CC BY
4
УДК 004
Маркевич С.Л. студент 2 курса
факультет «Информатика и вычислительная техника»
Глазунова О.Д. студент 2 курса
факультет «Информатика и вычислительная техника» Донской государственный технический университет научный руководитель: Барашко Е.Н.
старший преподаватель Россия, г. Ростов-на-Дону. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНЫХ СЕТЕЙ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Аннотация:
Статья посвящена изучению мобильных сетей, и в частности, сенсорных сетей. Рассмотрены основные перспективные технологии и проведен сравнительный анализ посредством которого выявлены достоинства и недостатки современных сенсорных сетей. Указаны наиболее перспективные технологии.
Ключевые слова: Скорость передачи данных, сенсорные сети, пропускная способность, потоки, технологии.
Markevich S.L. Student
2 course, faculty "Computer Science and Engineering"
Don State Technical University Russia, Rostov-on-Don Glazunova O.D. Student
2 course, faculty "Computer Science and Engineering"
Don State Technical University Russia, Rostov-on-Don Scientific adviser: Barashko E.N.
Senior Lecturer MODERN TECHNOLOGY OF MOBILE NETWORKS. COMPARATIVE ANALYSIS Abstract: the Article is devoted to the study of mobile networks, and in particular, sensor networks. The basic perspective technologies are considered and the comparative analysis by means of which advantages and shortcomings of modern sensor networks are revealed. Some of the most promising technologies. Keywords: data transfer rate, sensor networks, bandwidth, flows, technology.
Настоящее время отмечается решительным переходом от разнородных телекоммуникационных сетей к сетям будущего. В таких сетях свободно
могут предоставляться одновременно услуги Triple Play Service - передача голоса (или языка), обмен объемными данными, видео формата HD. Со временем, добавляется еще и доступ к облачным серверам, сервисам биллинга и многое другое.
Среди этого разнообразия услуг выделяется одна, значительная проблема. Это необходимость быстрого развертывания мобильной сети, которая будет включать еще и систему мониторинга, и систему управления информационными потоками, и систему, которая будет отвечать за сбор и обработку данных. Хорошим решением для такого разнообразия требований станут сенсорные сети. Складываясь из территориально распределенных автономных устройств и подключенных к ним интеллектуальных датчиков: температуры, звука, вибрации, размещенные во времени и т.д., они могут свободно конкурировать с уже имеющимися сетями доступа, а также -служить дополнением к любой из существующих сетей.
В настоящее время используется большое количество широкополосных технологий создания беспроводных сенсорных сетей, обеспечивающих передачу информации как в режиме точка-точка, так и в режиме точка-многоточка с различными скоростями передачи в канале как от абонента к точке доступа, так и в обратном направлении.
Среди наиболее перспективных новых технологий сенсорных сетей можно выделить следующие: EDGE (EGPRS), HSPA, EV-DO, LTE, Wi-Fi, WiMAX. Каждая из этих технологий имеет свои характеристики.
Технология EDGE (EGPRS). Enhanced Data rates for GSM Evolution -технология беспроводной передачи данных для сенсорных сетей, которая функционирует как надстройка над 2G и 2.5G GPRS-сетями. Эта технология работает в TDMA и GSM сетях.
По сравнению с GPRS технология EDGE имеет ряд усовершенствований, а именно:
• вместо модуляции GMSK может быть использована 8-PSK-модуляция, что дает возможность более эффективно использовать выделенную полосу частот;
• использование технологии Incremental Redundancy (нарастающей убыточности) позволяет при возникновении ошибки при передаче пакета информации не пересылать этот пакет полностью, а предоставить приемнику только дополнительную убыточную информацию о нем, что позволяет восстановить поврежденную информацию;
• новый алгоритм кодирования, который используется в данной технологии, и позволяет работать при соотношении мощностей сигнала / помех в 15 дБ.
Эти нововведения существенно (примерно в 3 раза) повышают эффективность EDGE, по сравнению с GPRS. Технология обеспечивает радиус покрытия базовой станции до 5 км и следующие скорости передачи (3GPP R7, режим коммутации пакетов, 8-PSK-модуляция): до 1.6 Мбит / с в нисходящем канале (Направление "базовая станция ^ абонент"), и в 500 кбит
/ с в восходящем канале (направление «абонент ^ базовая станция »).
Технология HSPA. High Speed Packet Access - технология создания беспроводной сенсорной сети, использующая пакетную передачу данных и являющаяся надстройкой над мобильными сетями стандартов WCDMA / UMTS.
HSPA базируется на двух стандартах: HSDPA, который обеспечивает нисходящий канал, и HSUPA - восходящий канал. Радиус покрытия одной соты для этой технологии также составляет до 5 км, а использование таких видов модуляции, как QPSK, 16-QAM и 64-QAM и MIMO-антенн на сторонах приемника и передатчика, позволяет получить скорость до 672 Мбит / с в нисходящем и до 168 Мбит / с в восходящем каналах (Стандарт HSPA +, 3GPP 11R, при использовании 8 несущих и системы антенн MIMO 4 х 4).
Технология EV-DO. Evolution-Data Only - технология передачи данных, используемая в сенсорных сетях беспроводной связи стандарта CDMA.
EV-DO был создан с целью усовершенствования передачи данных с использованием адаптивной модуляции, которая позволила увеличить пропускную способность канала. Технология может использовать также 8-PSK, QPSK и ^-QAM-модуляции, поддерживает технологию MIMO и использование до 15 несущих. Радиус покрытия одной базовой станции достигает 15 км.
