IEEE 802.22 - IEEE 802.22

IEEE 802.22, это стандарт для беспроводной региональной сети (WRAN) с использованием белые пространства в телевидение (ТВ) частотный спектр.[1]Развитие стандарта IEEE 802.22 WRAN направлено на использование когнитивное радио (CR) методы, позволяющие совместное использование географически неиспользуемого спектра, выделенного службе телевизионного вещания, на основе без помех, чтобы обеспечить широкополосный доступ в труднодоступные районы с низкой плотностью населения, типичные для сельской местности, и поэтому своевременный и имеет потенциал для широкого применения во всем мире. Это первая в мире попытка определить стандартизованный радиоинтерфейс, основанный на методах CR, для гибкого использования ТВ-диапазонов без создания помех.

Сети WRAN IEEE 802.22 предназначены для работы в диапазонах телевизионного вещания, гарантируя отсутствие вредных помех для действующей операции: цифровое телевидение и аналоговое телевещание, а также маломощные лицензированные устройства, такие как беспроводные микрофоны.[2]Ожидается, что стандарт будет доработан в первом квартале 2010 года, но окончательно опубликован в июле 2011 года.

IEEE P802.22.1 родственный стандарт, разрабатываемый для усиления защиты от вредных помех для лицензированных устройств с низким энергопотреблением, работающих в диапазонах телевещания.IEEE P802.22.2 рекомендуется для установки и развертывания систем IEEE 802.22.[1]IEEE 802.22 WG это рабочая группа комитета стандартов IEEE 802 LAN / MAN, которому было поручено написать стандарт 802.22. Две группы задач 802.22 (TG1 и TG2) пишут 802.22.1 и 802.22.2 соответственно.

Технологии

В ответ на уведомление о предлагаемом нормотворчестве (NPRM), выпущенный США. Федеральная комиссия связи (FCC) в мае 2004 года, рабочая группа IEEE 802.22 по беспроводным региональным сетям была сформирована в октябре 2004 года.[3]Его проект, формально называемый Стандарт для беспроводных региональных сетей (WRAN) - Особые требования - Часть 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC ) и физический уровень (PHY ) Технические характеристики: Политика и процедуры для работы в диапазонах ТВ. сосредоточены на построении последовательного национального фиксированного точка-многоточка WRAN, который будет использовать ТВ-диапазоны UHF / VHF между 54 и 862 МГц. Определенные телеканалы, а также защитные полосы этих каналов планируется использовать для связи в IEEE 802.22.

В Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) вместе с FCC применяли централизованный подход к обнаружению доступного спектра. Конкретно каждый базовая станция (BS) будет вооружен GPS приемник, который позволит сообщить о его местонахождении. Эта информация будет отправлена ​​обратно в централизованные серверы (в США ими будет управлять FCC), которая ответит информацией о доступных бесплатных телеканалах и охранных полосах в районе BS. Другие предложения позволили бы только локальное зондирование спектра, когда БС сама решала бы, какие каналы доступны для связи. Также предполагается сочетание этих двух подходов. Устройства, которые будут работать в полосе пропускания ТВ (TVWS), будут в основном двух типов: фиксированные и персональные / портативные. Фиксированные устройства будут иметь геолокация возможность со встроенным устройством GPS. Фиксированные устройства также взаимодействуют с центральная база данных для идентификации других передатчиков в зоне действия TVWS. Другие меры, предложенные FCC и IEEE для предотвращения помех, включают динамическое определение спектра и динамическое управление мощностью.

Обзор топологии WRAN

Первоначальные проекты стандарта 802.22 определяют, что сеть должна работать в режиме точка-многоточка (P2MP ). Система будет сформирована базовые станции (BS) и Абонентское оборудование (CPE). CPE будут подключены к BS через беспроводную связь. BS будут контролировать доступ к среде для всех подключенных к ней CPE.

