17. Решение проблемы «последней мили» на базе технологий беспроводного доступа dect и Wi-Fi

DECT (Digital European Cordless Telecommunications) для беспроводной телефонии был представлен в 1992 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов. В этом же году был принят Европейский стандарт на радиоинтерфейс DECT (ETS 300 175). В 1993 году сразу несколько крупных корпораций телекоммуникационной индустрии (Ericsson, Siemens, Olivetti) представили первые системы беспроводной связи и передачи данных на основе стандарта DECT. После того, как DECT был одобрен во многих странах за пределами Европы, стандарт сменил название на Digital Enhanced Cordless Telecommunications (цифровая улучшенная беспроводная связь). СЕРТ (Конференция европейских администраций почт и электросвязи) в соответствии с директивой ЕЭС 91/287/ЕЕС предписывает выделение под DECT полосы частот 1880-1900 МГц. В настоящее время существует несколько международных стандартов для систем беспроводной телефонии: СТ0, СТ1, СТ2, PHS, PACS, PWT, DECT и другие.

В Северной Америке для обеспечения персонального мобильного радиодоступа используются стандарты PWT (Personal Wireless Telecommunications) и PWT-E (Personal Wireless Telecommunications Enhanced) Ассоциации производителей средств электросвязи, которые обеспечивают те же основные услуги, что и DECT.

Американская система PACS (Personal Access Communications System) отличается от DECT не только выделенным диапазоном частот, но и необходимостью частотного планирования, частотным дуплексным разделением каналов приема и передачи, а также мультиплексированием с временным разделением. В Европе системы PACS и PWT практически не используются.

Поскольку стандарт PHS (Personel Handyphone System) создавался в Японии, он слабо развит в европейских странах и, в основном, используется в азиатском регионе.

Параметр системы	DECT	PHS	PACS
Регион распространения	Европа, Азия	Япония, Азия	США, Канада
Диапазон рабочих частот, МГц	1880 – 1900	1895 – 1918	1850 – 1910 1930 – 1990
Разнос частотных каналов, кГц	1728	300	300
Схема доступа	TDMA/TDD	TDMA/TDD	TDMA/FDD
Число каналов на несущую частоту (тайм-слотов)	12	4	8
Скорость передачи данных в радиоканале, кбит/с	115,2	384	384
Мощность РПДУ (мВт)	10	10	200
Дальность связи, м	50 – 300	50 – 150	300 – 500
Секретность связи	Аутентификация, шифрование	Аутентификация, шифрование	Аутентификация, шифрование
Начало эксплуатации	1996	1995	1997
Мобильность, км/ч	До 20	До 70	До 70

С самого начала стандарт DECT разрабатывался как средство обеспечения доступа к телекоммуникационной сети любого типа и для разнообразных областей применения:

1. для дома и малого офиса;

2. микросотовых кооперативных систем;

3. систем радиодоступа (WLL);

4. систем доступа к сети GSM;

5. микросотовых систем общего пользования (СТМ);

6. доступа к локальной сети.

В DECT обеспечиваются: голосовая телефония, факс, модем, электронная почта и многие другие услуги.

DECT дает возможность создать полноценную телекоммуникационную среду беспроводного радиодоступа (WLL) с набором интегрированных услуг фиксированной и подвижной связи. При этом обеспечиваются:

1. телефонные услуги сети общего пользования;

2. факсимильная передача (стандарт G3, максимальная скорость 4,8 кбит/c) и передача данных (максимальная скорость 9,6 кбит/с) через модем речевого кодека со сжатием до 32 кбит/с;

3. факсимильная передача (стандарт G3, скорость 28,8 кбит/с по модему; 64 кбит/с через модем речевого кодека без сжатия по каналу с помехозащитой).

Технология DECT является общей технологией доступа, в то время как СТМ (Cordless Terminal Mobility) обеспечивает услуги роуминга терминалов между сетями доступа DECT. В местах, где обеспечивается радиопокрытие DECT системой (домашней, офисной или общего пользования), бесшнуровой телефон, имеющий соответствующие права, может обслуживать как входящие, так и исходящие вызовы. При этом мобильный терминал регистрируется только в одной системе с одним телефонным номером. Таким образом, обеспечивается связь в любом месте, где присутствует DECT система. Причем, у терминала во всех сетях один и тот же сетевой номер, так что входящие звонки не теряются. Мобильность обеспечивается не только в пределах сети GSM, но и может осуществляться взаимодействие с любой сетью, поддерживающей мобильность, например, с сетью ISDN.

