Programing.BlogSky.com
X
تبلیغات
رایتل


هــمه چــیز در مــورد وایــمکـس و وای فای


- فناوری وایمکس بیشتر برای مناطق روستایی و دورافتاده مناسب است
- دستگاههای کاربری وایمکس قیمتی بالاتر از دستگاههای 3G دارند
- مشترکان برای پرداخت قابلیت سیار وایمکس آمادگی ندارند
- تشعشعات BTS های وایمکس از تشعشعات BTS های GSM بیشتر است
- نرخ مکالمه در فناوری وایمکس و GSM یکسان است
- پوشش میانگین هر BTS وایمکس 5 کیلومتر مربع است
- بیشتر هزینه CAPEX در وایمکس شامل تجهیزات رادیویی است
- گستره فرکانسی 30 مگاهرتز مناسب است
- فناوری وایمکس می تواند بطور مؤثری توسط اپراتورهای کوچک و متوسط توسعه یابد

هــمه چــیز در مــورد وایــمکـس و وای فای-قـسمت اول

چکیده: وای مکس یک فن آوری بی سیم پهن باند است که هنوز ده ساله نشده است.این فن آوری نوظهور در قالب دو کاربرد ثابت و متحرک عرضه می شود و تقریبا توانسته در لپ تاپ ها و تلفن های همراه هوشمند جایی برای خود باز کند.
در این مقاله به معرفی فن آوری وای مکس،استانداردها،کاربردها، آشنایی با تجهیزات و بررسی وضعیت کنونی وای مکس در چند نقطه جهان پرداخته شده است.

کلید واژه : آنتن های میمو، تحویل ایستگاه،مد ذخیره توان،وای مکس ثابت،وای مکس سیار

مقدمه:
مدت ها بود که شبکه های سیمی،دنیای مخابرات را زیر سلطه داشتند.دولت ها،تولیدگنندگان و اپراتورها مجبور بودند تا هزینه سنگین سیم کشی را تا آخرین کاربر در دورترین نقطه متحمل شوند.بی شک راه اندازی اولین شبکه های بی سیم،تحولی بزرگ در صنعت مخابرات بود و درهای تازه ای را پیش روی مهندسان و تولیدگنندگان گشود.
با گذشت زمان روز به روز بر قابلیت های فن آوری های بی سیم افزوده شد.تا امروز که حجم عظیمی از اطلاعات،صوت و تصویر را می توان در کسری از ثانیه به دورترین نقاط ارسال کرد.
متخصصین و مهندسین، آینده صنعت بی سیم را بسیار روشن می دانند و امیدوارند روزی بتوانند تمام نیازهای کاربران را درهمه ابعاد پاسخ گویند.

1-معرفی

کلمه وای مکس برگرفته از سرواژه های Worldwide Interoperability of Microwave Access) WIMAX) است که یک سازگاری و سازش جهانی است برای دسترسی ماکرویو و یک فن آوری بی سیم پهن باند در رنج (range)فرکانسی بالا،برد زیاد و پهنای باند زیاد به نسبت فن آوری های بی سیم قبل از خود است.
ویژگی Interoperability یا سازگاری در وای مکس ،یعنی این که کاربر تجهیزات و محصولات مورد نیاز خود تهیه کند (بنا به ویژگی های مد نظرش) و مطمئن باشد که این وسیله با سایر ابزار مورد تایید مشابه،هماهنگی و سازگاری دارد.وای مکس بر پایه استانداردهای شبکه های بی سیم کلان شهر ها (WLAN) بنا شده است.

*  تاریخچه:
کنسرسیوم صنایع بزرگ،اتحادیه ای جهت گواهی کردن تولیدات بی سیم پهن باند در راستای سازگاری با یک استاندارد واحد به راه انداخت.این اتحادیه،اتحادیه وای مکس نام داشت.
در سال 1999موسسه IEEE یک کارگروه از شاخه انجمن بی سیم پهن باند (BWA) تشکیل داد که روی دست یابی بی سیم پهن باند کار می کرد.این گروه در همان سال استاندارد IEEE 802.16 را تصویب کرد که عدد 16 نشان دهنده همین گروه کاری نام برده است.
این گروه کار خود را با تمرکز بر گسترش سیستم بی سیم پهن باند یک نقطه به چند نقطه بر پایه دید مستقیم برای کار در باندهای 10 الی 60 گیگا هرتزی شروع کرد.
پس وای مکس بر دو منبع استوار است: یکی استاندارد IEEE 802.16 که شامل استانداردهای اصلاحاتی هم می شود و دیگری گروه مستند سازی و نظارت بر پیاده سازی تجهیزات و شبکه های وای مکس،یعنی اتحادیه وای مکس.

