CC BY
22
№ 12 (93)
AuiSli
ж те;
universum:
технические науки
декабрь, 2021 г.
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Брезицкий Данила Игоревич
сотрудник Академия ФСО России, РФ, г. Орёл E-mail: danila.brezickiy@inbox.ru
Шаповалов Ярослав Дмитриевич
сотрудник Академия ФСО России, РФ, г. Орёл E-mail: sh_ya_d@mail.ru
Тезин Александр Васильевич
сотрудник, Академия ФСО России, РФ, г. Орёл E-mail: tav5909@mail.ru
APPLICATION OF THE HIGH-SPEED MODERN WIRELESS TECHNOLOGIES IN DIFFERENT PHYSICAL AND GEOGRAPHICAL CONDITION
Brezitskii Danila
Employee
Academy of Federal Security Service of Russia,
Russia, Orel
Shapovalov Yaroslav
Employee
Academy of Federal Security Service of Russia,
Russia, Orel
Alexander Tezin
Employee
Academy of Federal Security Service of Russia,
Russia, Orel
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.
Библиографическое описание: Брезицкий Д.И., Шаповалов Я.Д., Тезин А.В. ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 12(93). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/12763
№ 12 (93)
AunÎ
Ж te;
universum:
технические науки
декабрь, 2021 г.
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 сеть.
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
Стандарт LTE обеспечивает беспроводную высокоскоростную передачу данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на сетевых технологиях GSM/EDGE и UMTS/HSPAJ3].
Дальность действия сетей зависит от высоты расположения антенны базовой станции. Возможность подключения к LTE сетям предоставляется большому количеству гаджетов: смартфонам, план -шетам, 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 де-вайс 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.
№ 12 (93)
universum:
технические науки
декабрь, 2021 г.
Таблица 1,
Основные характеристики рассматриваемых технологий
Технологии параметры WiMAX (802.16d) WiMAX (802.16e) Wi-Fi 6 LTE 5G
Радиус действия 25-80 км 1-5 км до 100 м До 5 км, в некоторых случаях до 30 км, но будет До 30 км
Частотный диапазон 1,5 - 11 ГГц 2,3 - 13,6 ГГц 2,4 ГГц, 5 ГГц Для FDD (частотный разнос канала): 800 МГц, 1800 МГц, 2600 МГц. Для TDD (временное разделение канала) - 2600 МГц 3,4-3,8 ГГц/24,6529,5 ГГц 80-200 МГц
Пропускная способность до 75 Мбит/с до 40 Мбит/с До 1,2 Гбит/с До 160,4 Мбит/с До 20 Гбит/с
Ширина канала 3.5 МГц 1.75 МГц 260 МГц 1,4 МГц, 3 МГц, 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц. До 800 МГц
Модуляция OFDM модуляция, 256 FFT точек, BPSK, QPSK, 16QAM, 64 QAM 1024 - QAM QPSK, QAM-16, QAM-64 CP-OFDM, п/2-BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM
Разделение каналов FDMA, TDMA, CDMA 256 FFT OFDM, 2048 FFTOFDM-технологией MU - MIMO, OFDMA OFDMA Massive MIMO
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.
№ 12 (93)
AuiSli
ж те;
universum:
технические науки
декабрь, 2021 г.
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
№ 12 (93)
AunÎ
Ж te;
universum:
технические науки
декабрь, 2021 г.
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.
Схема сети четвертого поколения
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. -400 с.
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.
