Беспроводной интернет ваймакс. Технология WiMax: принцип работы, оборудование, области применения

Рассматриваемый в статье стандарт IEEE 802.16-2004 является расширением базового стандарта IEEE 802.16, который описывает работу в диапазоне 10…66 ГГц. В стандарте IEEE 802.16-2004 предусмотрена работа в диапазоне 2…11 ГГц, а также более широкие возможности как на физическом уровне, так и на уровне управления доступом.

Введение

Под аббревиатурой WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) понимается технология операторского класса, которая основана на семействе стандартов IEEE 802.16, разработанных международным институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). В стандартах IEEE 802.16 определяются физический уровень и уровень управления доступом для систем фиксированного беспроводного широкополосного доступа масштаба города.

Основные параметры стандартов IEEE 802.16 и IEEE 802.16-2004 представлены в табл. 1 .

Таблица 1. Основные параметры стандартов IEEE 802.16 и IEEE 802.16-2004

Описание стандарта

На физическом уровне в стандарте IEEE 802.16-2004 определены три метода передачи данных: метод модуляции одной несущей (SC), метод ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) и метод множественного доступа на основе такого мультиплексирования (OFDMA).

Спецификация физического уровня WirelessMAN-OFDM является наиболее интересной с точки зрения практической реализации. Она базируется на технологии OFDM, что значительно расширяет возможности оборудования, в частности, позволяет работать на относительно высоких частотах в условиях отсутствия прямой видимости. Кроме того, в нее включена поддержка топологии «каждый с каждым» (mesh), при которой абонентские устройства могут одновременно функционировать и как базовые станции, что сильно упрощает развертывание сети и помогает преодолеть проблемы прямой видимости.

Модуляция OFDM

При формировании OFDM-сигнала цифровой поток данных делится на несколько подпотоков, и каждая поднесущая связывается со своим подпотоком данных. Амплитуда и фаза поднесущей вычисляются на основе выбранной схемы модуляции. Согласно стандарту, отдельные поднесущие могут модулироваться с использованием бинарной фазовой манипуляции (BPSK), квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) или квадратурной амплитудной манипуляции (QAM) порядка 16 или 64. Варианты отображения бит на фазовую плоскость для каждого вида манипуляции представлены на рис. 1. В передатчике амплитуда как функция фазы преобразуется в функцию от времени с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). В приемнике с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) осуществляется преобразование амплитуды сигналов как функции от времени в функцию от частоты.

Рис. 1. Варианты отображения бит на фазовую плоскость

Применение преобразования Фурье позволяет разделить частотный диапазон на поднесущие, спектры которых перекрываются, но остаются ортогональными. Ортогональность поднесущих означает, что каждая из них содержит целое число колебаний на период передачи символа. Как видно из рис. 2, спектральная кривая любой из поднесущих имеет нулевое значение для «центральной» частоты смежной кривой. Именно эта особенность спектра поднесущих и обеспечивает отсутствие между ними интерференции .

Рис. 2. Ортогональные поднесущие

Одним из главных преимуществ метода OFDM является его устойчивость к эффекту многолучевого распространения. Эффект вызывается тем, что излученный сигнал, отражаясь от препятствий, приходит к приемной антенне разными путями (рис. 3), вызывая межсимвольные искажения. Этот вид помех характерен для городов с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений. Для того чтобы избежать межсимвольных искажений, перед каждым OFDM-символом вводится защитный интервал, называемый циклическим префиксом. Циклический префикс представляет собой фрагмент полезного сигнала, что гарантирует сохранение ортогональности поднесущих (но только в том случае, если отраженный сигнал при многолучевом распространении задержан не больше, чем на длительность циклического префикса). Кроме того, циклический префикс позволяет выбрать окно для преобразования Фурье в любом месте временного интервала символа (рис. 4) .

Рис. 3. Иллюстрация эффекта многолучевого распространения

Рис. 4. Обработка OFDM-символа при многолучевом распространении

Помехоустойчивое кодирование

Многолучевое распространение радиосигнала может приводить к ослаблению и даже полному подавлению некоторых поднесущих вследствие интерференции прямого и задержанного сигналов. Для решения этой проблемы используется помехоустойчивое кодирование. В стандарте IEEE 802.16-2004 предусмотрены как традиционные технологии помехоустойчивого кодирования, так и относительно новые методы. К традиционным относится сверточное кодирование с декодированием по алгоритму Витерби и коды Рида-Соломона. К относительно новым - блочные и сверточные турбокоды. Для увеличения эффективности кодирования без снижения скорости кода применяется перемежение данных. Перемежение увеличивает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок дробятся на мелкие фрагменты, с которыми справляется система кодирования.

Гибкость

Важной особенностью физического уровня является возможность выбора ширины для полосы пропускания канала. Стандарт предусматривает выбор ширины полосы с шагом от 1,25 МГц до 20 МГц со множеством промежуточных вариантов, что позволяет более эффективно использовать радиочастотный спектр. Кроме того, в стандарт заложена адаптивная сигнально-кодовая конструкция, то есть система подстраивается к характеристикам канала в каждый момент времени, «перекачивая» скорость в помехоустойчивость и наоборот. В соответствии со стандартом, в зависимости от отношения сигнал/шум (S/N) система выбирает метод модуляции, при котором может быть обеспечена устойчивая работа (рис. 5) .

Рис. 5. Предпочтительный метод модуляции в зависимости от отношения сигнал/шум

Дополнительными инструментами физического уровня для повышения эффективности использования радиоспектра служат измерение качества канала и автоматическое управление мощностью сигнала.

Метод доступа

В стандарте IEEE 802.16-2004 используется технология множественного доступа с разделением по времени (TDMA), согласно которой базовая станция выделяет абонентским станциям временные интервалы, чтобы они могли передавать данные в определенной очередности, а не случайным образом.

