Передача даних бездротовою мережею – preWiMax

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) – телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального бездротового зв’язку на великих відстанях для широкого спектру пристроїв (від робочих станцій і портативних комп’ютерів до мобільних телефонів). Заснована на стандарті IEEE 802.16, який також називають Wireless MAN. Назва «WiMAX» було створено WiMAX Forum – організацією, яка була заснована в червні 2001 року з метою просування і розвитку WiMAX. Форум описує WiMAX як «засновану на стандарті технологію, яка надає високошвидкісний бездротовий доступ до мережі, альтернативний виділеним лініям і DSL»

Область використання

WiMAX підходить для вирішення наступних завдань:
З’єднання точок доступу Wi-Fi один з одним і іншими сегментами Інтернету.
Забезпечення бездротового широкосмугового доступу як альтернативи виділеним лініям і DSL.
Надання високошвидкісних сервісів передачі даних і телекомунікаційних послуг.
Створення точок доступу, не прив’язаних до географічного положення.
WiMAX дозволяє здійснювати доступ в Інтернет на високих швидкостях, з набагато більшим покриттям, ніж у Wi-Fi мереж. Це дозволяє використовувати технологію в якості «магістральних каналів», продовженням яких виступають традиційні DSL-і виділені лінії, а також локальні мережі. В результаті подібний підхід дозволяє створювати масштабовані високошвидкісні мережі в рамках міст.

Доцільність використання WiMAX як технології доступу

Проблема останньої милі завжди була актуальною задачею для зв’язківців. До теперішнього часу з’явилося безліч технологій останньої милі, і перед будь-яким оператором зв’язку стоїть завдання вибору технології, оптимально вирішує задачу доставки будь-якого виду трафіку своїм абонентам. Універсального рішення цього завдання не існує, у кожної технології є своя область застосування, свої переваги і недоліки. На вибір того чи іншого технологічного рішення впливає низка чинників, у тому числі:
стратегія оператора, цільова аудиторія, пропоновані в даний час і плановані до надання послуги,
розмір інвестицій у розвиток мережі,
вже наявна мережева інфраструктура, ресурси для її підтримки в працездатному стані,
час, необхідний для запуску мережі і початку надання послуг.
У кожного з цих факторів є свою вагу, і вибір тієї чи іншої технології приймається з урахуванням всіх їх у сукупності. Проста і ефективна модель, що дозволяє швидко оцінити економічні параметри застосування технології WiMAX, описана тут.

Фіксований і мобільний варіант WiMAX

Набір переваг притаманний всьому сімейству WiMAX, однак його версії істотно відрізняються один від одного. Розробники стандарту шукали оптимальні рішення як для фіксованого, так і для мобільного застосування, але поєднати всі вимоги в рамках одного стандарту не вдалося. Хоча ряд базових вимог збігається, націленість технологій на різні ринкові ніші привела до створення двох окремих версій стандарту (вірніше, їх можна вважати двома різними стандартами). Кожна з специфікацій WiMAX визначає свої робочі діапазони частот, ширину смуги пропускання, потужність випромінювання, методи передачі і доступу, способи кодування і модуляції сигналу, принципи повторного використання радіочастот та інші показники. А тому WiMAX-системи, засновані на версіях стандарту IEEE 802.16 e і d, практично несумісні. Короткі характеристики кожної з версій наведені нижче.
802.16-2004 (відомий також як 802.16d та фіксований WiMAX). Специфікація затверджена в 2004 році. Використовується ортогональне частотне мультиплексування (OFDM), підтримується фіксований доступ в зонах з наявністю або відсутністю прямого сигналу.Користувальницькі пристрої являють собою стаціонарні модеми для встановлення поза і всередині приміщень, а також PCMCIA-карти для ноутбуків. У більшості країн під цю технологію відведені діапазони 3,5 і 5 ГГц. За відомостями WiMAX Forum, налічується вже близько 175 впроваджень фіксованого версії. Багато аналітиків бачать в ній конкуруючу або взаємодоповнюючу технологію проводового широкосмугового доступу DSL.

