Группа стандартов WiMAX

ГРУППА СТАНДАРТОВ WiMAX А.Ю. Прокопенко

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Б.А. Крылов

Статья посвящена краткому обзору группы стандартов беспроводных сетей WiMAX.

Введение

Стандарты WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) на сегодняшний день - одни из перспективных технологий в мире беспроводных сетей (рис. 1).

Сети, построенные на базе WiMAX (IEEE 802.16), ориентированы на использование в городской среде (Metropolitan Area Network (MAN)).

Global Wireless Standards

IEEE 002.20

WAN

3GPR EDGE

IEEE 602.16 Wireless MAN*

MAN

ETSI HIPERMAN ¿HIRER ACCESS

IEEE 802.11 Wireless LAN

LAN

ETSI HIPERLAN

PAN

IEEE 80215 ETSI Bluetooth' HIPERRAN

Рис. 1. Типы беспроводных сетей. PAN (Private Area Network) - частные сети;

LAN (Local Area Network) - локальные сети; MAN (Metropolitan Area Network) - городские сети; WAN (WorldWide Area Network) - мировые сети

Группа стандартов WiMAX

WiMAX - группа стандартов IEEE 802.16, созданная с целью обеспечения широкополосного беспроводного доступа «последней мили». Понятие доступа «последней мили» на сегодняшний день все больше используется в описаниях беспроводных сетей. Значение этого термина объясняется экономическим фактором: легче и дешевле поставить одну коллективную точку беспроводного доступа в густо населенном районе, чем тянуть сеть в каждый дом, офис и так далее [1, 2].

В 2001 г. фирмами Nokia, Harris Corp., Ensemble и Crosspan была создана организация «WiMAX forum» с целью поддержки и продвижения стандарта IEEE 802.16, а также обеспечения взаимодействия с другими стандартами (HIPERMAN (Европа) и WiBro (Южная Корея)).

На сегодняшний день пока не существует стандартизированных решений для оборудования WiMAX, однако достаточно большое количество оборудования уже доступно на рынке. Оно выполнено в соответствии со стандартами IEEE 802.16 и внутренними разработками выпускающих компаний. Такое оборудование называется pre-WiMAX продуктами. Официальная сертификация оборудования началась в июне 2005 г. На данный момент только Cetecom labs имеет право сертифицировать продукты на соответствие стандартам IEEE 802.16 [3].

Рабочая группа, занимающаяся разработкой стандартов IEEE 802.16, была организована в 1999 г. для работы над WLL (Wireless Local Loop). Целью группы стало построение стандарта широкополосного беспроводного доступа со следующими характеристиками:

• IP-ориентированный стандарт;

• обеспечение качества обслуживания QoS (Quality of Service) для каждого соединения в отдельности;

• работа в нелицензируемом и лицензируемом спектре с ориентацией на США;

• увеличение дистанции между передатчиком и приемником.

В табл. 1 представлены стандарты IEEE 802.16 по мере их разработки, начиная с 2001 г.

IEEE 802.16 802.16a 802.16REVd 802.16e

Одобрен декабрь 2001 январь 2003 июль 2004 июль 2005

Частотный диапазон от 10 до 66 ГГц менее 11 ГГц менее 11 ГГц от 2 до 6 ГГц

Видимость прямая, LOS непрямая,NLOS непрямая,NLOS непрямая,NLOS

Модуляция QPSK, 16QAM и 64QAM OFDM 256, OFDMA + 802.16 OFDM 256, OFDMA + 802.16 OFDM 256, OFDMA + 802.16

Скорость 32 - 134 Мбит/с 1 - 75 Мбит/c см. 802.16а до 15 Мбит/c

Мобильность Нет Нет Нет да, с возможностью регионального ро-уминга

Ширина канала 20, 25 и 28 МГц Изменяемая от 1,25 до 20 МГц с 16 логическими каналами см. 802.16а Более 5 МГц

Радиус ячейки От 1 до 5 км От 5 до 8 км; максимум 50 км с соотв. антенной и максимальной мощностью передачи см. 802.16а от 1 до 5 км

Терминальное оборудование внешнее с выносной антенной внешнее с встроенной антенной PC - карта

Таблица 1. Семейство стандартов IEEE 802.16

IEEE 802.16 (IEEE 802.16-2001), одобренный в декабре 2001 г., стал первым стандартом «точка-многоточка» в области WMAN. Стандарт был ориентирован на работу в частотном диапазоне от 10 до 66 ГГц и, как следствие, требовал нахождения передатчика и приемника в зоне прямой видимости (LOS, Line of Sight). Это существенный недостаток при использовании технологии в условиях города. IEEE 802.16 не был хорошо проработан, и даже после его утверждения осталось большое количество открытых вопросов [4].

