وایمکس چیست و چگونه کار می کند ؟
معرفی وایمکس : WiMAX، مخفف عبارت «World Wide Interoperability for Microwave Access» و به معنای قابلیت تبادل و استفاده از اطلاعات در سطح جهانی، با دسترسی به امواج ماکروویو (امواج الکترو مغناطیسی در طیف فرکانسی رادیویی) می باشد.وایمکس یک سازمان تجاری صنعتی است و مشابه Wi-Fi می باشد.
دوره های شبکه، برنامه نویسی، مجازی سازی، امنیت، نفوذ و ... با برترین های ایران
سرفصل های این مطلب
- چگونگی نامگذاری وایمکس
- وایمکس و استاندارد های آن
- سیستم WiMax از دو بخش تشکیل شده است :
- ویژگی‌ها و مزایای فنی WiMax:
- انواع مودم‌های ایستگاه کاربر
- طبقه بندی تجهیزات وایمکس
- انواع سرویس های وایرلس وایمکس
- عوامل مؤثر بر کیفیت WiMax
- مقایسه ی وایمکس باWi-Fi
- ساختار شبکه Wimax
- 2- ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از :
- مدلهای عملیاتی wimax
- لایه فیزیکی wimax
- محدوده ي فركانسي مورد استفاده توسطWIMAX
- بررسی لایه MACدر wimax
- توابع امنیتی WIMAX
- مزایای عمده Wimax
اما با سرعتی بالاتر که در مسافت های طولانی تر و با تعداد بیشتری از کاربران،کاربرد دارد.وایمکس توانایی ارائه خدمات در مناطقی که دارای محدودیت های فیزیکی از جمله زیر ساخت های سنتی سیمی هستند را دارا می باشد.وایمکس یک نسخه استاندارد از اترنت است که به عنوان یک جایگزین برای فن آوری هایی همچون مودم های کابلی DSLو لینک T1/E1در نظر گرفته شده است.در دوره آموزش نتورک پلاس و معرفی تکنولوژی های WAN به وایمکس هم اشاره می کنیم.
چگونگی نامگذاری وایمکس
انجمن وایمکس که در سال 2001برای ارتقای هم نوایی وهمکنش پذیری استاندارد IEEE802.16 تاسیس شد،نام وایمکس را به عنوان یک فناوری برپایه ی این استاندارد انتخاب نمودند.
وایمکس و استاندارد های آن
نسخه اولیه استاندارد وایمکس که توسط IEEE 802.16برای فناوری حلقه های محلی بی سیم یا (WLL) که در طیف رادیویی 10.66GHZعمل می کرد صادر شده است IEEE802.16aدر سال 2004با افزودن مشخصاتی برای محدوده ی 2تا11 گیگاهرتز به نام 2004-IEEE802.16 به روز رسانی شد.که این استاندارد نیز درسال 2005 مجدداً به 2005-IEEE802.16 اصلاح گردید .نسخه ی فعلی وایمکس بر پایه ی استاندارد 2005IEEE802.16e- است که در واقع اصلاح شده ی استاندارد 2004-IEEE802.16e می باشد.این اصلاحیه به شرح زیر است:
- افزودن پشتیبانی از سیار بودن وایمکس ،سیستم آنتن سازگار پذیر(Adaptive Antenna system)و فناوری (MIMO)،معرفی Turbo coding-افزودن یک کلاسQOSبرای کاربردهای VOIP،طرحهای گوناگون آنتن و...
- استاندارد پایه wimax IEEE802.16 می باشد که از استانداردIEEE802.16d بعنوان وایمکس ثابت و از IEEE802.16e بعنوان وایمکس سیار نام می برند.سیستم wimax امکان دسترسی با نرخ داده ی 40Mbps را عرضه می کند که با استاندارد IEEE802.16 سرعت انتقال داده تا 1Gbps افزایش می یابد.
سیستم WiMax از دو بخش تشکیل شده است :
- WiMax Tower: برج وایمکس که مشابه برج‌های مخابراتی است و قادر به پوشش تا شعاع 30000 مایل مربع است . (تقریباً 8 هزار کیلومتر مربع).
- WiMax Receiver : شامل آنتن گیرنده امواج مایكروویو، كه میتواند برحسب موقعیت گیرنده از یك قطعه كوچك گیرنده Wi-Fiدر یك لپ تاپ تا گیرنده فرستنده داخلى در یك اداره متفاوت باشد. ایستگاه WiMax Tower به طور مستقیم به اینترنت باند پهن بالا از طریق اتصال سیمی متصل میشود. ونیز قادر است به یک WiMax Tower دوم(که اغلب Backhaul گفته میشود) متصل شود. از آنجایی که یک Tower منفرد تا 30000 مایل مربع پوشش میدهد، موجب پوشش تمام مناطق دور افتاده و روستایی بوسیله Wimax شده است.