Одной из ключевых особенностей базовых станций WRAN является то, что они могут выполнять когнитивное восприятие. Это означает, что CPE будут определять спектр и отправлять периодические отчеты на BS, информируя ее о том, что они ощущают. BS, на основе собранной информации, оценит, необходимо ли изменение в используемом канале, или, наоборот, следует ли продолжать передачу и прием в том же самом канале.

Подход к уровню PHY

Уровень PHY должен иметь возможность адаптироваться к различным условиям, а также должен быть гибким для перехода от канала к каналу без ошибок при передаче или потери клиентов (CPE). Эта гибкость также требуется для возможности динамически регулировать ширину полосы частот, схемы модуляции и кодирования. OFDMA будет схемой модуляции для передачи по восходящей и нисходящей линиям связи. С помощью OFDMA можно будет достичь этой быстрой адаптации, необходимой для BS и CPE, используя только один ТВ-канал (ТВ-канал имеет полосу пропускания 6 МГц; в некоторых странах они могут составлять 7 или 8 МГц) приблизительная максимальная скорость передачи данных составляет 19 Мбит / с на расстоянии 30 км. Достигнутой скорости и пройденного расстояния недостаточно для выполнения требований стандарта. Особенность Связывание каналов занимается этой проблемой. Связывание каналов заключается в использовании более одного канала для передачи / приема. Это позволяет системе иметь более высокую пропускную способность, что отразится на лучшей производительности системы.

Подход к MAC-уровню

Этот слой будет основан на когнитивное радио технологии. Он также должен иметь возможность динамически адаптироваться к изменениям в окружающей среде, считывая спектр. Уровень MAC будет состоять из двух структур: кадра и суперкадра. Суперкадр будет состоять из множества кадров. Суперкадр будет иметь заголовок управления суперкадром (SCH) и преамбулу. Они будут отправляться базовой станцией в каждом канале, который можно передавать, и не вызывать помех. Когда CPE включен, он определит спектр, узнает, какие каналы доступны, и получит всю необходимую информацию для подключения к BS.

CPE будет выполнять два разных типа измерения спектра: внутриполосный и из группы. Внутриполосное измерение состоит в обнаружении фактического канала, который используется BS и CPE. Внеполосное измерение будет заключаться в обнаружении остальных каналов. Уровень MAC будет выполнять два разных типа зондирования - во внутриполосных или внеполосных измерениях: быстрое зондирование и тонкое зондирование. Быстрое обнаружение будет заключаться в обнаружении со скоростью менее 1 мс на канал. Это обнаружение выполняется CPE и BS, а BS собирает всю информацию и решает, нужно ли что-то сделать. Для точного определения требуется больше времени (примерно 25 мс на канал или более), и оно используется в зависимости от результатов предыдущего механизма быстрого определения.

Эти механизмы восприятия в первую очередь используются для определения того, есть ли действующая передача и есть ли необходимость избежать вмешательства в нее.

Чтобы выполнить надежное обнаружение, в основном режиме работы на одной полосе частот, как описано выше (режим «прослушивание перед разговором»), необходимо выделить время ожидания, в которое передача данных не разрешена. Такое периодическое прерывание передачи данных может ухудшить QoS систем когнитивного радио. Эта проблема решается с помощью альтернативного режима работы, предложенного в IEEE 802.22, который называется Динамическое скачкообразное изменение частоты (DFH)[4] где передача данных систем WRAN осуществляется параллельно с измерением спектра без каких-либо перерывов.