Для реализации дуплексного режима обмена данными используются две технологии: дуплексный режим с разделением по времени (TDD) нисходящего и восходящего потоков и дуплексный режим с разделением по частотам (FDD).

Защита информации

В соответствии со стандартом, для предотвращения несанкционированного доступа и защиты пользовательских данных осуществляется шифрование всего передаваемого по сети трафика. Базовая станция (БС) WiMAX представляет собой модульный конструктив, в который при необходимости можно установить несколько модулей со своими типами интерфейсов, но при этом должно поддерживаться административное программное обеспечение для управления сетью. Данное программное обеспечение обеспечивает централизованное управление всей сетью. Логическое добавление в существующую сеть абонентских комплектов осуществляется также через эту административную функцию.

Абонентская станция (АС) представляет собой устройство, имеющее уникальный серийный номер, МАС-адрес, а также цифровую подпись Х. 509, на основании которой происходит аутентификация АС на БС. При этом, согласно стандарту, срок действительности цифровой подписи АС составляет 10 лет. После установки АС у клиента и подачи питания АС авторизуется на базовой станции, используя определенную частоту радиосигнала, после чего базовая станция, основываясь на перечисленных выше идентификационных данных, передает абоненту конфигурационный файл по TFTP-протоколу. В этом конфигурационном файле находится информация о поддиапазоне передачи (приема) данных, типе трафика и доступной полосе, расписание рассылки ключей для шифрования трафика и прочая необходимая для работы АС информация. Необходимый файл с конфигурационными данными создается автоматически, после занесения администратором системы АС в базу абонентов, с назначением последнему определенных параметров доступа.

После процедуры конфигурирования аутентификация АС на базовой станции происходит следующим образом:

• Абонентская станция посылает запрос на авторизацию, в котором содержится сертификат Х.509, описание поддерживаемых методов шифрования и дополнительная информация.
• Базовая станция в ответ на запрос на авторизацию (в случае достоверности запроса) присылает ответ, в котором содержится ключ на аутентификацию, зашифрованный открытым ключом абонента, 4-битный ключ для определения последовательности, необходимый для определения следующего ключа на авторизацию, а также время жизни ключа.
• В процессе работы АС через промежуток времени, определяемый администратором системы, происходит повторная авторизация и аутентификация, и в случае успешного прохождения аутентификации и авторизации поток данных не прерывается.

В стандарте используется протокол PKM (Privacy Key Management), в соответствии с которым определено несколько видов ключей для шифрования передаваемой информации:

• Authorization Key (АК) - ключ, используемый для авторизации АК на базовой станции;
• Traffi c Encryption Key (ТЕК) - ключ, используемый для криптозащиты трафика;
• Key Encryption Key (КЕК) - ключ, используемый для криптозащиты передаваемых в эфире ключей.
• Согласно стандарту, в каждый момент времени используются два ключа одновременно, с перекрывающимися временами жизни. Данная мера необходима в среде с потерями пакетов (а в эфире они неизбежны) и обеспечивает бесперебойность работы сети. Имеется большое количество динамически меняющихся ключей, достаточно длинных, при этом установление безопасных соединений происходит с помощью цифровой подписи. Согласно стандарту, криптозащита выполняется в соответствии с алгоритмом 3-DES, при этом отключить шифрование нельзя. Опционально предусмотрено шифрование по более надежному алгоритму AES .

Разработка оборудования WiMAX на базе «систем на кристалле»

Современные тенденции развития телекоммуникационного рынка диктуют разработку так называемых «систем на кристалле». Под устройствами класса «система на кристалле» в общем случае понимаются устройства, на едином кристалле которых интегрированы один или несколько процессоров, некоторый объем памяти, ряд периферийных устройств и интерфейсов, - то есть максимум того, что необходимо для решения поставленных перед системой задач. Разработка «систем на кристалле» предполагает оптимизацию разрабатываемой схемотехники, что непосредственно сказывается на потребляемой мощности, площади кристалла и, как следствие, стоимости.

На текущий момент ведущие мировые производители сосредоточились на разработке «систем на кристалле», в которых интегрированы основные функции физического и MAC уровней стандарта WiMAX. Первые образцы, разработанные на основе спецификации IEEE 802.16-2004, представили компании Fijitsu, Intel, Sequans Communications, Wavesat и PicoChip. В предлагаемых этими компаниями решениях на физическом уровне используется модуляция OFDM с 256 поднесущими и основная схема кодирования, в которой для внутреннего кода применяется сверточное кодирование и декодирование по алгоритму Витерби, а для внешнего - коды Рида-Соломона.

Функционально оборудование WiMAX разделяется на базовое и абонентское. Первое поколение чипов для базовых станций обладает меньшим уровнем интеграции, чем для абонентских станций. Для реализации MAC-протокола базовой станции требуется увеличение производительности этих решений. Для этой цели используются внешние процессоры, служащие для выполнения верхнего уровня MAC-протокола. Таким образом, чипсеты WiMAX реализуют функции физического уровня и функции нижнего уровня MAC-протокола.

Абонентское оборудование

Для разработчиков абонентского оборудования WiMAX наиболее перспективными являются «системы на кристалле» от четырех производителей: Fujitsu, Intel, Sequans и Wavesat.

Компания Intel первой предложила разработчикам «систему на кристалле» PRO/Wireless 5116 для абонентских станций WiMAX, в которой были интегрированы функции как физического, так и MAC уровней. Чип MB87M3400 компании Fujitsu предназначен для более широкого диапазона приложений и позволяет разрабатывать как базовое, так и абонентское оборудование. Компания Sequans разработала отдельные чипы SQN1010 и SQN2010 - для базового и абонентского оборудования соответственно.

«Системы на кристалле» от Fujitsu, Intel и Sequans полностью реализуют функции MAC-протокола для абонентских станций WiMAX. Другой подход к разработке предложила компания Wavesat, выпустив две микросхемы: OFDM-модем DM256 (реализует функции физического уровня) и MC336 (представляет собой вычислительное ядро, реализующее нижний уровень MAC-протокола). Для разработки абонентского модема на базе «системы на кристалле» от Fujitsu, Intel и Sequans не требуется дополнительного внешнего процессора.