IEEE 802.16a стал первым действующим стандартом, где было устранено большинство недостатков предыдущего. Главное отличие - понижение рабочей частоты и реализация функционирования в зоне непрямой видимости (NLOS, Non Line of Sight).

IEEE 802.16REVd (IEEE 802.16-2004) - исправленная версия стандарта IEEE 802.16а, с поддержкой фиксированного офисного или домашнего оконечного терминального оборудования в соответствии с NLOS посредством таких дополнительных функций, как формирование антенной направленного сигнала и использование подне-сущих OFDM (ортогональное частотное разделение канала).

IEEE 802.16e будет следующей ступенью развития идей предыдущих стандартов с ориентацией на мобильность оконечного пользователя.

Операторы, предоставляющие услуги связи, имеют возможность достаточно гибко настраивать сети WiMAX в соответствии со своими нуждами:

• для удаленных на десятки километров от базовой станции пользователей: o обеспечение телефонной связью, доступом в Интернет;

o необходимо наличие внешней направленной антенны на стороне пользователя в зоне LOS, причем антенна может быть использована как точка коллективного доступа;

• для удаленных на 5-20 км от базовой станции пользователей: o обеспечение широкополосного доступа к услугам связи;

o необходимо наличие внешней антенны на стороне пользователя в зоне LOS, причем антенна может быть использована как точка коллективного доступа;

• для удаленных на 5 км от базовой станции пользователей:

o обеспечение широкополосного доступа к услугам связи с использованием внутренней антенны;

o пользователь может быть ограниченно мобильным - в зависимости от уровня сигнала.

Различные стандарты семейства IEEE 802.16 ориентированы на различные сегменты рынка. Например, стандарт IEEE 802.16-2004 обеспечивает решение «последней мили» для фиксированных пользователей. IEEE 802.16е ориентирован на обслуживание мобильных пользователей (рис. 2).

IEEE802.16-2004 _А_

1ЕЕЕ802.16е _Л_

fei Г

dPV'

Wi-Fi Hotspot

Фиксированный доступ

Портативность с ограниченной мобильностью

Полная мобильность

Рис. 2. Стандарты IEEE 802.16 в различных областях применения

В табл. 2 отражены главные отличия WiMAX от популярного на сегодняшний день Wi-Fi (IEEE 802.11). Последний не является прямым конкурентом WiMAX, так

как создавался для других целей. Однако это не мешает им взаимодействовать друг с другом, образуя комплексы беспроводных сетей (рис. 2).

IEEE 802.11

Был разработан для доступа к Интернет, в основном ориентируясь на услугу Best Effort Разрабатывается для предоставления мультимеийных и голосовых услуг с заданным качеством обслуживания

Не ориентирован на соединение Полностью ориентирован на соединение

Ориентирован на нелицензируемые частоты, количество пользователей сравнительно низкое Ориентирован как на лицензируемые, так и нелицензируемые частоты, предполагаемое количество пользователей должно быть высоко

Дистанция передачи данных - метры Дистанция передачи данных - километры

Таблица 2. Основные отличия Wi-Fi от WiMAX

На рис. 3 представлено применение стандартов IEEE 802.16 в общей концепции сетевой архитектуры, а на рис. 4 - стек стандарта IEEE 802.16 [4].

Рис. 3. Архитектура WiMAX

Service Specific Convergence Sublayer

MAC Sublayer Com mon Part

Security Sublayer

Transmission Convergence Sublayer

QPSK QAM16 QAM64

Data/Control Plane

Рис. 4. Стек стандарта IEEE 802.16

Физический уровень IEEE 802.16 использует модуляцию OFDM (ортогональное частотное разделение канала) и поддерживает различные уровни модуляции, включая BPSK (двоичная фазовая модуляция), QPSK (квадратурная фазовая модуляция), 16QAM (16-позиционная квадратурная амплитудная модуляция) и 64QAM (64-позиционная квадратурная амплитудная модуляция) [4].

MAC уровень содержит подуровень безопасности (security sublayer), осуществляющий шифрование и управление ключами, и подуровень конвергенции (service specific convergence sublayer), поддерживающий протоколы более высокого уровня, такие как PPP, IP, АТМ, Ethernet и т.п.

С выходом на рынок продукты WiMAX при правильной организации теоретически могут создать конкуренцию сотовым сетям в области голосовых услуг.

Заключение

Стандарт WiMAX постоянно развивается, создаются модификации для различных областей применения, и уже сейчас можно предвидеть успешное будущее данной технологии в мире беспроводных сетей.

Литература

1. www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/index.htm - представление технологии WiMAX компанией Intel.

2. www.softco.ru/wimax.htm - Общие сведение о технологии WiMAX.

3. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа. М. 2005.

4. Портной С.Л. Теоретико-информационные основы систем широкополосного беспроводного доступа. М. 2004.