ویژگی‌ها و مزایای فنی WiMax:
- رنج فرکانس از 2GHZ تا 66GHZ
- پهنای باند از1.5GHZ تا 20MGHZ
- نرخ تبادل اطلاعات تا 70Mbps
- تحت پوشش قرار دادن محدوده‌ای به شعاع 50Km
- تبادل اطلاعات بین فرستنده و گیرنده به صورت line-of-sight و non-line-of-sight
- امکان اتصال به لینک‌های کابلی DSL و T1/E1
- قابلیت سازگاری با تکنولوژی‌هایی مانند Wi-Fi
- پشتیبانی از توپولوژی‌های تحت استاندارد IEEE مانند Token Ring و نیز ساختارهایی خارج از استاندارد IEEE مانند LLC
انواع مودم‌های ایستگاه کاربر
مودم‌هایی که ایستگاههای کاری WiMAX میتوانند از آنها برای ارتباط با شبکه استفاده کنند یا ,(CPE) به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:
- مودم‌های Indoor که در محل کار و منازل قابل استفاده اند.
- مودم‌های Outdoor که در بلندترین محل‌های ساختمان، خارج از محیط کار و یا منزل، بر روی یک میله یا دکل نصب و استفاده میشود.
- تفاوت عمده این دو نوع مودم در قدرت فرستنده و گیرنده RF آنها است.
- مودم‌های Indoor توان کمتری نسبت به مودم‌های Outdoor دارند بنابراین استفاده از آنها در داخل منزل بلا مانع است.
طبقه بندی تجهیزات وایمکس
تجهیزات WiMAX را بر اساس سطوح مختلف شبکه همچون کاربران، شبکه دستیابی رادیویی و شبکه هسته به شکل زیر طبقه بندی می کنند :
- تجهیزات کاربران: این تجهیزات را CPE )Customer Premises Equipment ) می نامند و در بردارنده ی تجهیزات ارتباطی داخلی (Indoor)، تجهیزات ارتباطی بیرونی (Outdoor)، تجهیزات USB و تراشه های قابل نصب در کامپیوترها و لپ تاپ ها میباشد.
- تجهیزات دسترسی شبکه رادیویی:این دسته از تجهیزات موجب ارتباط کاربران با هسته شبکه شده و شامل نقاط دسترسی و ایستگاههای پایه (BS) می شوند که مدیریت منابع رادیویی را برعهده دارند. یک ایستگاه پایه WiMAX شامل سخت افزار کنترلی ،آنتن ها، دکل WiMAX و کابلهای تغذیه است.
- تجهیزات هسته شبکه:این بخش شامل سیستم های مدیریتی شبکه، تجهیزات مربوط به نظارت بر کاربران، روترها و واسط های خاص جهت ارتباط با شبکه های مختلف است. بخش هسته در شبکه WiMAX، بخشی است مابین ایستگاه پایه WiMAX و زیرساخت صوت یا داده شبکه که در آن ترافیک مشترکان WiMAX از طریق روترها و سوییچ ها انتقال داده میشود . طراحی مناسب شبکه IP و مهندسی مناسب این تجهیزات، خدمات با کیفیت بسیار بالایی را برای کاربران نهایی تضمین می کند و موجب سادگی عملیات برای ارائه دهندگان WiMAX می شوند.
انواع سرویس های وایرلس وایمکس
WiMax میتواند دو نوع سرویس Wireless را مهیا کند:
- None-line-of-sight:شبیه به سرویس Wi-Fi، در جاییکه یک آنتن کوچک روی کامپیوترتان به برج متصل شود. در این حالت، WiMax رنج فرکانسی پایین 2GHZ تا 11GHZ(شبیه به Wi-Fi )استفاده میکند. موانع فیزیکی باعث شده که انتقالات طول موج کوتاه به راحتی شکسته نشوند. آنها قادر به خمیدگی و انکسار در اطراف مانع هستند. در این نوع دستیابی به شعاع 4 تا 6 مایلی(25 مایل مربع یا 65 کیلومتر مربع) را پوشش میدهد.
- Line-of-sight:هنگامیکه یک آنتن ثابت از بالای تیر یا بام به طور مستقیم به WiMax Tower اشاره میکند. اتصال line-of-sight قوی‌تر و پایدارتر است. بنابراین توانایی فرستادن مقدار زیادی اطلاعات با خطای کمتر را دارد. انتقالات line-of-sight فرکانس‌های بالا با رنج ممکن 66GHZ رااستفاده می کند. بوسیله آنتن‌های line-of-sight قوی‌تر، ایستگاه فرستنده WiMax اطلاعات را به کامپیوترها و روترهایی با قابلیت WiMax که در شعاع 30 مایلی فرستنده هستند، می‌فرستد.(3600 مایل مربع یا 9300کیلو مترمربع را پوشش می دهد).
عوامل مؤثر بر کیفیت WiMax
- عوامل محیطی همچون پوشش گیاهی منطقه، ارتفاع درختان، وجود کوه‌ها، دره‌ها و حتی سطح آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها باعث ایجاد انعکاس و چند مسیرگی‌های رادیویی میشوند.
- شرایط آب و هوایی
- معماری مختلف شهرها، حتی در بهترین طراحی‌ها نیز ممکن است نقاط کوری را ایجاد کند.
- آلودگی‌های فرکانسی در پهنای باند مورد استفاده نیز سطح سیگنال دریافتی را تخریب میکند.
