Анализ дистаннционных и трассовых методов

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И  тому есть несколько причин.

Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в  сеть новым клиентам, но и расширять  спектр услуг и охватывать новые  труднодоступные территории.

Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании  и по мере необходимости легко  масштабируемы. Этот фактор оказывается  очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован  для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии. Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.

В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа  в Интернет как для бизнес структур, так и для частных лиц.

Оборудование для использования  сетей WiMAX поставляется несколькими  производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL-модем), так  и вне его. Следует заметить что  оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений и не требующее  профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, однако способно работать на значительно меньших  расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные  внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений, требует  намного больших инвестиций в  развитие инфраструктуры сети, так  как подразумевает использование  намного большего числа точек  доступа.

С изобретением мобильного WiMAX всё больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожих на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Беспроводные сети связи  городского масштаба WiMAX активно раз-виваются на протяжении уже 10 лет, развернутые  решения создают конку-ренцию другим решениям проблемы предоставления широкополосного  доступа, эквивалентного технологии xDSL. Основным преимуществом сетей WiMAX по сравнению с другими технологиями, призванными решать аналогичные задачи, является относительно быстрое развертывание систем на достаточно больших территориях без проведения работ по прокладке кабеля и предоставление конечным пользователям каналов связи в единицы Мбит/с, что особенно актуально для мест с неразвитой сетевой инфра-структурой (например, новые загородные районы, исторические центры городов и т. п.). Заметим, что основным конкурентом сетей WiMAX явля-ются системы связи четвертого поколения LTE E UTRA.

На сегодняшний день беспроводные сети городского масштаба пред-ставлены следующими стандартами:

- IEEE 802.16e-2005, 2009 (WiMAX)

- ETSI HiperMAN

- IEEE 802.20 (WBWA).

Рабочая группа IEEE 802.16 была создана в 1999 г. Через два года (в декабре 2001 г.) был принят первый стандарт беспроводных сетей связи городского масштаба IEEE 802.16. Первоначально он был ориентирован на частотный диапазон 10–66 ГГц, что подразумевало прямую видимость между приемником и передатчиком и являлось существенным недостатком в городских условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ  СЕТЕЙ СВЯЗИ

 

1.1 Технологии WiMAX

 

 

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access, стандартизированная институтом IEEE технология широкополосной беспроводной  связи, дополняющая линии DSL и  кабельные технологии в качестве  альтернативного решения проблемы "последней мили" на больших  расстояниях. Название «WiMAX» было  создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость — до 1 Гбит/сек на ячейку.

 Технологию WiMAX можно  использовать для реализации  широкополосных соединений "последней  мили", развертывания точек беспроводного  доступа, организации высокоскоростной  связи между филиалами компаний  и решения других подобных  задач. Предварительная версия  технологии WiMAX обеспечивала функциональность  с помощью оборудования, которое  не было подвергнуто стандартизированному  тестированию на предмет совместимости  с технологией WiMAX. Целый ряд  провайдеров услуг до сих пор  используют такие предварительные  аппаратные решения для реализации  пилотных проектов WiMAX во многих  уголках мира. Как только тестирование  совместимости этих систем с  технологией WiMAX будет выполнено,  их, скорее всего, можно будет  модернизировать программным образом  в соответствии с требованиями  окончательного стандарта WiMAX. В  идеале беспроводная технология WiMAX, основанная на отраслевых  стандартах, разработана для организации  недорогой скоростной связи для  жилищ, предприятий и мобильных  беспроводных сетей в городах  и сельской местности. Обратите  внимание на определение, в  нем заранее "предусмотрено  местечко" для взаимодействия  магистрального WiMAX с "локальным" Wi-Fi. Нынешний WiMAX в версии IEEE 802.16-2004 – стандарт беспроводной связи,  который обеспечивает широкополосную  связь на площади радиусом  более 30 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями - до 10 Мбит/c и более. Технология WiMAX позволяет работать в любых условиях, в том числе, в условиях плотной городской застройки, обеспечивая высокое качество связи и скорость передачи данных. Оборудование сетей WiMAX функционирует в нескольких частотных каналах шириной 10 МГц в пределах диапазона 2 ГГц - 11 ГГц. Разумеется, специфическое распределение частотных диапазонов разных стран диктует необходимость возможности работы WiMAX в разных участках. Столь широкий разброс диапазонов выбран для учета специфики большинства стран мира. Так, в Северной Америке для WiMAX используются участки в диапазонах 2,5 и 5 ГГц, в Центральной и Южной Америке - 2,5, 3,5 и 5 ГГц, на Ближнем Востоке, в Африке, Западной и Восточной Европе - 3,5 и 5 ГГц, в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 2,3, 3,5 и 5 ГГц.