Принципы взаимодействия систем DECT и GSM отражены в спецификации протокола межсетевого взаимодействия GSM (GIP), включенного в стандарт DECT. Такой доступ обеспечивается на интерфейсе А сети GSM (к MSC). При этом сеть GSM не знает о существовании DECT и воспринимает его как систему базовых станций (BSC). Это позволяет строить мобильные сети DECT на основе наземной инфраструктуры GSM, так как сети GSM эффективно поддерживают мобильность. Для операторов сетей GSM возможно использование мобильных терминалов двойного стандарта GSM/DECT.

Технологию DECT называют микросотовой системой связи, так как принцип построения таких систем схож с принципом построения традиционных сотовых систем. Единственное по сути отличие – размер соты в DECT ограничен сотнями метров (так как излучаемая мощность составляет 10 мВт на канал). Архитектура сети DECT зависит от области применения, но, как и многие сотовые системы связи, DECT включает в свой состав базовые станции и мобильные терминалы. В состав типичной структурной схемы DECT-системы входят:

1. блок коммутации и управления (IWU);

2. управляющий контроллер (CCFP);

3. базовая станция (RFP);

4. мобильные терминалы (PP).

Управляющий контроллер обеспечивает управление всеми базовыми станциями. В этом блоке выполняются все основные централизованные функции мобильных терминалов.

Блок коммутации и управления обеспечивает сопряжение DECT-системы с телефонными сетями, например, с городской или учережденческой АТС. Кроме того, в этом блоке осуществляется функция эхокомпенсации речевого сигнала. Блок коммутации и управления обеспечивает также преобразование протоколов сигнализации между телефонной сетью и подсистемой DECT.

Базовые станции - комплекс технических средств, предназначенный для соединения подвижного абонента с центром коммутации системы сотовой связи. Они определяют зону покрытия и емкость системы. Размеры зоны покрытия (соты) каждой базовой станции зависят от того, где она размещена. Типовые значения – 30 – 50 метров в помещении и порядка 150 – 300 метров для открытого пространства. Площадь покрытия определяется количеством базовых станций, включенных в состав системы. Для увеличения зоны действия базовых станций используются направленные антенны и репитеры. Репитер (Р) увеличивает зону покрытия базовой станции на 50%.

Стандарт DECT базируется на цифровой передаче данных и радиотелефона по технологии множественного доступа с временным разделением TDMA (Time-Division Multiple Access).

Рабочий диапазон	1880…1900 МГц
Количество частот	10
Разнос частот	1,728 МГц
Метод доступа	MC/TDMA/TDD
Число каналов на частоту	24
Суммарная скорость передачи по 24 каналам	1,152 Мбит/с
Метод модуляции	GMSK
Выходная мощность	10 мВт (средняя)

Система технологии DECT обладает следующими свойствами:

1. сотовая структурированная сеть доступа высокой емкости;

2. мобильность в пределах всей сети;

3. гибкая и мощная система идентификаторов;

4. высокая эффективность использования радиоспектра;

5. устойчивая работа в условиях перегруженной и агрессивной радиообстановки;

6. высококачественный и надежный радиодоступ;

7. качество передачи сравнимо с качеством проводных сетей.

Использование технологии радиодоступа, обеспечивающей мобильность, подразумевает значительный риск в отношении защищенности. Стандарт DECT предусматривает меры противодействия естественным дефектам защищенности, свойственным бесшнуровой связи. Для предотвращения несанкционированного доступа были введены эффективные протоколы прописки, аутентификации и шифрования, а концепция усовершенствованного кодирования обеспечивает защиту от прослушивания.

Прописка – это процесс, благодаря которому система допускает конкретную мобильную DECT-трубку к обслуживанию. Оператор сети или сервис-провайдер обеспечивают пользователя РР секретным ключом прописки (PIN-кодом), который должен быть введен как в RFP, так и в PP до начала процедуры. До того, как трубка инициирует процедуру фактической прописки, она должна также знать идентификацию RFP, в которой она должна прописаться (из соображений защищенности область прописки может быть ограничена одной выделенной (маломощной) RFP-системой). Время проведения процедуры обычно ограничено, и ключ прописки может быть применен только один раз, что делается специально для минимизации риска несанкционированного использования.

