Wimax برگرفته از عبارت Worldwide Interpretability of Microwave Access است که در سال 2001 از اتحادیه ای برگرفته از همین نام موسوم به Forum Wimax ،متولد شد . هدف از آن ایجاد زمینه رشد و توسعه و همگرا کردن فعالیت ها جهت راه اندازی شبکه های بیسیم گسترده شهری (WMAN ، ) بر مبنای استاندارد IEEE.802.16بود؛ استانداردی که آن را پیشتر و در سال 1999 ،کمیته استانداردسازی IEEE تدوین کرده بود. تأکید بر این نکته ضروری است که Wimax تنها یک نام و برچسب است که برای تأیید محصولات ساخته شده بر مبنای استاندارد1 IEEE.802.16و فراهم کردن زمینه توسعه شبکه های باند وسیع بی سیم شهری به کار میرود. چنین رابطه ای دقیقاً میان Wi Fiو استاندارد IEEE.802.11 که به عنوان شبکه های بیسیم دسترسی محلی شناخته میشود نیز وجود دارد. برای برآوردکردن نیازهای انواع دسترسیها بر اساس دو نسخه موجود از استاندارد IEEE.802.16 دو نسخه در Wimax تعریف شده است ؛ اولی Wimax ثابت است که برای دسترسی بیسیم ثابت بهینه شده است و بر اساس استاندارد IEEE2004-802.16است.
اولین محصولات شرکتهای تولیدکننده تجهیزات Wimax براساس این استاندارد استوار بوده و هست و در حال حاضر نیز سرمایه گذاری زیادی برای افزایش کیفیت، کاهش هزینه ها و شاید از همه مهمتر طراحی و ساخت تراشه ارزانقیمت Wimax به منظور تعبیه در کامپیوترهای قابل حمل نظیر تراشه های (Fi-Wi ) انجام شده است. نسخه دوم Wimax بر اساس استاندارد E 802.16در حمایت از قابلیت حمل و تحرک پذیری طراحی شده که به Wimax سیار مشهور است. افزوده شدن خاصیت تحرک پذیری به Wimax و قابلیت ارائة سرویسهای سیار توسط آن چهره ای متفاوت از دیگر فناوریهای باند وسیع به آن داده و زمینة شکل گیری رقیبی قدرتمند برای شبکه های تلفن همراه را ایجاد کرده است.
البته هنوز محصولات تأیید شده بر مبنای E.802.16به بازار عرضه نشده اند. در ادامه نگاهی به دو استاندارد متداول Wimax؛ یعنی IEEE2004.802.16و E.802.16 خواهیم داشت و تواناییها و کاربردهای هر یک را بررسی خواهیم کرد. جدول 1 نشان میدهد که Wimax چگونه از انواع دسترسیها حمایت میکند و ملزومات هریک کدام است
جدول 1 انواع دسترسی به شبکه Wimax
نسخة( IEEE2004.802.16که Revision D یا 80216 d نیز خوانده میشود) در جولای 2004 به تصویب رسید . این استاندارد که کاربردهایLOS و NLOS در باند -2 66 GHZ را دربر میگیرد، به گونه ای تدوین شده است که جانشین تما می نسخه این. شود a-2003 80216و c-200280216 و 802.16-200180216قبلی نسخه های همانطور که در استانداردهای IEEE مرسوم است، تنها به معرفی و تدوین لایة PHY و MACشبکه پرداخته است. تغییرات اعمال شده در 80216-2004 ،بر کاربردهای ثابت و تغییر با مکان در باند 11 -2 GHZ تمرکز دارد.
در این استاندارد دو مدولاسیون چندکاربره که با عناوین از OFDM با 256 حامل و OFDMA با 2084 حامل پشتیبانی میشود. از سوی دیگر در دسامبر 2002 یک گروه کاری به منظور ارتقای پشتیبانی از عملکرد در دو حالت ثابت و سیار، در فرکانسهای زیر 6 گیگاهرتز ایجاد شد. تلاشهای انجام شده منجر به ایجاد و تصویب اصلاحیه e 16IEEE802 ،در اواخر سال 2005 شد. نسخه جدید این استاندارد مدولاسیون( SOFDMA نوع تغییریافته و پیشرفته تر از OFDMA ) را که از تعداد متغیری از حاملها پشتیبانی میکند، به کار میگیرد؛ البته مدهای OFDM و OFDMA هم برای این استاندارد شناخته شده اند. تخصیص حامل در OFDMA طوری است که تأثیر تداخل بین وسایل کاربران را با آنتنهای همه جهتی به حداقل میرساند. به علاوه e16IEEE802 از سیستمهای چند ورودی– چند خروجی (MIMO )و سیستم آنتنهای تطبیقی (AAS)با قدرت پشتیبانی می کند؛ همچنین برای دستگاههای سیار از توانایی صرفه جویی در توان پیشرفته تر و امنیت بالاتری برخوردار است.
