Перспективная схема развития WiMAX в Удмуртии

- Обнародование стратегии OPEN WiMAX - экосистемы партнеров, позволяющей осуществлять комбинации базовых станций BreezeMAX компании Alvarion с лучшими в своем классе системами, чтобы создать нацеленные на операторов сетей решения WiMAX.

 

 

3.3 Описание оборудования Alvarion BreezMAX 4Motion

 

Система 4Motion это полнофункциональное решение мобильного WiMAX операторского класса, с открытой архитектурой, позволяющее сопрягать оборудование различных производителей в одной сети.

В качестве сетевого профиля, описывающего взаимодействие элементов  сети, выбран ASN-профиль С как полностью открытый.

Архитектура сети WiMAX включает три основных элемента:

1. абонентские (мобильные) станции (МС);
2. совокупность сетей доступа (сервисная сеть доступа, ASN);
3. совокупность сетей подключения (CSN).

Базовая станция обеспечивает все необходимые функции для  организации соединений по радиоканалу  с абонентскими устройствами станции  и по каналу GB Ethernet для подключения к магистральному каналу сети провайдера.

Блок-схема подключения модулей базовой станции BreezeMAX™ 2500 показана на рисунке 3.1.

 

 

Рисунок 3.1 - Блочная схема БС BreezeMAX™ 2500

 

Сеть доступа ASN включает:

1. базовые станции и шлюзы (ASN-шлюзы);
2. сеть подключения CSN;
3. IP-сеть оператора WiMAX, именно в этой сети размещены ААА-серверы.

Платформа BreezeMAX 4Motion включает четыре основные составляющие абонентские станции, базовые станции, шлюзы сети доступа (ASN-шлюзы) и серверы системы управления авторизацией, аутентификацией и доступом (ААА-серверы). Последние представляют собой достаточно стандартные сетевые серверы (производители, которые не имеют своих ААА-серверов, обычно используют оборудование компаний Bridgewater и Cisco), вся их функциональность реализуется программно. Остальные три элемента, обеспечивающие прохождение данных пользователя между оконечными устройствами (мобильными станциями, узлами IP-сетей и т.п.), указаны на рисунке 3.2.

 

 

Рисунок 3.2 - Схема передачи данных в сети WiMAX на основе оборудования 4Motion компании Alvarion

 

ASN-шлюз: Система BreezeMAX 4Motion может быть реализована с двумя типами ASN-шлюзов: распределенным и централизованным. В случае распределенной модели функции ASN-шлюзов реализуют устройства в составе БС (модуль устройства сетевой обработки NPU), рисунок 3.3(а). Такое решение предназначено в первую очередь для сетей малого масштаба: не более 3 тыс. абонентов и до 200 Мбит/с на один ASN-шлюз. Число абонентов в сети можно повысить за счет увеличения числа распределенных ASN GW в WiMAX-сети. Это позволяет постепенно увеличивать сеть (и расходы на ее развертывание). Централизованный ASN-шлюз предназначен для сетей большого масштаба с сотнями базовых станции и десятками тысяч абонентов внутри сети, рисунок 3.3(б).

 

Рисунок 3.3 - WiMAX-сеть с распределенными (а) и централизованными (б) ASN-шлюзами.

 

Применение централизованного ASN-шлюза позволяет довольно просто масштабировать сеть. Использование оборудование Cisco серии 7600, (рисунок 3.4) строится по модульной blade-архитектуре SAMI (Service and Application Module for IP). Один SAMI-модуль позволяет подключить до 100 тыс. абонентов с суммарной пропускной способностью до 5 Гбит/с. Всего blade-модулей SAMI в корзине может быть до шести, а это уже 600 тыс. абонентов и до 30 Гбит/с агрегированного трафика от абонентов. Ну и, конечно, централизованный ASN-шлюз поддерживает набор приложении безопасности, VPN и QoS.

Базовая станция: Базовая станция обеспечивает все необходимые функции для организации соединений по радиоканалу с абонентскими устройствами станции и по каналу GB Ethernet для подключения к магистральному каналу сети провайдера.

Рисунок 3.4 - Маршрутизаторы серии Cisco 7600

 

Она полностью соответствует  всем требованиям стандарта IEEE 802.16 и сертификационным профилям WiMAX. Станция поддерживает режимы масштабируемой OFDMA, т.е. может работать с каналами шириной 20, 10 и 5 МГц (2048, 1024 и 512 формальных поднесущих соответственно). Поддерживается режим использования неполного набора поднесущих (PUSC-режим) в нисходящем канале.