Шифрование, аутентификация и авторизация

Только AES -GCM аутентифицированное шифрование алгоритм шифрования поддерживается.[5]

EAP-TLS или же EAP-TTLS должен использоваться для аутентификация и получение ключа шифрования.[6][7] IEEE 802.22 определяет X.509v3 профиль сертификата, который использует расширения для аутентификации и разрешение устройств на основе такой информации, как производитель устройства, MAC-адрес, и FCC ID (сертификат производителя / поставщика услуг, сертификат CPE и сертификат BS, соответственно).[8]

Это может позволить привязка к клиенту когда сетевые провайдеры отказывают в доступе к сети устройствам, которые не были проверены производителями по выбору сетевых провайдеров (т. е. устройство должно иметь закрытый ключ сертификата X.509 с цепь доверия производителю центр сертификации (CA), который примет сетевой провайдер), в отличие от Блокировка SIM-карты в современном сотовые сети и DOCSIS "сертификационные испытатели" в кабель сети.

Сравнение с 802.11af

В дополнение к 802.22 IEEE стандартизировал еще один стандарт когнитивного радио с пробелами, 802.11af.[9] Хотя 802.22 является стандартом беспроводной региональной сети (WRAN), для диапазонов до 100 км,[9][10] 802.11af - это стандарт беспроводной локальной сети, рассчитанный на дальность действия до 1 км. Сосуществование стандартов 802.22 и 802.11af может быть реализовано централизованно или распределенно.[11] и основан на различных методах сосуществования.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Комитет по стандартам IEEE 802 LAN / MAN 802.22 WG по WRAN (беспроводным региональным сетям)". IEEE. Получено 18 января, 2009.
  2. ^ Карл, Стивенсон; Ж. Шуинар; Чжундин Лэй; Вендун Ху; С. Шеллхаммер; У. Колдуэлл (январь 2009 г.). «IEEE 802.22: Первый стандарт беспроводных региональных сетей с когнитивным радио (WRAN)». Журнал IEEE Communications. Vol. 47 нет. 1. США: IEEE. С. 130–138. Дои:10.1109 / MCOM.2009.4752688.
  3. ^ «IEEE запускает стандарт для использования открытых регионов в телевизионном спектре для услуг беспроводного широкополосного доступа». Выпуск новостей. Ассоциация стандартов IEEE. 12 октября 2004 г. Архивировано с оригинал 7 февраля 2009 г.. Получено 19 августа, 2011.
  4. ^ Вендун Ху; и другие. (Май 2007 г.). «Сообщества с динамической скачкообразной перестройкой частоты для эффективной работы IEEE 802.22». Журнал IEEE Communications. 45 (5): 80–87. Дои:10.1109 / MCOM.2007.358853.
  5. ^ IEEE 802.22-2011 § 8.4.1, стр. 281
  6. ^ IEEE 802.22-2011 § 8.1.2, стр. 252
  7. ^ IEEE 802.22-2011 § 8.5, стр. 286
  8. ^ IEEE 802.22-2011 § 8.5, стр. 286–292
  9. ^ а б Лекомцев, Демейн; Маршалек, Роман (июнь 2012 г.). «Сравнение стандартов 802.11af и 802.22 - физический уровень и когнитивные функции». электроревью. Получено 2013-12-29.
  10. ^ Тиль, Джастин (2006–2007). «Городские и региональные беспроводные сети: 802.16, 802.20 и 802.22». Получено 2013-12-31.
  11. ^ Вилларди, Габриэль; Алемсегед, Йоханнес; Сун, Чен; Сум, Чин-Шон; Нгуен, Тран; Байкас, Тунцер; Харада, Хироши (2011). «Обеспечение сосуществования нескольких когнитивных сетей в телевизионном белом пространстве». Беспроводная связь IEEE. 18 (4): 32–40. Дои:10.1109 / MWC.2011.5999762.
  12. ^ Вилларди, Габриэль; Сум, Чин-Шон; Сун, Чен; Алемсегед, Йоханнес; Лан, Чжоу; Харада, Хироши (2012). «Эффективность механизмов сосуществования на основе динамического выбора частоты для точек когнитивного беспроводного доступа с включенным пустым пространством ТВ». Беспроводная связь IEEE. 19 (6): 69–75. Дои:10.1109 / MWC.2012.6393520.