Wimax برگرفته از عبارت Worldwide Interpretability of Microwave Access است كه در سال 2001 از اتحادیه اي برگرفته از همين نام موسوم به Forum Wimax ،متولد شد . هدف از آن ايجاد زمينه رشد و توسعه و همگرا كردن فعاليت ها جهت راه اندازي شبكه هاي بيسيم گسترده شهري (WMAN ، ) بر مبناي استاندارد IEEE.802.16بود؛ استانداردي كه آن را پيشتر و در سال 1999 ،كميته استانداردسازي IEEE تدوين كرده بود. تأكيد بر اين نكته ضروري است كه Wimax تنها يك نام و برچسب است كه براي تأييد محصولات ساخته شده بر مبناي استاندارد1 IEEE.802.16و فراهم كردن زمينه توسعه شبكه هاي باند وسيع بي سيم شهري به کار ميرود. چنين رابطه اي دقيقاً ميان Wi Fiو استاندارد IEEE.802.11 كه به عنوان شبكه هاي بيسيم دسترسي محلي شناخته ميشود نيز وجود دارد. براي برآوردكردن نيازهاي انواع دسترسيها بر اساس دو نسخه موجود از استاندارد IEEE.802.16 دو نسخه در Wimax تعريف شده است ؛ اولي Wimax ثابت است كه براي دسترسي بيسيم ثابت بهينه شده است و بر اساس استاندارد IEEE2004-802.16است.
اولين محصولات شركتهاي توليدكننده تجهيزات Wimax براساس اين استاندارد استوار بوده و هست و در حال حاضر نيز سرمايه گذاري زيادي براي افزايش كيفيت، كاهش هزينه ها و شايد از همه مهمتر طراحي و ساخت تراشه ارزانقيمت Wimax به منظور تعبيه در كامپيوترهاي قابل حمل نظير تراشه هاي (Fi-Wi ) انجام شده است. نسخه دوم Wimax بر اساس استاندارد E 802.16در حمايت از قابليت حمل و تحرك پذيري طراحي شده كه به Wimax سيار مشهور است. افزوده شدن خاصيت تحرك پذيري به Wimax و قابليت ارائة سرويسهاي سيار توسط آن چهره اي متفاوت از ديگر فناوريهاي باند وسيع به آن داده و زمينة شكل گيري رقيبي قدرتمند براي شبكه هاي تلفن همراه را ايجاد كرده است.
البته هنوز محصولات تأييد شده بر مبناي E.802.16به بازار عرضه نشده اند. در ادامه نگاهي به دو استاندارد متداول Wimax؛ يعني IEEE2004.802.16و E.802.16 خواهيم داشت و تواناييها و كاربردهاي هر يك را بررسي خواهيم كرد. جدول 1 نشان ميدهد كه Wimax چگونه از انواع دسترسيها حمايت ميكند و ملزومات هريك كدام است
جدول 1 انواع دسترسي به شبكه Wimax
نسخة( IEEE2004.802.16كه Revision D يا 80216 d نيز خوانده ميشود) در جولاي 2004 به تصويب رسيد . اين استاندارد كه كاربردهايLOS و NLOS در باند -2 66 GHZ را دربر ميگيرد، به گونه ای تدوين شده است كه جانشين تما مي نسخه اين. شود a-2003 80216و c-200280216 و 802.16-200180216قبلي نسخه هاي همانطور كه در استانداردهاي IEEE مرسوم است، تنها به معرفي و تدوين لاية PHY و MACشبكه پرداخته است. تغييرات اعمال شده در 80216-2004 ،بر كاربردهاي ثابت و تغيير با مكان در باند 11 -2 GHZ تمركز دارد.
