ИППИ РАН

Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Вишневский В.М.
Широкополосные беспроводные сети
Широкополосные беспроводные сети
Математические проблемы построения
Технологии и технические средства
Решение проблемы «информационного
неравенства»
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Беспроводные сети:
Спутниковые
 Сотовые телефонные
 Широкополосные (LAN/MAN)
 Атмосферные оптические
 И др.

Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Преимущества беспроводных сетей
Фактор
 Фактор
 Фактор
 Фактор

мобильности
удаленности
срочности и масштабируемости
экономичности
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Широкополосные беспроводные сети


Wi-Fi (от англ. Wireless Fidelity) - стандарт
широкополосной беспроводной связи
семейства 802. 11, поддерживающей
высокоскоростную передачу данных в
режиме точка-многоточка и в режиме точкаточка на расстояния до 50 км.
WiMАN – перспективный стандарт семейства
802. 16 для создания широкополосных
региональных беспроводных
сетей
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Спецификации стандарта 802.11

Существуют следующие спецификации
стандарта 802.11:
- 802.11 - обеспечивает передачу 1 или 2 Мбит/с в полосе
2,4Ггц;
- 802.11a - расширение 802.11, обеспечивает до 54 Мбит/с в
полосе 5Ггц;
- 802.11b - расширение 802.11, обеспечивает 11 Мбит/с, а
также 5,5, 2 и 1 Мбит/с в полосе 2,4Ггц;
- 802.11g - обеспечивает 20 и более Мбит/с в полосе 2,4Ггц
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Спецификации стандарта 802.16

Существуют следующие спецификации
стандарта 802.16:
– 802.16 - обеспечивает передачу 70 Мбит/с в
полосе 10-66Ггц;
– 802.16a - расширение 802.16, обеспечивает
передачу до 70 Мбит/с в полосе 2-11 Ггц.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Wi-Fi /WiMAN в мире –
беспроводная революция





Ежемесячно в мире продается 1млн адаптеров стандарта
IEEE 802.11(Электроника 1.2003)
Установлено свыше 20 млн адаптеров стандарта 802.11b
Рынок корпоративных сетей технологии Wi-Fi, будет расти
на 20% в год до 2008 г (Pyramid Research).
Европа: “GPRS рассматривается как дополнение к Wi-Fi
на более низком уровне”
WiMAN – 60% рынка широкополосной связи к 2008
году (Pyramid Research).
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Частотное лицензирование



В диапазоне 2,4 ГГц Государственной
комиссией по радиочастотам (ГКРЧ)
принято Положение о порядке
использования на территории Российской
Федерации внутриофисных систем
передачи данных в полосе частот 24002483,5 МГц (протокол 18/3 от 29.04.02).
Россия – весь радиочастотный спектр
лицензируется
Во многих странах – нелицензируемые
участки спектра: 2.4 ГГц, 5.3 ГГц, 5.8 ГГц
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Математические проблемы построения
беспроводных региональных сетей
Взаимосвязанные задачи:


задача размещения базовых станций
оптимальное подключение абонентов региональной сети
к базовым станциям (оптимальный синтеза топологической
структуры)

математические модели и методы оценки
производительности и надежности беспроводных сетей

выбор оптимальных параметров беспроводных
протоколов (типа 802.11x и 802.16x),

модели взаимодействия беспроводных сетей,
работающих по разным протоколам (например, GPRS или 3G с
802.11x и 802.16x) и являющихся частями единой
региональной сети
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Постановка задачи оптимального размещения
базовых станций и подключения к ним
локальных компьютерных сетей абонентов
Целевая функция стоимости
K M N
M N
0 =  Wkmn Ykm Xmn +  Cn Xmn  min
k=1 m=1 n=1
m=1 n=1
При ограничениях:
M
N
M
N
 Ykm = 1 ; n=1
 Xkn  1 ;m=1
 n=1
 Ykm Xkn = 1
m=1
N
K
n=1
k=1
 BnXmn   bkYkm
m
Где Xmn и Ymn - булевы переменные
k
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Рассмотрена и решена задача
топологического проектирования
беспроводных региональных сетей

Сформулирована общая задача размещения беспроводных базовых
станций в региональных компьютерных сетях, подключения к ним
абонентов и соединения их между собой.

