Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

Меню сайта
Категории раздела
Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) [95]
Рефераты по курсу "Компьютерный практикум", "Применение персональных компьютеров", "Информационная техника" и "Сети ПК" в НИЯУ МИФИ
Аналитика (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) [1]
ТЗ учебных проектов [7]
Виртуальные калькуляторы [2]
Пресс-релизы [4]
Материалы по итогам учебных проектов
Наш опрос
Оцените сайт олимпиады
Всего ответов: 121
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » Статьи » Публикации студентов МИФИ » Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети)

Будущее мобильных беспроводных сетей
Стандарт 5G – новый шаг в усовершенствовании технологий, кото-рый позволит обеспечить неограниченный доступ к сети как для обычных пользователей, так и для устройств или гаджетов. В процессе разработки стандарта 5G учитываются усовершенствованные возможности и стороны технологий LTE и HSPA, а также других методов осуществления радиодо-ступа, целью которых является решение конкретных зада КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: LTE, LTE-ADVANCED, 5G, БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ, СОТОВАЯ СВЯЗЬ, РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ, БЕСПРОВОДНЫЕ ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ ВВЕДЕНИЕ Увеличение количества данных, передаваемых в мобильных сетях связи, создание новых прикладных программных приложений, работоспо-собность которых обеспечивается высокими скоростями передачи инфор-мации, и появление нового класса мобильных гаджетов, называемого Ин-тернетом вещей, создает предпосылки развития нового уровня сетей мо-бильной связи 5G c гораздо более высокой производительностью по срав-нению с существующими на данный момент времени стандартами мобиль-ной связи. В настоящем реферате проведен подробный анализ ключевых направлений развития поколений сетей, архитектуры сетей 5G, а также представлены варианты инновационных технологических решения, кото-рые обеспечат высокие характеристики сетей 5G. 1 История развития мобильных беспроводных сетей Рисунок 1. История развития мобильных беспроводных сетей 1.1 1G Первым стандартом 1G стал Nordic Mobile Telephone, используемый в странах Северной Европы, Швейцарии, Нидерландах, Восточной Европе и России. В 1G-сетях фактическая скорость загрузки данных составляла от 2.9 Кбит/с до 5.6 Кбит/с. Предшественник технологии 1G - подвижная ра-диотелефонная связь (стандарт «нулевого поколения» 0G). 1.2 2G Второе поколение сотовой связи 2G было запущено по стандарту GSM в Финляндии компанией Radiolinja в 1991 году. Основным преиму-ществом сети 2G перед другими стандартами было цифровое шифрование телефонных разговоров. Второе поколение связи позволило различным мобильным сетям предоставлять множество услуг, например, передавать текстовые сообщения и ММС (мультимедийные сообщения). Вся передава-емая информация зашифровывалась и передавалась в цифровом виде. Шифрование осуществляло передачу данных таким образом, что только тот приёмник, который является пунктом назначения данных, может полу-чить их. Одним из важных отличий первого и второго поколения мобиль-ных сетей является то, что радиосигналы в сети 1G являются аналоговыми, а радиосигналы в сетях 2G являются цифровыми. В основном второе по-коление сотовой связи 2G было построено для голосовых услуг и медлен-ной передачи данных (технология CSD). Скорость передачи данных со-ставляет до 19,5 кБит/с. С ускорением развития технологий появились новые стандарты 2.5G (GPRS) и 2.75G (EDGE), которые обеспечивали скорость до 115 кБит/с и 473 кБит/с соответственно. 1.3 3G Мобильная связь третьего поколения базируется на основе пакетной передачи данных. 3G включает в себя 5 стандартов семейства IMT-2000: UMTS/WCDMA, CDMA2000/IMT-MC, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT и UWC-136. Наибольшее распространение в мире получили два стандарта: UMTS (или WCDMA) и CDMA2000 (IMT-MC), в основе которых лежит одна и та же технология — CDMA (множественный доступ с кодовым раз-делением каналов). В конечном итоге это позволило развить скорость пе-редачи данных до 384 кбит/с. В 2006 появился стандарт HSDPA, затем HSDPA+. Эти стандарты входят в поколение 3.5G и даже развивают ско-рость до 7,2 Мбит/с и 42 Мбит/с соответственно. 