مشخصه های فنی Wimax
سیستمهای Wimaxدر پیاده سازی شبکه و ارائة سرویس دارای انعطاف پذیری زیادی هستند. تعدادی از مشخصه های برجسته Wimax عبارتند از:
- معماری انعطاف پذیر
Wimax از ساختارهای مختلف سیستمی شامل ارتباطات نقطه به نقطه، نقطه به چندنقطه و پوشش همه جانبه حمایت میکند. لایة MAC در Wimax ارتباطات نقطه به چندنقطه و پوشش همه جانبه را به وسیله زمان بندی کردن یک شیار زمانی برای هر ایستگاه کاربر (SS )انجام میدهد. اگر تنها یک SS در شبکه باشد، ایستگاه پایه Wimax با آن، براساس روش نقطه به نقطه، ارتباط برقرار میکند. یک ایستگاه پایه (BS )در ساختار ارتباطی نقطه به نقطه میتواند یک پرتو آنتنی باریک تر را به منظور پوشش ناحیه وسیعتر به کار گیرد.
- امنیت بالا
Wimax از استاندارد پیشرفته رمزگذاری (AES )و استاندارد رمزگذاری سه گانه (DES) استفاده میکند. با رمزگذاری بیت لینکهای BS و SS ، Wimax کاربر را در برابر استراق سمع ایمن میکند. امنیت بالا از سرقت سرویس ها (استفاده کردن از سرویس ها بدون اجازه اپراتور) و از متضررشدن اپراتورها جلوگیری میکند.
Wimax در بطن خود از فناوری VLAN برخوردار است . این فناوری از دیتا هنگام ارسال از یک BS به وسیلة کاربران متفاوت حفاظت میکند.
- پیاده سازی سریع
در مقایسه با پیاده سازی فناوری های سیمی، میتوان گفت که نصب تجهیزات Wimax زحمتی ندارد؛ زیرا به حفر زمین برای کابل گذاری نیاز ندارد. هنگامی که آنتنها و تجهیزات آن نصب و راه اندازی شود، Wimaxبرای سرویس دهی آماده است. در مواردی پیاده سازی Wimax در چند ساعت انجام میشود.
- سرویس دهی چندسطحی
شیوهای که در آن کیفیت سرویس مطلوب به کاربر میرسد در حالت کلی بر مبنای یک سطح تراز توافق خدمات (SLA ) بین سرویس دهنده و کاربر نهایی است. در استاندارد Wimaxیک سرویس دهنده میتواند سرویسهایی را با SLA های متفاوت به مشترکان متفاوت در شبکه یا حتی کاربران متفاوت در همان BS ارائه دهد.
- قابلیت همکاری درونی
از آنجایی که Wimax براساس یک استاندارد بین المللی شکل گرفته است، استفاده از آن برای کاربران نهایی و سرویس دهندگان آسانتر است؛ زیرا قابلیت همکاری و تعامل درونی ناشی از یکسان بودن استاندارد، هم به کاربران اجازه استفاده ازSS های خود را در مکانهای مختلف میدهد و هم به سرویس دهندگان امکان میدهد که تجهیزات مورد نیاز خود را از سازندگان متفاوت خریداری و نصب کنند.
- تحرک پذیری در الحاقیه استاندارد e16.802 IEEE ، در لایه های فیزیکی OFDM و OFDMA تغییراتی به منظور حمایت از تحرک پذیری و داشتن قابلیت استفاده در سلولهای سیار اعمال شده است. این ارتقا شامل طراحی OFDMA قابل مقیاس بندی و حمایت از حالت Idle / Sleepو Hand- off در شبکه است که در مجموع اجازه ایجاد ارتباط در حال حرکت تا سرعت 160 کیلومتر در ساعت را میدهد.
مقرون به صرفه بودن
Wimax براساس یک استاندارد باز بین المللی است. تقاضای فراوان برای این استاندارد و تولید انبوه تراشه های مربوط به آن موجب کاهش محسوس هزینه ها میشود . این امر منجر به ایجاد فضای رقابتی تر در بازار خواهد شد، فضایی که مسلماً به نفع تولیدکننده، سرویس دهنده و کاربر نهایی خواهد بود.
- گستره وسیع پوشش
Wimax به طور پویا از سطوح چند مدولاسیونی شاملBPSK، QPSK ،16 QAM و 64 QAM استفاده میکند. هنگامی که با یک تقویت کننده توان بالا مجهز شود و از مدولاسیونهای سطح پایین (مانند BPSK یا QPSK ) استفاده کند، قادر خواهد بود ناحیه جغرافیایی وسیعی را به ویژه در نواحی یک دست و بدون مانع، پوشش دهد. -کارکردن در خط غیر مستقیم NLOS
Wimaxبراساس فناوری OFDM است که قابلیت استفاده به صورت NLOS را دارد . این قابلیت به محصولات Wimax کمک میکند که پهنای باند وسیعی را به صورت دید در خط غیر مستقیم برای انتقال دیتا فراهم آورد، در حالی که بسیاری از فناوریهای بیسیم دیگر چنین قابلیتی ندارند.
