Предисловие 3
Введение 4

1 Многоуровневая модель сетей подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации 7
1.1. Модель OSI 11
1.2. Логическая архитектура абонентских радиотерминалов и станций радиодоступа 21
1.3. Обобщенная логическая архитектура локальных сетей 23
1.4. Обобщенная логическая архитектура территориальных сетей подвижной радиосвязи 28
1.5. Поддержка мобильности пользователей 30

2 Моделирование физической среды беспроводных сетей 32
2.1. Особенности построения моделей распространения волн в СПР 32
2.2. Детерминированные модели 34
2.3. Эмпирические модели 41
2.4. Статистические модели физической среды 45
3 Модели физического уровня беспроводных сетей 57

3.1. Модель канала 58
3.2. Линейная модуляция 60
3.3. Нелинейная модуляция 65
3.4. Демодуляция сигналов 66
3.5. Вероятность ошибки в системах с BPSK 67
3.6. Особенности модуляции на нескольких несущих 71

4 Канальный уровень беспроводных сетей 78
4.1. Подуровень доступа к беспроводной среде 78
4.2. Подуровень управления цифровой радиолинией 101

5 Сетевой уровень беспроводных сетей 121
5.1. Маршрутизация в сетях подвижной связи с интеграцией услуг 121
5.2. Эстафетная передача 140
Литература 167


В последнее время наблюдается бурное развитие систем подвижной радиосвязи, сопровождаемое все более возрастающим интересом общества к
беспроводным сетевым технологиям. Возрастание интереса объясняется как
интуитивным, так и осознанным пониманием той роли, которую играют
беспроводные технологии, в общем, и подвижная радиосвязь, в частности, на эффективность деятельности отдельных людей и общества в целом. Сегодня для многих очевидно, что развитие экономики предполагает увеличение перемещаемых в географическом пространстве таких ее атрибутов, как энергия, сырье, капиталы, рабочая сила и товары. Степень эффективности управления перемещением перечисленных атрибутов экономики в значительной степени определяется возможностями сетей подвижной радиосвязи, развернутых на пространстве экономической деятельности. Существует предположение, что между наблюдаемыми в последние десятилетия высокими темпами развития экономики в ряде стран Европы, Северной Америки, Азии и опережающим развитием на их территориях сетей подвижной радиосвязи существует положительная корреляция.
Необходимо отметить, что поддержка мобильности пользователей сетей подвижной радиосвязи (по сравнению с обычными фиксированными сетями) создает ряд новых проблем, которые все более успешно преодолеваются на основе использования новых научных разработок и технических решений. В условиях постоянного повышения спроса на услуги подвижной радиосвязи возрастает потребность в квалифицированных специалистах, знающих принципы построения и функционирования существующих и перспективных беспроводных сетей, и увеличивается число студентов и молодых ученых, проявляющих повышенный интерес к мобильным коммуникациям.
В настоящее время существует достаточно много хороших работ, посвященных вопросам моделирования отдельных процессов, протекающих в беспроводных сетях. В данной работе сделана попытка обобщить различные аспекты моделирования процессов функционирования сетей подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации.
В монографии рассматриваются достаточно слабо представленные в имеющихся изданиях вопросы моделирования протоколов множественного доступа, маршрутизации и эстафетной передачи, применяемых в сетях подвижной радиосвязи.
Для того чтобы стимулировать у читателя интерес к исследовательской деятельности, в работе рассматриваются не только готовые решения, но и показываются возможные направления дальнейших исследований в области подвижной радиосвязи.

