1.4 Оборудование необходимое для построения сети
Существенную роль в процессе построения сети играет применение эффективного оборудования. Распространенными формами сетевых станций на сегодняшний день являются кабинеты и распределенные базовые станции. Первый вид станций имеет вид телекоммуникационного шкафа, внутри которого содержится необходимое сетевое оборудование, в частности все блоки питания и элементы управления. Такого рода станции являются весьма вместительными, поэтому допускают установку разноплановых устройств для сети. Через расстояние от них до антенн проходит стандартная и всем известная фидерная трасса, допускающая необходимое затухание сигнала, которая определяется длиной фидера.
Второй вид сетевых станций имеет несколько иное структурное устройство. Так, радиопередающий блок размещается извне общего пространства станции, а модуль управления остается на месте. Именно через него проводится подключение к транспортной сети и реализуется процесс переработки данных. Радиопередающий модуль размещается вблизи антенн, подключаясь к ним с помощью короткого фидера, джампера, длина которого составляет порядка 2-3 м. Коммуникация через модули управления и передачи данных формируется посредством оптоволоконной линии с интерфейсами CPRI. Стоит отметить, что применение модулей передачи данных способствует существенному снижению частоты затуханий в фидере, а также экономии энергии. В частности, данные модули могут размещаться на расстоянии до нескольких километров от модуля управления, для чего потребуется использовать выносные системы.
Собственно, низкая частота затуханий представляет собой ключевое требование для эффективного функционирования сети LTE, следовательно, в рамках текущей дипломной работы будут использованы именно распределенные базовые станции.
Среди основных положительных характеристик выбранного вида сетевых станций с позиции экономической выгоды и качества реализации сети можно выделить:
доступность установки настенного монтажа, что облегчает поиск оптимального места для сети и непосредственно её формирование;
адаптивность конфигурации, допускающая достижение средних или высоких показателей пропускной способности;
возможность переносить оборудование, что сокращает затраты на процесс установки и транспортировку;
высокая скорость развертывания сети, способствующая быстрому выходу на сетевой рынок для пользователей;
низкое потребление энергии.
Рис. 1.4. Распределенная базовая станция
1.5 Краткий анализ существующих методов передачи информации
Осуществляемая в подготовленной сетевой системе передача данных базируется на обеспечении экономически выгодного, стабильного и скоростного направления трафика к пользователям в соответствии с их запросами к используемой сети.
Скорость передачи данных как базовая настройка любой сети обуславливается, прежде всего, структурой сети, пропускной способностью, форматом соединения каналов связи между пользователями и методом передачи информации по ним. На сегодняшний день процесс передачи данных может осуществляться как при непрерывном использовании некоммутируемых каналов связи, так и при реализации коммутации.
В первом случае элементы приема и передачи данных находятся в непрерывном взаимодействии, поэтому процесс осуществляется в режиме реального времени. Преимуществами использования таких каналов являются сокращение времени на взаимодействие абонентов, качественная подготовка к передаче данных, повышенная стабильность сети, а также подлинность передаваемых данных. Однако при реализации данных каналов связи могут проявиться некоторые недостатки, в частности низкий коэффициент применения оборудования для передачи данных и линий связи, высокие затраты на поддержание работы системы. Окупаемость и эффективность применения такого формата сетевой системы демонстрируют высокие результаты исключительно при максимальной сетевой нагрузке.
При реализации коммутации, осуществляемой непосредственно в процессе передачи данных, в сетевой системе, в остальное время находящейся в offline-режиме, особенности формирования узла связи складываются исходя из методов прохождения информации в сети.
Среди базовых видов формирования процесса передачи данных в рассматриваемых сетях с применением коммутации выделяются:
коммутация каналов;
коммутация сообщений;
коммутация пакетов.
Проанализируем наиболее детально каждый из данных способов. Коммутация каналов базируется на установлении физического канала связи для передачи данных между пользователями. В процессе применения такого рода каналов путь передачи данных формируется непосредственно в них самих и коммутационном оборудовании, которое размещается в сетевых узлах.
Процесс налаживания связи основывается на том, что пользователь сети направляет в канал связи определенный знаковый набор, который в результате прохождения через сетевые узлы провоцирует формирование требуемого соединения с вызываемым абонентом. Данный канал создается непосредственно на старте подачи сигнала, поддерживается на протяжении всей сформированной связи, а затем прекращает действие, останавливая процесс передачи данных.
Как правило, такая форма передачи данных реализуется в таких системах, где возникает потребность в стабильном соединении для постоянной передачи данных (телефонные каналы связи, телеграф). Важно понимать, что процесс передачи связи будет успешно сформирован только в том случае, если оба абонента будут применять одно оборудование, такие же каналы связи и общие коды.
Представленный способ коммутации характеризуется соответствующими положительными особенностями, в частности следующими:
адаптивность системы соединения под запросы абонентов;
экономическая целесообразность, определяемая функционированием системы передачи данных исключительно на период абонентской связи;
незначительные затраты на поддержание работы каналов связи.
Таким образом, процесс коммутации посредством каналов является незамедлительным и мобильным, позволяющим поддерживать постоянную связь абонентов.
Тем не менее, для реализации данного способа коммутации требуется применять дополнительное оборудование, уменьшающее скорость передачи данных и их достоверность.
Применение дополнительных инструментов и приемов для достижения увеличения достоверности передаваемых данных будет приводить к значительному сокращению скорости трафика. Это обуславливается рядом причин: возрастание потока данных в связи с потребностью включения в систему большого количества символов, нехватка времени для кодирования и расшифровки данных, необходимость логического контроля и прочих процессов в модуле приема данных.
