Введение

Масштабирование и рост производительности беспроводных систем связи в частотном диапазоне 5 ГГц требовал увеличения числа разрешённых частотных каналов за счёт использования каналов, используемых для обмена данными с военными и метеорологическими радарами. Для снижения влияния систем БШПД на радары в требования протокола обмена данными были включены требования по обнаружению радаров и немедленного прекращения использования частот, на которых они работают.

Реализация механизмов обнаружения радаров сопровождалась внедрением методов сканирования эфира и перехода между частотными каналами. Перечисленные методики были включены в требования к беспроводным системам и получили название динамического выбора частоты (DFS - dynamic frequency selection).

Динамический выбор частоты и обнаружение радаров

Говоря о DFS, следует разделять механизмы динамического выбора частоты и обнаружения радаров:

Регуляторные требования

Требования регулирующих органов к эксплуатации беспроводных систем связи зависит от страны. Наиболее распространены требования к реализации динамического выбора частоты и обнаружения радаров в устройствах, сформированные федеральной комиссией по связи (FCC) и европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). В частности, функционирование технологии DFS определяется следующими стандартами и НПА:

Требования к обнаружению

Проверка доступности канала (Channel Availability Check)

Проверка доступности за пределами текущего диапазона частот (Off-channel Channel Availability Check)

Эксплуатационный мониторинг (In-service monitoring)

Вероятность обнаружения

Параметр

Вероятность обнаружения
Каналы с рабочим диапазоном в пределах 5600 – 5650 МГц

Другие каналы

Проверка доступности канала (CAC)

99,99 %

60 %

Эксплуатационный мониторинг

60 %

60 %

Требования к реакции

Разрыв соединения (Channel shutdown)

Время недоступности (Non-occupancy period)

Значения времени

Параметр

Значение

Время проверки доступности канала

60 с*

Минимальное время проверки доступности за пределами текущего рабочего диапазона частот

6 мин**

Максимальное время проверки доступности за пределами текущего рабочего диапазона частот

4 часа**

Время перемещения канала

10 с

Время прекращения передачи данных 

1 с

Время недоступности

30 мин

* - Время проверки доступности канала, лежащего в пределах 5 600 – 5 650 МГц, составляет 10 минут.

** - Время проверки доступности за пределами текущего рабочего диапазона частот, лежащего в пределах 5 600 – 5 650 МГц, варьируется от 1 часа до 24 часов.

Подход Инфинет

Стандарты определяют требования к производительности беспроводных систем в целях избегания взаимного влияния с радиолокационными системами, но не указывают на практическую реализацию DFS. Поставщики оборудования реализуют DFS на свое усмотрение, обеспечивая соответствие требованиям стандарта.

Устройства Инфинет могут быть ограничены лицензией по набору частот, используемых в конфигурации, и наличию опции обнаружения радаров. Лицензия может быть выписана в соответствии с регулированием, применяемым на той или иной территории. Для устройств семейств InfiLINK Evolution / InfiMAN Evolution и Vector 5 ограничения определяются выбранным регуляторным доменом, который может быть изменён в настройках канала связи (при наличии соответствующей лицензии). 

Принцип работы DFS

Алгоритм динамического выбора частоты состоит из следующих этапов:

  1. Включение устройства.
  2. Последовательное сканирование каналов в соответствии с частотной сеткой. Результатом сканирования является заполненная таблица DFS, в которой каждому каналу соответствует уровень обнаруженного сигнала, являющегося помехой для устройства.
    1. Для каждого частотного канала запоминается максимальный уровень сигнала и фиксируется в таблице DFS. Для исключения ложного срабатывания, при оценке уровня сигнала, также учитывается его спектральная плотность.
    2. По умолчанию длительность сканирование на каждом из частотных каналов составляет 3 секунды, этот параметр является настраиваемым.
    3. Общая продолжительность сканирования зависит от числа каналов в частотной сетке.
  3. Анализ таблицы DFS и выбор частотного канала с минимальным уровнем сигнала.
  4. Установка центральной частоты выбранного канала в качестве рабочей центральной частоты беспроводного устройства.
    1. Установление канала связи с абонентскими устройствами.
    2. Передача данных.
    3. Если значение SNR рабочего канала опускается ниже определенного предела, происходит переход на другой частотный канал, имеющий самый низкий уровень помех.
  5. Через 24 часа выполняется повторное сканирование и выбор частоты (пункты 2-4). Пользователь может вручную установить время повторного сканирование эфира.

Поясним алгоритм динамического выбора частоты на примере (см. видеоролик 1).

Сектор базовой станции (БС) и абонентская станция (АС) установлены и настроены для организации беспроводного канала связи между двумя зданиями, на БС активирована поддержка динамического выбора частоты. После включения, БС начинает выполнять последовательное сканирование доступных частотных каналов, фиксируя в таблице DFS соответствие зафиксированного уровня сигнала. Таблица принимает следующий вид:

Частотный каналУровень сигнала, dBm
F1-85
F2-80
F3-91

Устройство БС анализирует полученную таблицу и выбирает частотный канал с минимальным значением уровня сигнала, т.е. канал F3. Центральная частота выбранного канала устанавливается в качестве рабочей.

