Дипломное проектирование сети ШПД г. Казань на основе технологии WiMAX

1.2 Анализ задания, цель проекта и предоставляемые услуги разрабатываемой сети

Строительство сети WiMAX планируется производить  в г. Казани

Приведём краткую характеристику этого города.

Казань: столица Татарстана, в 797 км километрах от Москвы, расположена на левом берегу Волги, при впадении в неё реки Казанка. Речной порт. Железнодорожный вокзал. Узел автомобильных дорог. Аэропорт. Население - 1120 тыс. чел в границах города (8-е место в РФ), территория города Казани занимает площадь 425,3 кв.км

Казань основана в 1177 (по новейшим данным) булгарами. С конца XIII века называлась Булгараль-Джадид (Новый Булгар). Являлась пограничной крепостью, защищавшей северо-западные границы Болгарии Волжско-Камской. В XIII-XIV веках столица Казанского княжества. В 1399 разрушена войсками московского князя Юрия Дмитриевича, вновь отстроена в первой половине XV века. С XV века экономический и торговый центр Среднего Поволжья, столица Казанского ханства. В 1552 была завоёвана Иваном Грозным и присоединена к Русскому государству. С 1708 губернский город. В 1714 в Казани возникла суконная мануфактура, в 1718 - Адмиралтейство. В июле 1774 город взят штурмом (кроме Кремля) войсками Емельяна Пугачёва и сожжён. В XIX в Казани появляются крупные предприятия по переработке сельскохозяйственных продуктов, металлообрабатывающая и деревообрабатывающая фабрика, мыловаренные, льнопрядильноткацкие и др заводы. В 1804 основан университет. В 1920-90 столица Татарской АССР. В Великую Отечественную войну в городе были размещены многие промышленные предприятия из западных районов СССР.

В Казани развито машиностроение (ПО - авиационное им. Горбунова, моторостроительное), "Теплоконтроль", вакуумной техники; НПО компрессорного машиностроения; заводы -ЭВМ, медико-инструментальный, газовой аппаратуры и др.) и металлообработка; хим. и нефтехимии. (ПО - "Органический синтез", "Тасма", "Хитон"), лёгкая (меховой комбинат, специализирующийся на переработке овчины; обувные, швейные фабрики) и пищевой (мясной и молочный комбинаты, кондитерская фабрика, пивоваренный завод и др.) промышленность. Предприятия по производству стройматериалов (заводы -железобетонных изделий, силикатного кирпича, крупнопанельного домостроения). Казанские государственный университет, технический, медицинский, технологический университеты. Медицинская академия. Институты: инженерно-строительный, сельскохозяйственный, ветеринарный, финансово-экономический, педагогический, искусств и культуры; филиал Московского энергетического института. Консерватория. Театры: Татарский академический им. Г. Камала, оперы и балета им. М. Джалиля, Рус. драм. им. В. И. Качалова, юного зрителя им. Ленинского комсомола, кукол, Татарский драмы и комедии им. К. Тинчурина. Филармония. Цирк. Дворец спорта. Музеи: Государственный объединённый Татарстана; изобразит, искусств; Дом-музей В. И. Ленина, Литературный мемориал М. Горького; Е. А. Баратынского, Музей-квартира М. Джалиля, Музей-квартира Ш Камала. На правом берегу Волги, напротив Казани, в селе Печищи, - Музей Я. Купалы.

Архитектурные памятники: на территории Кремля - Благовещенский собор (1562), дозорная башня Сююмбеки (высота 58 м; кон. 17 - 1-я пол. 18 вв.; основание, возможно, 16 в.); композиционно связанная с ней Дворцовая ц. (1-я пол. 18 в.); губернаторский дворец (сер. 19 в., архитекторы К. А. Тон и В. Морган). В гор. застройке сохранились: Петропавловский собор (1723-26), дом Михляева (нач. 18 в., значительно перестроен), мечеть Марджани (1766), Апанаевская мечеть (1787, сильно перестроена), а также комплекс Казанского университета (главное здание - 1825, архитектор П. Г. Пятницкий; библиотека, анатомический. театр, обсерватория и др. - все 1830-е гг., архитектор М. П. Коринфский).

Для реализации сети WIMAX в г. Казани для передачи данных о нарушении ПДД требуется:

- выбрать топологию сети,

- разработать схему организации связи по технологии WiMax, обеспечивающую услугами передачи данных о нарушении ПДД в г. Казани,

- выбрать аппаратуру приемо-передающих станций (вышек),

- определиться с комплектами передатчиков для трансляции видеосигналов на БС,

- обеспечить передачу информации с каждой БС на центральный пульт "слежения и контроля”.

Появилось немало публикаций в Интернете о выпускаемом оборудовании для систем WiMAX. Некоторые из характеристик этого оборудования тре­буют пояснений.