** اتحادیه وای مکس:
استانداردهای IEEE 802.16 فقط معرف و به وجود آورنده تکنولوژی وای مکس هستند و لازم است یک سازمان دیگر وظیفه تایید،هماهنگی و تطابق را به عهده گیرد که این وظیفه ی همان اتحایده وای مکس است.
اتحادیه وای مکس به طور رسمی در سال 2001 با هدف دادن تاییدیه و هماهنگی بین تولیدات IEEE 802.16 کار خود را آغاز کرد.بعد از یک دوره تقریبا کوتاه که با عدم رونق و کم کاری اتحادیه توام بود،در سال 2003 این گروه دوباره فعال شد.در ابتدا اینتل و کمی بعد نوکیا،نقش رهبری و هدایت را در اتحادیه وای مکس بر عهده گرفتند.البته نقش نوکیا به دلیل تمرکز روی فن آوری های نسل سوم کم رنگ تر از اینتل بود.
اما رفته رفته نوکیل نیز مکان خود را در اتحادیه تثبیت کرد.
اعضای اتحادیه وای مکس اغلب تولیدکنندگان سیستم ها و نیمه هادی ها، فروشندگان تجهیزات،اپراتوری شبکه ها،دانشگاهیان و دیگر مجریان مخابراتی هستند.برای آشنایی بیشتر با اعضای اتحادیه،نام چند شرکت آورده شده است.

-تولیدکنندگان:
AirSpan Networks, Alcatel, Cisco, Intel, LG, Nokia, Samsung, Siemens, Motorola, Fujitsu, Alvarion, Siware, Tower stream …

-ارائه دهندگان خدمات:
British Telecom, France Telecom, Korea Telecom, Sprint Nextel, Telmex, PCCW …

هر چند با مراجعه به پایگاه اینترنتی این اتحادیه می توان با اعضای اتحادیه وای مکس که افزون از پانصد عضو است،آشنا شد.
اتحادیه وای مکس در کارگروه های مختلف سازماندهی شده است.
•گروه کاری کاربردی (AWG)
•گروه کاری گواهی و تاییدیه (CWG)
•گروه کاری بازاریابی (MWG)
•گروه کاری شبکه (NWG)
•گروه کاری تنظیمی (RWG)
•گروه کاری تکنیکی و فنی (TWG)
•گروه کاری ارائه دهنده خدمات (SPWG)

اتحادیه وای مکس اولین آزمایشگاه تاییدسازی خود را در فوریه 2006 در مالاگای اسپانیا با نام "آزمایشگاه ستکام" افتتاح کرد.در اواخر همان سال،دومین آزمایش گاه را در سئول کره جنوبی و سومی را در چین راه اندازی کرد.این اتحادیه اکنون در بیش از 150 نقطه دنیا در حال کار می باشد.