Без существенной потери точности предложена декомпозиция задачи
на две подзадачи в силу аддитивности целевой функции.

Введены
булевы
переменные
и
сформулирована
задача
целочисленного программирования. Задача сведена к линейной
задаче псевдобулевой оптимизации.

Проведён сравнительный анализ методов решения полученной
задачи с позиции решения задач большой размерности. Предложено
использование метода псевдобулевой оптимизации с применением
процедуры Дэвиса-Путнама.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Технологии и технические средства
Примеры крупномасштабных
широкополосных беспроводных сетей
 Использование технологий высотных
платформ
 Отечественные разработки
беспроводных технических средств

Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Radio cell
Российской
(ИППИ РАН)
Radio cell
Президиум РАН
Hillock
(Кудринская пл.)
Radio cell
ИППИ РАН
Интернет провайдер
МГУ
Московская беспроводная сеть
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Секторная антенна базовой станции
North sector
horizontal polarization
5 clients
East sector
vertical polarization
3 clients
East sector
vertical polarization
8 clients
South sector
horizontal polarization
6 clients
Moscow State University
Hillock, Kudrinskaya pl.
four wireless bridges
four 90-degree sector antennas
one wireless bridge
one 3-point distribution unit
three 120-degree sector antennas
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
2 Mbps
Российской
(ИППИ РАН)
МГУ
IATE
МТС 9
CISCO 2511
ATM Switch
GNC NPO
Runnet
MRMC
MRNC
CISCO 2511
ИППИ РАН
VNII
GS RAS
FHI
Обнинск
10 Mbps
ATM switch
Mairie
OKSON
10 Mbps
GNC
FEI
Москва
Беспроводная сеть на базе привязного аэростата
Базовая радиомодемная станция
(протокол 802.11)
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Система стабилизации базовой станции
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Необходимость отечественных
разработок оборудования
беспроводной передачи данных




Недостатки продукции зарубежных
поставщиков оборудования :
высокая стоимость
низкая приспособленность устройств к
местным особенностям климата
низкая приспособленность устройств к
распределению радиочастотного спектра.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Сравнительная характеристика DCF (distributed
coordination function) и PCF(point coordination function)
 - PCF – основная схема с



«прикреплениями»
приглашений к передаче и
MAC-подтверждений
к
фреймам данных.
- PCF1 – альтернативная
схема
с
отдельными
фреймами приглашений и
MAC-подтверждений.
PCF2 – схема с
отдельными
фреймами
MAC-подтверждений.
- PCF3 – схема с
отдельными фреймами
MAC-подтверждений только
на дубликаты пакетов,
получаемых БС.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Набор разрабатываемого оборудования
(1)

Точка доступа и клиентское устройство со
стандартным интерфейсом 100BaseT для стыка с
оборудованием передачи данных. Возможные
применения:
 Точка доступа, маршрутизатор, обслуживающий
2 – 100
клиентов
 Беспроводный клиент и шлюз для рабочей группы
 Беспроводный бридж для прозрачного объединения сегментов
сетей Ethernet.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Набор разрабатываемого оборудования
(2)

Беспроводное устройство, реализующие функции
шлюза IP-телефонии на 1-4 телефонных линии с
одновременной передачей скоростного цифрового
потока. Возможные приложения для такого
устройства:
 оперативно разворачиваемый абонентский вынос на 1-4
телефонных аппарата,
 загородный таксофон, переговорный пункт с возможностью
доступа к услугам цифровой компьютерной связи и Интернет,
 голосовая и телеметрическая служебная связь на протяженных
трассах - автомобильных, кабельных, трубопроводных и др.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Набор разрабатываемого оборудования
(3)