Помимо этого, при снижении объемов передаваемых данных до уровня ниже пропускной способности системы связи будет наблюдаться недогрузка канала, при превышении потоков данных может произойти потеря информации.
Способ коммутации посредством применения сообщений базируется на том, что передаваемые данные направляются из узла связи в его память, где исследуется абонентский адрес.
На основании степени загруженности того или иного канала связи сообщение будет мгновенно направлено в память соседнего узла, либо встанет в очередь за другими переданными данными.
Следовательно, данный способ представляет собой последовательный процесс передачи данных. При этом сами сообщения демонстрируют адресную характеристику в виде заголовка, согласно которому проводилась передача данных между принимающим и передающим пользователями сети.
Системные процессы передачи данных посредством сообщений осуществляются непосредственно с использованием узлов коммутации, через которые проводятся все процедуры в рамках данной сети.
Ключевая задача узла коммутации сообщений заключается в формировании стабильного сетевого пространства для автоматической передачи данных между пользователями на основании представленного адресного заголовка и базовых условий по устойчивому сигналу и качеству сети.
Таким образом, представленный способ коммутации функционирует на независимости функционирования отдельных сетевых зон, что положительно воздействует на работоспособность применения каналов связи при передаче одинакового потока данных.
В частности, в рамках данной системы наблюдается уравнивание несоответствия в пропускной способности каналов, а также результативный процесс передачи многоадресных сообщений, поскольку отсутствует потребность в одновременном свободном доступе каждого канала между сетевыми узлами передачи и приема данных. При этом процесс передачи данных будет осуществляться в удобный момент для абонентов.
Главным недостатком такой коммутации выступает односторонний тип абонентской связи.
Чтобы добиться достаточной загруженности каналов связи и их целесообразного применения, рассмотренные способы коммутации можно реализовать в комплексе, для которого потребуется:
применить в одном узле связи оборудование для обоих способов коммутации, при этом процесс передачи данных будет проходить на основе загруженности свободных каналов);
сформировать общую сетевую систему, где узлы верхних уровней иерархии будут иметь коммутацию каналов, а узлы нижних уровней – коммутацию сообщений.
Относительно недавно в современное время был разработан новый вид абонентской связи – коммутация пакетов.
Данный вид представляет собой совокупность всех положительных характеристик рассмотренных ранее способов коммутации каналов и сообщений. Сущность действия этого комплексного способа заключается в том, что передача данных начинается с разделения сообщения на короткие пакеты определенного установленного размера, которые последовательно направляются к абоненту.
Когда пакеты достигают конечной точки пользователя, происходит их объединение в исходный формат. При этом, учитывая, что их хранение в устройстве памяти не предусмотрено, передача данных в формате пакетов будет иметь некоторую задержку. Этот аспект демонстрирует аналогию с процессом коммутации каналов.
Стоит отметить, что разделение исходных сообщений на короткие пакеты способствует качественной переработке данных, исключает риск блокировки линий связи, а также существенно сокращает вместимость необходимой временной памяти. В частности, передача данных в рамках такого способа коммутации заметно превосходит по скорости процесс перемещения информации между абонентами при коммутации сообщений.
Основной отрицательной характеристикой данного способа является односторонний тип связи между пользователями сети.
Под диспетчеризацией понимается процесс распределения сетевых ресурсов между пользователями. Цель диспетчеризации – сбалансировать качество связи и общую производительность системы.
В LTE предусмотрена динамическая и статическая диспетчеризация. Динамическая диспетчеризация распределяет ресурсы в зависимости от текущего состояния канала связи. Она обеспечивает передачу данных на повышенных скоростях (за счет модуляции более высокого порядка, уменьшения степени кодировки каналов, передачи дополнительных потоков данных и меньшего числа повторных передач), задействуя для этого временные и частотные ресурсы с относительно хорошими условиями связи. Таким образом, для передачи любого конкретного объема информации требуется меньше времени.
Для трафика сервисов, пересылающих пакеты с небольшой полезной нагрузкой и через одинаковые промежутки времени (например, IP-TV), объем служебной информации, необходимой для динамической диспетчеризации, может превысить объем полезных данных. Для таких случаев в LTE предусмотрена статическая диспетчеризация.
Для надежной передачи информации в технологии LTE реализована ставшая традиционной система повторной передачи Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ). Особенность ее реализации в LTE в том, что одновременно может поддерживаться несколько HARQ-процессов. Если данные (субкадр), связанные с HARQ-процессом, пришли успешно, приемник отправляет сообщение об успешном приеме/неприеме данных. В случае отсутствия подтверждения или сообщения о неприеме происходит повторная передача. В нисходящем канале расположение и параметры (тип сигнально-кодовой конструкции) повторно передаваемого субкадра сообщаются дополнительно, в канале управления – так называемая адаптивная передача, когда БС выбирает оптимальный ресурс для ретрансляции. В восходящем канале, если абонентское устройство не получило сообщения ACK, оно должно повторить передачу. БС может сообщить АУ параметры субкадра для повторной передачи. Если же по каналу управления такого сообщения не поступило, АУ повторяет передачу субкадра с точно такими же параметрами, как и у исходного субкадра, прием которого не был подтвержден – неадаптивная ретрансляция. Повторная передача происходит через заданное в спецификации LTE число субкадров (от четырех до девяти), которое зависит от типа дуплексирования, типа радиокадра.