مقایسه ی وایمکس باWi-Fi
- Wi-Fiتحت استاندارد IEEE802.11می باشد.به کمک وایمکس سرعت داده هایی مانند Wi-Fiپشتیبانی می شود وموضوع تداخل امواج نیز کاهش می یابد.یکی از ویژگی های این تکنولوژی عدم نیاز به دید مستقیم بین مشترکان ودکل های BTSاست
- Wi-Fi به طور معمول دسترسی به شبکه ی محلی در اطراف یک یا چند صدپایی با سرعت 54Mbpsرا فراهم می کند اما یک آنتن وایمکس دارای برد تا40کیلومتر با سرعت 70Mbpsاست.
- Wi-Fiبرای برنامه های کاربردی شبکه LANبرای هر دستگاه CPE از 1 تا 10 کاربر مشترک در نظر می گیرد.
- در Wi-Fi (اندازه ی کانال ثابت20MHZاست) اما وایمکس از(1.5MHZتا20MHZ) میباشد.
- سرویس وایمکس به منظور پهنا رسانی در محدوده ی MANبوده وشبکه هایی با مقیاس بزرگ را در بر می گیرد.ولی Wi-Fiبرای شبکه های LANکاربرد دارد.در واقع بیشترین تفاوت میان Wi-Fi و WiMax سرعت نیست بلکه فاصله است, WiMax مایل‌ها جلوتر از Wi-Fi است.
- دامنه Wi-Fi در حدود 100 فوت(30 متر) است در حالیکه WiMax دستیابی بی سیم را تا شعاع 30 مایلی پوشش میدهد.
- سیستم Wi-Fiبا بهره گیری از الگوریتم های WEPوWPA وپسوردهای 64و128 بیتی ،امنیتی به نسبت قابل قبول ارائه می دهد.حال آن که وایمکس با روش های مختلف رمز گذاری نظیر CCMو CBCوCTR امنیت شبکه را فراهم می کند.
- پهنای باند در سیستم وایمکس بیشتر از Wi-Fiاست.به طوری که پهنای باند تا حد اکثر برابر54Mbps میباشد.که دلیل این تفاوت در موج های این دو سرویس است.همچنین با خرید و اتصال یک Access pointشخصی به خط PSLخود قادر خواهیم بود اینترنت را به صورت Wi-Fiاستفاده کنیم .در حالی که خرید چنین تجهیزاتی برای وایمکس ممکن نیست.
ساختار شبکه Wimax
ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺑﻪ ﻛﺎر رﻓﺘﻪ در ﺷﺒﻜﻪي WiMAX را ﻣﻲﺗﻮان ﺑﻪ دو ﻗﺴﻤﺖ ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ ﻛﺎرﺑﺮ و ﺗﺠﻬﻴﺰات اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻛﺮد.
1- ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ ﻛﺎرﺑﺮ : ﺑﻪ دو ﻗﺴﻤﺖ ﺗﺠﻬﻴﺰات داﺧﻠﻲ(IDU)و ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺧﺎرﺟﻲ(ODU)ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﻛﺎﺑﻞ اﺗﺮﻧﺖ Cat 5 ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. IDU و ODU ﻫﻤﺎن واﺣﺪﻫﺎي دﺳﺘﺮﺳﻲ WiMAX ﻫﺴﺘﻨﺪ.IDUﺷﺎﻣﻞ ﻣﻮدم و دﻳﮕﺮ ﻗﻄﻌﺎﺗﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ وﻇﻴﻔﻪ ﺑﺮﻗﺮاري ارﺗﺒﺎط ﺷﺒﻜﻪي ﺑﻲﺳﻴﻢ و ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﭘﻬﻨﺎي ﺑﺎﻧﺪ را ﺑﺮ ﻋﻬﺪه دارد. ﺳﻪ ﻧﻮعIDU دارﻳﻢ ﻛﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از:
- ﭘﻞ داده ي ﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ
- دروازه ي ﺻﺪا
- دروازه ي ﺷﺒﻜﻪ
ODU، ﻳﻚ وﺳﻴﻠﻪي ﺗﻮان ﺑﺎﻻ و ﭼﻨﺪﺣﺎﻣﻠﻲ اﺳﺖ، ﻛﻪ ﺑﻪ ﻳﻚ آﻧﺘﻦ ﺧﺎرﺟﻲ ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲﺷﻮد. اﻳﻦ وﺳﻴﻠﻪ موجب ﺗﻘﻮﻳﺖ ﺳﻴﮕﻨﺎل و ﺗﻮان ارﺳﺎل ﺑﺎﻻ و داﺷﺘﻦ ﺣﺪاﻗﻞ ﺗﺪاﺧﻞ ﻃﺮاﺣﻲ ﺷﺪه اﺳﺖ و ﺳﺎﺧﺘﺎر آن ﺑﻪ شکلی اﺳﺖ ﻛﻪ اﺧﺘﺸﺎش ﻛﻤﺘﺮ بر آن تاثیر میگذارد. از ﻣﺰاﻳﺎي آن ﭘﺸﺘﻴﺒﺎﻧﻲ ازﻋﻤﻠﻴﺎت ﭼﻨﺪ ﻛﺎﻧﺎﻟﻪ، ﭘﺸﺘﻴﺒﺎﻧﻲ از ﭘﻬﻨﺎي ﺑﺎﻧﺪ ﺑﺎﻻي14MHZ و ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ اﺗﺼﺎل ﺑﻪ واﺣﺪ دﺳﺘﺮﺳﻲ داﺧﻠﻲو ﺧﺎرﺟﻲاﺳﺖ.
CPEﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺛﺎﺑﺖ(SS) و ﻳﺎ ﻣﺘﺤﺮك (MS)ﺑﺎﺷﺪ.
2- ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از :
- اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪي ﭘﺮﺗﺮاﻛﻢ: دارایﻳﻚ واﺣﺪ ﭘﺮدازﻧﺪه ي ﺷﺒﻜﻪ، ﻣﺎژول واﺣﺪ ﭘﺮدازﻧﺪه ي ﭼﻨﺪﮔﺎﻧﻪ، ﻣﻨﺒﻊ ﺗﻮان و ﻣﺎژول ﺗﻐﺬﻳﻪ ﺗﻮان اﺳﺖ. ﺗﻤﺎﻣﻲ ﻗﻄﻌﺎت آن در ﺣﻴﻦ ﻛﺎر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻌﻮﻳﺾ ﻫﺴﺘﻨﺪ، اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪي ﻛﻮﭼﻚ ،ﻛﻪ اﻳﻦ وﺳﻴﻠﻪ ﻳﻚ ﺳﺮوﻳﺲ ﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ ﻣﺆﺛﺮ وارزانﻗﻴﻤﺖ را در ﻣﻨﺎﻃﻖ روﺳﺘﺎﻳﻲ ﻛﻢﺗﺮاﻛﻢ اراﺋﻪ ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺷﺎﻣﻞ ﻳﻚ ﻣﺎژول ﻣﺴﺘﻘﻞ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺎ واﺣﺪ رادﻳﻮﻳﻲ ﺧﺎرﺟﻲ ﺷﺒﻴﻪ ﺧﻮدارﺗﺒﺎط ﺑﺮﻗﺮار ﻣﻲﻛﻨﺪ و از ﻃﺮﻳﻖ ﻣﻨﺒﻊ AC و DC ﺗﻐﺬﻳﻪ ﻣﻲﺷﻮد.
- واﺣﺪ ﭘﺮدازش ﺷﺒﻜﻪ: ﻛﻪ ﻗﻠﺐ اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ است و ﺑﻪ ﻋﻨﻮان واﺣﺪ ﭘﺮدازﻧﺪه ي ﻣﺮﻛﺰي، ﺗﺠﻬﻴﺰات اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ و ﺗﻤﺎم ﻣﺸﺘﺮﻛﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ آن ﻣﺘﺼﻞاﻧﺪ را ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﻣﻲﻛﻨﺪ.
- ﻛﻨﺘﺮلﻛﻨﻨﺪه ي ﻧﻘﻄﻪي دﺳﺘﺮﺳﻲ WiMAX: از وﻇﺎﻳﻒ آن، اﻋﺘﺒﺎر دادن ﺑﻪ راﺑﻄﻪي ﺑﻴﻦ ﻗﻄﻌﺎت و ﻛﺎرﺑﺮان ﺑﺎ ﺳﺮوﻳﺲدﻫﻨﺪه اﺻﻠﻲ، ﺗﻮاﺑﻊ اﻣﻨﻴﺘﻲ ﺑﺮاي ﻛﻠﻴﺪﻫﺎي اﻋﺘﺒﺎري، ﻛﻨﺘﺮلﻛﻨﻨﺪهﻫﺎي ﺻﻔﺤﻪﺑﻨﺪي، ﻧﻘﻄﻪي ﺗﺼﻤﻴﻢﮔﻴﺮي ﺳﻴﺎﺳﺖﻫﺎي ﻛﻴﻔﻴﺖ ﺳﺮوﻳﺲ، ﻛﻨﺘﺮل ورودي ﭼﺮﺧﺸﻲ ﺑﺎ اﻧﺘﻘﺎل اﻳﺴﺘﮕﺎه، ﻛﻨﺘﺮل دﺳﺘﺮﺳﻲ و ﻧﻘﻄﻪي ﺗﺼﻤﻴﻢﮔﻴﺮي اﻧﺘﻘﺎل اﻳﺴﺘﮕﺎه است.
مدلهای عملیاتی wimax
1. توپولوژی PTP:یکﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي point to pint از ﻳﻚ ﻣﺴﺎﻓﺖ ﻃﻮﻻﻧﻲ و ﻳﻚ ﭘﻴﻮﻧﺪ wireless ﺑﺎ ﻇﺮفیتی ﺑﺎﻻ ﺑﻴﻦ دو ﺳﺎﻳﺖ بوجود می آید .ﻣﻌﻤﻮﻻ، ﺳﺎﻳﺖ ﻣﺮﻛﺰي ﻣﻴﺰﺑﺎن ( BS Base Station) و ﺳﺎﻳﺖ راه دور ﻣﻴﺰﺑﺎن(SS (Subscriber Stationاﺳﺖ. BS ارﺗﺒﺎﻃﺎت و ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي اﻣﻨﻴﺘﻲ را ﺑﺮاي اﻳﺠﺎد ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﺎ SS ﻛﻨﺘﺮل ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي PTP ﺑﺮاي ﺳﺮوﻳﺲﻫﺎي backhaul ﺑﻲ ﺳﻴﻢ ﺑﺎ ﭘﻬﻨﺎي ﺑﺎﻧﺪ ﺑﺎﻻ در ﻳﻚ ﻣﺤﺪوده ي وﺳﻴﻊ ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ (در ﺣﺪود 48 ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ )ﺑﻪ ﺻﻮرت ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل (LOS (Line Of Site ﻳﺎ (NLOS (None Line Of Site اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد.