Характеристики рассматриваемых чипов, определяемые типом дуплекса, шириной канала и другими параметрами, сильно отличаются. Для организации полнодуплексной работы на базе решения Fujitsu MB87M3400 требуется использование двух чипов. Микросхема Sequans SQN1010 является первой «системой на кристалле», которая поддерживает полнодуплексный режим работы. Решение компании Wavesat DM256/MC336 также позволяет организовывать полнодуплексный режим работы на основе одной микросхемы OFDM-модема DM256.

Микросхемы компаний Fujitsu и Sequans позволяют организовывать каналы шириной до 20 и 28 МГц соответственно, тогда как максимальная ширина канала для чипов Intel и Wavesat составляет 10 МГц с промежуточными значениями 3,5 и 7 МГц.

Радиоинтерфейс рассмотренных «систем на кристалле» содержит блоки АЦП/ЦАП для прямого аналогового соединения с внешним приемопередатчиком. В табл. 2 представлены основные параметры решений для разработки абонентского оборудования WiMAX .

Таблица 2. Основные параметры решений для разработки абонентского оборудования WiMAX

Базовые станции

Рассмотрим варианты разработки базовых станций WiMAX на основе известных чипов. Компания Fujitsu разработала чип MB87M3400 как для базовых, так и для абонентских станций. Однако, в отличие от решения Intel, чип Fujitsu имеет интерфейс для внешнего процессора. Для реализации полнодуплексного режима требуется использовать два чипа, один из которых выполняет функции физического уровня и нижнего уровня MAC-протокола, а второй представляет собой внешний процессор (сторонней фирмы) для реализации верхнего уровня MAC-протокола. Для разработки базовых станций компания Fujitsu предоставляет отладочный комплект, реализующий полнодуплексный режим работы, с процессором Freescale MPC8560, но не поставляет программное обеспечение, обеспечивающее функции верхнего уровня MAC-протокола.

Компания PicoChip предлагает решение PC102/PC8520, построенное на двух своих параллельных процессорах PC102. Компания предоставляет программное обеспечение, реализующее физический уровень и функции нижнего уровня MAC-протокола на чипах PC102. Так же как и Fujitsu, компания PicoChip использует процессор Freescale MPC8565 для реализации верхнего уровня MAC-протокола в своем отладочном комплекте. Однако в отличие от Fujitsu, PicoChip лицензировала свое программное обеспечение для верхнего уровня MAC-протокола. Так как в решение PC102/PC8520 не заложены функции шифрования-дешифрования, для их выполнения должен быть использован внешний процессор.

Чип для разработки базовых станций SQN2010 компании Sequans является первой «системой на кристалле», имеющей полнодуплексный режим. SQN2010 реализует все функции физического и MAC уровней, необходимые для полнодуплексной работы базовой станции. Чип SQN2010 отличается от SQN1010 наличием второго центрального процессора, реализующего верхний уровень MAC-протокола. На чипе SQN1010 предусмотрен интерфейс PCI для обеспечения возможности подключения внешнего процессора.

Решение DM256/MC336 компании Wavesat может быть использовано и для разработки базовых станций. Это решение поддерживает полнодуплексный режим работы, но следует отметить, что для реализации функций шифрования-дешифрования оно требует подключения внешнего процессора. Так же как и Fujitsu, Wavesat не предоставляет программное обеспечение для верхнего уровня MAC-протокола, необходимое для разработки базовых станций.

Из четырех описанных решений только чипы PicoChip PC102 не интегрируют в себе функций АЦП/ЦАП. Поэтому для разработок, в которых используется аналоговый радиоинтерфейс, дополнительно потребуются устройства АЦП/ЦАП. Основные параметры рассмотренных решений для разработки базовых станций представлены в табл. 3 .

Таблица 3. Основные параметры рассмотренных решений для разработки базовых станций WiMAX

Выбор производителя чипов для разработки систем WiMAX является важным стратегическим решением. Для быстрой и эффективной разработки системы требуется максимально полная программная и аппаратная поддержка и средства для разработки и отладки. Наличие отладочных комплектов позволяет значительно увеличить скорость и уменьшить стоимость разработки оборудования WiMAX, что является одним из главных критериев при выборе того или иного продукта.

Развертывание систем WiMAX

Построение сети фиксированного беспроводного доступа предполагает использование трех типов оборудования - базовых станций, абонентских станций и оборудования для организации связи между базовыми станциями. В сетях доступа на базе WiMAX найдут применение как узконаправленные антенны, так и антенны с более широким сектором охвата, вплоть до всенаправленных.

Топология сети

Для соединения «точка–точка» (рис. 6а) используются две направленные друг на друга антенны; так строятся, например, радиорелейные линии передач, в которых расстояние между соседними релейными вышками может исчисляться десятками километров. При топологии «точка–многоточка» (рис. 6б) в центре «ячейки» помещается базовая станция со всенаправленной или секторной антенной, а все обслуживаемые ей абоненты снабжаются сфокусированными на нее направленными антеннами.

Рис. 6. Возможные топологии сети WiMAX

Другой тип связи получится при использовании только всенаправленных антенн. В этом случае будет достигнута возможность соединения «каждого с каждым», или «многоточка–многоточка» (mesh) (рис. 6в).

Базовая станция WiMAX представляет собой модульное решение, которое может по мере необходимости дополняться различными блоками, например, модулями для связи с магистральной сетью провайдера. В минимальной конфигурации устанавливается модуль радиоинтерфейса и модуль соединения с проводной сетью.

