ГГц становятся доступными технологии Fixed и Mobile WiMAX. В нашей стране представлено достаточно много решений на базе стагнирующего стандарта IEEE 802.16d-2004, эффективность которого значительно выше решений на базе PreWiMAX, но при этом значительно ниже Mobile WiMAX.

Если говорить про Mobile WiMAX в диапазоне 5 ГГц, то первым и пока единственным проектом обеспечения фиксированного широкополосного доступа является решение компании Alvarion — BreezeMAX Extreme 5000. В нем в соответствии с рекомендациями Mobile WiMAX реализован SOFDMA, количество компонентов OFDM доведено до 2048, доступны MIMO A и MIMO B, расширенная поддержка QoS, ему свойственна высокая информационная безопасность. Это позволяет строить эффективные высокоскоростные сети последней мили с подключением абонентов в условиях непрямой видимости и предоставлением качественных мультисервисных услуг. Весьма привлекательная ценовая политика позволяет достичь один из самих низких показателей стоимости в пересчете на тип сервиса, одного абонента и единицу площади покрытия.

Эффективность Alvarion BreezeMAX Extreme 5000 подтверждает тот факт, что все три оператора, имеющие всеукраинские лицензии на частоты в диапазоне 5,4 ГГц, («Киевстар», «Инфоком» и «Норматек») развивают свои сети с использованием именно этого оборудования. «ЭС ЭНД ТИ УКРАИНА» как партнер Alvarion в Украине и некоторых других странах СНГ занимается продвижением и обслуживанием Alvarion BreezeMAX Extreme 5000 и других решений этого производителя.

Автор статьи — начальник отдела беспроводных технологий «ЭС ЭНД ТИ УКРАИНА»