Стек протоколов IEEE 802. 16 (WiMAX)

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — стандарт беспроводной связи IEEE 802.16 (рабочая группа создана в 1999 г.). При разработке ставились следующие задачи:

• • обеспечение доступа к услугам информационных и коммуникационных технологий для небольших поселений, удаленных регионов, изолированных объектов;
• • обеспечение доступа к услугам информационных и коммуникационных технологий более половины населения планеты.

Преимущества технологии:

• — стандарт объединяет технологии как уровня оператора связи, такВ и технологии «последней мили»;
• — беспроводные технологии более гибки и, как следствие, проще в развертывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться;
• — простота установки как фактор уменьшения затрат на развертываниеВ сетей в развивающихся странах, малонаселенных или удаленных районах;
• — на данный момент большинство беспроводных технологий широкополосной передачи данных требуют наличия прямой видимости междуВ объектами сети; WiMAX благодаря использованию технологии OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского оборудования до базовой станции (диаметр соты порядка несколькихВ километров);
• — изначально содержит протокол IP, что позволяет легко и прозрачноВ интегрировать ее в локальные сети;
• — подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектовВ сетей на единой инфраструктуре.

Характеристики:

• • пропускная способность до 135 Мбит/с при полосе несущей 28 МГц;
• • доступ к среде адаптивный, динамический;
• • управление сетью централизованное.

Принципы работы WiMAX. Соединение между базовой станцией и клиентским приемником производится в СВЧ-диапазоне 2—11 ГГц. В Такое соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные соВ скоростью до 20 Мбит/с и не требует, чтобы станция находилась на расстоянии прямой видимости от пользователя. Этот режим работы базовой станции WiMAX близок широко распространенному стандарту IEEE 802.11,В что допускает совместимость уже выпущенных клиентских устройствВ и WiMAX.

Между соседними базовыми станциями устанавливается постоянное соединение с использованием сверхвысокой частоты 10—66 ГГц радиосвязи прямой видимости. Такое соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 120 Мбит/с.

Как минимум одна из базовых станций может быть постоянно связана с сетью провайдера через широкополосное скоростное соединение. ДажеВ при небольшом количестве точек система способна корректно распределить нагрузку за счет сотовой топологии.

На базе сотового принципа разрабатываются также пути построения оптимальной сети, огибающей крупные объекты, когда серия последовательных станций передает данные по эстафетному принципу. По структуреВ сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильнойВ связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусеВ до 50 км, при этом их также необязательно устанавливать на вышках. ДляВ них вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условияВ прямой видимости между станциями. Для соединения базовой станцииВ с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. ДалееВ сигнал может поступать, но стандартному Ethernet-кабелю как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта IEEEВ 802.11 или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet, что позволяет сохранить существующую инфраструктуру районных или офисныхВ локальных сетей при переходе с кабельного доступа на WiMAX.

Режимы работы. Стандарт 802.1 бе-2005^[1] вобрал в себя все ранее выходившие версии и на данный момент предоставляет следующие режимы:

• • стационарный доступ (Fixed WiMAX) (рабочая группа IEEE 802.16d, В стандарт IEEE 802.16−2004);
• • сеансовый доступ (Nomadic^[2] WiMAX);
• • доступ в режиме перемещения (Portable WiMAX);
• • мобильный доступ (Mobile WiMAX) (дополнение IEEE 802.16е-2005).

Fixed WiMAX. Фиксированный доступ представляет собой альтернативу широкополосным проводным технологиям (xDSL, Т1). Стандарт использует диапазон частот 10—66 ГГц. Этот частотный диапазон из-заВ сильного затухания коротких волн требует прямой видимости между передатчиком и приемником сигнала, но позволяет избежать одной из главныхВ проблем радиосвязи — многолучевого распространения сигнала. При этомВ ширина каналов связи в этом частотном диапазоне довольно великаВ (типичное значение — 25 или 28 МГц), что позволяет достигать скоростейВ передачи до 120 Мбит/с. Фиксированный режим включался в версию стандарта IEEE 802.16d-2004.

Nomadic WiMAX. Сеансовый доступ добавил понятие сессий к уже существующему Fixed WiMAX. Наличие сессий позволяет свободно перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение уже с помощью других вышек WiMAX, нежели те, что использовались во время предыдущей сессии. Такой режим разработан в основномВ для портативных устройств.

Введение

сессий позволяет также уменьшитьВ расход энергии клиентского устройства.

Portable WiMAX. Для режима Portable WiMAX добавлена возможность автоматического переключения клиента от одной базовой станции WiMAXВ к другой без потери соединения. Однако для данного режима все еще ограничена скорость передвижения клиентского оборудования — 40 км/ч.

Mobile WiMAX. Этот режим был разработан в стандарте 802.16е-2005 и позволил увеличить скорость перемещения клиентского оборудованияВ до 120 км/ч. Основные достижения этого режима:

• • устойчивость к многолучевому распространению сигнала и собственным помехам;
• • масштабируемая пропускная способность канала;
• • технология Time Division Duplex (TDD), которая позволяет эффективно обрабатывать асимметричный трафик и упрощает управление сложными системами антенн за счет эстафетной передачи сессии между каналами;
• • технология Hybrid-Automatic, Repeat Request (H-ARQ), которая позволяет сохранять устойчивое соединение при резкой смене направления движения клиентского оборудования;
• • распределение выделяемых частот и использование субканаловВ при высокой загрузке позволяет оптимизировать передачу данных с учетом силы сигнала клиентского оборудования;
• • управление энергосбережением позволяет оптимизировать затратыВ энергии на поддержание связи портативных устройств в режиме ожиданияВ или простоя;
• • технология Network-Optimized Hard Handoff (НПО), которая позволяет до 50 мс и менее сократить время на переключение клиента междуВ каналами;
• • технология Multicast and Broadcast Service (MBS), которая объединяетВ функции DVB-H, MediaFLO и 3GPP E-UTRA:
  • — для достижения высокой скорости передачи данных с использованием одпочастотной сети,
  • — гибкого распределения радиочастот,
  • — низкого потребления энергии портативными устройствами,
  • — быстрого переключения между каналами;
• • технология Smart Antenna, поддерживающая субканалы и эстафетную передачу сессии между каналами, что позволяет использовать сложные системы антенн, включая формирование диаграммы направленности, В пространственно-временное маркирование, пространственное мультиплексирование;
• • технология Fractional Frequency Reuse, которая позволяет контролировать наложение/пересечение каналов для повторного использованияВ частот с минимальными потерями;
• • размер фрейма в 5 мс обеспечивает компромисс между надежностьюВ передачи данных за счет использования малых пакетов и накладными расходами посредством увеличения числа пакетов (и, как следствие, заголовков).

• [1] Документ ШЕЕ 802Л6с-2005 сам, но себе является не стандартом, а дополнениемВ к стандарту ШЕЕ 802.16−2004.
• [2] Буквально: кочующий.