در اين استاندارد دو مدولاسيون چندكاربره كه با عناوين از OFDM با 256 حامل و OFDMA با 2084 حامل پشتيباني ميشود. از سوي ديگر در دسامبر 2002 يك گروه كاري به منظور ارتقاي پشتيباني از عملكرد در دو حالت ثابت و سيار، در فركانسهاي زير 6 گيگاهرتز ايجاد شد. تلاشهاي انجام شده منجر به ايجاد و تصويب اصلاحيه e 16IEEE802 ،در اواخر سال 2005 شد. نسخه جديد اين استاندارد مدولاسيون( SOFDMA نوع تغييريافته و پيشرفته تر از OFDMA ) را كه از تعداد متغيري از حاملها پشتيباني ميكند، به کار ميگيرد؛ البته مدهاي OFDM و OFDMA هم براي اين استاندارد شناخته شده اند. تخصيص حامل در OFDMA طوري است كه تأثير تداخل بين وسايل كاربران را با آنتنهاي همه جهتي به حداقل ميرساند. به علاوه e16IEEE802 از سيستمهاي چند ورودي– چند خروجي (MIMO )و سيستم آنتنهاي تطبيقي (AAS)با قدرت پشتيباني مي كند؛ همچنين براي دستگاههاي سيار از توانايي صرفه جويي در توان پيشرفته تر و امنيت بالاتري برخوردار است.
مشخصه هاي فني Wimax
سيستمهاي Wimaxدر پياده سازي شبكه و ارائة سرويس داراي انعطاف پذيري زيادي هستند. تعدادي از مشخصه هاي برجسته Wimax عبارتند از:
- معماري انعطاف پذير
Wimax از ساختارهاي مختلف سيستمي شامل ارتباطات نقطه به نقطه، نقطه به چندنقطه و پوشش همه جانبه حمايت ميكند. لاية MAC در Wimax ارتباطات نقطه به چندنقطه و پوشش همه جانبه را به وسيله زمان بندي كردن يك شيار زماني براي هر ايستگاه كاربر (SS )انجام ميدهد. اگر تنها يك SS در شبكه باشد، ايستگاه پايه Wimax با آن، براساس روش نقطه به نقطه، ارتباط برقرار ميكند. يك ايستگاه پايه (BS )در ساختار ارتباطي نقطه به نقطه ميتواند يك پرتو آنتني باريك تر را به منظور پوشش ناحيه وسيعتر به کار گيرد.
- امنيت بالا
Wimax از استاندارد پيشرفته رمزگذاري (AES )و استاندارد رمزگذاري سه گانه (DES) استفاده ميكند. با رمزگذاري بيت لينكهاي BS و SS ، Wimax كاربر را در برابر استراق سمع ايمن ميكند. امنيت بالا از سرقت سرويس ها (استفاده كردن از سرويس ها بدون اجازه اپراتور) و از متضررشدن اپراتورها جلوگيري ميكند.
Wimax در بطن خود از فناوري VLAN برخوردار است . اين فناوري از ديتا هنگام ارسال از يك BS به وسيلة كاربران متفاوت حفاظت ميكند.
- پياده سازي سريع
در مقايسه با پياده سازي فناوري هاي سيمي، ميتوان گفت كه نصب تجهيزات Wimax زحمتي ندارد؛ زيرا به حفر زمين براي كابل گذاري نياز ندارد. هنگامي كه آنتنها و تجهيزات آن نصب و راه اندازي شود، Wimaxبراي سرويس دهي آماده است. در مواردي پياده سازي Wimax در چند ساعت انجام ميشود.
- سرويس دهي چندسطحي
شيوهاي كه در آن كيفيت سرويس مطلوب به كاربر ميرسد در حالت كلي بر مبناي يك سطح تراز توافق خدمات (SLA ) بين سرويس دهنده و كاربر نهايي است. در استاندارد Wimaxيك سرويس دهنده ميتواند سرويسهايي را با SLA هاي متفاوت به مشتركان متفاوت در شبكه يا حتي كاربران متفاوت در همان BS ارائه دهد.