Диапазон частот

При выборе оборудования WiMAX кроме его технических характеристик и цены важное и зачастую определяющее значение представляет такой фактор, как специфические для России трудности оформления частотных разрешений. Дело в том, что в России практически не существует «безлицензионных» диапазонов. Для разных типов оборудования предусмотрен различный порядок получения частотных разрешений. Для работы в любых диапазонах операторы связи должны получить достаточно сложные и многоуровневые разрешения как частотных служб, так и служб надзора за связью .

Очевидно, что в нашей стране главным фактором, влияющим на скорость внедрения систем WiMAX, являются вопросы регулирования спектра, так как развитие рынка услуг WiMAX напрямую зависит от выделения операторам необходимого частотного ресурса. Сегодня наиболее перспективными с точки зрения будущего развития технологии WiMAX являются диапазоны в районе 2,4, 3,5 и 5,6 ГГц.

Следует учитывать, что распространение радиоволн в различных участках спектра имеет свои особенности, которые во многом определяют дальность действия оборудования, а также устойчивость к многолучевости.

Общие подходы к выбору системы WiMAX

Перед тем, как приступить к рассмотрению доступных систем WiMAX, необходимо проработать следующие системные вопросы :

• Выбор диапазона частот.
• Определение величины необходимого частотного ресурса.
• Разработка процедур выделения и присвоения радиочастот.
• Проработка вопросов законодательства.
• Прежде чем переходить к рассмотрению конкретных систем, целесообразно рассмотреть общие вопросы выбора систем, что поможет на предварительном этапе анализа отбросить явно неприемлемые варианты. Сформулируем критерии, которыми следует руководствоваться при выборе оборудования фиксированного беспроводного доступа WiMAX :
• Оборудование должно производиться специализированной компанией, имеющий опыт разработки и производства беспроводного оборудования, что является некоторой гарантией качества.
• Технические характеристики оборудования, предоставляемые производителем, должны быть достаточно полными, для того чтобы по ним можно было сделать вывод о его возможностях. Представление таких характеристик говорит о профессионализме сотрудников и в определенной мере гарантирует, что речь идет об оригинальном продукте, а не о перепродаже малоизвестного бренда под торговой маркой продавца.
• Желательно, чтобы базовая станция имела возможность секторирования и поэтапного наращивания производительности, для чего она должна иметь возможность подключения внешней антенны. Тогда на первом этапе достаточно одной базовой станции с всенаправленной антенной, на следующем - двух, с антеннами с шириной диаграммы 180°, и так далее.
• Оборудование должно быть сертифицировано.
• Должна быть возможность получения разрешения на использование частот в диапазонах, используемых оборудованием.
• Система должна обладать приемлемой стоимостью, причем в первую очередь важна минимальная стоимость абонентского оборудования.

Заключение

Очевидно, что сегодня WiMAX является одной из самых передовых и перспективных технологий беспроводной передачи данных. При объединении усилий производителей оборудования и операторов связи WiMAX может стать реальной заменой DSL и кабельных соединений, предоставив абонентам необходимый сервис в крупных городах и на периферии.

Литература

1. www.wimaxforum.org
2. Wide-band Orthogonal Frequency Division Multiplexing (W-OFDM), www.wi-lan.com
3. Марченко С. Источники уязвимостей в сетях беспроводной связи // АДЭ. 2004. № 13.
4. IEEE Std 802.16™-2004 IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, www. ieee. org.
5. Власов В. А. Частотное регулирование и обеспечение информационной безопасности для оборудования Wi-Fi и WiMAX, //«Вестник связи». 2005. № 9.
6. Bob Wheeler. How to choose the best SoC for your WiMAX design // Wireless Net DesignLine. Oct 17, 2005.
7. Писарев Ю. Выбор системы фиксированного беспроводного доступа: попытка системного подхода // «Информационные телекоммуникационные сети» (Казахстан). 2003. № 4.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN. Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая была основана в июне 2001 года c целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL».

Область использования
WiMAX подходит для решения следующих задач:

* Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
* Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
* Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
* Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а так же локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

Целесообразность использования WiMAX как технологии доступа
Проблема последней мили всегда была актуальной задачей для связистов. К настоящему времени появилось множество технологий последней мили, и перед любым оператором связи стоит задача выбора технологии, оптимально решающей задачу доставки любого вида трафика своим абонентам. Универсального решения этой задачи не существует, у каждой технологии есть своя область применения, свои преимущества и недостатки. На выбор того или иного технологического решения влияет ряд факторов, в том числе:

* стратегия оператора, целевая аудитория, предлагаемые в настоящее время и планируемые к предоставлению услуги,
* размер инвестиций в развитие сети и срок их окупаемости,
* уже имеющаяся сетевая инфраструктура, ресурсы для ее поддержания в работоспособном состоянии,
* время, необходимое для запуска сети и начала оказания услуг,
* прочие факторы.

У каждого из этих факторов есть свой вес, и выбор той или иной технологии принимается с учётом всей их совокупности. Простая и эффективная модель, позволяющая быстро оценить экономические параметры применения технологии WiMAX.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX
Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.
802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.
802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это - новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, idle mode и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3; 2,5; 3,4–3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, а недавно оператор Sprint анонсировал старт проекта национального масштаба. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSXPA).
Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Широкополосный доступ
Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин.
Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории.
Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании и по мере необходимости легко масштабируемы. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.
В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа в Интернет как для бизнес структур, так и для частных лиц.

Пользовательское оборудование
Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL модем), так и вне него (устройства размером с ноутбук). Следует заметить что оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений и не требующее профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, однако способно работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как подразумевает использование намного большего числа точек доступа.
С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожи на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Принцип работы

Основные понятия
В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.
Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником.
Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.
Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГЦ, скорость обмена данными может достигать 120 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.
Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки - допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями).