1.4 4G К четвертому поколению связи стоит отнести два стандарта: стандарт WiMAX и LTE, разработка которого велась в рамках The 3rd Generation Partnership Project (3GPP) как продолжение CDMA и UMTS. В короткой борьбе технология WiMAX (максимальная скорость 180 Мбит/с) уступила LTE (максимальная скорость 326,4 Мбит/с в сторону абонента и 172,8 Мбит/с в сторону базовой станции). Технология 4G практически сравняла скорость мобильного интерне-та и домашнее широкополосное подключение. Настоящий стандарт опре-деляет 4G как сеть, в которой для абонентов, находящихся в движении, скорость передачи данных достигает до 100 Мбит/с и до 1 Гбит/с в иде-альных условиях (движение абонентского устройства полностью отсут-ствует). 2 Необходимость внедрения 5G В настоящее время операторы мобильной связи с большой активно-стью тестируют технические возможности сетей пятого поколения. Стан-дарт мобильной связи пятого поколения – это следующий этап в развитии технологий, призванных расширить технические возможности доступа в Интернет через сети радиодоступа. Одна из основных задач создания новых стандартов связи состоит в достижении целей, с которыми не справляются существующие стандарты. Количество устройств, использующих мобильные сети, ежегодно растет, следовательно происходит уменьшение скорости передачи данных в сети. Максимальная скорость в сетях 5G может достигать 20 Гбит/с, а для 4G ― 1 Гбит/с при условии отсутствия движения абонентского устройства. Мобильная сеть 5G открывает пути технологиям на базе подключе-ния к интернету, таким как IoT и M2M (интеллектуальные светофоры, бес-проводные датчики, носимые устройства и устройства общения между ав-томобилями). При использовании 5G в качестве домашней сети возможно одновременно подключить к интернету большее количество устройств без потерь пропускной способности. Домашняя сеть 5G позволит подключить смартфон, планшет, игровую консоль, умные дверные ручки, шлем вирту-альной реальности, камеры видеонаблюдения, ноутбук к одному маршру-тизатору. Стоит отметить, что вышки 4G излучают сигнал во всех направлени-ях, расходуя энергию и мощность на излучение радиоволн в зоны, где подключение не является целесообразным или не требуется. 5G передает данные на более коротких волнах, а это значит, что антенны могут быть гораздо меньше используемых сейчас, и в то же время обеспечивают более точную регулировку направленности. Так как одна базовая станция может вмещать больше направленных антенн, 5G будет поддерживать количе-ство подключенных устройств на метр на 1000 больше, чем 4G. При ши-рокой доступности сетей 5G данные будут передаваться на более высоких скоростях большему количеству пользователей, возрастет точность пере-дачи и задержки будут минимизированы. Еще одно различие между 5G и 4G состоит в том, что сети 5G легко адаптируются к разным типам переда-ваемого контента и способны переключаться в режим пониженного энер-гопотребления. 3 Технология 5G Задачи, которые призвана решить технология 5G: рост мобильного трафика, увеличение числа устройств, подключаемых к сети, сокращение задержек для реализации новых услуг, нехватка частотного спектра. Требования к сетям 5G как направление развития технологических реше-ний. Ориентиром развития новых технологических решений для сетей мобильной связи являются требования к будущим сетям 5G, которые сформированы на основе прогноза увеличения трафика и ужесточения требований к качеству перспективных услуг. Рисунок 2. Технические возможности сетей 5G 3.1 Требования к сетям 5G Технические требования к сетям 5G в сравнении с характеристиками LTE: а) максимальная скорость передачи данных (на одно устройство) – 20 Гбит/с; б) практическая скорость передачи данных для пользователя (по всей зоне покрытия, доступная мобильному устройству) – 100 Мбит/с; в) (средняя пропускная способность данных на единицу ресурса спек-тра и на одну соту, бит/с/Гц – в три раза выше, чем у сетей LTE; г) максимальная скорость передвижения мобильного пользовате-ля/устройства, при которой обеспечивается доступ к интернету – 500 км/ч; д) задержка – 1 мс; е) плотность подключений – 1 млн на км2; ж) энергоэффективность – в 100 раз выше, чем у сетей LTE; з) плотность трафика – 10 Мбит/c на м2. 