По своей сути WiMAX представляет технологию, позволяющую обеспечить доступ в интернет со скоростью сетей  класса T1, с производительностью  и покрытием, гораздо большим, нежели у современных сетей Wi-Fi. В свою очередь, продолжением "магистральных  веток" WiMAX как раз и становятся локальные сети Wi-Fi, различные типы бизнес- и бытовых кабельных/DSL сетей  конечных пользователей.

Обеспечивая коммуникации в  радиусе 10 километров и более, точки WiMAX создают покрытие на значительных площадях, предоставляя провайдерам услуг достаточно гибкие условия для обеспечения этой самой пресловутой "связи последней мили".

В целом базовые характеристики стандарта 802.16 предусматривают дальность  действия до 50 километров, покрытие с возможностью работы вне прямой зоны видимости, в перспективе – пиковую скорость обмена данными до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции при том, что типовая базовая станция будет иметь до 6 секторов покрытия.

Внедрение WiMAX нынче подразделено на три основных фазы. Нынешняя первая фаза внедрения подразумевает внедрение  и широкое распространение технологии WiMAX стандарта IEEE 802.16-2004, заменившего  собой ранние версии IEEE 802.16a и 802.16d, при  котором используются внешние антенны  по типу "сотовой тарелочки", фактически нацеленные на потребителей в фиксированных  направлениях. 

 

 

Рисунок 1.1 – Первая фаза внедрения WiMAX

 

Вторая фаза подразумевает  использование внутренних антенн, упрощенное и более гибкое использование  технологии WiMAX для обеспечения доступа.

 

 

Рисунок 1.2 – Вторая фаза внедрения WiMAX

 

Третья фаза обещает широкое  внедрение спецификаций IEEE 802.16e, ратификация  которых ожидается в начале 2006 года, а появление первых сетей - в 2007 году. Это означает возможность  работы решений с пометкой WiMAX-Certified даже в составе портативных устройств, перемещающихся по определенной "зоне покрытия" сети, по образу и подобию  современных сотовых и Wi-Fi сетей.

Разработка столь сложных  стандартов подразумевает сосуществование  с другими беспроводными стандартами, включая сотовые сети, разработку новых поколений "умных" антенн, применение новых видов модуляции  вроде OFDMA, новых типов сервисов вроде QoS, защиту данных и множество других параметров. В этом обзорном материале  по WiMAX изложение подробностей о  всех тонкостях новых стандартов не предусмотрено, но на самом деле это длительный и кропотливый  процесс.

Что касается возможностей стандарта WiMAX первого поколения - IEEE 802.16-2004, в идеале каждой базовой станцией обеспечивается доступ на площади радиусом до 50 км при скорости обмена данными  до 35 Мбит/с. На практике ширина и соответствующая  производительность канала "нарезается" конечному пользователю провайдером  услуг. Кстати упомянуть, архитектура  сетей WiMAX, в идеале напоминающая соты (только с более крупной "ячейкой"), подразумевает размещение антенно-фидерных устройств на высоких зданиях, сооружениях  и мачтах. Неудивительно, что развертыванием сетей WiMAX в первую очередь заинтересовались провайдеры сотовой связи: как бы ни была сильна конкуренция между WiMAX и сетями 3G/4G, установить и обслуживать  несколько типов оборудования на одной мачте дешевле, нежели на нескольких. А уж потребитель сам определится  с предпочтениями выбора той или  иной сети.

Нынче максимальное внимание внедрению сетей WiMAX уделяется в  странах с большими территориями и удаленностью от крупных городов, с большим процентом сельского  населения. Даже таким развитым странам  как Швеция выгодно внедрять WiMAX в качестве альтернативы проводным  магистральным коммуникациям, сетям GSM/EDGE и 3G.

