IEEE 802.22 — это стандарт беспроводной региональной сети (WRAN), использующий пробелы в частотном спектре телевидения (ТВ). [1] Разработка стандарта IEEE 802.22 WRAN направлена на использование методов когнитивного радио (CR), позволяющих совместно использовать географически неиспользуемый спектр, выделенный для службы телевизионного вещания, без создания помех, чтобы обеспечить широкополосный доступ в труднодоступных местах. -охват районов с низкой плотностью населения, типичных для сельской местности, и поэтому является своевременным и имеет потенциал для широкого применения во всем мире. [2] Это первая в мире попытка определить стандартизированный радиоинтерфейс на основе методов CR для оппортунистического использования телевизионных диапазонов без помех.
Сети WRAN IEEE 802.22 предназначены для работы в диапазонах телевизионного вещания, гарантируя при этом отсутствие вредных помех для основных операций: цифрового телевещания и аналогового телевещания, а также лицензированных устройств с низким энергопотреблением, таких как беспроводные микрофоны. [3] Ожидалось, что стандарт будет окончательно доработан в первом квартале 2010 года, но окончательно опубликован в июле 2011 года.
IEEE P802.22.1 — это родственный стандарт, разрабатываемый для повышения защиты от вредных помех для лицензированных устройств с низким энергопотреблением, работающих в диапазонах телевизионного вещания. IEEE P802.22.2 — это рекомендуемая практика для установки и развертывания систем IEEE 802.22. [1] IEEE 802.22 WG — это рабочая группа комитета по стандартам IEEE 802 LAN/MAN, которая была создана для написания стандарта 802.22. Две группы задач 802.22 (TG1 и TG2) записывают 802.22.1 и 802.22.2 соответственно.
В ответ на уведомление о предлагаемом нормотворчестве (NPRM), выпущенное Федеральной комиссией по связи США (FCC) в мае 2004 года, в октябре 2004 года была сформирована рабочая группа IEEE 802.22 по беспроводным региональным сетям. [4] Ее проект, официально названный как Стандарт для беспроводных региональных сетей (WRAN). Особые требования. Часть 22. Когнитивное управление доступом к беспроводной среде RAN ( MAC ) и спецификации физического уровня ( PHY ). Политика и процедуры работы в ТВ-диапазонах, ориентированные на создание согласованной национальной фиксированной сети. WRAN типа «точка-многоточка» , которая будет использовать телевизионные диапазоны UHF/VHF от 54 до 862 МГц. Для связи в стандарте IEEE 802.22 планируется использовать определенные телеканалы, а также защитные полосы этих каналов.
Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) совместно с FCC реализовал централизованный подход к обнаружению доступного спектра. В частности, каждая базовая станция (BS) будет оснащена GPS- приемником, который позволит сообщать о ее местоположении. Эта информация будет отправлена обратно на централизованные серверы (в США ими будет управлять FCC), которые ответят информацией о доступных бесплатных телеканалах и защитных полосах в районе БС. Другие предложения допускают только локальное зондирование спектра, при этом БС сама будет решать, какие каналы доступны для связи. Предусмотрено также сочетание этих двух подходов. Устройства, которые будут работать в телевизионном белом пространстве (TVWS), будут в основном двух типов: фиксированные и персональные/портативные. Стационарные устройства будут иметь возможность геолокации со встроенным устройством GPS. Стационарные устройства также обмениваются данными с центральной базой данных для идентификации других передатчиков в зоне, работающей в TVWS. Другие меры, предложенные FCC и IEEE для предотвращения помех, включают динамическое определение спектра и динамическое управление мощностью.
Первоначальные проекты стандарта 802.22 указывают, что сеть должна работать по принципу «точка-многоточка» ( P2MP ). Систему будут формировать базовые станции (БС) 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 будут способны выполнять когнитивное зондирование . Это значит, что устройства CPE будут распознавать спектр и отправлять периодические отчеты на BS, информируя ее о том, что они чувствуют. БС на основе собранной информации оценит, необходимо ли изменение используемого канала или, наоборот, следует оставить передачу и прием в одном и том же.
