дәріс. Сымсыз WiMAX технологиясы

Дәріс мақсаты: студенттердің WiMAX технологиясын оқып білуі.

-        WiMAX – тың негізгі түсініктері, WiMAX IEEE 802.16 желілерінің архитектурасы;

-        WiMAX режімдері.

 

WiMAX – тың негізгі түсініктері. WiMAX IEEE 802.16 желілерінің архитектурасы.

WiMAX -IЕЕЕ 802.16 стандарттарынан тұрады – бұл алыс қашықтықта жылдамдығы 75 Мбит/с дейін жететін екіжақты Ғаламторға қол жеткізуді және QoS қамтамасыз ететін радиотехнология.

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access, IEEE институтымен стандартталған, DSL линиясын және үлкен қашықтықтарға «соңғы миля (последняя миля)» мәселесін шешуге арналған баламалы шешім ретінде қолданылатын кабель технологияларын толықтыратын, кеңжолақты сымсыз байланыстың технологиясы. WiMAX технологиясын «соңғы миля» байланысын жүзеге асыру, сымсыз қатынау нүктелерін дамыту, компания филиалдарының арасында жоғары жылдамдықты байланысты ұйымдастыру үшін қолданады.

Базалық станция (НС, BS — Base Station) ғимаратта немесе мұнараларда орнатылады. Ол абонеттік станциялармен (АС, SS — Subscriber Station) нүкте – мультинүкте (Point to Multipoint — PMP) тәсілі бойынша байланысады. Кез келген тұтынушылар өзара тура байланыс жасай алмаған кезде, торлы байланыс режімі (Mesh — торлар байланысы ―нүкте – нүкте — PTP) орындалуы мүмкін, әдетте мұндай кезде антенналық жүйелер бағытталмаған болады. БС негізгі желімен байланысты және басқа станцияларға қарай радионарнады қамтамасыз етіледі. БС әсер ету радиусы 30 км-ге дейін (тура көрінетін кезде), ал желінің типті радиусы 6-8 км-ге дейін жетеді. АС радиотерминал немесе локальдік трафикті ұйымдастыратын қайталағыш бола алады. Трафик тұтынушыға жетер алдында, бірнеше қайталағыштан өтуі мүмкін. Бұл жағдайда антенналар бағытталған.

Байланыс арнаы екі тарату бағыттарынан тұрады: uplink (АС – БС, восходящий) және downlink (БС – АС, нисходящий). Бұл екі арна жиіліктік дуплекс кезінде жабылмайтын әртүрлі жиілік диапазонын және уақыт дуплексінде әртүрлі уақыт интервалын пайдаланады.

Зәулім ғимараттарда және мұнараларда орналасатын БС мен тұтынушылық қабылдау-тарату жиынтығы, WiMAX желілерінің архитектурасын ұсынудың ең қарапайым тәсілі болып табылады (5.1 суретті қара).

БС мен АС арасындағы мәлімет алмасу радиожелісі 2 ден 11 ГГц-ке дейінгі аса жоғары жиілікте жұмыс жасайды. Мұндай желі идеалды жағдайда ақпарат тарату жылдамдығын 75 Мбит/с-ке дейін қамтамасыз ете алады және БС тұтынушыға тура көрінетін қашықтықта болуын талап етпейді.

5.1 сурет – WiMAX желісінің құрылымдық суреті

Бір-біріне тура көрінетін аймақта орналасса, көршілес БС-лар арасында байланыс орнату үшін 10-нан 66-ГГц-ке дейінгі жиілік диапазоны қолданылады. Қалалық ортада бұл шарт орындалмайтын болуы мүмкін, сондықтан БС арасындағы байланысты кабель жүргізу арқылы ұйымдастырады.

Толығырақ қарастырғанда WiMAX желісін сымсыз және негізгі сегменттердің жиынтығы ретінде сипаттауға болады. Біріншісі IEEE 802.16 стандартымен сипатталады, екіншісі WiMAX Forum спефицикациясымен анықталады. Абоненттік радиожеліге жатпайтын аспектілердің барлығын базалық сегмент бірлестіреді, яғни базалық станциялардың бір-бірімен байланысын, локальдік желілермен байланысын (соның ішінде ғаламтормен) және т.б. Базалық сегмент IP-хаттамасы және IEEE 802.3-2005(Ethernet) стандартына негізделеді. Бірақ сымсыз тұтынушылық желіге жатпайтын архитектураның сипаттамасы, "Network Architecture" атауымен біріктірілген, WiMAX Forum құжаттарында сақталатын бөлігінде.

