Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

Иржанский В. Е.

Донецкий национальный технический университет, Украина

 

Аспекты построения конвергентных

CDMA 2000/WLAN сетей

 

В современных условиях Интернет превратился в тотальную технологию, которая, несмотря на сегодняшнюю бешеную популярность, всё ещё набирает обороты. Наша зависимость от глобальной сети вызвала необходимость доступа к ней в любом месте в любое время.  И последние достижения в области беспроводных технологий передачи данных способны в полной мере реализовать эти потребности. Особенно перспективным направлением в этой области является слияние двух передовых беспроводных технологий.

Беспроводные локальные сети (WLAN), основанные на стандартах IEEE 802.11, известные также как Wi-Fi, пользуются популярностью в корпоративных сетях, домах и местах размещения общественных точек доступа (аэропорты, кафе, гостиницы). WLAN обеспечивает беспроводную передачу данных на реальных скоростях порядка 2 - 30 Мбит / с в пределах небольшого расстояния (до 1000 м2) . Мобильные сети 3-го поколения, основанные на технологии CDMA 2000, позволяют своим абонентам получать информацию на скоростях до 2,4 Мбит / с на территории действия одной базовой станции порядка нескольких квадратных километров. К тому же, в сетях CDMA 2000 существует проблема обслуживания большого количества абонентов в пределах одной соты, когда пользователям просто не хватает ресурсов мобильной сети. «Разгрузить» подобные проблемные точки способны как раз дополнительно установленные Wi-Fi точки доступа.

Становится понятно, что недостатки каждой из этих двух технологий кроются в преимуществах другой, т.е. их объединение позволит создать в какой-то степени «идеальную» сеть, что несомненно будет выгодным решением как для оператора связи, так и для его клиентов.

Основными проблемами на пути объединения двух рассматриваемых технологий являются как взаимодействие двух изначально разрозненных сетей между собой (обеспечение передачи информации между ними, вопросы биллинга и т.д.), так и взаимодействие абонента с каждой из сетей в отдельности (выбор рабочей сети, вопросы хэндовера абонента между сетями).

Существует несколько подходов в объединении сетей CDMA 2000 и WLAN, выберем наиболее целесообразный из них.

Для начала рассмотрим так называемое «тесное соединение». При "тесном" соединении обе сети в максимальной степени используют одни и те же ресурсы фиксированной сети с пакетной передачей данных. Эти две системы независимы только в беспроводной части. Доступ к сети 3G из сети WLAN  здесь осуществляется через шлюз локальной сети "WLAN Gateway", который полностью скрывает всю внутреннюю структуру WLAN сети и осуществляет все необходимые функции взаимодействия (обеспечение мобильности, аутентификация абонентов и т. д.) При данном подходе весь трафик WLAN сети вводится в сеть CDMA уже по протоколам последней. Эти сети будут обмениваться идентичными сигналами аутентификации, сигнализация, транспорта и биллинга, независимо от протоколов, используемых на физическом уровне и радиоинтерфейсе. Тем не менее, этот подход имеет ряд недостатков. Прежде всего, это необходимость полного владения одним оператором как WLAN так и 3G сетью, поскольку при «тесном» соединении будет произведён большой уровень интеграции сетей. В данном случае, сети WLAN не могут быть интегрированы в CDMA сети без явного физического подключения к основной сети 3G. А в условиях, когда 3G сети развертываются с использованием тщательных инженерных расчётов и планирования, а также возможностей изменения конфигурации каждого отдельного элемента сети с применением тонких механизмов, основывающихся на особенностях CDMA радиоинтерфейса,  внедрение трафика WLAN непосредственно в 3G в ядро, потребует  конфигурирования сетевых элементов, таких, как PDSN. 