Скорость передачи данных в EV-DO, зависит от редакции стандартов и может достигать (Нисходящий / восходящий канал):
• Rev.0 - до 2.4 / 0.15 Мбит / с;
• Rev.A - до 3.1 / 1.8 Мбит / с;
• Rev.B - до 73.5 / 27 Мбит / с (15 каналов несущей)
• Rev.C - 280/75 Мбит / с;
• Rev.D - 500/120 Мбит / с.
Технология LTE. Long Term Evolution - стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для сенсорных сетей и терминалов, основанный на GSM / EDGE и UMTS / HSPA сетевых технологиях. Увеличение пропускной способности и скорости достигается за счет использования другого радиоинтерфейса с полной поддержкой технологии MIMO, поддержки QPSK, 16-QAM, 64-QAM, OFDMA и SCFDMA-модуляций, а также дополнительных улучшений сети.
Эта технология может работать в разных диапазонах частот, используя как частотный (FDMA), так и временной (TDMA) метод доступа к каналам. Также предусмотрена возможность работы, используя различное значение ширины полосы пропускания (от 1.4 МГц до 20 МГц). При этом, радиус действия соты составляет около 30 км. Скорости, которые может обеспечить данная технология, составляют до 300 Мбит / с в нисходящем канале и до 75 Мбит / с в восходящем.
Обобщение технических характеристик технологий создания беспроводных сенсорных сетей приведены в таблице 1.
Таблица 1. Обобщенные характеристики технологий создания _беспроводных сенсорных сетей
Технология Модуляция Кол-во несущих Тип антенн Радиус покрытия, км Нисходящая скорость, до Восходящая, до
EDGE GMSK, 8-PSK 1-8 SISO 5 1.6 Мбит/с 500 кбит/с
HSPA QPSK, 16/64-QAM 1-8 SISO, MIMO 5 672 Мбит/с 168 Мбит/с
EV-DO 8-PSK, QPSK, 16-QAM 1-15 SISO, MIMO 15 500 Мбит/с 120 Мбит/с
LTE QPSK, 16/64-QAM, OFDMA, SCFDMA 1-20 SISO, MIMO 30 300 Мбит/с 75 Мбит/с
На основе проведенного сравнительного анализа обобщенных характеристик технологий создания беспроводных сенсорных сетей можно сделать следующие выводы.
1. Для решения задачи быстрого развертывания мобильной сети, которая будет включать систему мониторинга, систему управления информационными потоками наиболее эффективной технологией является LTE. Цели разработки и преимущества LTE заключаются в следующем: понижение стоимости предоставляемых услуг; повышение скорости передачи данных в беспроводных сетях; возможность предоставления большего спектра услуг своим абонентам; повышение гибкости использования уже имеющихся систем; повышение доступности мобильной связи для абонентов.
2. Технология EDGE - наиболее эффективный инструмент для повышения скорости передачи данных радиочастотного спектра, она поддерживает систему, отвечающую за сбор и обработку данных. Основное применение EDGE - это высокоскоростной доступ в Интернет, организация мобильного офиса - незаменимая вещь для деловых людей. А также, такие возможности как: обмен картинками, фотографиями и другой информацией посредством того же Интернет, просмотр потокового видео, Интернет-радио, пересылка факсов, почты, и т.д.
3. Технология высокоскоростной пакетной передачи данных (High-Speed Packet Access, HSPA) объединяет две популярные технологии: HSDPA (передача данных от базовой станции к абоненту) и HSUPA (передача данных от абонента к базовой станции) и решает задачу управления информационными потоками, имеет возможность очень эффективно предоставлять голосовые услуги совместно с услугой обмена широкополосными данными. HSPA обладает большой пропускной способностью и более высокой производительностью.
4. Технология EV-DO создана для решения задачи по оптимизации
передачи данных с использованием адаптивной модуляции, которая позволила увеличить пропускную способность канала. Использование технологии EV-DO выгодно не только для частных клиентов, но и для корпоративных пользователей: сотрудник компании получает доступ к большим объемам данных в «полевых» условиях, при этом для развертывания походного офиса требуется совсем немного времени и оборудования.
Главное преимущество EV-DO скрыто в сочетании скорости и мобильности. На сегодняшний день быстрее EV-DO разве что технология Mobile WiMAX, но пока что зона покрытия у нее невелика и по соотношению скорость/мобильность выигрывает все же EV-DO.
Сенсорные сети - это новая перспективная технология, на основе которой интенсивно ведутся прикладные разработки и выполняются масштабные проекты для различных отраслей промышленности и систем военного назначения.
Поэтому и неудивительно, что беспроводные технологии и создаваемые на их основе телекоммуникационные сети имеют ряд общеизвестных преимуществ в числе которых лежит гибкая архитектура, легкая масштабируемость, высокая отказоустойчивость, низкие затраты при монтаже. Эти шаги достигались за счет детального обдумывания, описания, а впоследствии - и тестирования на предыдущих системах.
Использованные источники:
1. Sohraby K. Wireless sensor network. Technology, protocols, and application / K. Sohraby, D. Minoli, T. Znati. - L.: Wiley, 2007. - 139 p.
2. McGrath M. Sensor Technologies: Healthcare, Wellness and Environmental Applications / Michael J. McGrath,Cliodhna Ni Scanaill. - L.: Wiley, 2013. - 336 p.
3. Ming L. Wang Sensor Technologies for Civil Infrastructures, Volume 1: Sensing Hardware / Ming L. Wang, Jerome P. Lynch, Hoon Sohn. - L.: Woodhead Publishing, 2014. - 598 p.