Базовая станция BreezeMAX 2500 обладает модульной архитектурой, что позволяет легко масштабировать систему и воплощать требуемую конфигурацию, показано на рисунке 3.5.

Оборудование базовой станции построено на основе шасси Compact PCI высотой 81" (рисунок 3.6), предназначенного для установки инсталляции в 19- или 22-дюймовые стойки. В шасси монтируется девять двойных (6U) и шесть одиночных (3U) слотов.

 

 

   Рисунок 3.5 - Общая архитектура базовой станции BreezeMAX 2500

 

Возможна горячая замена любого модуля, что позволяет заменять отдельные модули, не прерывая работу всей БС. Каждое функциональное устройство может быть резервировано по схеме N+1, т. е. только одно устройство данного типа может быть резервным.

Шесть одиночных слотов предназначены для установки двух модулей интерфейса питания (PIU, Power Interface Units) (основной и резервный) и до четырех модулей источников питания (PSU, Power Supply Unit). Корзина БС может содержать до четырех PSU-модулей. В зависимости от числа устройств доступа необходимо два (до 4 AU) или три модуля источника питания. Еще один модуль PSU используется как резервный.

 

Рисунок 3.6 - 19-дюймовое шасси базовой станции BreezeMAX со всеми установленными модулями

 

Для полной конфигурации БС достаточно одного PIU, однако корзина БС содержит два слота для резервного PIU. При резервировании каждый модуль PIU подключается к отдельному источнику электропитания, и при отключении одного из источников базовая станция продолжает работать от резервного источника питания. Модуль PIU позволяет подать на БС ток до 58А, что обеспечивает электропитанием до 20 внешних радиоблоков. К ним питание от РГО подается напрямую по соединительным ВЧ - кабелям. Вся базовая станция охлаждается модулем воздушной вентиляции (AVU, Air Ventilation Unit). Он включает 10 вентиляторов, 9 из которых достаточно для охлаждения БС в полной комплектации.

Компоненты базовой станции

• NPU –Модуль сетевой обработки;
• AU –Устройство доступа;
• PIU –Модуль интерфейса питания;
• AVU –Модуль воздушной вентиляции;
• PSU –Модуль источника питания

 

Рисунок 3.7 - Модуль Сетевой Обработки (NPU)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль Сетевой  Обработки (NPU) - "сердце" базовой станции BreezeMAX 2500 (рисунок 3.7).

Модуль NPU является центральным  модулем обработки, который управляет  всеми компонентами оборудования Базовой станции и абонентскими устройствами (SU's) обслуживаемыми ими. Он объединяет трафик от модулей устройств доступа (AU's) и передает его к IP Бэкбону выделенный Gigabit/Fast Ethernet интерфейс.

Основные функции NPU:

1) Агрегатированное Ethernet соединение с бэкбоном через 100/1000 Base-T интерфейс;

2) Классификация трафика и инициирование установки соединения;

3) Политика, основанная на коммутации данных;

4) Управление уровнями обслуживания;

5) Централизованный агент в Базовой станции для управления всеми ячейками устройств доступа и всеми зарегистрированным абонентскими устройствами;

6. Полный контроль и управление функционированием Базовой станции, включая диагностику и контроль AU, контроль PSU, управление AVU и поддержка избыточности;
7. Управление Тревогами, включая внешние сигнальные входы и активация внешних устройств;
8. Синхронизация, включая интерфейс GPS антенны (будущая опция), часы и распределение IF частот для модулей Базовой станции, а также на другое совместно установленное шасси Базовой станции.

 

Чтобы обеспечить схему  избыточности 1+1 могут использоваться два NPU модуля. Модули NPU связаны со всеми  слотами интерфейсных карт через  объединительную плату по схеме  двойная звезда, что означает что  каждый из них может получать данные независимо. Механизм избыточности будет поддержан в будущих выпусках.