- قابليت همكاري دروني
از آنجايي كه Wimax براساس يك استاندارد بين المللي شكل گرفته است، استفاده از آن براي كاربران نهايي و سرويس دهندگان آسانتر است؛ زيرا قابليت همكاري و تعامل دروني ناشي از يكسان بودن استاندارد، هم به كاربران اجازه استفاده ازSS هاي خود را در مكانهاي مختلف ميدهد و هم به سرويس دهندگان امكان ميدهد كه تجهيزات مورد نياز خود را از سازندگان متفاوت خريداري و نصب كنند.
- تحرك پذيري در الحاقيه استاندارد e16.802 IEEE ، در لايه هاي فيزيكي OFDM و OFDMA تغييراتي به منظور حمايت از تحرك پذيري و داشتن قابليت استفاده در سلولهاي سيار اعمال شده است. اين ارتقا شامل طراحي OFDMA قابل مقياس بندي و حمايت از حالت Idle / Sleepو Hand- off در شبكه است كه در مجموع اجازه ايجاد ارتباط در حال حركت تا سرعت 160 كيلومتر در ساعت را ميدهد.
مقرون به صرفه بودن
Wimax براساس يك استاندارد باز بين المللي است. تقاضاي فراوان براي اين استاندارد و توليد انبوه تراشه هاي مربوط به آن موجب كاهش محسوس هزينه ها ميشود . اين امر منجر به ايجاد فضاي رقابتي تر در بازار خواهد شد، فضايي كه مسلماً به نفع توليدكننده، سرويس دهنده و كاربر نهايي خواهد بود.
- گستره وسيع پوشش
Wimax به طور پويا از سطوح چند مدولاسيوني شاملBPSK، QPSK ،16 QAM و 64 QAM استفاده ميكند. هنگامي كه با يك تقويت كننده توان بالا مجهز شود و از مدولاسيونهاي سطح پايين (مانند BPSK يا QPSK ) استفاده كند، قادر خواهد بود ناحيه جغرافيايي وسيعي را به ويژه در نواحي يك دست و بدون مانع، پوشش دهد. -كاركردن در خط غير مستقيم NLOS
Wimaxبراساس فناوري OFDM است كه قابليت استفاده به صورت NLOS را دارد . اين قابليت به محصولات Wimax كمك ميكند كه پهناي باند وسيعي را به صورت ديد در خط غير مستقيم براي انتقال ديتا فراهم آورد، در حالي كه بسياري از فناوريهاي بيسيم ديگر چنين قابليتي ندارند.
- ظرفيت بالا استفاده از مدولاسيونهاي سطح بالا (مانند QAM 64 ) و پهناي باند كانال بالاتر ( 7مگاهرتز) ميتواند ظرفيت قابل ملاحظه اي را براي كاربر نهايي فراهم كند. استفاده از روشهاي MIMO و روشهاي كاناليزه كردن انعطاف پذير، كدينگ و مالتي پلكسينگ پيشرفته، باعث ميشوند كه سرعت انتقال ديتا (با در نظرگرفتن كانالهاي 10 مگاهرتزي) در پايينسو تا 64 Mbps و در بالاسو تا 28Mbps در هر سكتور برسد.
نمايه هاي Wimax Forum
منظور از انواع نمايه ها، گلچين كردن تعدادي از مشخصه هاي استاندارد 80216 به وسيلة Forum Wimax( براساس استاندارد 80216 ) براي تشويق بازار به سمت پياده سازي مقرون به صرفه تر و بهينه تر Wimax است. ويژگي اين نمايه ها آن است كه گستره وسيعي از طيف هاي مختلف، پهناي باند كانالها (25.1 تا20 مگاهرتز) و كاربردها LOS و NLOS ، P2MP و P2P را دربر ميگيرد. در واقع نمايه هاي مزبور حوزة عمل 802.16 را به پيكربنديهاي مشخصي محدود كرده و روي آنها تمركز ميكند. انتخاب تعداد محدودي از نمايه ها به منظور ايجاد قابليت همكاري بين فروشندگان و ايجاد محيطي كه منجر به كاهش قيمتها و افزايش تمايل به استفاده از سرويسها شود، ضروري است. از سوي ديگر انتخاب از بين هر يك از نمايه ها از سوي سازندگان، اپراتورها و تنظيم كنندگان مقررات، بستگي به عوامل مختلفي چون تقاضاي بازار، در دسترس بودن باند فركانس مربوطه، محدوديتهاي تنظيم مقررات، سرويسهايي كه ارائه ميشوند و تمايل فروشندگان تجهيزات و... دارد.
