ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются высокоскоростные беспроводные техно­логии в различных физико-географических условиях. В статье идет рассмотрение таких технологий как Wi-Fi, WiMAX, LTE, а также перспектив­ного стандарта 5G его недостатки и преимущества. Рассматривается пример передачи дан­ных высокоскоростных технологий беспроводного доступа в различных усло­виях, а также возможность совместной работы.

ABSTRACT

In this work considered the high-speed wireless technologies in different physical and geographical conditions. The article describes technologies such as Wi-Fi, WiMAX, LTE, and also there is a description of advantages and disadvantages of promising 5G standard. Withal this work gives an example of data transmission this help of this high-speed wireless technologies in different conditions and an ability of their collab­oration.

Ключевые слова: беспроводные технологии, протоколы, Wi-Fi, WiMAX, LTE, 5G, диапазон частот, пропускная способность.

Keywords: wireless technologies, protocol, Wi-Fi, WiMAX, LTE, 5G, frequency range, bandwidth.

На сегодняшний день большое развитие в области передачи данных получили беспроводные технологии — сети радиосвязи. Беспроводные сети позволяют людям связывать и получать доступ к приложениям и информации без использования про­водных соединений.

В данной статье рассматрива­ется эффективность работы беспро­водных технологий в различных гео­графических условиях в зависимости от радиуса их действия, дается оценка перспективам их применение.

ТЕХНОЛОГИЯ БЕСПРО­ВОДНЫХ СЕТЕЙ

Данная статья посвящена обзору современных высокоскоростных тех­нологий беспроводного доступа, при этом особое внимание уделено во­просам применения этих технологий в различных географических усло­виях.

Беспроводные сети осуществ­ляют обмен данными между локаль­ными компьютерными сетями, когда использование традиционных ка­бельных технологий затруднено, не­целесообразно и непрагматично. Примером эффективного примене­ния беспроводной высокоскоростной технологии радиодоступа является обеспечение связи между сегментами локальных сетей при недостатках фи­нансов, отсутствии разрешения на проведение кабельных работ, а также другими физико-географическими условиями.

Основой любой беспроводной сети служит ее протокол. Протокол регламентирует топологию сети, ад­ресацию, маршрутизацию, порядок доступа узлов сети к каналу передачи данных и т.д.

ПРОТОКОЛЫ

Многообразие протоколов бес­проводной передачи данных можно классифицировать многими спосо­бами. Далее будет приведена класси­фикация рассматриваемых протоко­лов по порядку увеличения радиуса действия.

WPAN (Wireless personal area network) применяются для связи раз­личных устройств. Радиус действия беспроводных персональных сетей составляет от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. WPAN может быть развёрнута с ис­пользованием различных сетевых технологий, например: Bluetooth, ZigBee, 6loPAN и другими.

Wireless LAN (Wireless Local Area Network) – локальная сеть, по­строенная на основе беспроводных технологий. Беспроводные локаль­ные сети легко обеспечивают харак­теристики необходимые для беспере­бойного выполнения высокоуровне­вых приложений. Так, пользователи этих сетей могут получать объемные вложения в сообщения электронной почты или потоковое видео с сервера. Радиус действия данных технологий достигает нескольких сотен метров. К ним относятся следующие прото­колы: UWB, ZigBee, Wi-Fi.

WMAN (Wireless Metropolitan Area Network) – беспроводные сети масштаба города. Радиус действия таких технологий достигает несколь­ких километров. Примером данного протокола служит WiMAX.

WWAN (Wireless Wide Area Net­work) – разновидность беспроводных компьютерных сетей, главной осо­бенностью которой является широ­кая зона охвата. Радиус действий со­ставляет несколько десятков кило­метров. К таким относятся следую­щие протоколы: GSM, CDMAone, iDEN, PDC, GPRS и UMTS.

1. Wi – Fi

Сети данного типа обеспечи­вают связь на относительно неболь­шие расстояния (как правило, де­сятки метров) на радиолиниях при наличии прямой видимости между передатчиком и приемником [1]. Тех­нология создает локальную сеть, в которой разные устройства могут об­мениваться данными без выхода во Всемирную есть.

2. WIMAX

Технологии WiMAX – телеком­муникационная технология опера­торского класса, разработанная с це­лью предоставления беспроводной связи на большие расстояния с высо­ким качеством сервиса, основана на стандарте 802.16. [2] Главным пре­имуществом данной технологии яв­ляется возможность быстро наращи­вать емкость и расширять террито­рию связи.

3. LTE

Cтандарт LTE обеспечивает беспро­водную высокоскоростную передачу данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на сетевых тех­нологиях GSM/EDGE и UMTS/HSPA [3].

Дальность действия сетей зави­сит от высоты расположения ан­тенны  базовой станции. Возмож­ность подключения к LTE сетям предоставляется большому количе­ству гаджетов: смартфонам, планше­там, ноутбукам, игровым консолям и другим устройствам, которые под­держивают данный стандарт. В аппа­ратах должен быть встроен модуль LTE, который работает совместно с имеющимися стандартами GSM и 3G. В случае обрыва связи LTE де­вайс переключится на имеющийся доступ к сетям 3G или GSM без об­рыва подключения.

4. 5G

Телекоммуникационный стан­дарт связи нового поколения. Данная технология обеспечивает высокую пропускную способность по сравне­нию с 4G. Это позволяет обеспечить большую доступность широкополос­ной мобильной связи. Диапазон ча­стот разделяется на две полосы ча­стот: FR1 (600-6000 МГц) и FR2 (24-100 ГГц).

Рассмотрим некоторые характе­ристики выбранных технологии, Wi – Fi возьмем последнего поколения (Wi – Fi 6), WiMAX рассматриваем для базовых станций и мобильных.