Предоставляемые услуги - это  фиксированный беспроводный доступ к интернету с использованием технологии WiMAX на базе клиентского  оборудования Alvarion на чипсете Intel PRO/Wireless 5116. Они предлагаются компаниям и  частным лицам, которые находятся  в районах с плохо развитой или устаревшей кабельной инфраструктурой.

Для тестирования, стандартизации, сертификации и маркетинга продуктов WiMAX создан индустриальный альянс WiMAX Forum. Именно он выдает заключения WiMAX Forum Certified.

Одним из наиболее активных членов альянса WiMAX Forum является компания Intel, которая участвует во всех его  начинаниях – от постановки задачи, заканчивая ратификацией стандартов и  разработкой конечного оборудования. Сейчас Intel сотрудничает с компаниями, уже развернувшими предварительно стандартизованные широкополосные беспроводные сети WiMAX более чем  в 125 странах. Они обеспечивают широкий  диапазон вариантов – от стационарных систем беспроводного доступа до двухточечных систем передачи масштаба предприятия.

Сейчас число членов WiMAX Forum стремительно приближается к двум сотням, при этом, что показательно, уже более четверти из них –  это операторы, предоставляющие  или планирующие предоставлять  провайдерские услуги на базе технологии WiMAX. В работе WiMAX Forum, помимо Intel Corporation, принимают участие такие известны компании как Airspan Networks, Alvarion, Aperto Networks, Ensemble Communications, Fujitsu Microelectronics America, Nokia, OFDM Forum, Proxim Corporation, Wi-LAN Inc и другие. Среди  операторов, сотрудничающих с Intel по продвижению  решений на основе стандарта WiMAX - компании AT&T (США), Altitude Telecom (Франция), BT (Великобритания), Brasil Telecom (Бразилия), ETB (Колумбия), Iberbanda (Испания), Millicom (Аргентина), Qwest (США), Sify (Индия), Speakeasy (США), Telkom (ЮАР), Telmex (Мексика), TowerStream (США), уже упомянутая "Украинские новейшие технологии" (Украина). О выпуске продукции на базе Intel PRO/Wireless 5116 объявили компании Airspan, Alvarion, Aperto Networks, Axxcelera Broadband Wireless, Gemtek, Huawei, Proxim Corporation, Redline Communications, Siemens Mobile, SR Telecom и ZTE.

Вопросы безопасности в сетях WiMAX, основанных на стандарте IEEE 802.16, также как и в сетях WiFi (IEEE 802.11), стоят более остро, чем в проводных сетях в связи с легкостью подключения к сети.

Стандарт IEEE 802.16 определяет протокол PKM (privacy and key management protocol), протокол приватности и управления ключом. На самом же деле, имеется в виду конфиденциальность (confidentiality), а не приватность (privacy) [1]

 

 

1.2 Принцип работы

 

 

В общем виде WiMAX сети состоят  из следующих основных частей: базовых  и абонентских станций, а также  оборудования, связывающего базовые  станции между собой, с поставщиком  сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции  с абонентской используется высокочастотный  диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В  идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения  прямой видимости между базовой  станцией и приёмником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения  проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями  устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными  может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция  подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.

Структура сетей семейства  стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки — допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями)[3].

Режимы работы

MAC / канальный уровень

В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию, при которой связь для более  удалённых станций будет постоянно  обрываться в пользу более близких  станций. Подобное положение вещей  делает затруднительным использование  таких сервисов как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Что же касается сетей 802.16, в  них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа, для неё будет создан выделенный слот на точке доступа, недоступный другим пользователям.

 

 

1.3 Протокол авторизации  и ключей шифрования

 

 

Privacy and Key Management Protocol (PKM Protocol) — это протокол для получения авторизации и ключей шифрования трафика TEK.

Авторизация

Рисунок 1.3 – Авторизация

 

Абонентская станция начинает обмен, посылая сообщение, содержащее X.509 сертификат изготовителя абонентской  станции. Обычно этот сертификат никак  не используется базовой станцией, хотя возможно настроить базовую  станцию так, что авторизоваться будут только абонентские станции  от доверяемых производителей.