802.16-2005 (відомий також як 802.16e і мобільний WiMAX). Специфікація затверджена в 2005 році. Це – новий виток розвитку технології фіксованого доступу (802.16d).Оптимізована для підтримки мобільних користувачів версія підтримує ряд специфічних функцій, таких як хендовер (англ.), idle mode і роумінг. Застосовується масштабований OFDM-доступ (SOFDMA), можлива робота при наявності або відсутності прямого сигналу.Плановані частотні діапазони для мереж Mobile WiMAX такі: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц. У світі реалізовані кілька пілотних проектів, в тому числі першим у Росії свою мережу розгорнув «Скартел». Конкурентами 802.16e є всі мобільні технології третього покоління (наприклад, EV-DO, HSDPA).
Основна відмінність двох технологій полягає в тому, що фіксований WiMAX дозволяє обслуговувати тільки «статичних» абонентів, а мобільний орієнтований на роботу з користувачами, пересуваються зі швидкістю до 120 км / ч. Мобільність означає наявність функцій роумінгу і «безшовного» перемикання між базовими станціями при пересуванні абонента (як відбувається в мережах стільникового зв’язку). У окремому випадку мобільний WiMAX може застосовуватися і для обслуговування фіксованих користувачів [1].

Широкосмуговий доступ

Багато телекомунікаційних компаній роблять великі ставки на використання WiMAX для надання послуг високошвидкісного зв’язку. І на те є кілька причин.
По-перше, технології сімейства 802.16 дозволять економічно більш ефективно (у порівнянні з дротяними технологіями) не тільки надавати доступ в мережу новим клієнтам, але й розширювати спектр послуг і охоплювати нові важкодоступні території.
По-друге, бездротові технології багатьом більш прості у використанні, ніж традиційні дротові канали. WiMAX і Wi-Fi мережі прості в розгортанні і по мірі необхідності легко масштабується. Цей фактор виявляється дуже корисним, коли необхідно розгорнути велику мережу в найкоротші терміни. Приміром, WiMAX був використаний для того щоб надати доступ в Мережу тим, хто вижив після цунамі, що стався в грудні 2004 року в Індонезії (Aceh). Вся комунікаційна інфраструктура області була виведена з ладу і було потрібно оперативне відновлення послуг зв’язку для всього регіону.
У сумі всі ці переваги дозволять знизити ціни на надання послуг високошвидкісного доступу в Інтернет як для бізнес-структур, так і для приватних осіб.

Обладнання Користувача

Обладнання для використання мереж WiMAX поставляється кількома виробниками і може бути встановлена як у приміщенні (пристрої розміром із звичайний DSL модем), так і поза ним. Слід відмітити що обладнання, яке розраховане на розміщення усередині приміщень і не потребує професійних навичок при установці, звичайно, більш зручне, проте здатне працювати на значно менших відстанях від базової станції, ніж професійно встановлені зовнішні пристрої. Тому обладнання, встановлене всередині приміщень вимагає набагато більших інвестицій в розвиток інфраструктури мережі, оскільки має на увазі використання набагато більшого числа точок доступу.
З винаходом мобільного WiMAX все більший акцент робиться на розробці мобільних пристроїв. У тому числі спеціальних телефонних трубок (схожі на звичайний мобільний смартфон), і комп’ютерної периферії (USB радіо модулів і PC card).

Принцип роботи

Основні поняття

У загальному вигляді WiMAX мережі складаються з наступних основних частин: базових і абонентських станцій, а також обладнання, що зв’язує базові станції між собою, з постачальником сервісів і з Інтернетом.
Для з’єднання базової станції з абонентською використовується високочастотний діапазон радіохвиль від 1,5 до 11 ГГц. В ідеальних умовах швидкість обміну даними може досягати 70 Мбіт / с, при цьому не потрібно забезпечення прямого сигналу між базовою станцією і приймачем.
Як вже говорилося вище, WiMAX застосовується як для вирішення проблеми «останньої милі», так і для надання доступу в мережу офісним та районним мережам [2].
Між базовими станціями встановлюються з’єднання (прямого сигналу), що використовують діапазон частот від 10 до 66 ГГц, швидкість обміну даними може досягати 140 Мбіт / c. При цьому, принаймні одна базова станція підключається до мережі провайдера з використанням класичних дротових з’єднань. Однак, чим більше число БС підключено до мереж провайдера, тим вища швидкість передачі даних і надійність мережі в цілому.
Структура мереж сімейства стандартів IEEE 802.16 схожа з традиційними GSM мережами (базові станції діють на відстанях до десятків кілометрів, для їх встановлення не обов’язково будувати вежі – допускається установка на дахах будинків при дотриманні умови прямої видимості між станціями)
Режими роботи
MAC / канальний рівень
У Wi-Fi мережах всі користувальницькі станції, які хочуть передати інформацію через точку доступу (АР), змагаються за «увагу» останньої. Такий підхід може викликати ситуацію при якій зв’язок для більш віддалених станцій буде постійно обриватися на користь більш близьких станцій. Такий стан речей робить скрутним використання таких сервісів як Voice over IP (VoIP), які дуже сильно залежать від постійного підключення.
Що ж стосується мереж 802.16, в них MAC використовує алгоритм планування. Будь-який користувацької станції варто лише підключитися до точки доступу, для неї буде створений виділений слот на точці доступу, недоступний для інших користувачів.