*** سیر استاندارد سازی در IEEE 802.16 استانداردهای نسبتا زیادی توسط کمیته IEEE 802.16 توسعه و انتشار یافته که در این جا به چند استاندارد اشاره می شود.
استاندارد802.16802.16a802.16-2004802.16e802.16m سال تصویب2001و2003و2004و2005شاید 2009 استانداردهای دیگری از قبیل IEEE 802.16b,d,g,h,j,… نیز به تصویب رسیدند اما نسبت به مواردی که در جدول آمده از ارزش کمتری برخوردارند.در واقع می توان گفت IEEE 802.16 مجموعه ای از استانداردهاست ،نه یک استاندارد واحد و یک پارچه.
انتظار می رود که استاندارد IEEE 802.16m نیز در نیمه دوم سال 2009 به تصویب برسد.
از میان استانداردهای موجود، IEEE 802.16-2004 برای کاربردهای ثابت به کار می رود و اغلب با نام وای مکس ثابت شناخته می شود.گاهی این استاندارد با IEEE 802.16d ، یکی انگاشته می شود.اما IEEE 802.16d چندی قبل از IEEE 802.16-2004 و با هدف توجه به استانداردهای انستیتو استانداردسازی مخابرات اروپا (ETSI) به وجود آمد و عملا با 802.16-2004 متفاوت است.
802.16e در واقع اصلاحیه ای بر 802.16-2004 بود که به آن پشتیبانی از کاربردهای سیار اضاف شده بود و از آن اغلب به عنوان وای مکس سیار یاد می شود.این استاندارد جدید تمام قابلیت های استانداردهای قبل از خود را داراست. IEEE 802.16m استاندارد جدید و در حال توسعه وای مکس است.این نسخه جدید شامل دسترسی سیار پیشرفته و سرویس های صوتی و کاندیدای قرارگیری در تکنولوژی های جدید ITU (IMT-Advanced) است. اتحادیه وای مکس نیز متعهد شد تا سازگاری و مطابقت این استاندارد جدید را با استاندارد 802.16e حفظ کند تا اپراتورها بتوانند تجهیزات بر پایه 802.16m را روی شبکه های فعلی خود گسترش دهند.


****  کاربردهای وای مکس استاندارد 802.16 برای شبکه های بی سیم شهری و دسترسی سطوح مختلف کاربران،تبیین شده است.هدف وای مکس، تضمین و هماهنگی امواج رادیویی بی سیم پهن باند برای استفاده مشتریان از فروشنده ای به فروشنده ی دیگر است. یکی از مهم ترین دلایل برتری و شهرت وای مکس،همان سیار بودن آن است.فن آوری ای که به درون لپ تاپ ها،رایانه های دستی و گوشی های تلفن همراه راه یافته است و این به کاربر اجازه می دهد تا از یک اینترنت پرسرعت در همه حال،حتی در حرکت با سرعت زیاد نیز بهرمند باشند.وای مکس را می توان در کاربردهای زیادی به خدمت گرفت.
در محیط هایی با اپراتورها و کاربران متنوع و نامنظم،در مناطق جغرافیایی مختلف و با فواصل مختلف پراکندگی و ... .

برخی از روش های به کارگیری وای مکس :
•به عنوان زیرساخت (Backhaul) در شبکه های مخابراتی
•به عنوان شبکه های عمومی

کاربردهای مورد اول عبارتند از: زیر ساخت بی سیم سلولی، زیر ساخت بی سیم سرویس دهنده های بی سیم،شبکه های بانکی،شبکه های آموزش از اره دور، ارتباط بین سازمان های امنیتی (پلیس،آتش نشانی، اورژانس و ....)،ارتباطات ساحلی(شرکت های گاز و نفت و ...)،شبکه های موقت مخابراتی (همایش ها،سمینارها و ...) و چندین کاربرد دیگر از همین دست.
در مورد دوم نیز می توان به شبکه دسترسی جهت سرویس دهنده های بی سیم و ارتباطات روستایی اشاره کرد.

*-شرایط کاری

- طیف های فرکانسی:
طیف های فرکانسی مورد استفاده در سرتاسر دنیا به دو دسته: طیف های با مجوز و طیف های بدون مجوز تقسیم می شوند.وضعیت فرکانس های مورد استفاده در هر کشور توسط یک سازمان رگولاتوری کنترل می شود.این سازمان در آمریکا،کمسیون ارتباطات ملی (FCC) نام دارد.
در برخی کشورها،قسمتی از طیف فرکانسی برای کاربردهای عمومی مانند شبکه های بدون مجوز و قسمتی برای مصارف نظامی یا خدمات عمومی مانند پخش تلویزیونی و ... در نظر گرفته می شود که طبق سیاست های رگولاتوری آن کشور ممکن است نوع کاربرد طیف ها متفاوت با دیگر کشورها باشد.
 طیف های با مجوز برای نمونه در ایالات متحده ،طیف با مجوز 1.9 GHZ برای سرویس های مخابراتی سلولی شخصی (PCS) استفاده می شود یا فرکانس 3.5 GHZ که در اروپا و قسمتی از آسیا برای بی سیم پهن باند در نظر گرفته شده حال آنکه در ایالات متحده،برای بی سیم پهن باند از این فرکانس کم تر استفاده می شود.برای داشتن یک فرکانس با مجوز جهت مصارف خصوصی باید از رگولاتوری،مجوز فرکانس مورد نظر را خریداری کرد. 2-1-2) طیف های بدون مجوز (مجوز آزاد) در ایالات متحده فرکانس هایی نظیر 2.4 ، 5.2،5.3،5.8،24 و بیشتر از 60GHZ ، فرکانس های بدون مجوز محسوب می شوند.در آمریکا هر کافی شاپ اگر از قوانین ساده اولیه شبکه پیروی کند،اجازه دارد تا یک شبکه با فرکانس بدون مجوز برپا کند.