Сразу после первого сообщения, абонентская станция отправляет сообщение, содержащее X.509 сертификат самой абонентской станции, ее криптографические  возможности и идентификатор  первичной SA (Primary SA).

Базовая станция по сертификату  абонента определяет, авторизован ли он. Если он авторизован, она посылает сообщение, содержащее зашифрованный  ключ авторизации, последовательный номер  данного ключа авторизации, его  время жизни, а также список идентификаторов  статических SA, в которых абонент  авторизован. Ключ авторизации шифруется  алгоритмом RSA с публичным ключом, получаемым из сертификата абонентской станции.

Однажды авторизовавшись, абонентская  станция будет периодически переавторизовываться.

 

 

Рисунок 1.4 - Обмен ключами

 

Базовая станция посылает сообщение, принуждающее абонентскую  станцию обновить ключ шифрования трафика TEK. Сообщение содержит:

- последовательный номер  ключа авторизации, который был  использован при генерации HMAC.

- идентификатор того SA, TEK которого необходимо обновить

- HMAC для того, чтобы абонентская  станция могла проверить подлинность  этого сообщения.

В ответ на первое сообщение (при успешной проверке HMAC), или же по собственной инициативе абонентская  станция посылает запрос на обновление ключа TEK, содержащий:

- последовательный номер  ключа авторизации, который был  использован при генерации HMAC.

- идентификатор того SA, TEK которого необходимо обновить (совпадает  с идентификатором из первого  сообщения, если оно было)

- HMAC для того, чтобы базовая  станция могла проверить подлинность  этого сообщения.

Если предыдущее сообщение  пройдет аутентификацию HMAC, базовая  станция посылает сообщение, содержащее:

- последовательный номер  ключа авторизации, который был  использован при генерации HMAC.

- идентификатор SA, для  которого проводится обновление  ключа TEK

- прежний TEK, то есть  текущий TEK того SA, для которого  запрошено обновление

- новый TEK, то есть TEK, который  будет использоваться, когда истечет  срок жизни текущего TEK.

HMAC для проверки подлинности  данного сообщения.

Оба ключа TEK передаются в  зашифрованном виде. В IEEE 802.16 для  этого используется тройной DES в режиме электронной кодовой книги c ключом KEK:

Рисунок 1.5 - тройной DES в режиме электронной кодовой книги c ключом KEK

 

Здесь KEK 1 — это первые 64 бит ключа KEK, а KEK 2 — последние 64 бит ключа KEK.

Шифрование данных

Стандарт IEEE 802.16 использует алгоритм DES в режиме сцепления блока  шифров для шифрования данных. В  настоящее время DES считается небезопасным, поэтому в дополнении к стандарту IEEE 802.16e для шифрования данных был  добавлен алгоритм AES.

Рисунок 1.6 – Алгоритм DES

 

Шифрование данных проходит следующим образом. Вектор инициализации  из данного data SA и поле синхронизации  проходят побитовую операцию исключающего ИЛИ и подаются как инициализирующий вектор алгоритму DES в режиме сцепления  блока шифров (CBC, cipher block chaining). Также  на вход схемы подается ключ TEK для  шифрования и открытый текст сообщения. Алгоритм выдает зашифрованный текст. Заголовок Generic MAC header (GMH) не меняется за исключением битового поля EC, а концевик CRC, если он имеется, меняется под зашифрованный текст.

Стандарт 802.16e определяет использование  шифрования AES в четырех режимах:

- Cipher Block Chaining (CBC, режим сцепления блока шифров)

- Counter Encryption (CTR, шифрование счетчика)

- Counter Encryption with Cipher Block Chaining message authentication code (CCM, счетчиковое шифрование с message authentication code, полученным сцеплением блока шифров). Добавляет возможность проверки подлинности зашифрованного сообщения к режиму CTR.

Electronic Code Book (ECB, режим электронной кодовой книги). Используется для шифрования ключей TEK.

Nonce

В режиме CCM, для шифрования полезной информации передающая станция  генерирует на каждый пакет nonce — байтовую последовательность, первые 5 байт которой представляют собой начало Generic MAC Header. Далее идут 4 зарезервированных байта, имеющих нулевые значения. Затем следует 4-байтовый номер пакета Packet Number (PN) в данном data SA. Значение Packet Number ставится в 1 при установлении нового data SA или нового TEK.