3.2 Технологические инновации Большая часть предлагаемых инноваций для 5G сосредоточена в об-ласти сети радиодоступа. Это обусловлено потребностью в новых радио-интерфейсах, которые будут обеспечивать рост производительности сетей 5G. Высокая производительность будет обеспечиваться за счет интеграции новых технологий для различных подсистем сетей 5G, включая сеть ра-диодоступа, базовую сеть, оборудование для взаимодействия абонента и сопутствующие технологические решения. Для обеспечения требуемых скоростей передачи данных, увеличения объема передаваемого трафика и количества абонентских устройств в се-тях 5G потребуется использование широких полос частотных каналов как в линии вниз, так и в линии вверх, с непрерывным спектром шириной от 500 до 1000 МГц. Выделение таких полос для каналов 5G возможно толь-ко в верхней границе сантиметрового и в миллиметровом диапазонах ча-стот. В качестве перспективных полос частот рассматриваются полосы в диапазоне от 24,25 ГГц до 86 ГГц. Использование миллиметрового диапа-зона частот существенно сократит зоны покрытия базовых станций до 50–100 м. Такие базовые станции будут устанавливаться в местах с высоким уровнем спроса, создавая ультраплотные сети радиодоступа. Развитие ультраплотных сетей радиодоступа будет обеспечивать увеличение объема трафика в сети 5G и повышение энергетической эффективности ее сети ра-диодоступа. Другой областью технологического развития сетей 5G является ис-пользование массивных MIMO-антенн, которые позволяют адаптивно формировать множество узких пучков диаграммы направленности антен-ны в направлении каждого абонента сети. Таким образом, несколько або-нентов, находящихся в одной зоне обслуживания, могут получать свой уникальный пространственно-временной сигнал от антенны базовой стан-ции, что позволяет снизить уровень со-канальных помех, увеличить про-пускную способность сети радиодоступа 5G и емкость соты, повысить эф-фективность использования мощности базовой станции. Кроме того, ис-пользование адаптивных MIMO-антенн дает возможность эффективно по-давлять помехи с нежелательных направлений в сети радиодоступа, повы-шая помехозащищенность сети 5G. Для обеспечения возможности обслу-живания экстремально большего количества активных абонентов в одной соте 5G разрабатываются новые технологии множественного доступа, та-кие как множественный доступ на базе разреженных кодов (Sparse Code Multiple Access – SCMA), многопользовательский совместный доступ (MultiUser Shared Access – MUSA) и неортогональный множественный до-ступ с разделением по уровню мощности (Power Domain Non-Orthogonal Multiple Access – PD¬NOMA), которые позволяют в несколько раз увели-чить количество активных абонентов в соте, что особенно важно при об-служивании большого количества близко расположенных IoT/ М2М-устройств. Рисунок 3. Архитектура M2M Для снижения энергопотребления мобильных устройств IoT/ M2M разрабатываются специализированные узкополосные радиомодули с рас-ширенными возможностями режимов сна, увеличенным периодом пей-джинга устройства сетью и подключением к сети для передачи данных по расписанию. Снижение стоимости мобильных устройств будет обеспечи-ваться за счет использования облачных технологий, позволяющих перено-сить вычислительные ресурсы устройства на сетевое приложение. Рисунок 4. Архитектура «Интернета вещей» Для расширения зон покрытия сетью радиодоступа 5G разрабаты-ваются мобильные базовые станции, которые устанавливаются на подвиж-ные объекты, например автотранспортные средства. Мобильные базовые станции будут формировать движущиеся сети радиодоступа, которые смо-гут взаимодействовать как друг с другом, так и со стационарной инфра-структурой. Ожидается развитие прямой связи между мобильными устройствами (device-to-device – D2D), позволяющей обмениваться пользовательскими данными напрямую, без необходимости их маршрутизации через сетевую инфраструктуру. Такой