- ظرفیت بالا استفاده از مدولاسیونهای سطح بالا (مانند QAM 64 ) و پهنای باند کانال بالاتر ( 7مگاهرتز) میتواند ظرفیت قابل ملاحظه ای را برای کاربر نهایی فراهم کند. استفاده از روشهای MIMO و روشهای کانالیزه کردن انعطاف پذیر، کدینگ و مالتی پلکسینگ پیشرفته، باعث میشوند که سرعت انتقال دیتا (با در نظرگرفتن کانالهای 10 مگاهرتزی) در پایینسو تا 64 Mbps و در بالاسو تا 28Mbps در هر سکتور برسد.
نمایه های Wimax Forum
منظور از انواع نمایه ها، گلچین کردن تعدادی از مشخصه های استاندارد 80216 به وسیلة Forum Wimax( براساس استاندارد 80216 ) برای تشویق بازار به سمت پیاده سازی مقرون به صرفه تر و بهینه تر Wimax است. ویژگی این نمایه ها آن است که گستره وسیعی از طیف های مختلف، پهنای باند کانالها (25.1 تا20 مگاهرتز) و کاربردها LOS و NLOS ، P2MP و P2P را دربر میگیرد. در واقع نمایه های مزبور حوزة عمل 802.16 را به پیکربندیهای مشخصی محدود کرده و روی آنها تمرکز میکند. انتخاب تعداد محدودی از نمایه ها به منظور ایجاد قابلیت همکاری بین فروشندگان و ایجاد محیطی که منجر به کاهش قیمتها و افزایش تمایل به استفاده از سرویسها شود، ضروری است. از سوی دیگر انتخاب از بین هر یک از نمایه ها از سوی سازندگان، اپراتورها و تنظیم کنندگان مقررات، بستگی به عوامل مختلفی چون تقاضای بازار، در دسترس بودن باند فرکانس مربوطه، محدودیتهای تنظیم مقررات، سرویسهایی که ارائه میشوند و تمایل فروشندگان تجهیزات و... دارد.
نمایه های WimaxForum ،با توجه به هر یک از پارامترهای زیر تعریف میشود.
باند فرکانسی
در این نمایه ها از دو باند 3.4-3.6. GHzو 5.725-5.850 GHz استفاده شده است.
داپلکسینگ دو انتخاب وجود دارد؛ داپلکسینگ با تسهیم زمانی (TDD )برای اپراتورهایی که از باندهای ( منفرد یا آزاد بی نیاز از دریافت مجوز) استفاده میکنند و داپلکسینگ با تسهیم فرکانسی (FDD)که به دو کانال نیاز دارد. یکی برای بالاسو و دیگری برای پایینسو درTDD ، ترافیک داده تنها یک کانال را اشغال می کند و داده های بالاسو و پایین سو در شیارهای مختلف زمانی انتقال داده میشوند.
پهنای باند کانال
پهنای باند کانال تا حد بسیار زیادی به فرکانسهای تخصیص یافته به وسیلة رگولاتور بستگی دارد. پهنای کانال 5.3و 7 و 10 مگاهرتز در انواع نمایه های Wimax در نظر گرفته شده اند.
استاندارد IEEE
نمایه های مبتنی بر802.16-2004 از OFDM با 256 حامل استفاده میکنند. در حالیکه از SOFDMA که تحرک پذیری را نیز پشتیبانی میکند، بهره میگیرد.
نمایه های اولیه ای که Wimax Forum تعریف کرده است، از دسترسی ثابت و متغیر با مکان در باندهای 3/5 و 5/8گیگاهرتز پشتیبانی میکند (جدول 2 ) . توجه شود هرچند رعایت وپذیرش این نمایه ها از سویسازندگان واپراتورها ازنظرفنی اختیاری است؛ اما برای کاهش هزینه های ساخت وپیاده سازی وافزایش قابلیت تعامل شبکه ها باهم لازم و ضروری است.
باند فرکانسی
یکی از تصمیمات مهم مربوط به باند فرکانسیWimax ، تصمیم راجع به استفاده از باندهای آزاد یا نیازمند به دریافت مجوز است. استفاده از باند فرکانسی نیازمند دریافت مجوز مزایایی چون محافظت در برابر تداخل دارد. ایراد استفاده از این باند درگیرشدن با فرایند دریافت مجوز است که علاوه بر بار مالی به دلیل نیاز به طی مراحل قانونی تا حدی وقت گیر است. در مقابل باند فرکانسی آزاد این مشکل را ندارد؛ اما به علت احتمال تداخل با اپراتورهای دیگر در آینده، پذیرفتن آن یک ریسک است. به نظر میرسد در شهرهای بزرگ که چند اپراتور در آن فعالیت میکنند چاره ای جز استفاده از باند فرکانسی نیازمند به دریافت . مجوز نباشد در مقابل در نواحی روستایی و کم جمعیت که معمولاً یک اپراتور در آن فعالیت دارد، استفاده از باند فرکانسی آزاد مقرون به صرفه تر است. سه باند فرکانسی متداول که امروزه برای Wimax در نظر گرفته شده اند، عبارتند از :
باند فرکانسی 8.5 GHz که آزاد است؛ باند فرکانسی 2.3GHz ( نیازمند دریافت ) مجوز و باند فرکانسی3.5GHz ( نیازمند دریافت مجوز).