Блок CBC

Блок CBC состоит из однобайтового  флага, имеющего значение 00011001, последовательности nonce и поля, содержащего длину  информационной части сообщения.

Блок Counter

Блок Counter состоит из однобайтового  флага, имеющего значение 00000001, последовательности nonce и поля, содержащего номер i Counter-блока. Число i может меняться от нуля до n, где n — количество Counter-блоков, необходимых для покрытия всего сообщения и кода message authentication code.

Рисунок 1.7 - Создание и шифрование message authentication code в AES — CCM

 

При создании message authentication code используется модифицированный режим CBC, в котором вместо инициализирующего  вектора IV, к началу информационной части сообщения присоединяется начальный (нулевой) блок CBC. Далее эта  пара зашифровывается алгоритмом AES в режиме CBC с ключом TEK. Последние 128 бит зашифрованного текста берутся  в качестве message authentication code (кода аутентичности). Далее message authentication code шифруется побитовым сложением по модулю два исходного message authentication code и зашифрованного с помощью алгоритма AES в режиме CTR начального (нулевого) Counter-блока.

Рисунок 1.8 - Шифрование информационной части сообщения

 

Каждый из n оставшихся Counter-блоков (нулевой уже был задействован в шифровании message authentication code) зашифровывают  методом AES в режиме CTR с ключом TEK. Затем результат складывают побитовым  сложением по модулю два с информационной частью сообщения. Полученный зашифрованный  текст вместе с зашифрованным message authentication code, номером пакета данных, заголовком Generic MAC Header и CRC-концевиком отправляется на физический уровень. При  этом в заголовке GMH поле EC (Encryption Control) устанавливают в единицу, поскольку  данные были зашифрованы, а в двухбитовом  поле EKS (Encryption Key Sequence) стоит индекс использованного при этом ключа TEK (traffic encryption key).

 

 

1.4 Защищенные связи

 

 

Защищенная связь (Security Association, SA) — одностороннее соединение для обеспечения защищенной передачи данных между устройствами сети. SA бывают двух типов:

- Data Security Association - защищенная  связь для данных.

- Authorization Security Association, защищенная связь для авторизации.

- защищенная связь для  данных.

Защищенная связь для  данных бывает трех типов:

- первичная(основная) (Primary SA);

- статическая (Static SA);

- динамическая (Dynamic SA).

Первичная защищенная связь  устанавливается абонентской станцией на время процесса инициализации. Базовая станция затем предоставляет статическую защищенную связь. Что касается динамических защищенных связей, то они устанавливаются и ликвидируются по мере необходимости для сервисных потоков. Как статическая, так и динамическая защищенные связи могут быть одной для нескольких абонентских станций.

Защищенная связь для  данных определяется:

- 16-битным идентификатором  связи.

- методом шифрования, применяемым для защиты данных в соединении.

- двумя Traffic Encryption Key (TEK, ключ  шифрования трафика), текущий и  тот, который будет использоваться, когда у текущего TEK закончится  срок жизни.

- двумя двухбитными идентификаторами, по одному на каждый TEK.

- временем жизни TEK. Может  иметь значение от 30 минут до 7 дней. Значение по умолчанию 12 часов.

- двумя 64-битными векторами  инициализации, по одному на TEK (требуется для алгоритма шифрования DES).

- индикатором типа связи  (первичная, статическая или динамическая).

Абонентские станции обычно имеют одну защищенную связь для  данных для вторичного частотного канала управления (secondary management channel); и либо одну защищенную связь для данных для соединения в обе стороны (uplink и downlink), либо одну защищенную связь  для данных для соединения от базовой  станции до абонентской и одну — для обратного.

Абонентская станция и  базовая станция разделяют одну защищенную связь для авторизации. Базовая станция использует защищенную связь для авторизации для конфигурирования защищенной связи для данных.

Защищенная связь для  авторизации определяется:

- сертификатом X.509, идентифицирующим абонентскую станцию, а также сертификатом X.509, идентифицирующим производителя абонентской станции.

- 160-битовым ключом авторизации  (authorization key, AK). Используется для аутентификации во время обмена ключами TEK.

- 4-битовым идентификатором  ключа авторизации.