вид связи позволит повысить спектральную эф-фективность, снизить энергопотребление и задержки в сети. Возможность прямой связи между абонентскими устройствами является особенно важ-ной для услуг технологической и профессиональной связи. Рисунок 5. Иллюстрация сотовой сети с поддержкой D2D В будущем еще более важную роль будет играть энергоэффектив-ность, которая должна стать главной целью при проектировании всех ре-шений 5G. Сокращение радиуса сот в плотных сетях, а также интеллекту-альные возможности «спящего» режима базовых станций, минимизация сигнального трафика при обнаружении сети и синхронизации значительно уменьшат энергопо-требление в сетях 5-го поколения. 4 Военное применение 5G От широты частотного диапазона зависит скорость и качество пере-даваемого радиосигнала. Чем больше частот отдается под сигнал, тем ши-ре воронка, через которую может «выливаться» радиоволна. Хотя анало-гия неполна и потенциально на одной частоте можно использовать разные типы связи, но они будут мешать друг другу достичь максимальной ско-рости. Поэтому каждый диапазон частот используется для конкретной за-дачи или сферы. Так, диапазон 5003-5005 кГц (и несколько других) отдан под службу стандартных частот и сигналов времени и службу космических исследований; другие используются для передачи данных с космической станции на земную станцию («космос — Земля»), для радиосвязи (переда-ча звука и телевидения), под любительские нужды (для лиц, «занимаю-щихся радиотехникой исключительно из личного интереса и без извлече-ния материальной выгоды») и т. д. В России исторически значительная часть спектра не предназнача-лась для гражданского использования. Дефицит частот существенно тор-мозил развитие рынка связи в нулевые и 2010-е годы. Каждый раз при развертывании нового поколения связи операторы натыкаются на трудно-сти. Например, частоты 2,1 ГГц для сети третьего поколения (3G) в Москве «большая тройка» мобильных операторов получила лишь после вмеша-тельства Дмитрия Медведева (на тот момент — президента), но с серьез-ными ограничениями по высоте расположения базовых станций (они при-нимают и передают сигнал), по их мощности и даже направлению антенн. При разворачивании четвертого поколения связи (LTE) ситуация по-вторилась. Хотя в 2011 году правительство утвердило план мероприятий по сокращению избыточного госрегулирования в области связи, Минобо-роны вновь попыталось получить до 90% этих полос. Выделение частот операторам не означает, что каждый раз военные остаются без возможности выполнять свои задачи. Улучшение радиоэлек-троники позволяет обходиться гораздо меньшими частотными диапазона-ми, чем раньше. На освободившееся место пускают частные компании, с которых государство получает существенные деньги за доступ к новым частотам. Теперь приходится учитывать интересы военных в частотах, подходящих под стандарт 5G. Россия заинтересована во внедрении технологии. Ранее правитель-ство предлагало создать консорциум из операторов, на который возложат задачу по внедрению 5G. Однако на пути операторов встало оборонное ведомство: министерство предложило использовать для 5G частоты в диа-пазонах 4,8-4,99 ГГц и 27,1-27,5 ГГц, ранее одобренные Госкомиссией по радиочастотам. Однако под первый диапазон в России попросту нет ком-мерческого оборудования, а второй подходит лишь для локального по-крытия. Диапазон 3,4-3,8 ГГц, который в наибольшей степени подходит для 5G, занят средствами спутниковой связи Минобороны и других сило-вых ведомств. Теперь серьезно буксуют работы по 5G: согласно дорожной карте программы «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной в июле 2017 году, определить радиочастоты для 5G должны были еще в четвертом квартале 2018 года, а в третьем квартале 2019-го необходимо реализовать пилотный проект в двух городах. При этом к 2024 году сеть 5G должна появиться во всех городах с численностью населения более 1 млн человек. 