2. توپولوژی PMP:ﻳﻚ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي ﻳﻚ ﻧﻘﻄﻪ ﺑﻪ ﭼﻨﺪ ﻧﻘﻄﻪ از ﻳﻚ BS ﻣﺮﻛﺰي ﻛﻪ ﭼﻨﺪﻳﻦ SS را حمایت ﻣﻲﻛﻨﺪ، بوجود آمده و امکان دﺳﺘﺮﺳﻲ ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ را از ﻳﻚ ﻣﻜﺎن ﺑﻪ ﭼﻨﺪ ﻣﻜﺎن دﻳﮕﺮ ﻓﺮاﻫﻢ ﻣﻲﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺑﺮاي ﻣﻮارد زﻳﺮ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد:
- دﺳﺘﺮﺳﻲ ﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ ﻓﻮاﺻﻞ دور
- اﺗﺼﺎل ﺧﺼﻮﺻﻲ ﺑﺮاي دﻓﺎﺗﺮ راه دور ﻛﻪ از اﻫﻤﻴﺖ ﺧﺎﺻﻲ ﺑﺮﺧﻮردار اﺳﺖ
- ﺳﺮوﻳﺲﻫﺎي backhaul (خطی با پهنای باند بالا بین BS و SS) ﺑﻲﺳﻴﻢ ﺑﺎ ﻣﺤﺪوده ي ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ وﺳﻴﻊ ﺑﺮاي ﭼﻨﺪﻳﻦ ﺳﺎﻳﺖ
- ﺷﺒﻜﻪي PMP ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از اﻧﺘﻘﺎل LOS و NLOS ﻛﺎر ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﻫﺮ BS در PMP ﻳﻚ ﻣﺤﺪوده ي ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ در ﺣﺪود 8 ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ دارد.
3. توپولوژی Multi Hop Relay: اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي ﺗﻮﺳﻂ IEEE 802.16j-2009 ﺗﻌﺮﻳﻒ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﺪف آن ﺗﻮﺳﻌﻪي ﻣﺤﺪوده ي ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BS ﺑﺎ اﺟﺎزه دادن ﺑﻪ SSﻫﺎﺑﺮاي ﺑﺎزﭘﺨﺶ ﺗﺮاﻓﻴﻚ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان (RS(Relay Stationاﺳﺖ. دادهﻫﺎي ﺑﺎزﭘﺨﺶ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ RSﻫﺎي ﻣﺠﺎور ﺑﻪ ﻳﻚ SS در ﺧﺎرج از ﻣﺤﺪوده ي BS ﻓﺮﺳﺘﺎدهﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. ﻳﻚ RS ﻓﻘﻂ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺗﺮاﻓﻴﻚ را ﺑﻪ ﺳﻤﺖ RS/SSﻫﺎﻳﻲ ﻫﺪاﻳﺖ ﻛﻨﺪ ﻛﻪ در ﻣﻨﻄﻘﻪي امنیتیRSﻗﺮار دارﻧﺪ. ﻳﻚ (SZ(Security Zone، ﻣﺠﻤﻮﻋﻪاي از ارﺗﺒﺎﻃﺎت ﻣﻄﻤﺌﻦ ﺑﻴﻦ ﻳﻚ BS و ﮔﺮوﻫﻲ از RSﻫﺎ اﺳﺖ. دادهﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ در ﺧﺎرج از ﻣﺤﺪوده ي ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ ﺟﺮﻳﺎن ﭘﻴﺪا میﻛﻨﻨﺪ، روي ﭼﻨﺪﻳﻦ RS ﺑﺎزﭘﺨﺶ ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ و ﻧﺎﺣﻴﻪي ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ ﺟﻐﺮاﻓﻴﺎﻳﻲ ﻛﻠﻲ ﺷﺒﻜﻪ اﻓﺰاﻳﺶ ﭘﻴﺪا ﻣﻲﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي ﻣﻌﻤﻮﻻ از ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل NLOS اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺑﻪ اﻳﻦ دﻟﻴﻞ ﻛﻪ ﻫﺪف، ﭘﻮﺷﺶ ﻣﺤﺪوده ي ﺟﻐﺮاﻓﻴﺎﻳﻲ ﺑﺰرﮔﻲ ﻛﻪ ﺷﺎﻣﻞﭼﻨﺪﻳﻦ ﻣﺎﻧﻊ RF اﺳﺖ، ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎ اﻳﻦ ﺣﺎل اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ از ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل LOS ﻧﻴﺰ اﺳﺘﻔﺎده ﻛﻨﺪ. ﺑﻴﺶﺗﺮﻳﻦ ﻣﺤﺪوده يﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ ﺑﺮاي ﻫﺮ ﮔﺮه، ﺗﻘﺮﻳﺒﺎ 8 ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ اﺳﺖ.