- временем жизни ключа  авторизации. Может принимать  значение от 1 дня до 70 дней. Значение  по умолчанию 7 дней.

- 128-битовым ключом шифрования  ключа (Key encryption key, KEK). Используется  для шифрования и распределения  ключей TEK.

- ключом HMAC для нисходящих сообщений (downlink) при обмене ключами TEK.

- ключом HMAC для восходящих  сообщений (uplink) при обмене ключами  TEK.

- списком data SA, для которого  данная абонентская станция авторизована.

KEK вычисляется следующим  образом:

- проводится конкатенация шестнадцатеричного числа 0x53 с самим собой 64 раза. Получаются 512 бит.

- справа приписывается  ключ авторизации.

- вычисляется хэш-функция SHA-1 от этого числа. Получаются 160 бит на выходе.

Первые 128 бит берутся  в качестве KEK, остальные отбрасываются.

Ключи HMAC вычисляются следующим  образом:

- проводится конкатенация  шестнадцатеричного числа 0x3A (uplink) или 0x5C (downlink) с самим собой  64 раза.

- справа приписывается  ключ авторизации.

- вычисляется хэш-функция  SHA-1 от этого числа. Получаются 160 бит на выходе. Это и есть  ключ HMAC.

Extensible Authentication Protocol (EAP, расширяемый протокол аутентификации) — это протокол, описывающий более гибкую схему аутентификации по сравнению с сертификатами X.509. Она была введена в дополнении к стандарту IEEE 802.16e. EAP-сообщения кодируются прямо в кадры управления. В связи с этим в протокол PKM были добавлены два новых сообщения PKM EAP request (EAP-запрос) и PKM EAP response (EAP-ответ). Стандарт IEEE 802.16e не устанавливает какой-либо определенный метод аутентификации EAP, эта область сейчас активно исследуется.

 

 

 

 

 

 

 

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК  СЕТЕЙ СВЯЗИ

 

2.1Структура сети WiMAX

 
      

