Рост уровня помех в работе беспроводных сетей, обусловленный увеличением числа сетей

Сетевые технологии являются одной из самых стремительно развивающихся областей. Среди них, большую популярность на сегодняшний день набирают беспроводные сети. Переход на систему беспроводной передачи данных имеет следующие преимущества:

1. Предоставление мобильного доступа.
2. Экономическая выгода и простота установки.
3. Производительность и удобство доступа к сети.

Доступность и удобство использования беспроводных сетей способствует росту числа абонентов. С развитием этой технологии передачи данных, выросли и потребности абонентов. Вследствие этого, увеличивались скорости передачи данных, наращивалось количество устройств, способных организовывать транспорт информации в сети. Из-за такого ажиотажа возник ряд проблем, одной из которых является рост уровня помех.

С ростом числа абонентов в беспроводных сетях, нагрузка, как на сеть, так и на каждую базовую станцию сети возрастает. Увеличилась пропускная способность. Вместе с этим, увеличилось и число абонентов, а также количество высокоплотных сетей. Высокоплотные сети (рис.1) позволяют абоненту быть всегда в зоне действия сети (благодаря большой концентрации точек доступа на единицу площади). Но из-за ограниченности частотного диапазона, приходится использовать одну и ту же частоту повторно. Как следствие, в одном здании может находиться множество сегментов беспроводных сетей, работающих на одинаковых частотах, все они создают помехи друг для друга. Это приводит к снижению пропускной способности. Пропускная способность сети зависит от пропускной способности канала связи, числа используемых частотных каналов базовой станции и коэффициента повторного использования частот [1].

Рис. 1. Пример высокоплотной сети

Канальная емкость является одним из основных параметров в процессе проектирования сети, и зависит от:

1. Наиболее вероятного числа мобильных абонентов, способных создавать на нее соответствующую нагрузку;
2. Их распределения в сети или зоне обслуживания базовой станции;
3. Вероятности отказа в установлении соединения с первой попытки;
4. Удельной нагрузки от абонентов;
5. Рельефа местности.

Среда, в которой существуют мобильные беспроводные сети, постоянно изменяется, и проблемы, которые она порождает, невозможно решить отладкой лишь одного модуля. Для определения уровня взаимных помех (помех от мобильных абонентов) используется метод эквивалентного источника [2]. Он позволяет связать мощность помехи от мобильных абонентов с такими параметрами как: распределение абонентов в зоне обслуживания базовой станции или сети; расстояние между центрами базовых станций, использующих одинаковые частоты; радиусом зоны обслуживания базовой станции и т. д.

Помимо пропускной способности, сеть характеризуется ее емкостью. Емкость сети — это реальное количество ресурсов, доступных пользователю на определенном пути передачи данных. Пропускная способность сети определяется общим количеством данных, которые могут быть переданы в единицу времени. Емкость сети отличается от пропускной способности сети из-за наличия накладных расходов, которые зависят от способа использования сети [3]. Чем выше емкость сети, тем большее количество абонентов, можно обслуживать, не увеличивая полосы частот системы.

У каждого типа сети есть предельное значение емкости. Она связана с максимальной нагрузкой на полосу пропускания сети. Из-за высокой плотности и большого количества беспроводных сетей на единицу площади, возникают помехи. Они снижают радиус распространения беспроводного сигнала, ухудшают его качество и оказывают влияние на другие устройства беспроводной связи.

Для эффективной работы сети необходимо ее проектирование и оптимизация под конкретные задачи и цели. Исходя из этих целей, можно организовать работу различных компонентов сетей функционирующих одновременно или параллельно, и с требуемым качеством, без лишних помех друг для друга. Это позволяет решить проблему роста уровня помех в беспроводных сетях и повысит эффективность работы таких сетей.

1. Определение позиций установки базовых станций;
2. Распределение частотных каналов.

Чрезмерное сгущение сети невыгодно, так как влечет за собой неоправданные затраты. Слишком малая концентрация базовых станций приводит к увеличению необслуживаемых зон, что неприемлемо. Из-за неравномерного распространения частотных сигналов, необходимо составить частотно-территориальный план сети в соответствии с принципом одновременного использования частот в геометрически разнесенных ячейках.

Для повышения эффективности и производительности работы необходимо определить параметры оценки эффективности передачи данных беспроводной сети. Такими параметрами в цифровых сетях являются [4]:

– вероятность появления ошибок в расчете на один бит (BER — bit error rate),

– пропускная способность,

– спектральная эффективность,

– емкость сети, определяемая как спектральная эффективность, умноженная на количество обслуживаемых абонентов и деленная на ее площадь,

– коэффициент территориальной доступности, характеризующий процент территории (покрытия), в пределах которого удовлетворяются требования по качеству связи.

Каждый из представленных параметров характеризует определенное свойство сети. Спектральная эффективность обусловлена видом модуляции и способами уплотнения каналов передачи данных. Коэффициент территориальной доступности [5] характеризуется качеством радиопокрытия местности. Емкость сети зависит от выбранного частотно-территориального плана.

Факторы, от которых зависит эффективность беспроводной сети:

– характеристики оборудования (мощности передатчиков, антенны, чувствительность приемников и т. п.),

– выбранные места размещения приемопередающей аппаратуры,

– характеристики местности, влияющие на условия распространения сигнала,

– наличие источников помех и т. д.

Как правило, беспроводные системы рассчитываются исходя из некоторых условий, которые оказывают влияние на показатели качества передаваемой информации.

Несмотря на популярность использования и развития беспроводных сетей, главной проблемой остается высокая плотность сети (большая концентрация сетевых устройств на единицу площади). В связи с текущим состоянием роста подключения новых устройств, рост уровня, а также количества помех, будет неуклонно расти, вместе с чем будет необходимо искать новые решения для пока ещё складывающейся проблемы индустриализации в сфере сетевых технологий.

Литература:

1. Бен Мецлер, Лоун Дж. Уэбб, Джинг Жу. «Применение адаптивного коллективного доступа с контролем несущей для повышения пропускной способности высокоплотных беспроводных локальных сетей», Technology at intel, октябрь 2006.
2. Адаптивный подход к оптимизации производительности беспроводных сетей // КОМПРЕСС. URL: https://compress.ru/article.aspx?id=10735 (дата обращения: 07.11.2019).
3. Конструирование и исследование характеристик сетей ЭВМ // Студопедиа. URL: https://studopedia.ru/20_28764_standarti-lokalnih-setey-IEEE-.html (дата обращения: 07.11.2019).
4. Методика оценки эффективности передачи мультимедийных данных // Киберленинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-otsenki-effektivnosti-peredachi-multimediynyh-dannyh (дата обращения: 07.11.2019).
5. Эффективность беспроводных решений // СВСИС. URL: http://www.swsys.ru/index.php?page=article&id=2387 (дата обращения: 07.11.2019).