Режимы работы

MAC / канальный уровень
В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию при которой связь для более удалённых станций будет постоянно обрываться в пользу более близких станций. Подобное положение вещей делает затруднительным использование таких сервисов как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.
Что же касается сетей 802.16, в них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа, для нее будет создан выделенный слот на точке доступа, и другие пользователи уже не смогут повлиять на это

Архитектура
WiMAX Forum разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX сетей: взаимодействия с другими сетями, распределение сетевых адресов, аутентификация и многое другое. Приведённая иллюстрация даёт нам некоторое представление об архитектуре сетей WiMAX.

WiMAX Форум WiMAX Архитектура

* SS/MS: (the Subscriber Station/Mobile Station)
* ASN: (the Access Service Network)
* BS: (Base station), базовая станция, часть ASN
* ASN-GW: (the ASN Gateway), шлюз, часть ASN
* CSN: (the Connectivity Service Network)
* HA: (Home Agent, часть CSN)
* NAP:(a Network Access Provider)
* NSP: (a Network Service Provider)

Следует заметить, что архитектура сетей WiMax не привязана к какой-либо определённой конфигурации, обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.

Wi-Fi
Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость, возможно, потому, что звучание терминов созвучно, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.

Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт	Использование	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
UWB	802.15.3a	WPAN	110–480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 54 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11n	WLAN	до 600 Мбит/с	до 100 метров	2,4 - 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	6–10 км	1,5–11 ГГц
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 30 Мбит/с	1–5 км	2–6 ГГц

* WiMAX это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).
* Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая сотни метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.
* WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.
Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в большинстве кафе, отелей, вокзалов и аэропортов можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

(с) Материал из Википедии - свободной энциклопедии

WiMAX – это телекоммуникационная технология, предназначенная для обеспечения беспроводной связи и передачи данных на большие расстояния для большого количества различных устройств (речь идет не только о базовых станциях, но и различных устройствах: смартфонах, ноутбуках, планшетах и т.п.).

Разрабатывался, как альтернатива телефонным линиям и DSL технологии. В настоящее время максимальный теоретический уровень достигнутой скорости передачи 1 Гбит/с .

Как работает Wimax

Работает по принципу традиционной сети мобильной связи. То есть устанавливаются базовые станции , которые образуют покрытие беспроводной сети. Это покрытие обеспечивает непрерывную телекоммуникацию на определенной территории посредством постоянного радиоканала в СВЧ диапазоне.

Как работает WiMAX

Устройство пользователя автоматически принимает сигнал ближайшей базовой станции с более мощным сигналом в «зоне доступа».

Различают фиксированный (для стационарных устройств) и мобильный (для портативных, перемещающихся в пространстве) стандарт WiMAX.

Каждый из них отличается своими характеристиками : прежде всего рабочей частотой, а также способами доступа и передачи.

Разница между wimax и wifi

Технологии имеют много общего, если говорить о сути – передача данных на расстояние без использования проводов, кабелей и т.д. с использованием определенных частот радиоканала. Однако WiMax превосходит Wi-Fi в скоростях доступа. Также отличается большим покрытием, благодаря чему может использоваться в качестве магистрального канала, что в конечном итоге может позволить организовывать на их основе масштабируемые городские сети с высокими скоростями доступа.

Различаются они и областями применения, благодаря чему они могут работать дополняя друг друга. Все зависит от целевой аудитории и возможности обеспечения технологии операторами. Для WiMAX нужна более мощная сетевая инфраструктура, что соответственно несет большие материальные затраты на её построение и более длительный срок окупаемости.

Как известно стандарт Wi-Fi – это 802.11, а стандарт WiMAX 802.16. Соответственно, есть разница в их технических характеристиках.

Существенно разницей является то, что радиус действия Wi-Fi не превышает 100 метров без препятствий (в бытовых условиях же это 20-30 метров). Если говорить о WiMAX , то максимальный заявленный радиус действия 50 км (в реальности 5-10 км), что значительно больше. Wi-Fi целесообразно использовать для создания локальных частных сетей. С помощью WiMAX можно создавать региональные сети . К данной сети может подключиться только устройство, поддерживающее этот стандарт, оснащенные соответствующим модулем.

Wi-Fi используется гораздо больше из-за дешевизны и простоты настройки.

Обе технологии просты в использовании и позволяют легко развертывать и масштабировать сети в самые короткие сроки.

Почему стоит выбрать wimax

Будущее за WiMAX. Уже сейчас мобильная версия позволяет работать со скоростью до 10 Мбит/с. Пользоваться скоростным интернетом можно где угодно – дома, в машине или на работе. Соединение при этом отличается надежностью и качеством . WiMAX предоставляет универсальный беспроводной доступ для широкого спектра устройств.

В теории все просто замечательно, но на практике пока наблюдаются проблемы с внедрением технологии из-за дефицита устройств частот, недостаточной законодательной базы и дороговизной настройки. Однако эти недостатки устранимы и в ближайшее десятилетие пользователи познакомятся с этой технологией гораздо ближе, как в свое время беспроводной интернет покорила технология Wi-fi.

WiMAX от англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access Стандарт IEEE 802.16 - стандарт беспроводной связи, обеспечивающий широкополосную связь на значительные расстояния со скоростью, сравнимой с кабельными соединениями.

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативной выделенным линиям и DSL».

Область применения

WiMAX подходит для решения следующих задач:

• Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
• Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
• Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных (до 3 Мб/с) и телекоммуникационных услуг.
• Создание точек доступа, не привязаны к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сети. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL-и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX

Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.

802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием или отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже около 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурентную или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.

802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это - новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, «idle mode» и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3, 2,5, 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, а недавно оператор Sprint анонсировал старт проекта национального масштаба. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSXPA).

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км / час. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В отдельных случаях мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Широкополосный доступ

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин. Во-первых, технологии семейства 802.16 позволяют экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории. Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развертывании и по мере необходимости легко масштабируются. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. Например, WiMAX был использован для того, чтобы предоставить доступ в сеть выжившим после цунами, произошло в декабре 2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.

В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа в Интернет как для бизнес-структур, так и для частных лиц.