  Сеть WiMAX по своей архитектуре  строится подобно сотовой сети. По городу устанавливается сеть базовых  станций (BS). Каждая базовая станция  по схеме "точка-многоточка" может  обслуживать с помощью всенаправленных  антенн свою группу зданий в радиусе 6—8 км, образуя подобие ячейки сот.  
        При необходимости связи между удаленными ячейками базовые станции могут иметь направленные антенны и выполнять роль ретрансляторов по схеме "точка-точка" по радиоканалу на расстояниях до 50 км. С помощью ретрансляторов можно создавать региональные сети, состоящие как бы из островков локальных сетей. Доступ к глобальным сетям (например, общегородским, региональным и интернет-сетям) обеспечивается тем, что либо каждая базовая станция, либо одна из них, к которой через ретрансляторы или направленные антенны имеют доступ все остальные базовые станции, подключается проводным соединением или оптоволокном к магистральной сети. Такую базовую станцию называют точкой доступа к магистрали Backhaul. На первом этапе на обслуживаемых зданиях устанавливаются фиксированные наружные антенны, подключенные к блоку трансивера — станции клиентов (SS), находящемуся внутри здания. В блоке трансивера имеются стандартные проводные Ethernet-интерфейсы для подключения оборудования клиентов. Имеющиеся внутри здания ноутбуки, поддерживающие беспроводной стандарт 802.11, имеют в здании общую точку доступа (хотспот). Для организации выхода во внешнюю сеть трафики пользователей от различного оборудования объединяются с помощью мультиплексора, выход которого подключается к блоку трансивера клиентов и далее передается по сети Wi-МАХ.  
        Значительно более функциональное решение подключения к магистральной сети с гораздо большими скоростями для образования сетей MAN-уровня предлагает WiMAX-технология. Она поддерживает и ячеистые структуры, и большее число пользователей, и обладает значительно большей производительностью, а главное, решает проблемы мобильной связи. Технология WiMAX в части решения проблемы "последней мили" и организации доступа к магистрали для удаленных сетей во многих чертах подобна технологии Wi-Fi. Нетрудно увидеть, что WiMAX является как бы естественным развитием Wi-Fi на более высоком уровне.  
        В этой технологии также используется модуляция OFDM, но количество поднесущих увеличено до 256 (против 64 в Wi-Fi). В условиях многолучевого распространения прямой и отраженные сигналы приходят в точку приема с разными задержками. При прерывистом характере передачи (передача пачками) длительность задержки, соизмеримая с длительностью символа или даже превышающая его, приводит к наложению соседних символов и их неверному декодированию. Чем на меньшую долю времени длительности передаваемого символа задержана его отраженная копия, тем меньше искажается сигнал и тем точнее его восстановить. Чем выше длительность передаваемого символа, тем большие величины задержки времени прихода отраженного сигнала допустимы. В целях компенсации задержек применяют либо технически сложные устройства — эквалайзеры, либо вводят защитные интервалы времени, в течение которых передача не ведется, либо передаются разделительные биты — циклические префиксы (СР— cyclic prefix). В качестве циклических префиксов используется часть общего количества поднесущих. Чем больше их количество, тем надежнее декодируются переданные символы, но тем меньше остается поднесущих под трафик.  
        В стандарте 802.11 под префиксы используется 1/4 часть от всех поднесущих. В основе технологии OFDM важным является то, что передаваемая пачка длиной N битов (где N равно числу поднесущих) из последовательного потока преобразуется в параллельный, в котором каждый бит растягивается по времени на длительность всей пачки (т. е. в N раз). Далее каждый бит модулирует свою поднесущую. В стандарте 802.16 длительность символов в 4 раза (256/64) больше, чем в стандарте 802.11, поэтому и допустимы более длительные времена задержек отраженных копий. Следовательно, допустимо иметь меньшее значение отношения числа поднесущих к общему их числу.  
        Стандарт 802.16 предусматривает полосы частот 20, 25 и 28 МГц в диапазонах от 10 до 66 ГГц. Этим стандартом предусматривается применять метод прямого расширения спектра с использованием одной несущей SC (Single Carrier). Стандарты 802.16—2004 и 802.16e предназначены для работы на частотах от 2 ГГц до 11 ГГц и позволяют гибко устанавливать полосы от 1,25 МГц до 20 МГц. Стандартом 802.16—2004 предусматривается или применение метода с прямым расширением спектра (только в условиях прямой видимости), или применение OFDM, наиболее подходящее для условий существования прямой и непрямой видимости. В стандарте 802.16e используется технология ортогонального частотного уплотнения OFDMA с динамическим распределением частотных поднесущих между терминалами пользователей, как более приспособленная для мобильной связи.  
        Доступ на передачу данных в сети WiMAX организуется применением механизма множественного доступа по запросу DAMA (Demand Assignment Multiple Access).  
        Скорость передачи в системе с технологией WiMAX может достигать 136 Мбит/с для стационарных пользовательских станций и 2 Мбит/с для мобильных терминалов при скорости их движения до 155 миль/час

 

 

2.2 Wi-Fi и WiMAX

 

 

Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость — термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты разработаны IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к Интернету (каналу обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.

Таблица 2.1 - Сравнение стандартов беспроводной связи
Технология	Стандарт	Использование	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
Wi-Fi	802.11a	WLAN	до 54 Мбит/с	до 300 метров	5,0 ГГц
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 300 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 54 Мбит/с	до 300 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11n	WLAN	до 450 Мбит/с (в перспективе  до 600 Мбит/с)	до 300 метров	2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	25-80 км	1,5-11 ГГц
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 40 Мбит/с	1-5 км	2,3-13,6 ГГц
WiMax 2	802.16m	WMAN, Mobile WMAN	до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN)	120-150 км (стандарт в разработке)	н\д (стандарт в разработке)
Bluetooth v. 1.1	802.15.1	WPAN	до 1 Мбит/с	до 10 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 2.0	802.15.3	WPAN	до 2,1 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 3.0	802.11	WPAN	от 3 Мбит/с до 24 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
UWB	802.15.3a	WPAN	110-480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
ZigBee	802.15.4	WPAN	от 20 до 250 Мбит/с	1-100 м	2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц  (10 каналов), 868 МГц (один канал)
Инфракрасная линия связи	IrDa	WPAN	до 16 Мбит/с	от 5 до 50 сантиметров, односторонняя  связь — до 10 метров	Инфракрасное излучение