Смена центральной частоты приводит к разрыву беспроводного соединения. Устройство АС начинает перебирать список разрешённых частотных каналов, находясь в поиске устройства БС. После обнаружения БС, беспроводные устройства выполняют ассоциацию, устанавливая канал связи, после чего возобновляется обмен данными.

Видеоролик 1 - Алгоритм динамического выбора частоты

Принцип обнаружения радаров

Работа алгоритма обнаружения радаров может быть описана следующими этапами:

  1. Включение устройства.
  2. Последовательное сканирование частотных каналов. Устройство, в соответствии с установленной частотной сеткой, прослушивает эфир.
    1. Выбранный канал проверяется на наличие известных радаров.
    2. Время проверки доступности канала составляет 60 секунд, для канала лежащего в пределах 5 600 – 5 650 МГц - 10 минут.
    3. При обнаружении радара на проверяемом канале, происходит переход на следующий минимально загруженный канал.
  3. Частотные каналы, на которых была зафиксирована работа радаров, помечаются как недоступные для использования в качестве рабочего.
    1. Канал исключается из таблицы разрешённых на 30 минут.
  4. При следующем сканировании повторяется выполнение процедуры обнаружения радаров (пункты 2-3).
    1. Процедура обнаружения радаров выполняется одновременно с работой механизма DFS.

Поясним работу механизма обнаружения радаров на примере (см. видеоролик 2).

БС и АС установлены и настроены для организации беспроводного канала связи между двумя зданиями, на БС активирована поддержка механизма динамического выбора частоты с обнаружением радаров. На соседнем с БС здании установлен метеорологический радар, использующий частотный канал F3.

По аналогии с рассмотренным примером (см. видеоролик 1), после включения БС сканирует доступные частотные каналы, формируя таблицу состояния эфира. Выполняя сканирование на частотном канале F3, БС детектирует работу системы радаров. Несмотря на том, что уровень сигнала в канале F3 ниже, чем в остальных каналах, он исключается из процесса принятия решения. Таким образом, обновлённая таблица выглядит следующим образом и БС устанавливает в качестве рабочей частоту F1:

Частотный каналУровень сигнала, dBm
F1-85
F2-81

Видеоролик 2 - Алгоритм обнаружения радаров

Instant DFS

Недостатком механизма DFS является отсутствие возможности оперативной оценки радиоэфира и своевременного изменения рабочей частоты при изменении обстановки в эфире. Кроме того, при обнаружении радара, проверка доступности нового канала выполняется в течение 60 с. На это время связь прерывается и не восстанавливается до тех пор, пока не произойдет переключение на новый канал, который имеет самый низкий уровень помех и свободен от радиолокаторов.

Одним из вариантов решения этой проблемы является увеличение частоты сканирования эфира, однако следует понимать, что время, затрачиваемое на актуализацию информации о радиообстановке, не используется для передачи данных, т.е. производительность системы связи снижается.

В устройствах Инфинет используется фирменная технология Instant DFS, позволяющая получать актуальную информацию о состоянии радиоэфира без разрыва связи.

Принцип работы Instant DFS

Принцип работы Instant DFS схож с рассмотренным алгоритмом работы DFS, но имеет следующие отличия:

Поясним работу фирменной технологии Instant DFS на примере (см. видеоролик 3):

Видеоролик 3 - Алгоритм работы фирменной технологии Instant DFS

Схемы использования Instant DFS

Устройства с поддержкой Instant DFS могут использоваться в топологиях "точка-точка" и "точка-многоточка". Следует понимать, что результаты сканирования справедливы только для принимаемого сигнала, поэтому:

Поддержка Instant DFS в устройствах Инфинет

Поддержка фирменной технологии Instant DFS реализована в устройствах семейств InfiLINK 2x2 и InfiMAN 2x2, функционирующих в частотном диапазоне 5 ГГц, через установку дополнительного радиомодуля. О наличии второго радиомодуля можно судить по наличию строчной буквы "s" в названии устройства, например R5000-Mmxbs/5.300.2x500.2x16.

Среди устройств семейств InfiLINK Evolution / InfiMAN Evolution, InfiLINK XG и Vector 5 поддержка технологии Instant DFS реализована на всех устройствах, функционирующих в частотном диапазоне 5 ГГц.

Дополнительные материалы

  1. Настройка DFS в устройствах семейства InfiLINK 2x2 и InfiMAN 2x2 (web / CLI)
  2. Настройка DFS в устройствах семейства InfiLINK Evolution и InfiMAN Evolution (web / CLI)
  3. Онлайн-курс "Предварительная настройка и установка устройств семейств InfiLINK 2x2 и InfiMAN 2x2"
  4. Настройка DFS в устройствах семейства XG (web / CLI)
  5. Настройка DFS в устройствах семейства Vector 5 (web)
  6. Онлайн-курс "Устройства семейства InfiLINK XG"
  7. Расшифровка обозначений устройств "Инфинет"