 تخصیص باند فرکانسی به وای مکس:
یک گام مهم در جهت گسترش خدمات پهن باند سیار،تخصیص باندهاست.باندهای 2.49 تا 2.69 گیگا هرتزی ،جهت نصب پهن باند سیار بسیار مناسب است.این محدوده باند جهت خدمات سیار طراحی شده است.اما در برخی کشورها هنوز از این باند فرکانسی استفاده نمی شود.انتشار امواج در این باند،کاهش هزینه خدمات باند پهن سیار را موجب می شود.
در فرکانس های بالاتر با کاهش حوزه پوششی ایستگاه ها و افزایش هزینه مواجه هستیم.البته در مناطقی که تقاضا زیاد است (مانند مناطق شهری) می توان از فرکانس های 3.4 تا 3.6 گیگا هرتزی نیز استفاده کرد. رایج تری طیف های فرکانسی به کار رفته در وای مکس،2.3،2.5،3.3،3.5 گیگا هرتز هستند که دارای مجوزاند و فرکانس 5.8 GHZ که مجوز آزاد است.

 مشخصات عملیاتی خطوط ارتباطی وای مکس می توانند به دو گونه : خط دید مستقیم (LOS) و خط دید غیر مستقیم (NLOS) پیاده سازی کرد.
از نظر دسترسی،می توانند نقطه به نقطه (PTP) و یا نقطه به چند نقطه (PTMP) باشند.
از خط دید مستقیم در محیط های خلوت و کم تراکم استفاده می شود.محدوده تحت پوششی تا شعاع 50 کیلومتر ( در شرایط ایده آل) و در حدود 9300 کیلومتر مربع را در بر می گیرد.در فرکانس های 10 تا 66 گیگا هرتزی و از نظر معماری ،نقطه به نقطه و بیشتر جهت ارتباط بین ایستگاه های پایه استفاده می شود.
از خط دید غیر مستقیم در محیط های شلوغ و پرتراکم شهری استفاده می شود.محدوده ای با شعاع 6 تا 9 کیلومتر را در بر می گیرد.از فرکانس 2 تا 11 گیگا هرتز استفاده می شود.زیرا فرکانس های بالاتر از 10 گیگا هرتز از موانع بع سختی عبور می کنند.(چون طول موج بسیار کوتاهی دارند) و از معماری نقطه به چند نقطه بهره می برد.
پهنای باند و نرخ بیت در وای مکس به ازای استانداردهای مختلف،متفاوت است.اما در شرایط مناسب می توان تا نرخ بیت 75Mbps و پهنای باند 20MHZ را برای وای مکس متصور شد.


- سرویس های کاربردی وای مکس:
سرویس کاربردی ثابت
نحوه ارائه این سرویس بدین گونه است که مشترکی برای سرویس پهن باند ثابت وای مکس ثبت نام می کند.اپراتور،یک مودم وای مکس،یک شناسه سرویس،کلمه کاربری و رمز عبور به مشترک می دهد.مشترک ،مودم ایستگاه مشترک (Subscriber Station) را در محلی با پوشش مناسب سیگنال های وای مکس قرار می دهد و به شبکه وصل می شود. این روش ابتدایی ترین شیوه بهره برداری از شبکه وای مکس است.
این سرویس به دو روش : سرویس ثابت خارجی با محدوده تحت پوشش بیشتر (fixed outdoor) و سرویس ثابت داخلی با محدوده پوششی کمتر (fixed indoor) ارائه می شود.
تا حدودی می توان سرویس ثابت وای مکس را با سرویس پهن بتند کابلی (DSL) مشابه دانست.