4. توپولوژی Mobile:ﻳﻚ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي Mobile مشابه یک شبکه ﺳﻠﻮﻟﻲ اﺳﺖ. زیرا ﭼﻨﺪﻳﻦ BS ﺟﻬﺖ ﺗﺄﻣﻴﻦ ارﺗﺒﺎﻃﺎت ﻳﻜﭙﺎرﭼﻪ ﺑﺮاي BS و MSﻫﺎ(Mobile Station) روي ﻳﻚ ﺷﺒﻜﻪي ﺗﻮزﻳﻊ ﺷﺪه ﺑﺎ ﻫﻢ ﻛﺎر ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي ﻧﻮاﺣﻲ ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BSﻫﺎ را ﺑﻪ ﻫﻢ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻣﻲدﻫﺪ و در بردارنده اﻗﺪاﻣﺎﺗﻲ برای سهولت ﻋﺒﻮر ﻳﻚ MS ﺑﻴﻦ ﻧﻮاﺣﻲ ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BSﻫﺎ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژي از ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژي ﺳﻴﮕﻨﺎﻟﻴﻨﮓ RF ﭘﻴﺸﺮﻓﺘﻪ ﻛﻪ ﺑﺮاي ﻋﻤﻠﻜﺮد Mobile ضروری اﺳﺖ، اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﻫﺮ ﻣﺤﺪوده ي ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BS ﺗﻘﺮﻳﺒﺎ 8 ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ اﺳﺖ. WiMAX ﻣﺘﺤﺮك(Mobile) ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل NLOS روي ﻣﺤﺪوده ي ﻓﺮﻛﺎﻧﺴﻲ 2تا6 گیگاهرتزﻛﺎر ﻣﻲﻛﻨﺪ.
5. طیف(spectrum): قادر است روی هر دو طیف بامجوز و بدون مجوز مستقر شود.
6. توپولوژی RAN: این توپولوژی از دسترسی به شبکه های مختلف رادیویی پشتیبانی میکند.
7. اتصال به IP: ترکیبی از IPV4 و IPV6 است که شبکه ی اتصالات را در سرورهای مشتریان و برنامه های کاربردی پشتیبانی می کند.
لایه فیزیکی wimax
پايين ترين لايه ي WiMAX لايه ي فيزيكي يا PHY است در اين لايه از مدولاسیونهای اثبات شده ای چون: TDD2 ،OFDM،FDD،QPSK،QAM استفاده شده است تا سيگنالها با قابليت اطمينان %999/99 به دورترين نقاط و با بالاترين توان عملياتي فرستاده شوند با توجه به نام این لایه ، هدف ، انتقال فيزيكي داده ها است. این لایه بر اساس تقسیم چند گانه ی متعامد فرکانس (OFDM) است OFDM طرحی از انتقال اطلاعات با سرعت بالا ،ویدیو، ارتباطات چند رسانه ای که علاوه بر WIMAX توسط انواع سیستمهای تجاری Broad band نظیر DSL ، Wi-Fi و رسانه FLOمورد استفاده قرار میگیرد و طرحیست ظریف و کارامد برای نرخ انتقال بالای داده در محیطهای چند مسیره و یا مسدود شده ی رادیویی.
محدوده ي فركانسي مورد استفاده توسطWIMAX
1. فركانس با مجوز در محدوده 10 تا 66 گیگاهرتز: به دليل طول موج کوتاه در اين فركانس، عمليات در محیطهاي LOS انجام می شود. حداكثر سرعت در اين باند فركانسي20Mbps است . در اين محدوده فركانسي، از مدولاسيون تك حامل (SC (Single Carreir استفاده میشود.
2. فركانس با مجوز و بدون مجوز در محدوده ي 2تا 11گیگاهرتز: در اين باند ، دو نوع فركانس بدون مجوز و با مجوز وجود دارد. فركانس هاي 2.5GHZ و3.5GHZ داراي مجوز و فركانس 5.8GHZبدون مجوز هستند.به دلیل طول موج بیشتر این محدوده فرکانسی ، می توان در محيطهاي NLOS نيز عمل كرد. در واقع بيش تر قابليت هاي مفيد لايه ي فيزيكي IEEE802.16 در اين محدوده ي فركانسي وجود دارد. عمليات در فركانس بدون مجوزمستلزم تحمل تداخل هاي زياد مي باشد.
3. مدولاسيون هاي SC,OFDM و OFDMA : باتوجه به نام مدولاسيون تك حامل ، اين مدولاسيون تنها از يك سيگنال حامل براي ارسال سيگنال هاي مديريتي و يا داده ها بهره میبرد. مدولاسيون OFDM نوع تغيير يافته ي FDM است همان طور كه در شكل مشاهده مي كنيد، در مدولاسيون FDM سيگنال هاي حامل با يك فاصله فركانسي مطمئن بصورت موازی ارسال مي شوند. اما در مدولاسيون OFDM سيگنال هاي حامل به قدري به هم نزديك شده اند كه واقعاً با هم تداخل دارند. اما عملاً اين تداخل به وسیله تعامد برطرف شده است. به اين معني كه سيگنال هاي متداخل به لحاظ رياضي بر هم عمود هستند. علت اين فشردگي اين است كه از حداقل محدود ه ي فركانسي ممكن استفاده شود. OFDM از 256 سيگنال حامل استفاده مي كند. از 192 سيگنال براي داده،8 سيگنال به عنوان سيگنال هاي كنترلي و 56 حامل باقي مانده خالي و براي حفاظت از باند فركانسي استفاده مي شود.
