14. Архитектура построения сети WiMax
14.1. Базовая модель сети
Спецификации стандарта WiMAX определяют передачу трафика и сигнальный обмен только на радиоинтерфейсе. Что касается соединения БС с Интернетом, сетями беспроводного доступа и сетями различных операторов, решения по архитектуре сети принимает оператор совместно с производителем. С целях унификации и определенной оптимизации WiMAX Forum предложена базовая архитектура сети (рис.14.1) [28].
На рис 14.1 показана NRM (Network Reference Model – базовая модель сети) WiMAX, которая является логическим представлением сетевой архитектуры. NRM разделяет систему на три логические части:
абонентские станции, используемые абонентами для получения доступа к сети;
ASN (Access Services Network) – сеть доступа к услугам, которая является собственностью оператора доступа к сети (NAP – Network Access Provider); ASN состоит из одной или нескольких базовых станций, которыми управляет один или несколько шлюзов ASN (ASN-GW).
CSN (Connectivity Services Network) – подсеть оператора, обеспечивающая выход на IP и другие сети для реализации абонентских услуг. Эта подсеть обеспечивает необходимые коммутационные функции и функции безопасности. Абонента может обслуживать оператор домашней сети NSP (Network Services Provider). Абонент может также находиться в роуминге. В этом случае его обслуживает оператор визитной сети; при этом происходит обмен сигнальной информацией CSN визитного и домашнего оператора.
Рис.14.1. Базовая модель сети
ASN выполняет следующие функции:
соединение на уровне L2 с АС;
поиск и выбор сети на основе предпочтений абонента о CSN/NSP;
обеспечение безопасности: передача данных об устройствах, пользователях, и услугах, серверу безопасности, временное хранение профилей пользователей;
организация сквозных IP-соединений между АС и CSN;
управление радиоресурсом (RRM) в соответствии с классом трафика и требуемым QoS;
обеспечение мобильности, т.е. выполнение процедур хэндовера, локализации и пейджинга.
WiMAX Forum определил различные способы организации ASN, получившие название профилей. Существуют профили A, B, C. Шлюз ASN представляет логическое устройство, которое может быть организовано по разному. Профиль B ASN представляет простую организацию, которая включает БС и шлюз ASN. Профили A и C разделяют функции между БС и шлюзом ASN по-разному, а именно в управлении мобильностью и радиоресурсами.
Функционально БС определяют как один сектор с выделенным частотным диапазоном, обеспечивающим интерфейс IEEE 802.16e с АС. Дополнительные функции, выполняемые БС в обоих профилях, включают распределение для восходящего и нисходящего каналов, классификацию трафика и SFM (управление сервисным потоком). При этом должны быть выполнены требования по QoS для различных классов трафика, передаваемых по радиоинтерфейсу. БС также управляет статусом АС (активный, неработающий), поддерживает туннельный протокол в направлении к шлюзу ASN, обеспечивает с помощью сервера DHCP динамическими адресами. БС также транслирует сигнальный обмен по протоколам MM обеспечивая все уровни защиты предусмотренные стандартом. БС может быть подключена одновременно к двум шлюзам для баланса нагрузки для баланса нагрузки.
Шлюз ASN является основным элементом сети. Во время сеансов связи шлюз организует хэндовер абонентом и пейджинг АС, управляет доступом к сети. Для каждого подсоединенного абонента в шлюзе открыта база данных, содержащая профили абонента и ключи шифрования. На шлюз возложены задачи авторизации потока услуг согласно профилю абонентов и QoS. В направлении БС шлюз поддерживает туннельное соединение; в направлении ядра сети (CSN) шлюз организует соединение по стандартному IP протоколу.
1 ECM – EPS (Evolved Packet System) Connection Management
2 ECM – EPS (Evolved Packet System) Connection Management
3 Скремблирование применяют для рандомизации сигналов, передаваемых по различным каналам вверх и вниз. В LTE в качестве скремблирующих кодов используют коды Голда в виде суммы двух m-последовательностей [14].
4 В многоантенных структурах можно использовать 2 разные MCS
5 При применении многоантенных систем, UE может также управлять выбором кодирующей матрицы и рангом передачи (см. след. параграф).
6 Возможны варианты совместного использования технологий пространственно-временного кодирования и мультиплексирования – тогда число передающих антенн больше числа независимых потоков данных.
7 В [13] это задержка между PCEF и UE. Программное обеспечение, выполняющее функции поддержки, тарификации и учета услуг (PCEF – Policy and Charging Enforcement Function) обычно находится в шлюзе с точкой доступа к внешним IP-сетям.
8 В скобках указано число используемых поднесущих.
9 Параметр, учитывающий увеличение расчетной полосы по отношению к номинальной. Из-за наличия защитных поднесущих по краям полосы помех между сигналами соседних полос не возникает.