Бұл ерекше нұсқамада WiMAX желілеріне, архитектураның функциядан және IP-желінің транспорттық құрылымынан тәуелсіздігі сияқты талаптар қойылады. Сонымен бірге IP-хаттамасын(SMS over IP, MMS, WAP және т.б.) қолданылуға негізделген қызметтер, VoIP-ға негізделген ұялы телефония және мультимедиалық қызметтер қамтамасыз етілуі керек. Архитектураның IPv4 и IPv6 хаттамаларымен жұмыс істей алуы міндетті шарт болып табылады. WiMAX желілері оңай масштабталатын, икемді өзгертілетін және декомпозиция қағидаларына негізделген (стандартты интерфейс арқылы бірлестірілген, стандартты логикалық модульдердің негізінде құрылған) болуы керек. Масштабталу мен икемділік қасиетін, абоненттердің орналасу тығыздығы, қамту аймағының географиялық созылымы, жиілік диапазоны, желінің топологиясы, абоненттердің мобильділігі сияқты пайдалану сипаттамалары бойынша қамтамасыздандырылады. WiMAX желілері басқа сымсыз (3GPP, 3GPP2) немесе сымды (DSL) желілермен өзара жұмыс жасай алуы тиіс. QoS қызметін сапасының әртүрлі деңгейін қамтамасыз ету де өте маңызды.

802.16e стандарты қазіргі таңда келесі режімдерді ұсынады:

–FixedWiMAX–бекітілген қатынау.

–NomadicWiMAX– сеанстық қатынау.

–PortableWiMAX– көшу режіміндегі қатынау.

–MobileWiMAX– мобильді қатынау.

Бірақ бұл жиілік диапазоны радиобайланыстың негізгі қиыншылықтарының бірі – сигналдың көпсәулелі тарауын болдырмауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл жиілік диапазонында байланыс арнаының ені айтарлықтай кең (25 немесе 28 МГц), бұл тарату жылдамдығын 120 Мбит/с-ке дейін жеткізуге мүмкіндік береді. Бекітілген қатынау 802.16d–2004 стандартының нұсқасына еніп, бірқатар елдерде қолданылады. Бірақ FixedWiMAX қызметін ұсынатын көптеген компаниялар ықшам, одан әрі мобильді WiMAX–қа көшуді күтуде.

5.2 сурет – Fixed WiMAX

 

Nomadic WiMAX. Сеанстық(көшпелі) қатынау FixedWiMAX–қа сессия ұғымын қосты. Сессиялардың болуы тұтынушының құрал-жабдықтарын сессиялар арасында оңай көшіруге және алдыңғы сессия кезінде пайдаланғанға қарағанда, басқа WiMAX мұнараларымен байланысты қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Бұл режим ноутбук, қалталы ПК сияқты ықшам құрылғыларға арналған. Сессияларды енгізу сонымен қатар тұтынушы құрылғысының қуатын шығындауды азайтады. Бұл ықшам құрылғылар үшін өте маңызды.

PortableWiMAX. PortableWiMAX режімі үшін тұтынушыны бір WiMAX базалық станциясынан  басқасына,  байланысты жоғалтпай, автоматты түрде көшіру мүмкіндігі қосылған. Бірақ бұл режім үшін тұтынушы құрылғысының қозғалу жылдамдығы әлі де шектеулі (40 км/сағ). Дегенмен, тұтынушы құрылғысын мұндай түрде де жолда (жылдамдық шектелген қаланың тұрғын аудандарында жүретін көлікте, велосипедпен немесе жаяу жүргенде) қолдануға болады. Мұндай режімнің енгізілуі WiMAX технологиясын смартфон және қалталы ПК үшін қолдануды орынды етті (5.3 суретті қара).

5.3 сурет - Смартфон және қалталы ПК үшін WiMАХ технологиясы

– өзінің бөгеуілдеріне және сигналдың көпсәулелі таралуына тұрақтылығы;

– арнадың масштабталатын өту қабілеті;

– ассиметриялық трафикті тиімді өңдеуге мүмкіндік беретін, арнадар арасында сессияларды эстафеталық таратудың есебінен, қиын антенналық жүйелерді басқаруды жеңілдететін TimeDivisionDuplex (TDD) технологиясы;

– тұтынушы құрылғысының кенеттен қозғалу бағытын ауыстыруы кезінде тұрақты байланысты сақтауға мүмкіндік беретін Hybrid–AutomaticRepeatRequest (H–ARQ) технологиясы;

- бөлінетін жиіліктерді үлестіру және жылдам жүктеу кезінде субарнады пайдалану, тұтынушының құрылғысының күшін есепке алғанда, мәліметтерді таратуды тиімді етуге мүмкіндік береді;

– энергияны үнемдеуді басқару, күту режімінде немесе бос тұрған ықшам құрылғылардың байланысын қамтамасыз етуге кеткен қуатты үнемдейді;

– тұтынушыны арнадан арнаға ауыстыруды 50 мс-ке және одан да аз уақытқа қысқартатын Network – OptimizedHardHandoff (HHO) технологиясы.