Введение

Для того чтобы определить степень актуальности темы монографии, целесообразно рассмотреть тенденции развития беспроводных сетевых технологий и факторы, их обусловливающие.
В целом тенденции развития сетей подвижной радиосвязи (СПР) могут быть представлены в виде, показанном на рис. В.1. Из рисунка следует, что траектория развития цифровых СПР берет свое начало от систем с коммутацией каналов (КК), проходит в настоящее время период, для которого характерно применение гибридных методов коммутации (каналов и пакетов КК + КП), и в обозримом будущем ожидается переход к сетевым технологиям, основанным на чистой коммутации пакетов (КП).
Такая траектория развития СПР объясняется тем, что пакетные технологии обладают возможностью предоставления мобильным пользователям разнородных, в том числе интегральных услуг, и обеспечивают более эффективное использование частотных и сетевых ресурсов.
Нынешний период характеризуется завершением работ по созданию СПР третьего поколения (3G) и началом интенсивных исследований, посвященных разработке СПР четвертого поколения (4G), от которых ожидается формирование более естественной среды общения для мобильных пользователей.
Дело в том, что широко используемые в настоящее время сети второго поколения (2G и 2,5G) ориентированы преимущественно на передачу речевых сообщений, вместе с тем более 80% информации человек воспринимает и обрабатывает в визуальной форме (речь составляет менее 10 %). Поэтому можно предположить, что внедрение СПР третьего и четвертого поколений в 3G применяется гибридная коммутация КК + КП, но преимущество отдается КП, а в 4G предположительно будет применяться чистая КП, поддерживающих обмен не только речевыми сообщениями, но и изображениями, текстами, данными и компьютерными программами в необходимых для каждого пользователя пропорциях, позволит повысить эффективности взаимодействия людей при совместном решении самых разных задач.
Кроме того, внедрение СПР третьего и в дальнейшем четвертого поколений позволит существенно сократить имеющийся в настоящее время разрыв между спектром услуг, предоставляемых для фиксированных и мобильных пользователей.
Возрастание спроса на многообразие беспроводных сетевых технологий объясняется разнообразием условий их применения и постоянно расширяющимся спектром прикладных процессов (индивидуальных и коллективных). Различие требований для разнородных приложений практически исключает возможность построение одной беспроводной системы, которая могла бы удовлетворить весь спектр требований одновременно.
Представление о перспективах развития СПР с пакетной передачей информации, обеспечивающих обмен различными видами информации между людьми или устройствами, определяет своего рода коммуникационный рубеж XXI века. Эти перспективы позволят обеспечить обмен разнородной информацией с любой точки Земли. Сети будут использоваться также для взаимного соединения мобильных наладонных и портативных компьютеров. В домашних условиях эти сети позволят, помимо обеспечения соединений между компьютерами, телефонами и системами безопасности, оперировать с новым классом интеллектуальной домашней электроники, которая сможет взаимодействовать друг с другом и с Интернетом. Интеллектуальные здания смогут оказывать помощь престарелым и немощным людям, контролировать состояние заболевших, реагировать на чрезвычайные ситуации. Беспроводная видеосвязь может использоваться для создания классов дистанционного обучения, дистанционных тренажеров, дистанционных госпиталей в любой точке мира.
Огромную область как коммерческого, так и специального применения могут иметь беспроводные датчики, коммерческое применение которых включает контроль повреждения зданий и мостов, скопления углекислого газа, распространения химических веществ и газов в месте аварии. Беспроводные датчики смогут самоконфигурироваться в сеть для интеграции и обработки данных измерения с целью последующей передачи информации в центр контроля. Специальное применение включает навигацию, опознавание, ориентирование, идентификацию целей и слежение за ними, обнаружение химического и бактериологического нападения, управление боевыми роботизированными системами и т.д.
Кроме прочего, беспроводные сети позволят обеспечивать работу распределенных систем управления с дистанционными устройствами, датчиками и исполнительными механизмами, связанными между собой беспроводными каналами связи. Такие сети необходимы для управления мобильными элементами, действующими без участия человека, и позволят сократить стоимость технического обслуживания и реконфигурации по сравнению с распределенными системами управления, использующими проводные линии связи, например, в процессе автоматизации промышленного производства.
Быстрое расширение области применения беспроводных сетей предполагает необходимость их постоянного развития. Важнейшим фактором развития любой системы является генерация альтернатив. Альтернативы построения СПР включают варианты построения и реализации протоколов на всех уровнях архитектуры. Исследование альтернатив построения СПР осуществляется на моделях. Поскольку сети относятся к категории сложных антропогенных систем, обычно требуются разработка множества различных моделей (применяется многомодельный подход) и проведение с использованием этих моделей многокритериального анализа и синтеза СПР и ее элементов. Типичной задачей анализа является исследование эффективности определенной альтернативы, а типичной задачей синтеза - выбор эффективных (оптимальных) альтернатив из множества допустимых.
Многоуровневая модель сетей радиосвязи с пакетной передачей информации является исходной макромоделью, позволяющей эффективно применять системный подход при моделировании различных процессов в их логической взаимосвязи.