Другим подходом является так называемое «слабое» соединение. Как и в предыдущем подходе, здесь предусматривается введение нового элемента в локальную беспроводную сеть –  WLAN шлюза. Тем не менее, в этой конструкции, шлюз подключается к Интернету и не имеет прямого соединения с 3G сетью. При «слабом» соединении к обеим сетям могут подключаться как абоненты с двухрежимными конечными устройствами, так и обычные абоненты CDMA либо WLAN сетей. При этом высокоскоростной трафик локальных сетей не будет интегрирован непосредственно в сеть передачи данных 3G сети, не влияя, тем самым, на её работу. При данном подходе используются различные механизмы и протоколы, выполняющие обработку аутентификации, биллинга и хэндовера в 3G и WLAN частях сети. Вместе с тем, для обеспечения возможности бесперебойной работы, они должны взаимодействовать. В случае взаимодействие с CDMA2000, это предполагает, что WLAN шлюз поддерживает технологию Mobile-IP для осуществления перехода абонента между сетями, а также выполняет взаимодействие с AAA серверами 3G сети. Это позволит 3G провайдеру собрать из сети WLAN полный бухгалтерский учет для создания единой платежной системы с использованием различных ценовых схем для обоих (3G и WLAN) сетей. У «слабого» соединения есть несколько преимуществ. Во-первых, он позволяет осуществить независимое размещения оборудования WLAN и 3G сетей. 3G операторы могут воспользоваться услугами других провайдеров WLAN, обойдясь, тем самым, без больших капитальных вложений. В то же время, они могут продолжить развертывание 3G сетей, независимо от того, какими темпами будут развиваться беспроводные локальные сети. Абонент больше не нуждается в создании отдельных учетных записей у провайдерами, располагающихся в различных регионах и охватывающих различные технологии доступа. Наконец, в отличие от «тесного» соединения, данный подход, позволяет использовать Wi-Fi точки доступа в качестве общественных, получая дополнительную прибыль.

Беря во внимание всё вышесказанное, можно сделать вывод, что подход «слабого» соединения имеет ряд несомненных преимуществ по сравнению с архитектурой «тесного» соединения, поэтому в качестве построения двухмерных сетей для 3G оператора целесообразно использовать именно «слабое» соединение сетей.

Также следует рассмотреть вопрос выбора абонентом своей рабочей сети. Для математического описания выбора конечным узлом абонента той сети, в которой он будет работать в конкретный момент времени, зададимся двумя критериями: скорости передачи и стоимости.

 Введём следующие переменные:

- i – интерфейс (CDMA или Wi-Fi);

- DT – требуемая скорость передачи данных;

- DS,i – поддерживаемая скорость передачи данных в i-ом интерфейсе;

- pi – стоимость i-го интерфейса;

-  - критический коэффициент пропускания i-го интерфейса;

 

Тогда функция скорости передачи данных примет следующий вид:

 

                                                                             

 

Стоимостная функция:

 

 

 

 


Далее, используя данные критерии, построим оптимальный алгоритм выбора рабочей сети:

Рис. 1 Оптимальный алгоритм выбора

Как видим, при достаточных скоростных показателях обеих сетей (обе скоростных функций превышают единицу), предпочтение будет отдаваться сети WLAN, как более предпочтительной для работы. Если же условия приёма в сети CDMA 2000 будут лучше, то абонент будет подключаться именно к ней. В условиях, когда обе сети не в состоянии предоставить абоненту запрашиваемую скорость, предпочтение будет отдаваться той, которая имеет в данной точке большее значение стоимостной функции.

Результатом данной работы стал рассмотрение различных подходов к объединению беспроводных сетей WLAN и CDMA 2000 и выбор наиболее целесообразного из них. Также был разработан математический аппарат для организации выбора абонентом рабочей сети, включающий в себя скоростную и стоимостную функции, и, основанный на них, оптимальный алгоритм выбора рабочей сети.

Литература:

1.     “CDMA systems capacity engineering” by Kiseon Kim, Insoo Koo 2005

2.      “An Strategy for interworking between WLAN and cdma2000” by Young J.      

          Lee, Jin H. Lee, Yeong, M. Jang, Gi J. Jeon November 2003.

3.           “Integration of 802.11 and third generation wireless data networks” by M. 

Buddhikot, G. Chandranmenon G., S. Han, Y. W. Lee, S. Miller S. and L. Salgarelli, April 2003.