-سرویس کاربردی کوچی:
در این روش،مشترک یا مودم مستقل دارد یا ماژولی که روی لپ تاپ سوار می شود.بر خلاف روش ثابت،مشترک می تواند اتصال خود را قطع کند و از نقطه ای دیگر به شبکه وصل شود.یعنی در حین اتصال ثابت بوده ولی مکان و موقعیت مشترک می تواند تغییر کند.

-سرویس کاربردی قابل انتقال:
مشترک می تواند در حین اتصال به شبکه در اطراف با سرعت قدم زدن حرکت کند و هم چنان به شبکه وصل باشد.هر گاه به انتهای محدوده تحت پوشش یک ایستگاه پایه(base station) نزدیک شود،مودم عملیات تحویل ایستگاه پایه را انجام می دهد.تحویل ایستگاه پایه (HandOver) با قطعی بسیار کوتاهی همراه است که ممکن است اتفاقاتی مانند دیرکرد زمانی،کاهش کارایی و حتی از دست دادن بسته های داده در هنگام تغییر ایستگاه پایه رخ دهد. 2
-سرویس کاربردی سیار ساده مشترک می تواند با سرعتی بین 0 تا 60 کیلومتر بر ساعت بدون قطعی در اثر تحویل ایستگاه،با تداوم اتصال به شبکه حرکت کند.با این سرعت هیچ کاهش کارایی مشاهده نخواهد شد.در سرعت های بالاتر از 60 کیلومتر بر ساعت ،هم قطعی کوتاه و هم افت کارایی به دنبال خواهد داشت.

-سرویس کاربردی سیار کامل:
مشترک سیار،چه در موقعیت ثابت ،چه در موقعیت متحرک با سرعت های حتی بالاتر از 120 کیلومتر بر ساعت،بدون قطعی و با تداوم اتصال و بدون افت کارایی به شبکه متصل است.در این سرویس،دیرکرد زمانی کمتر از 50ms است و احتمال از دست دادن بسته های اطلاعاتی کمتر از 1% است.این ویژگی کاربرد سیار کامل را برای امکاناتی چونVoIP مناسب گردانده است.

- مدولاسیون، داپلکسینگ و امنیت در وای مکس:
در وای مکس ثابت از دو شیوه مدولاسیون OFDM و OFDMA استفاده می شود.از تکنیک مدولاسیون OFDM با 256 فرکانس حامل و از تکنیک OFDMA با 1024 فرکانس حامل بهره می برد.در وای مکس سیار ،علاوه بر دو روش قبل از تکنیک سطح بالاتری یعنی SOFDMA استفاده می شود.SOFDMA تعداد متغیر فرکانس حامل را به کار می گیرد و فقط این تکنیک است که تحرک پذیری را پشتیبانی می کند.
در اغلب استانداردهای وای مکس از داپلکسینگ تقسیم زمانی (TDD) استفاده می شود.داپلکسینگ یا عملیات دوسویه عبارتست از عملکرد دستگاه های فرستنده و گیرنده بدون قطع و وصل در فواصل زمانی یا فرکانسی مختلف . می توان از داپلکسینگ تقسیم فرکانسی FDD)) نیز استفاده کرد.اما روش تقسیم زمانی مزیت های چشم گیر تری دارد.مثلا جهت انتقال داده از مشترک به ایستگاه پایه (UpLink) و انتقال داده از ایستگاه پایه به مشترک (DownLink) از یک کانال استفاده می کند.حال آن که در شیوه تقسیم فرکانسی ،این عملیات در دو کانال مجزا به انجام می رسد.هم چنین روش تقسیم زمانی برای ارتباطات دیتایی بهترین گزینه است و طراحی گیرنده های با داپلکسینگ تقسیم زمانی پیچیدگی کم تری دارد و ارزان تر است و فن آوری آنتن های هوشمند در این روش بهتر اجرا می شود.اما هم گام سازی سیستم های تی دی دی پیچیدگی زیادی دارد.

وای مکس از ترکیب چند تکنیک امنیتی بهره می برد:
•اعتبار سنجی اولیه برای برقراری کانال ارتباطی
•ارسال کلید رمز گذاری
•استفاده از کلید رمز گذاری ترافیک داده
به طور کلی چون هنوز وای مکس در سطح وسیع گسترش نیافته،پس یک محک جدی و اساسی در زمینه امنیت نخورده است

منبع:itech2.info