Оборудование пользователя

Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL модем), так и вне его (устройства размером с ноутбук). Следует отметить, что оборудование, которое рассчитано на размещение внутри помещений и не требует профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, способное работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как предусматривает использование гораздо большего числа точек доступа.

С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожи на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Принцип работы WiMAX

Основные понятия

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей - базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит / с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 120 Мбит / c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем больше число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надежность сети в целом.

Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки - допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями) Режимы работы MAC / канальный уровень

В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию, при которой связь для удаленных станций будет постоянно обрываться в пользу более близких станций. Этот недостаток делает плохим использования таких сервисов, как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Что же касается сетей 802.16, в них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа и для нее будет выделен слот на точке доступа, недоступный другим пользователям.

Архитектура

WiMAX Forum разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX сетей: взаимодействия с другими сетями, распределение сетевых адресов, аутентификация и многое другое. Приведенная иллюстрация дает некоторое представление об архитектуре сетей WiMAX.

• SS / MS: (the Subscriber Station / Mobile Station)
• ASN: (the Access Service Network)
• BS: (Base station), базовая станция, часть ASN
• ASN-GW: (the ASN Gateway), шлюз, часть ASN
• CSN: (the Connectivity Service Network)
• HA: (Home Agent, часть CSN)
• NAP: (a Network Access Provider)
• NSP: (a Network Service Provider)

ASN (Access Service Network) - сеть доступа.

ASN Gateway - предназначен для объединения трафика и сообщений сигнализации от базовых станций и дальнейшей их передачи в сеть CSN.

BS (Base Station) - базовая станция. Основной задачей является установление, поддержка и разъединение радио соединений. Кроме того, выполняет обработку сигнализации, а также распределение ресурсов среди абонентов.

CSN (Connectivity Service Network) - сеть обеспечения услуг.

HA (Home Agent) - элемент сети, отвечающий за возможность роуминга. Кроме того, обеспечивает обмен данными между сетями разных операторов.

Следует заметить, что архитектура сетей WiMax не привязана к какой-то определенной конфигурации, обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.

Сравнение WiMAX и Wi-Fi

Сопоставление WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость, возможно, потому, что созвучно звучание терминов, схожие названия стандартов, на которых основаны эти технологии (стандарты IEEE, оба начинаются с «802».), А также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (канала обмена данными). Но несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.

WiMAX - это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Различные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к расположению).

Wi-Fi - это система более короткого действия, обычно покрывает сотни метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основан на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в большинстве кафе, гостиниц, вокзалов и аэропортов можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

WiMAX-2

В октябре 2010 года институт инженеров электроники и электротехники (IEEE) утвердил стандарт IEEE 802.16m, известный только как WirelessMAN-Advanced и WiMAX-2. Он позволит повысить пропускную способность беспроводных сетей в несколько раз. Так, стационарное оборудование в сетях нового поколения сможет принимать данные на скорости до 1 Гбит / с, а мобильные гаджеты и портативные компьютеры - до 100 Мбит / с. При этом сохранится обратная совместимость с существующим оборудованием WiMAX.

Первая публичная демонстрация возможностей WiMAX 2 была осуществлена ​​на выставке CEATEC JAPAN 2010 в Токио: Samsung Electronics и UQ Communications показали в действии экспериментальную систему WiMAX 2 с пропускной способностью 330 Мб / с. Используя коммерческую базовую станцию ​​Mobile WiMAX производства Samsung партнеры осуществили одновременную трансляцию Full-HD 3D-видео и 16 Full-HD-видео на четыре крупноформатных (Large Format Display) телевизора.

Стандарт WiMAX 2 должен прийти на смену нынешнему WiMAX (802.16e) и стать достойным конкурентом LTE. Его поддерживает альянс компьютерных фирм, в числе которых Intel, Motorola и Samsung. Появление более скоростных стандартов беспроводной связи вполне востребовано рынком. По оценке аналитиков Cisco, мобильный интернет-трафик в мире будет ежегодно удваиваться и к 2013 году вырастет до 2,2 млн терабайт в месяц, в основном, за счет увеличения доли видео. За пять лет видеотрафик для мобильных устройств вырастет более чем в 100 раз.

WiMAX-3

Сразу после принятия стандарта IEEE 802.16m (WiMAX-2) инициативная группа под названием PAR (Project Authorization) начала работу над новой версией этого стандарта IEEE 802.16n (WiMAX 3.0), который должен обеспечить пользователям совершенно невероятные скорости доступа к сетям - 10 Гбит для каналов фиксированной связи и до 1 Гбит для мобильной связи. Планируется, что стандарт WiMAX 3 будет принят в течение ближайших 3-5 лет.

В октябре 2010 года орган IEEE одобрил стандарт 802.16m, как расширение стандарта IMT. Стандарт IEEE 802.16m предусматривает мобильный доступ к сетям передачи данных на скорости до 100 Мбит. Дополнительно стандарт IEEE 802.16m предлагает такие важные улучшения, как многопользовательскую очередь пакетов MIMO (многоканальный вход - многоканальный выход), обслуживание магистральных каналов в интересах сразу нескольких операторов, а также так называемые «кооперативные коммуникации», в которых каждый абонент вносит свой вклад в обслуживание расположенных вблизи других абонентов. Кроме всего прочего, новый стандарт предлагает полную поддержку фемтосот, сетей самоорганизацией и ретрансляторов. О внедрении стандарта WiMAX 2.0 уже заявили крупнейшие мировые организации по государственной и индустриальной сферы.

Стандарт WiMAX 3.0 (IEEE 802.16n), призванный прийти на смену только принятому стандарту WiMAX 2, будет еще более быстрым и универсальным. Пропускная способность сетей должна стать в десять раз больше, чем у самых современных действующих сетях, предлагая многоканальные очереди 4 × 8 MIMO и «сцепление каналов». Поскольку стандарт WiMAX 3.0 использует сразу 10 каналов шириной по 6 МГц, в вещательных станций появляется небывалая ранее возможность передавать телевизионный сигнал отличного качества из аппарата размером не больше чемодана. Фактически, это может означать конец привычного телевидения с эфирным вещанием, которое можно принимать на домашнюю антенну.