Радиотехнология передачи. Во всех типах оборудования используется тех­нология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), при которой данные кодируются с помощью алгоритма быстрого инверсного преобразо­вания Фурье (FFT) и передаются пакетами (символами) посредством множе­ства частотных подканалов. OFDM обеспечивает высокую спектральную плотность и чрезвычайную устойчивость к помехам от многолучевой интер­ференции и к частотным выпаданиям, а также режим работы NLOS (Non Line of Sight) — вне зоны прямой видимости. Режим OFDMA (Orthogonal Fre­quency Division Multiply Access) предусматривает работу сразу с нескольки­ми абонентами в режиме OFDM, а режим SOFDMA (Scalable OFDMA) — масштабирование режима работы OFDMA .

Метод доступа к среде передачи. Используются два метода многостанци­онного доступа для передачи от абонентского терминала к базовой станции: DAMA (Demand Assignment Multiple Access) — доступ по запросу — и TDMA (Time Division Multiple Access) — доступ с временным разделением.

Вид модуляции. Для поддержания максимально возможной скорости для текущего состояния каждого соединения (внешние помехи, интерференция, затухание) применяется автоматическая адаптация типа модуляции под со­стояние канала, исходя из набора заложенных в изделие типов: BPSK, QPSK, 8 QAM, 16 QAM, 64 QAM. При этом тип модуляции может изменяться от пакета к пакету на основании измерения текущего значения отношения CINR (Carrier/Interference + Noise Radio).

Метод дуплексирования. Передача от базовой станции к абонентской мо­жет вестись как в режиме временного дуплекса TDD (Time Division Duplex), так и в режиме частотного разделения каналов FDD (Frequency Division Du­plex). Базовая станция отвечает за планирование трафика в обоих направле­ниях. Она передает данные на абонентские комплексы и рассылает запросы и подтверждения на передачу, основываясь на анализе агрегатного потока от всех абонентов. Абонент может сам задать временное соотношение трафика в обоих направлениях. В автоматическом режиме настройку временного профиля выполняет базовая станция, которая всякий раз адаптируется к те­кущим условиям передачи.

Методы коррекции ошибок. Для этих целей во всех типах оборудования используется метод ARQ (Automatic Repeat Request) — автоматического за­проса на повторную передачу пакета данных при отсутствии подтверждения приема по истечении определенного промежутка времени, и метод прямой коррекции ошибок FEC (Forward Error Correction) на основе кодирования данных с помощью кода Рида—Соломона, позволяющего обнаруживать и исправлять ошибки в байтах.

Сервисы, качество обслуживания QoS. Для обеспечения качества обслу­живания различных потоков данных применяется механизм сквозного ("end-to-end") качества обслуживания и методы разделения трафика на определен­ные классы с разными требованиями к передаче:

- UGS (Unsolicited Grand Service) — для поддержки потоков реального вре­мени;

- rtPS (Real Time Polling Service) — для поддержки потоков реального вре­мени с пакетами переменной длины;

- nrtPS (Non Real Time Polling Service) — для поддержки потоков с пакета­ми переменной длины;

- BE (Best Effort) — для трафика, не требующего каких-либо гарантий.

Кроме того, качество обслуживания может быть реализовано с помощью службы DiffServ, организации VLAN-сетей, разделения трафика на потоки с постоянной битовой скоростью CBR (Constant Bit Rate) или с переменной битовой скоростью VBR (Variable Bit Rate), обеспечением требований к ско­рости передачи данных на основе следующих критериев:

- CIR (Committed Information Rate) — согласованной информационной ско­рости;

- MIR (Maximum Information Rate) — максимальной информационной ско­рости;

-  PIR (Peak Information Rate) — мгновенной скорости передачи.

Уровень безопасности. Для предотвращения несанкционированного доступа к беспроводной сети связи и защиты данных используются протоколы ин­капсуляции для шифрования трафика с помощью блочных шифров DES (Digital Encryption Standard), 3DES (Triple DES), AES (Advanced Encryption Standard) с определенной длиной ключа и протокол обмена ключами шифро­вания РКМ (Privacy Key Management). Авторизация абонентских комплексов осуществляется на базе сертификата Х.509.

Конструктивно базовые станции всех производителей являются многосек­торными, оснащенными антеннами с диаграммой направленности 60—90°, т. е. для обеспечения кругового обзора необходимо 4—6 антенн. Терминаль­ные системы состоят, как правило, из внешнего блока, представляющего ан­тенну, совмещенную с радиоблоком, и внутреннего блока-терминала.

При этом проектируемая система будет состоять из:

1) камер на улицах города (всего 10 000),

2) передатчиков для связи в сеть Wimax,

3) приемо-передающих станций (вышек),

4) центрального пульта "слежения и контроля", к которому стекается вся информация,

5) мультиплексоров для передачи данных от каждой БС к центральному пульту.