12
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
(также как в мобильной связи). В отдельных случаях мобильный WiMAX
13
может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей,
как частный случай.
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).
1.2 Сравнение Wi-Fi и Wi-MAX
Технологии WiMAX и Wi-Fi, как рассматривалось выше,
аналогичны друг другу. Но WiMax реализован в гораздо большем
масштабе, и на более высоких скоростях
Wi-Fi, основан на стандарте IEEE 802.11, тогда как WiMAX на
стандарте IEEE 802.16. Тем не менее, это оба стандарта IEEE.
Wi-Fi, как правило, обеспечивает доступ к локальной сети для
нескольких десятков метров, со скоростью до 54 Мбит. Одна антенна
WiMAX, имеют диапазон до 50 километров, со скоростью 70 и более
Мбит.
14
Wi-Fi предназначен для сетей с числом не более нескольких десятков
и имеет фиксированный размер каналов (20MHz).
WiMAX предназначен для эффективной поддержки нескольких
сотен конечных пользователей, на одну абонентскую станцию.
Более подробное стравнение стандартов представлено в таблице 2.
Таблица 2 – Сравнительная таблица характеристик стандартов
Параметр
WiMax(802.16a)
Wi-Fi (802.11b)
Wi-Fi (802.11a/g)
Первичная
заявка
Широкополосный
беспроводной
доступа
Беспроводная
сеть
Беспроводная
сеть
Диапазон
частот
Лицензированный /
Нелицензированные
2G до 11 ГГц
2,4 ГГц ISM
2,4 ГГц ISM (g)
5 ГГц U-NII (а)
Канал/
Пропускная
способность
Регулируемый
1,25 М до 20 МГц
25 МГц
20 МГц
Полу/
полный
дуплекс
Полный
Половина
Половина
Радио
технологии
OFDM
(256-каналы)
Прямая послед.
Расширенный
спектр
OFDM
(64-канала)
Пропускная
способность
коэффициен
т полезного
действия
<= 5 бит / Гц
<= 0,44 бит / Гц
<= 2,7 бит / Гц
модуляция
BPSK, QPSK,
16-, 64-, 256-QAM
QPSK
BPSK, QPSK,
16-, 64-КАМ
ПИО
сверточного кода
Рида-Соломона
Никто
сверточного кода
шифрование
Mandatory- 3DES
Optional- AES
Optional- RC4
(AES в 802.11i)
Optional- RC4
(AES в 802.11i)
мобильность
Мобильный WiMax
(802.16e)
В развитие
В развитие
15
меш
да
продавец
патентованный
Производитель
Собственническа
я
Протокол
доступа
Запрос / Grant
CSMA / CA
CSMA / CA
В таблице 3 представлена обобщённая характеристика стандартов
беспроводной связи, по параметрам пропускной способности, дальности
действия, и рабочей частоты.
Таблица 3 – Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи
Техноло
гия
Стандарт
Использование
Пропускная
способность
Радиус
действия
Частоты
Wi-Fi
802.11a
WLAN
до 54 Мбит/с
до 100
метров
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
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
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 Qualityof Service. WiMAX использует
механизм, основанный на установлении соединения между базовой
станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на
16
специальном алгоритме планирования, который может гарантировать
параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует
механизм QoS подобный тому, что используется в Enternet, при котором
пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует
одинаковый QoS для каждого соединения.
Общим для технологий является то, что для повышения качества
связи необходимо использовать, соответственно, WiMAX и Wi-Fi антенны.
Отличия WiMax от Wi-Fi:
1. Скорость передачи данных по Wi-Fi — до 54 Мбит/с, WiMAX — до 75
Мбит/с.
2. Радиус покрытия Wi-Fi — 300 метров максимум, WiMAX – 50 км.
3. Работа ведется на различных частотах: 2,4 ГГц в наиболее
распространенном стандарте Wi-Fi и частотный диапазон 1,5-11 ГГц у
WiMAX. 4. WiMAX позволяет стабильно передавать данные, несмотря на
радиопомехи, физические преграды или плохие погодные условия,
которые в то же время сильно сказываются на работе Wi-Fi.
5. Wi-Fi в данное время гораздо шире распространен и имеет более
разнообразный ассортимент оборудования по ценам более доступным, чем
WiMAX.
1.3 Архитектура, физическая и логическая структуры
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
17
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.
Базовая модель сети WiMAX (БМ) – это логическое представление
сетевой архитектуры WiMAX. В данном случае это означает, что модель
рассматривает набор стандартных логических функциональных модулей и
стандартных интерфейсов (точек сопряжения этих модулей). При
практической реализации одно устройство может включать несколько
функциональных элементов или, напротив, функция может быть
распределена между различными устройствами.