Стоит заметить, что сейчас развитие беспроводного широкополосного доступа в Интернет развивается очень быстро. По данным исследовательской компании ABI Research, сейчас уже более 2 млрд. человек на Земле живут в зоне высокоскоростных сетей. Сейчас в мире работает более 500 сетей 3G, в ближайшем будущем планируется официальный запуск более 300 сетей WiMAX и LTE. По оценкам компании In-Stat, к 2014 году в мире будет работать до 2 млрд. мобильных устройств со встроенной поддержкой широкополосной мобильной связи.

Рынок

Согласно данным консалтинговой компании J"son & Partners, представленными по результатам исследования мирового рынка WiMAX, в 2008 году суммарное количество фиксированных и мобильных абонентов приблизилось к 4 млн, а прирост с конца 2007 г. составил 120%.

Основная тенденция на мировом рынке беспроводного широкополосного доступа в 2008 г. - это его подготовка к появлению WiMAX-сетей с предоставлением мобильных услуг для большого количества пользователей. Основные проекты WiMAX сосредоточены в крупных городах США, Мексике и странах Центральной Европы, которые имеют высокую плотность населения. С учетом сравнительно небольших вложений в развертывание полноценных сетей в городах-миллионниках, наличия в них развитой канальной инфраструктуры и растущего спроса на доступ в интернет, большинство проектов WiMAX стартует с крупных городов, однако ситуация постепенно меняется.

Многие производители оборудования отказываются или уже отказались от разработки и производства систем 802.16d в пользу мобильной версии стандарта. В связи с этим будущее фиксированного WiMAX не вполне понятно.

Лидирующую позицию по выручке от продажи оборудования для мобильного WiMAX за 2008 г. занимает Alcatel-Lucent, оставил позади Motorola, Alvarion и Samsung. В 2009 г. звание лидеров по количеству проданного оборудования имеют возможность обжаловать компании Huawei и Cisco Systems, каждая из которых в конце 2008 г. сертифицировала по три устройства с поддержкой мобильного доступа к технологии WiMAX.

По состоянию на март 2009 г. международным WiMAX Forum"ом сертифицировано 44 модели базовых станций и 47 моделей абонентских терминалов. Эти значения почти в полтора раза превышают количество сертифицированных устройств с поддержкой WiMAX на конец первого полугодия 2008 г. - 18 базовых станций и 20 абонентских устройств. Количество производителей сертифицированного оборудования за последние восемь месяцев увеличилась более чем в два раза и составляет 33 компании.

WiMAX - телекоммуникационная технология, предназначающаяся для предоставления беспроводной универсальной связи на значительных расстояниях для различных устройств, начиная рабочими станциями и портативными компьютерами, заканчивая мобильными телефонами. Основа технологии - стандарт IEEE 802.16, ещё называемый Wireless MAN (вообще WiMAX - жаргонное название, поскольку это не технология, а форум, на котором был согласован Wireless MAN).

Название «WiMAX» создано организацией WiMAX Forum, основанной в июне 2001 для продвижения технологии WiMAX и её развития. Означенный форум описывает WiMAX так - «основанная на стандарте технология, предоставляющая беспроводной высокоскоростной доступ к сети, представляющий альтернативу DSL и выделенным линиям». Максимальная скорость составляет 1 Гбит/сек на 1 ячейку.

Сфера применения

WiMAX пригоден для решения таких задач:

• Соединение точек доступа Wi-Fi между собою и с прочими сегментами Интернета.
• Обеспечение широкополосого беспроводного доступа в качестве альтернативы DSL и выделенным линиям.
• Предоставление высокоскоростных сервисов передачи информации и услуг телекоммуникации.
• Создание не привязанных к географии точек доступа.
• Создание систем удалённого мониторинга, как в системе SCADA.

WiMAX даёт возможность доступа в Интернет на высокой скорости с намного большим покрытием, нежели у сетей Wi-Fi. Это позволяет пользоваться технологией как «магистральными каналами», продолжение которых - выделенные линии и DSL, а также локальные сети. Означенный подход в итоге позволяет создавать высокоскоростные масштабируемые сети в пределах городов.

Целесообразность применения WiMAX в качестве технологии доступа

Последняя миля всегда была актуальной проблемой связистов. Сейчас появилось много технологий последней мили, перед любым оператором связи возникает задача выбора технологии, которая оптимально доставит любой вид трафика абонентам. Универсального решения данной задачи нет, каждая технология имеет свою сферу применения, собственные преимущества и недостатки. Выбор определённого технологического решения определяется рядом факторов, в частности:

• целевая аудитория, стратегия оператора, услуги, предлагаемые сейчас и планируемые;
• сумма инвестиций в развитие сети, срок окупаемости этих инвестиций,
• уже существующая сетевая инфраструктура, необходимые для её поддержания ресурсы в работоспособном состоянии,
• время, нужное для запуска сети и для начала предоставления услуг.

Каждый из данных факторов имеет свой вес, выбор определённой технологии делается с учётом их всех в комплексе.

Фиксированный и мобильный варианты WiMAX

Ряд преимуществ имеет всё семейство WiMAX, но разные версии его серьёзно различаются. Разработчики стандарта искали лучшие решения и для фиксированного, и для мобильного использования, однако соединить все требования в пределах единственного стандарта не удалось. Хотя некоторые базовые требования совпадают, нацеленность технологий на разные ниши рынка повлекла создание 2-х отдельных версий стандарта (точнее, можно считать их 2-я различными стандартами).