Прописка в DECT может осуществляться “по эфиру”. После установления радиосвязи с двух сторон происходит верификация того, что используется один и тот же ключ прописки. Происходит обмен идентификационной информацией, и обе стороны просчитывают секретный ключ, который используется для аутентификации при каждом установлении связи и по эфиру не передается.

Мобильная DECT-трубка может быть прописана на нескольких базовых станциях. При каждом сеансе прописки, PP просчитывает новый ключ аутентификации, привязанный к сети, в которую он прописывается. Новые ключи и новая информация идентификации сети добавляются к списку, хранящемуся в PP, который используется в процессе соединения. Трубки могут подключиться только к той сети, в которую у них есть права доступа (информация идентификации сети содержится в списке).

Аутентификация трубки может осуществляться как стандартная процедура при каждом установлении связи. Во время сеанса аутентификации базовая станция проверяет аутентификационный ключ, не передавая его по эфиру. Принцип “нераскрытия” идентификационной информации по эфиру заключается в следующем: RFP посылает трубке случайное число, которое называется “запрос”. Трубка рассчитывает “ответ”, комбинируя аутентификационный ключ с полученным случайным числом, и передает “ответ” базовой станции. RFP также просчитывает ожидаемый “ответ” и сравнивает его с полученным “ответом”. В результате сравнения происходит либо продолжение установления связи, либо разъединение. Если кто-то пытается перехватить сигналы в эфире, то для того, чтобы вскрыть аутентификационный ключ, ему необходимо знать алгоритм выявления ключа из “запроса” и “ответа”. Раскрытие алгоритма выявления требует огромной компьютерной мощности.

Процесс аутентификации использует алгоритм для вычисления “ответа” из “запроса” и аутентификационный ключ в трубке и на базовой станции. Он представляет собой способ отправки идентификационной информации пользователя в зашифрованной форме по эфиру для предотвращения ее кражи. Этот же принцип может быть применен для данных пользователя (например, для передачи речи). Во время аутентификации обе стороны также просчитывают ключ шифрования. Этот ключ используется для шифрования данных, передаваемых по эфиру. Получающая сторона использует тот же ключ для расшифровки информации. В стандарте DECT процесс шифрования является частью стандарта (хотя и необязательной). Таким образом, сигнал скремблируется и принудительно шифруется. При этом, применяются устойчивые к взлому криптопротоколы с открытой передачей ключей. Применение шифрования не является обязательным вследствие действующих в разных странах ограничений на распространение и использование шифровальных технологий.

Алгоритмы прописки, аутентификации и шифрования обеспечивают достаточно высокую степень защиты от несанкционированного доступа и прослушивания.

Wi-Fi изначально не предназначался для оборудования последней мили – это технология организации беспроводной локальной сети. Однако развитие мобильных устройств и ноутбуков, оснащенных Wi-Fi, сделали востребованной именно такое решение этой проблемы. Строго говоря, применение Wi-Fi в качестве решения последней мили не очень верное применение этой технологии и требует определенной модификации технологии.

Провайдеры чаще всего поступают так – для организации связи на большом расстоянии применяются направленные антенны, которые позволяют связывать удаленные участки сети. Поскольку направление антенны дают искаженную диаграмму распространения волн, то для клиентского доступа развертывают несколько обычных Wi-Fi точек доступа, которые формируют ячеистую топологию сети.

Однако особенность Wi-Fi соединения состоит в том, что вся ширина канала (а в случае с Wi-Fi этот канал достаточно ограничен) делится между всеми устройствами, подключенными к одной точке доступа. Поэтому, по мере увеличения числа абонентов, скорость подключения к такой сети начинает падать, и для того, чтобы поддерживать ее на прежнем уровне, провайдеру придется пойти на установку дополнительных точек доступа.

В целом оборудование последней мили для стационарного использования с помощью одной технологии Wi-Fi выглядит не очень перспективно – слишком дорого обходится масштабирование. С другой стороны, с учетом распространенности клиентских устройства, для мобильных пользователей в настоящее время это самый распространенный способ.