Устройство с двумя беспроводными интерфейсами
и одним интерфейсом 100BaseT, способное
работать в следующих приложениях:
 ретранслятор с частотным переносом, осуществляющий
регенерацию данных на протяженных многопролетных линиях,
при этом наличие цифрового интерфейса 100BaseT делает
возможным ответвление цифрового потока и реализацию
сложных схем ретрансляции на 3 и более направлений
посредством нескольких однотипных устройств, объединенных
между собой и размещенных на одном узле
 точка доступа, обслуживающая одновременно 2 секторных
антенны и 2 группы абонентов.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Набор разрабатываемого оборудования
(4)

Модульный узловой беспроводный маршрутизатор и сервер
удаленного доступа, допускающий установку до 6-ти
беспроводных интерфейсов, до 8-ми портов типа 100BaseT.
При укомплектации соответствующими антеннами, может
быть настроено для выполнения следующих функций:
 Маршрутизатор и сервер беспроводного абонентского доступа,
обслуживающий одновременно 2-6 секторов и до 300 абонентов
 Сложный узловой ретранслятор на 2-6 направлений с возможным
ответвлением цифрового потока, организации VPN – каналов и пр.
 Устройство передачи данных типа точка – точка, позволяющее
передавать параллельно 2 – 6 цифровых потоков и объединять
несколько беспроводных потоков, разнесенных по частотам, в один
агрегированный скоростной канал. Это позволяет достичь эффективной
пропускной способности канала до 200Мбит/c при наличии достаточного
частотного ресурса.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Инфракрасное соединение
Пользователь LAN
Интернет провайдер
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Инфракрасный модем
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Решение проблемы «информационного
неравенства»

Федеральным законом «О связи», принятым в
июне 2003 года, к универсальным услугам
связи относятся услуги по передаче данных и
предоставлению доступа к сети "Интернет" с
использованием
пунктов
коллективного
доступа. При этом закон гарантирует, что в
поселениях
с населением не менее чем
пятьсот человек должен быть создан не менее
чем один пункт коллективного доступа к
сети "Интернет" (Гл.8, ст.57,п.1,2).
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Преимущества WiFi/WiMAN
беспроводного доступа

Позволяют
максимально
экономически
эффективно
и
оперативно
решать
задачи
информатизации жителей России:
– Быстрота проектирования и реализации сети.
– Низкая стоимость реализации по сравнению с другими
технологиями.
– Возможность охвата обширных территорий.
– Высокая скорость подключения абонентов и возможность
передачи не только данных, но и голоса (IP-телефония).
– Самоокупаемость на этапе эксплуатацииза счет подключения к
базовой станции не только организации социальной сферы и
государственного управления, но и коммерческих структур.
– Простота и низкая стоимость эксплуатации.
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Схема телекоммуникаций в регионе
областной центр
районные центры
населенные пункты с
населением более 500 чел
Зона В
Зона А
Зона А
зона высокой плотности
телекоммуникаций
Зона В
зона низкой плотности
телекоммуникаций
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Подключение сельских населенных пунктов
областной центр
районные центры
населенные пункты с
населением более 500 чел
Зона В
Зона А
Зона А
зона высокой плотности
телекоммуникаций
Зона В
зона низкой плотности
телекоммуникаций
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Беспроводная региональная сеть
Покрытие сельских населенных пунктов с использованием
сотовой региональной беспроводной сети
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Организация системы доступа на удаленных
территориях
Системы доступа: дуплексная спутниковая связь и
базовая станция радиодоступа на высотном сооружении
Институт проблем передачи информации
Академии Наук
Российской
(ИППИ РАН)
Необходимость государственной
поддержки
Таким образом, государственная поддержка
необходима для решения следующих вопросов:


1. Выделение сквозного по Российской Федерации
частотного диапазона для региональных беспроводных
сетей,
создаваемых
в
интересах
организаций
социальной сферы и органов государственного
управления.
2.
Содействие в использовании антенно-мачтовых
сооружений РТРС для размещения базовых станций
региональных беспроводных сетей.