نمايه هاي WimaxForum ،با توجه به هر يك از پارامترهاي زير تعريف ميشود.
باند فركانسي
در اين نمايه ها از دو باند 3.4-3.6. GHzو 5.725-5.850 GHz استفاده شده است.
داپلكسينگ دو انتخاب وجود دارد؛ داپلكسينگ با تسهيم زماني (TDD )براي اپراتورهايي كه از باندهاي ( منفرد يا آزاد بي نياز از دريافت مجوز) استفاده ميكنند و داپلكسينگ با تسهيم فركانسي (FDD)كه به دو كانال نياز دارد. يكي براي بالاسو و ديگري براي پايينسو درTDD ، ترافيك داده تنها يك كانال را اشغال مي كند و داده هاي بالاسو و پايين سو در شيارهاي مختلف زماني انتقال داده ميشوند.
پهناي باند كانال
پهناي باند كانال تا حد بسيار زيادي به فركانسهاي تخصيص يافته به وسيلة رگولاتور بستگي دارد. پهناي كانال 5.3و 7 و 10 مگاهرتز در انواع نمايه هاي Wimax در نظر گرفته شده اند.
استاندارد IEEE
نمايه هاي مبتني بر802.16-2004 از OFDM با 256 حامل استفاده ميكنند. در حاليكه از SOFDMA كه تحرك پذيري را نيز پشتيباني ميكند، بهره ميگيرد.
نمايه هاي اوليه اي كه Wimax Forum تعريف كرده است، از دسترسي ثابت و متغير با مكان در باندهاي 3/5 و 5/8گيگاهرتز پشتيباني ميكند (جدول 2 ) . توجه شود هرچند رعايت وپذيرش اين نمايه ها از سويسازندگان واپراتورها ازنظرفني اختياري است؛ اما براي كاهش هزينه هاي ساخت وپياده سازي وافزايش قابليت تعامل شبكه ها باهم لازم و ضروري است.
باند فركانسي
يكي از تصميمات مهم مربوط به باند فركانسيWimax ، تصميم راجع به استفاده از باندهاي آزاد يا نيازمند به دريافت مجوز است. استفاده از باند فركانسي نيازمند دريافت مجوز مزايايي چون محافظت در برابر تداخل دارد. ايراد استفاده از اين باند درگيرشدن با فرايند دريافت مجوز است كه علاوه بر بار مالي به دليل نياز به طي مراحل قانوني تا حدي وقت گير است. در مقابل باند فركانسي آزاد اين مشكل را ندارد؛ اما به علت احتمال تداخل با اپراتورهاي ديگر در آينده، پذيرفتن آن يك ريسك است. به نظر ميرسد در شهرهاي بزرگ كه چند اپراتور در آن فعاليت ميكنند چاره اي جز استفاده از باند فركانسي نيازمند به دريافت . مجوز نباشد در مقابل در نواحي روستايي و كم جمعيت كه معمولاً يك اپراتور در آن فعاليت دارد، استفاده از باند فركانسي آزاد مقرون به صرفه تر است. سه باند فركانسي متداول كه امروزه براي Wimax در نظر گرفته شده اند، عبارتند از :
باند فركانسي 8.5 GHz كه آزاد است؛ باند فركانسي 2.3GHz ( نيازمند دريافت ) مجوز و باند فركانسي3.5GHz ( نيازمند دريافت مجوز).