شکل1: مدولاسيون FDM با 5 سيگنال حامل موازي
شکل2: استفاده از زير حامل ها به صورت فشرده و متعامد درOFDM
مدولاسيونOFDMA از روش مدولاسیون OFDM استفاده مي كند اما در آن میتوان سيگنا لهاي حامل را به كاربران مختلف نسبت داد. در OFDMA از 4096 سيگنال حامل استفاده مي شود.در شکل 3 مشاهده ميكنيد كه باند فركانسي OFDMA به NE زير حامل تقسيم شده است كه توسط pilot ها از هم جدا شده اند.
شکل3:باند فركانسي OFDMA و OFDM
داده هاي مربوط به كاربران مختلف در اين زير حامل ها پخش شده است (زير كانال ها).به عملي كه درOFDMA در مقايسه با OFDM انجام میشود ،Sub-channelization گفته شده که در UL انجام مي شود.
4. مدولاسيون سازگار (QAM،QPSK، BPSK): مدولاسيون هاي تعيين شده در (UL DL (Up Down Link عبارتند از: BPSK،QPSK،QAM-16و QAM-64 كه بسته به سرعت ارسال سيگنالها و همچنين فاصله ی SS از BS از اين سه استفاده ميشود. در شكل 4 مبناي انتخاب هر يك از اين مدولاسيونها را مشاهده مي كنيد. درنزديكي هاي (BS،SNR (Signal to Noise Ratio بالاست بنابراين از مدولاسيون هاي سطح بالاتر مثل QAM-16 استفاده مي شود تا بازده زياد شود. ولی وقتی SS در در مرز سلول واقع شده است، از مدولاسيون هاي سطح پايين تر استفاده مي شود تا كيفيت و ثبات اتصال حفظ شود.
شکل4- مدولاسيون استفاده شده به تناسب فاصله ازBS
از آنجا که لایه فیزیکی وایمکس کاملا انعطاف پذیر است، عملکرد سرعت داده ها ، بر اساس پارامترهای عملیاتی متفاوت است .پارامترهایی که تاثیر بسزایی در سرعت داده ها در لایه فیزیکی، پهنای باند کانال و مدولاسیون و طرحهای کدگذاری شده دارند. در جدول زیر نرخ داده ها ی لایه فیزیکی در پهنای باند کانال های مختلف، و همچنین طرح های مدولاسیون و کدگذاری شده ارائه شده است:
بررسی لایه MACدر wimax
لايه يMAC از سه زيرلایه ي همگرايي، جزء مشترك و امنيت تشكيل شده است كه وظايف لايه ي MAC بين اين سه زیر لايه تقسيم شده است .
MAC دارای ویژگی های مختلف، مناسب برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در میزان مختلفی از تغییرات، است:
- پخش و پشتیبانی چندپخشی.
- قابلیت اداره دستورات اولیه.
- سرعت بالای تحویل و توانایی تغییر در اطلاعات اولیه.
- سه سطح مدیریتی:1-عملیات عادی 2-غیرفعال 3-بی اهمیت.
- سرکوب سربرگ(header)، بسته بندی و قطعه قطعه شدن برای استفاده موثر از طیف.
- مدیریت حفظ حریم خصوصی کلیدها (PKM) برای امنیت لایه MAC . نسخه 2 PKMشامل پشتیبانی برای EAP است
كاربراني كه از شبكه ی Wimax استفاده مي كنند، بر روي يك پروتكل انتقال توافق كرده اند. اين پروتكل، مباحثه بين كاربران را كنترل مي كند و سرويس را متناسب با تأخير و نيازمنديهاي پهناي باند هر يك از برنامه هاي كاربر تحويل مي دهد. اين كار از طريق چهار نوع متفاوت از مكانيزم هاي زمان بندي UL انجام مي شود. اين مكانيزم ها با استفاده از اهداي پهناي باند درخواست نشده، سركشي و رويه هاي مباحثه پیاده سازی می شود. لايه ي MAC در Wimax براي انواع مختلف برنامه هايي كه ممكن است در شبكه هاي Wimax عمل کنند، QOS های متفاوتی را فراهم میکند.MAC چهار نوع مختلف از كلا سهاي سرويس(مكانيزم هاي زمانبندي UL) را به همين منظور مشخص میکند:
- سرويس امتياز درخواست نشده (UGS) از سرويس نرخ بيت ثابت پشتيباني مي كند. مثل تقليد T1/E1 و VOIP بدون حذف سکوت.
- سرویسهاش سر کشی بلادرنگ (rtPS) :از سرويس هاي بلادرنگ پشتيباني مي كند كه اندازه های مختلف بسته هاي داده را توليد مي كند، مثل ويدئوي MPEG یا VOIP با حذف سكوت.
- سرويس هاي سركشي غير بلادرنگ (nrtPS): از سرويس هاي غير بلادرنگ پشتيباني مي كند.