Модуль Воздушной  Вентиляции (AVU)

Модуль Воздушной Вентиляции (AVU) 2U модуль AVU включает составной отсек (1U) для потока воздуха через входные отверстия и вентиляторный отсек (1U) с модулем внутренней сигнализации. Чтобы поддерживать высокую готовность базовой станции, вентиляторный отсек содержит 10 вентиляторов, где 9 достаточны, чтобы охладить полностью загруженное шасси. Для поддержки высокой готовности шасси может работать с горячий заменой вентиляторного отсека. Время работы с извлеченным из шасси отсека достаточно для его замены.

 

Устройство  доступа (AU)

Устройство доступа  состоит из Внутреннего (IDU) и Наружного(ODU) модулей. Двойной Euro IDU модуль соединяется  с ODU через IF кабель по промежуточной частоте. IF кабель передает данные, сигналы контроля и управления между IDU и ODU, а также напряжение питания (48В и 64 МГц сигналы синхронизации часов от IDU до ODU. IF частоты Tx и Rx - 240 МГц и 140 МГц, соответственно. Сервисный канал IDU-ODU на частоте 14 МГц служит для двунаправленного контроля и управления, индикации состояния и сигнализации.

Так же устройства доступа  обеспечивают непосредственную связь  абонента с мультисервисными услугами, которые позволяют работать или  общаться в любом удобном для абонента месте, в пределах действия сети.

Рисунок 3.8 - Внутренний модуль AU-IDU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Внутренний  модуль AU-IDU

Двойной Euro модуль устройства доступа IDU содержит беспроводный IEEE 802.16a MAC и модем, и ответственен за установление беспроводного сетевого соединения и управление полосой пропускания. Каждый модуль AU-IDU, для передачи IP трафика, соединяется с NPU через двойную 100 Base-T. 
          Каждый AU-IDU имеет два 3.5/1.75 МГц физических канала, которые обеспечивают подготовку к запланированной поддержке разнообразия 2-ого порядка и избыточности IF и радиоканала. В настоящем выпуске поддерживается только один канал.

 

 

Рисунок 3.9 - Наружный модуль AU-ODU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наружный модуль AU-ODU

Модуль AU-ODU - полнодуплексный, многоканальный, с высокой выходной мощностью радиомодуль, который соединяется с внешней антенной. Модуль предназначен для обеспечения высокого усиления системы, обеспечения ошибкоустойчивости от интерференции за счет использования высокой выходной мощности и низкий шумовой фигурой. Модуль поддерживает полосу пропускания до 14 МГц и может поддерживать многоканальность для увеличения пропускной способности (будет поддерживаться в будущих версиях).

Рисунок  3.10 – Модуль Интерфейса Питания (PIU)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одиночный Euro PIU модуль - обеспечивает интерфейс между источником питания постоянного тока базовой станции, модулями питания шасси базовой станции и внешними модулями ODU, которые получают питание через IDU модули.

PIU фильтры и стабилизаторы входного питания базовой станции защищают систему от проблем связанных с изменением напряжения: пульсовых помех, подключения с обратной полярностью и коротких замыканий. Высокочастотные фильтры обеспечивают защиту внешнего источника от наводимого высокочастотного напряжения. Каждое шасси базовой станции имеет два слота для PIU модулей (дополнительная избыточность 1+1). Одного модуля PIU достаточно чтобы поддерживать полностью наполненное шасси: использование второго модуля PIU обеспечивает избыточность по питанию.

 

Рисунок 3.11 – Модуль Источника Питания (PSU)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одиночный Euro PSU модуль - стандартный cPCI (48 В пост. тока) модуль питания. Каждое шасси Базовой станции  может содержать до четырех PSU модулей, обеспечивающих N+1 конфигурации избыточности.

 

3.4 Антенные системы

 

Для реализации технологии MIMO (пространственно-временное кодирование по алгоритму Аламоути или передача независимого потока по каждому из антенных каналов) или адаптивного диаграммообразования в платформе 4Motion предполагается использовать несколько конфигураций антенн. Так, для формирования независимых потоков в каждом антенном канале предлагается три варианта: разнесенные антенны с различной поляризацией (взаимная поляризация 00°, наклон к горизонту ±45°). Антенны должны быть разнесены на расстояние не менее 10 длин волн (Л). Как правило, для этого используются две двухэлементные антенны с взаимной поляризацией элементов 90^е. но подключаются только по одному элементу в антенне. Использование кросс - поляризационных антенн с поляризацией ±45° относительно линии горизонта объясняется тем, что при переотражении сигналов изменяется их поляризация.