Таблица 1.

Основные характеристики рассматриваемых технологий

Рассмотрим целесообразность применения данных технологий в степи, в массивных лесах и в усло­виях городских застроек.

Степи (открытая местность)

Характерной особенностью сте­пей является отсутствие или очень малое количество деревьев, соответ­ственно для WiMAX и Wi-Fi ослабле­ние сигнала будет зависеть от ослаб­ления в свободном пространстве, а также для WiMAX характерно зату­хание при осадках.

На рисунке 1 показана структура передачи данных WiMAX совместно с Wi-Fi.

Между провайдером и базовой станцией WiMAX проложены опто­волокна. Одна из базовых станций передает данные в пределах прямой видимости, при этом используется диапазон частот 10-66 ГГц. Передача данных между WiMAX передатчи­ком и Wi-Fi роутером осуществля­ется вне зоны прямой видимости, по­этому используется диапазон 1,5 – 11 ГГц, который позволяет базовым станциям WiMAX осуществлять пе­редачу данных сквозь некоторые пре­грады. Максимальная скорость пере­дачи данных будет достигать до 75 Мбит/с. При данной скорости целе­сообразно использовать IEEE 802.11g. Использование новейших стандартов будет неэкономично, так как их пропускная способность выше, соответственно и стоимость тоже.

У Wi – Fi технологии скорость передачи данных выше, но дальность распространения очень мала.

Передача данных при LTE будет осуществляться почти аналогично, однако радиус распространения сиг­нала от LTE вышек очень мал, соот­ветственно необходимо вышки уста­навливать чаще. Архитектура стан­дарта 5G будет аналогична стандарту 4G.

Можно сделать вывод, что для степи (открытой местности) выбор опреде­ленного стандарта будет зависеть от того как далеко расположены те или иные вышки связи и на каком рассто­янии будет находится провайдер.

Рисунок 1. Структура передачи данных WiMAX совместно с Wi-Fi

Лесистая местность

Для данных условий затухание будет больше, так как учитывается рельеф местности, а также осадки. Вышки сотовых связей 4G и 5G, а также WiMAX вышки будет трудно разместить на местности, так как необходима вырубка определенной области леса. Также в таких условиях будет непросто проложить кабель и оптику, что также затрудняет работу рассматриваемых технологий.

Можно сделать вывод, что для лесистой местности реализовать пе­редачу данных для рассматриваемых стандартов затруднено, многое будет зависеть от площади леса и как да­леко он расположен от провайдера.

Городские застройки

На рисунке 2 представлена структура передачи данных по техно­логии Wi-Fi.

Рассмотрим Wi – Fi шестой вер­сии (Wi-Fi 6). С помощью данного стандарта возможно передавать дан­ные со скоростью 1,2 Гбит/с при ис­пользовании оптического кабеля, что в городских застроек является обыч­ным делом.

Если рассмотреть случай, когда передача данных будет осуществлять сначала с помощью WiMAX вышек, то максимальная скорость передачи данных будет до 75 Мбит/с, при этом оптический кабель можно про­ложить только до базовой станции, а после чего передача будет осуществ­ляться беспроводным способом. Ключевым моментом также является то, что данная технология имеет два стандарта IEEE 802.16d и IEEE 802.16e. Из таблицы 1 видно, что эти стандарты работают в разных диапа­зонах при этом одни предназначены для стационарных клиентов, а другие для мобильных.

Рисунок 2. Структура передача данных Wi – Fi

Использование WiMAX от­дельно от Wi-Fi на данный момент не целесообразно, хотя для отдельных задач, который требуют малый объем данных, эта технология будет праг­матичнее и эффективнее нежели Wi-Fi.

На рисунке 3 показана структура передачи данных технологии LTE.

Рисунок 3. Структура передачи данных Стандарта LTE

Использование LTE стандарта на данный момент в городских за­стройках является самым доступным и наиболее прагматичным, но имеет меньшую скорость чем Wi-Fi. Вышки сотовых связей операторов в любом городе присутствуют в доста­точном количестве, что делает дан­ный стандарт более удобным для вы­хода в интернет, нежели Wi-Fi или WiMAX. Если Wi-Fi устройства имеют адаптер 4G, то возможна пере­дача данных через вышки LTE и то­гда скорость будет выше нежели сов­местное использование Wi-Fi с Wi­MAX, но многие устройства рабо­тают в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц, что окажут непосредственное влия­ние на LTE и на Wi-Fi.

На данный момент разработали стандарт 5G, но не все сотовые устройства поддерживают данную технология и не все города имеют вышки 5G, конечно главным преиму­ществом данного стандарта является высокая пропускная способность, ко­торая достигла Wi-Fi по этой харак­теристике.

Заключение

Рассмотрев данные технологии можно сделать вывод, что техноло­гия LTE на данный момент лидирует по своим характеристикам, популяр­ностью, прагматичностью, эффек­тивностью и скоростью передачи данных, а в скором времени и стан­дарт 5G обойдет своего предшествен­ника, как только внедрят девайсы, поддерживающие данный стандарт.

Список литературы:

1. Немировский М.С., Шорин О. А., Бабин А.И., Сартаков А.Л. Беспроводные технологии от последней мили до последнего дюйма: Учебное пособие/ Под ред. Немировского М.С, Шорина О.А. – М.: Эко-Тредз, 2010. – 400с.
2. Сетевые технологии высокоскоростной передачи данных. Учебное пособие для вузов / Под ред. профессора В. П. Шувалова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2018. – 342 с.
3. Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Юрчук А.Б. Сети мобильной связи LTE. Технологии и архитектура. – М.: Эко-Трендз, 2010.– 284