БМ включает три основных элемента – множество абонентских
(мобильных) станций (МС), совокупность сетей доступа (сервисная сеть
доступа ASN) и совокупность сетей подключения (CSN). Кроме того, в БМ
18
входят так называемые базовые точки (R1–R8), через которые происходит
сопряжение функциональных модулей.
Сеть (сети) ASN принадлежит провайдеру сети доступа (NAP) –
организации, предоставляющей доступ к радиосети для одного или
нескольких сервис-провайдеров WiMAX (NSP). В свою очередь, сервис-
провайдер WiMAX – организация, предоставляющая IP-соединения и
услуги WiMAX конечным абонентам. В рамах данной модели уже сервис-
провайдеры WiMAX заключают соглашения с Интернет-провайдерами,
операторами других сетей доступа, соглашения о роуминге и т.п. Сервис-
провайдеры по отношению к абоненту могут быть домашними и
гостевыми, каждый – со своей сетью CSN.
Стандарт 802.16 обеспечивает гибкость распределения полосы
пропускания.
Рисунок 3 – Базовая структура сети
19
На рисунке 3 изображена NRM (Network Reference Model – базовая
модель сети) WiMAX, являющаяся логическим представлением сетевой
архитектуры. NRM подразделяет систему на три логические части:
абонентские станции, используемые клиентами для получения
доступа к сети;
ASN (Access Services Network) – сеть доступа к услугам, являющаяся
собственностью оператора доступа к сети (NAP – Network Access Provider);
ASN включает одну или несколько базовых станций, которыми управляет
один или несколько шлюзов ASN (ASN-GW).
CSN (Connectivity Services Network) – подсеть оператора,
способствующая выходу на IP и другие сети для реализации абонентских
услуг. Эта подсеть реализует необходимые коммутационные функции и
функции безопасности. Абонента может обслуживать оператор домашней
сети NSP (Network Services Provider). Кроме того, абонент может
находиться в роуминге. В данном случае его обслуживает оператор
визитной сети; при этом осуществляется обмен сигнальной информацией
CSN визитного и домашнего оператора.
Функции ASN:
соединение на уровне L2 с абонентской станцией;
поиск и выбор сети, основываясь на предпочтениях абонента о
CSN/NSP;
реализация безопасности: передача информации об устройствах,
пользователях и услугах серверу безопасности, временное хранение
профилей абонентов;
создание сквозных IP-соединений между АС и CSN;
управление радиоресурсом (RRM) в соответствии с классом трафика
и требуемым QoS;
поддержка мобильности, т.е. выполнение процедур хэндовера,
локализации и пейджинга.
20
WiMAX Forum определил различные способы организации ASN, которые
получили название профилей. Специфицированы профили A, B, C. Шлюз
ASN – это логическое устройство, которое может быть реализовано по-
разному. Профиль B ASN представляет простую организацию, которая
состоит из БС и шлюза ASN. Профили A и C разделяют функции между
БС и шлюзом ASN по-разному, а именно в управлении мобильностью и
радиоресурсами.
Функционально базовая станция представляет собой один сектор с
выделенным частотным диапазоном, обеспечивающим интерфейс IEEE
802.16e с абонентской станцией. Дополнительные функции, выполняемые
базовой станцией в обоих профилях, включают распределение для
восходящего и нисходящего каналов, классификацию трафика и SFM
(управление сервисным потоком). При этом должны быть выполнены
требования по QoS для различных классов трафика, передаваемых по
радиоинтерфейсу. Кроме того, базовая станция также управляет статусом
абонентской станции (активный, неработающий), поддерживает
туннельный протокол в направлении к шлюзу ASN, обеспечивает с
помощью сервера DHCP динамическими адресами. БС также передает
сигнальный обмен по протоколам MM, обеспечивая все уровни защиты,
предусмотренные стандартом. Базовая станция может быть подключена
одновременно к двум шлюзам для баланса нагрузки.
Шлюз ASN – это основной элемент сети. Во время сеансов связи шлюз
организует хэндовер абонентов и пейджинг абонентской станции,
управляет доступом к сети. Для любого подсоединенного абонента в
шлюзе открыта база данных, включающая профили абонента и ключи
шифрования. На шлюз возложены задачи авторизации потока услуг
согласно профилю абонентов и QoS. В направлении БС шлюз
поддерживает туннельное соединение; в направлении ядра сети (CSN)
шлюз осуществляет соединение по стандартному IP протоколу.
21
Выводы: 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). Изначально
данный стандарт разрабатывался в топологии «точка-многоточие» и был
настроен для развертывания в масштабах мегаполиса.
В настоящий момент возможна реализация, как больших проектов,
так и для отдельных предприятий.