Архітектура

WiMAX Forum розробив архітектуру, яка визначає безліч аспектів роботи WiMAX мереж: взаємодії з іншими мережами, розподіл мережевих адрес, аутентифікація та багато іншого. Слід зауважити, що архітектура мереж WiMax не прив’язана до будь якої певної конфігурації, володіє високою гнучкістю і масштабованістю.

Wi-Fi

Порівняння WiMAX і Wi-Fi далеко не рідкість, можливо, тому, що ці терміни співзвучні, назва стандартів, на яких засновані ці технології, схожі (стандарти розроблені IEEE, обидва починаються з «802.»), А також обидві технології використовують бездротове з’єднання і використовуються для підключення до інтернету (каналу обміну даними). Але незважаючи на це, ці технології спрямовані на вирішення абсолютно різних завдань.

Порівняльна таблиця стандартів бездротового зв’язку

Wi-Fi 802.11a WLAN до 54 Мбіт / с до 100 метрів 5,0 ГГц
Wi-Fi 802.11b WLAN до 11 Мбіт / с до 100 метрів 2,4 ГГц
Wi-Fi 802.11g WLAN до 108 Мбіт / с до 100 метрів 2,4 ГГц
Wi-Fi 802.11n WLAN до 300 Мбіт / с (у перспективі до 450, а потім до 600 Мбіт / с) до 100 метрів 2,4 – 2,5 або 5,0 ГГц
WiMax 802.16d WMAN до 75 Мбіт / с 6-10 км 1,5-11 ГГц
WiMax 802.16e Mobile WMAN до 40 Мбіт / с 1-5 км 2.3-13.6 ГГц
WiMax 802.16m WMAN, Mobile WMAN до 1 Гбіт / с (WMAN), до 100 Мбіт / с (Mobile WMAN) н / д (стандарт в розробці) н / д (стандарт в розробці)

WiMAX це система далекої дії, що покриває кілометри простору, яка зазвичай використовує ліцензовані спектри частот (хоча можливо і використання неліцензованих частот) для надання з’єднання з інтернетом типу точка-точка провайдером кінцевому користувачеві.? Різні стандарти сімейства 802.16 забезпечують різні види доступу, від мобільного (схожий з передачею даних із мобільних телефонів) до фіксованого (альтернатива провідникового доступу, при якому бездротове обладнання користувача прив’язане до місця розташування).
Wi-Fi це система більш короткої дії, зазвичай покриває десятки метрів, яка використовує неліцензовані діапазони частот для забезпечення доступу до мережі. Зазвичай Wi-Fi використовується користувачами для доступу до їх власної локальної мережі, яка може бути і не підключена до Інтернету. Якщо WiMAX можна порівняти з мобільним зв’язком, то Wi-Fi швидше схожий на стаціонарний бездротовий телефон.
WiMAX і Wi-Fi мають зовсім різний механізм Quality of Service (QoS).? WiMAX використовує механізм, заснований на встановленні з’єднання між базовою станцією та пристроєм користувача. Кожне з’єднання базується на спеціальному алгоритмі планування, який може гарантувати параметр QoS для кожного з’єднання. Wi-Fi, в свою чергу, використовує механізм QoS подібний тому, що використовується в Ethernet, при якому пакети отримують різний пріоритет. Такий підхід не гарантує однаковий QoS для кожного з’єднання.
Через дешевизну і простоту установки, Wi-Fi часто використовується для надання клієнтам швидкого доступу в Інтернет різними організаціями. Наприклад, в деяких кафе, готелях, вокзалах і аеропортах можна виявити безкоштовну точку доступу Wi-Fi