Уровень PHY должен иметь возможность адаптироваться к различным условиям, а также быть гибким для перехода с канала на канал без ошибок при передаче или потери клиентов (CPE). Эта гибкость также необходима для возможности динамической настройки полосы пропускания, схем модуляции и кодирования. OFDMA будет схемой модуляции для передачи по восходящим и нисходящим каналам связи. С помощью OFDMA можно будет добиться такой быстрой адаптации, необходимой для BS и CPE. При использовании всего одного телеканала (полоса пропускания телеканала составляет 6 МГц ; в некоторых странах она может быть 7 или 8 МГц) приблизительная максимальная скорость передачи данных составляет 19 Мбит/с на расстоянии 30 км. Достигнутые скорость и расстояние недостаточны для выполнения требований стандарта. Функция Channel Bonding решает эту проблему. Объединение каналов заключается в использовании более одного канала для Tx/Rx. Это позволяет системе иметь более высокую пропускную способность, что отражается на улучшении производительности системы.
Этот уровень будет основан на технологии когнитивного радио . Он также должен иметь возможность динамически адаптироваться к изменениям в окружающей среде, воспринимая спектр. Уровень MAC будет состоять из двух структур: кадра и суперкадра. Суперкадр будет сформирован из множества кадров. Суперкадр будет иметь заголовок управления суперкадром (SCH) и преамбулу. Они будут отправляться БС по каждому каналу, который возможно передавать, и не вызывать помех. Когда CPE включено, оно определит спектр, выяснит, какие каналы доступны, и получит всю необходимую информацию для подключения к БС.
CPE будет выполнять два разных типа измерения спектра: внутриполосное и внеполосное . Внутриполосное измерение заключается в определении фактического канала, который используется BS и CPE. Внеполосное измерение будет заключаться в считывании остальных каналов. Уровень MAC будет выполнять два разных типа обнаружения при внутриполосных и внеполосных измерениях: быстрое обнаружение и точное обнаружение . Быстрое обнаружение будет заключаться в обнаружении со скоростью менее 1 мс на канал. Это зондирование выполняется CPE и BS, и BS соберут всю информацию и примут решение, нужно ли сделать что-то новое. Точное распознавание занимает больше времени (приблизительно 25 мс на канал или более) и используется на основе результатов предыдущего механизма быстрого считывания.
Эти механизмы обнаружения в первую очередь используются для определения наличия действующей передачи и необходимости избегать помех ей.
Для обеспечения надежного обнаружения в базовом режиме работы в одной полосе частот, как описано выше (режим «слушай, прежде чем говорить»), необходимо выделить периоды тишины, в течение которых передача данных не допускается. Такое периодическое прерывание передачи данных может ухудшить качество обслуживания систем когнитивного радио. Эта проблема решается с помощью альтернативного режима работы, предложенного в IEEE 802.22, называемого динамическим скачкообразным изменением частоты (DFH) [5] , в котором передача данных систем WRAN выполняется параллельно с измерением спектра без каких-либо перерывов.
Поддерживается только алгоритм шифрования с проверкой подлинности AES - GCM . [6]
EAP-TLS или EAP-TTLS должны использоваться для аутентификации и получения ключа шифрования. [7] [8] IEEE 802.22 определяет профиль сертификата X.509v3 , который использует расширения для аутентификации и авторизации устройств на основе такой информации, как производитель устройства, MAC-адрес и идентификатор FCC (сертификат производителя/поставщика услуг, сертификат CPE и сертификат BS соответственно). [9]
Это может позволить реализовать тип блокировки клиента, когда сетевые провайдеры отказывают в доступе к сети устройствам, которые не были проверены производителями по выбору сетевых провайдеров (т. е. устройство должно обладать закрытым ключом сертификата X.509 с цепочка доверия к центру сертификации (CA) производителя , который примет сетевой провайдер), мало чем отличаясь от блокировки SIM-карты в современных сотовых сетях и «сертификационных тестеров» DOCSIS в кабельных сетях.
В дополнение к 802.22 IEEE стандартизировал еще один стандарт когнитивного радио с пробелами — 802.11af . [10] В то время как 802.22 является стандартом беспроводной региональной сети (WRAN) для диапазонов до 100 км, [10] [11] 802.11af — это стандарт беспроводной локальной сети, предназначенный для диапазонов до 1 км. Сосуществование стандартов 802.22 и 802.11af может быть реализовано централизованно или распределенно [12] и на основе различных методов сосуществования. [13]