- سرویسهای BS: اين سرويس ها عموماً توسط اينترنت براي مو ج سواري در وب فراهم شده اند.
این ویژگی ها همراه با OFDMA 802.16 برای داده های با سرعت بالا و IP های سلسله مراتبی و یا هم زمان از برنامه های کاربردی چند رسانه ای مناسب است.
(پشتیبانی از QOS بخشی اساسی از طراحی لایه MAC وایمکس است. وایمکس برخی از ایده های اولیه طراحی QOSرا از استاندارد مودم کابلی DOCSIS به امانت میگیرد.)
با وجود لايه هاي كم استاندارد در WIMAX ،این استاندارد از جهات زيادي از تكنولوژي هاي قبل از خود بهتر است. بسياري از تمهيدات امنيتي كه در استانداردهاي پيش از آن لحاظ نشده بود در این استاندارد در نظر گرفته شده است.. همچنين اين استاندارد از مدولاسيو نهاي آزمون شده و كارآمد در لايه ی فيزيكي استفاده مي كند كه باعث برتري آن نسبت به ساير تكنولوژي هاي قبل از آن شده است.
توابع امنیتی WIMAX
با درک موانع موجود در می یابیم که مسئله امنیت در پذیرش گسترده و جهانی خدمات بی سیم باند پهن بسیار حائز اهمیت است. IEEE و Wimax Forumدر تلاشند تا محیطی بسیار امن و قابل اطمینان بوجود آورند. استانداردهای امنیتی Wimax شامل روشهایی برای اطمینان از داده های خصوصی کاربر و جلوگیری از دسترسیهای غیر مجاز با بهینه سازی پروتکلهای الحاقی برای mobility است.حفظ امنیت توسط زیر لایه خصوصی در MAC وایمکس صورت میگیرد،جنبه های کلیدی امنیت Wimax عبارتند از:
- پشتیبانی برای حفظ حریم خصوصی: اطلاعات کاربر با استفاده از طرحهای رمزنگاری نیرومند اثبات شده در زمینه فراهم آوردن یک محیط خصوصی ،رمزنگاری میشوند.دو استاندارد AES(استاندارد رمزگذاری پیشرفته)و 3DES (استاندارد سه گانه رمزگذاری داده ها)این عملیات را پشتیبانی می کنند.
- دستگاه / تأیید هویت کاربر: Wimax راهکارهایی انعطاف پذیر برای ایستگاههای احراز هویت مشترک و جلوگیری از استفاده ی غیر مجاز کاربران فراهم می کند. .چارچوب احراز هویت براساس گروه ضربت مهندسی اینترنت IETF) EAP)، است که از انواع اعتبارات، از جمله: نام کاربری ، رمز عبور، گواهی دیجیتال، و کارت های هوشمند پشتیبانی می کند.دستگاههای ترمینال Wimax براساس گواهی نامه دیجیتال X.509 که شامل کلید های عمومی و MAC Addressاست ساخته شده اند.اپراتورهای Wimax میتوانند ازاین گواهی برای احراز هویت دستگاهها با بهره گیری از نام کاربری / رمز عبور و یا کارت هوشمند تأیید هویت استفاده کنند.
- پروتکل مدیریت - کلید انعطاف پذیر:نسخه دوم پروتکل مدیریت کلید و حفظ حریم خصوصی (PKMv2) ،برای انتقال ایمن مواد اصلی رمز از ایستگاه اصلی به ایستگاه موبایل مورد استفاده قرار میگیرد.
- محافظت از پیام های کنترل:برای محافظت پیامها ازاستانداردهای AES مبتنی بر CMAC و یا MD5 مبتنی بر HMACاستفاده میشود.
- و...
مزایای عمده Wimax
- سازندگان تجهیزات:نوآوری با سرعت بیشتر به دلیل وجود یک استاندارد پایه،یک پلت فرم پایدار مبتنی بر این استانداردها که با سرعت بالایی قابلیتهای جدید را اضافه می کند.دیگر نیازی به توسعه هر قطعه بوسیله راه حل (end-to-end) نیست.
1. اپراتورها:یک پلت فرم مشترک که همواره هزینه تجهیزات و شتاب افزایش قیمت را پائین می آورد وبهبودعملکردهای غیر قابل حصول را با روشی خاص ممکن می سازد.
- درآمد زایی با پر کردن شکاف دسترسی به اینترنت پر سرعت.
- سرعت ارائه سطحT1/E1 "بهنگام درخواست"و ارتقاء خدمات حاشیه ای پهنای باند.
- کاهش خطرات ناشی از دلار با استقرار تجهیزات با هزینه کمتر با توجه به مقیاس اقتصادی.
2. مصرف کنندگان:
- فرصتهای بیشتر برای دسترسی به پهنای باند به ویژه در مناطقی که یک نارسایی وجود دارد:همچون مراکز شهری در سراسر جهان که دسترسی به ساختمان درآن دشوار است و در مناطق حومه که مشترکان از دفاتر مرکزی بسیار دور هستندوهمچنین در مناطق روستایی و کم جمعیت که زیر ساخت ضعیفی دارند.
- ایجاد رقابت برای دسترسی به پهنای باند بالا با حداقل پرداخت حق اشتراک ماهیانه.