5 NGN Next generation networks – мультисервисные сети связи, ядром кото-рого являются базисные IP-сети, включающие полную или частичную ин-теграцию услуг передачи информации. С начала 2000 годов проблема перехода от традиционных сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией пакетов (NGN) является од-ной из наиболее актуальных для операторов связи. Разработки в области IP-коммуникаций связаны с созданием комплексных решений, позволяю-щих при развитии сетей следующего поколения сохранять существующие подключения и обеспечить бесперебойную работу в любой сети телефон-ного доступа: на инфраструктуре медных пар, по оптическим каналам, на беспроводной (WiMAX, WiFi) и проводной (ETTH, PLC и т. д.) сети. Со-гласно концепции «неразрушающего» перехода к NGN, подобные реше-ния должны позволять точечно переводить отдельные сегменты на новые технологии без кардинальной смены всей структуры сети. В частности, решения для «неразрушающего» перехода к NGN должны отвечать сле-дующим требованиям: а) интеграция в существующую сеть оператора, поддержка не только новой транспортной технологии, но и привычной модели управле-ния; б) полностью модульная архитектура с возможностями географическо-го распределения и резервирования; в) возможность гибкого увеличения производительности путём приоб-ретения лицензий и добавления в систему серверов; г) возможность внедрения новых видов услуг в минимальные сроки; д) соответствие требованиям законодательства об архитектуре сети. Рисунок 6. Пример сети NGN Основное отличие сетей следующего поколения от традиционных сетей в том, что вся информация, циркулирующая в сети, разбита на две состав-ляющие: сигнальная информация, обеспечивающая коммутацию абонентов и предоставление услуг; и непосредственно пользовательские данные, со-держащие полезную нагрузку, предназначенную абоненту (голос, видео, данные). Пути прохождения сигнальных сообщений и пользовательской нагрузки могут не совпадать. Сети NGN базируются на интернет-технологиях, включающих в себя протокол IP и технологию MPLS. На сегодняшний день разработано не-сколько подходов к построению сетей IP-телефонии, предложенных орга-низациями ITU-T и IETF: H.323, SIP и MGCP. На сегодняшний день, основным устройством для голосовых услуг в се-тях NGN является Softswitch — программный коммутатор, управляющий сеансами VoIP. Также немаловажной функцией программного коммутато-ра является связь сетей следующего поколения NGN с существующими традиционными сетями ТфОП, посредством сигнального шлюза и медиа-шлюза, которые могут быть выполнены в одном устройстве. В терминах сети на базе протоколов H.323 программный коммутатор выполняет функции контроллера зоны H.323, в терминах сети на базе MGCP он вы-полняет функции контроллера шлюзов. В архитектуре IMS программный коммутатор (MGCF) выполняет функцию взаимодействия сетей пакетной коммутации с сетями канальной коммутации. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном реферате были рассмотрены технологии мобильных бес-проводных сетей. В начальной части реферата описаны поколения мобильных сетей и их отличительные характеристики. Далее были рассмотрены предпосылки сетей нового поколения, а именно 5G. Описаны технология и перспективы развития сетей 5G. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Тихвинский В., Бочечка Г., Минов А., Бабин. А. Развитие архитектуры сетей 5G — М.: ИД «Connect», 2017. – № 1-2. – С. 52. 2. Тихвинский В. 5G и интернет вещей как следующие элементы мобильно-го мира - Первая миля. 2017. № 4 (65). С. 62-68. 3. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: – Статьи о 1G 4. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: – Статьи о 2G 5. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: – Статьи о 3G 6. Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: – Статьи о 4G 7. Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации. – М.: Эко-Трендз, 2007. – 400 с. 8. Макаренко С. И., Чаленко Н. Н., Крылов А. Г. Сети следующего поко-ления NGN. – Журнал «Системы управления, связи и безопасности», 2016. – №1. – с.81


Источник: http://1. Тихвинский В., Бочечка Г., Минов А., Бабин. А. Развитие архитектуры сетей 5G — М.: ИД «Connect», 2017. – № 1-2. – С.
Категория: Рефераты (курсы КП, ПК, ИТ и Сети) | Добавил: mn612 (23.12.2019) | Автор: Нестерова Мария
Просмотров: 241 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Поиск
Друзья сайта