Каждая спецификация WiMAX определяет собственные рабочие диапазоны частот, мощность излучения, ширину полосы пропускания, способы передачи и доступа, кодирования сигнала, модуляции сигнала, принципы повторного применения радиочастот и иные показатели. Поэтому WiMAX-системы, которые основаны на стандарте IEEE 802.16, а именно на его версиях e и d, почти несовместимы.

Характеристики каждой из версий таковы:

• 802.16-2004 (ещё известен как 802.16d). Утверждён в 2004. Применяется частотное ортогональное мультиплексирование (OFDM), имеется поддержка фиксированного доступа в зонах, где есть или отсутствует прямая видимость. Пользовательское устройство представляет собой стационарный модем для установки внутри помещений и вне их, и карты PCMCIA для ноутбуков. В большей части стран под означенную технологию отвели диапазоны 5 ГГц и 3,5 ГГц. Согласно сведениям WiMAX Forum, существует уже 175 внедрений фиксированной версии. Множество аналитиков в ней видит конкурирующую либо взаимодополняющую технологию широкополосного проводного доступа DSL.
• 802.16-2005 (он же 802.16e, мобильный WiMAX). Утверждён в 2005. Является новым витком развития технологии фиксированного доступа. Версия оптимизирована для мобильных пользователей и поддерживает набор специфических функций - роуминг, хэндовер и idle mode. Используется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), может вестись работа при наличии или при отсутствии прямой видимости. Планируемые диапазоны частот для сетей Mobile WiMAX - это 2,3-2,5, 2,5-2,7 и 3,4-3,8 ГГц. Сегодня в мире реализовали несколько пилотных проектов, и первым в России развернул свою сеть «Скартел». В Казахстане реализовали проект под названием FlyNet (flynet.kz). Конкуренты 802.16e - все мобильные технологии 3-го поколения (к примеру, EV-DO и HSDPA).

Главное разница между 2-я технологиями в том, что WiMAX фиксированный обслуживает лишь «статичных» абонентов, а WiMAX мобильный работает с пользователями, перемещающимися на скорости максимум 150 км/ч. Мобильность подразумевает наличие роуминга, а также «бесшовного» переключения между базовыми станциями во время передвижения абонента (аналогично сетям сотовой связи). В частных случаях мобильный WiMAX можно применять для обслуживания и фиксированных пользователей.

Широкополосный доступ

Множество телекоммуникационных компаний делают значительные ставки на применение WiMAX для услуг высокоскоростной связи. Для этого есть причины.

Во-первых, технологии 802.16 позволяют более эффективно в экономическом отношении (относительно проводных технологий) не только предоставлять новым клиентам доступ в сеть, а и расширять набор услуг и охватывать новые территории.

Во-вторых, во многом беспроводные технологии проще в применении, чем традиционные проводные каналы. Сети WiMAX и простые в развёртывании, по мере необходимости они легко масштабируются. Данный фактор оказывается полезным, когда нужно развернуть большую сеть в сжатые сроки. Так, WiMAX использовался для доступа в Сеть выжившей части пострадавших от цунами, случившегося в декабре 2004 в Индонезии. Вся коммуникационная инфраструктура пострадавшего региона вышла из строя и понадобилось оперативно восстановить услуги связи во всём этом регионе.

В сумме все указанные преимущества позволяют уменьшить цены на услуги высокоскоростного доступа в Интернет и для предприятий, и для частных физических лиц.

Оборудование для пользователей

Оборудование для пользования WiMAX поставляют несколько производителей, его можно устанавливать и в помещениях (устройства, имеющие размеры обычного DSL-модема), и вне помещений. Оборудование, что рассчитано на размещение в помещениях и не требует навыков для установки, конечно, удобней, но работать может на намного меньших дистанциях от базовой станции, чем внешние профессионально установленные устройства. Потому оборудование, которое установлено внутри помещения, нуждается в намного больших инвестициях в инфраструктуру сети, поскольку подразумевает применение намного большего количества точек доступа.

С появлением мобильного WiMAX делается всё больший акцент на разработке мобильных устройств - специальных телефонных трубок (подобных обычному мобильному смартфону) и компьютерной периферии (в частности, USB радио модулей, а также PC card).

Основные понятия

Сети WiMAX в целом состоят из таких основных частей: базовые и абонентские станции, и оборудование, связывающее базовые станции между собой, а также с Интернетом и с поставщиком сервисов.

Для соединения абонентской станции с базовой применяется высокочастотный диапазон радиоволн 1,5-11 ГГц. Скорость обмена информацией может в идеальных условиях достигать 70 Мбит/с, обеспечение прямой видимости между приёмником и базовой станцией при этом не требуется.

WiMAX используется для решения проблемы «последней мили» и доступа в сеть районных сетей и офисных сетей.

Между базовыми станциями устанавливают соединения (прямой видимости), пользующиеся диапазоном частот 10-66 ГГц, при этом наибольшая скорость обмена информацией - 140 Мбит/c. Минимум одна базовая станция при этом подключается к сети провайдера, используя классическое проводное соединение. Но чем больше БС подключено к провайдерским сетям, тем быстрее передаются данные и выше общая надёжность сети.

Структура сетей стандартов IEEE 802.16 подобна таковой у традиционных GSM сетей (базовые станции работают на дистанциях до десятков км, их установка не требует строительства вышек - можно устанавливать на крышах домов, соблюдая условия прямой видимости между этими станциями).

MAC / канальный уровень

В сетях Wi-Fi все пользовательские станции, стремящиеся передать данные через определённую точку доступа (АР), соревнуются за её «внимание». Данный подход может повлечь ситуацию, в которой для более удалённых станций связь будет обрываться постоянно в пользу станций, которые ближе. Такая ситуация затрудняет применение сервисов Voice over IP (VoIP), очень сильно зависящие от бесперебойного соединения.

Касаемо сетей 802.16, MAC в них использует алгоритм планирования. Каждой пользовательской станции стоит только подключиться к точке доступа, как для неё создастся на точке доступа выделенный слот, который другим пользователям недоступен.