VTŠ NIŠ

SEMINARSKI RAD

PREDMET : Telekomunikacione mreže

Tema : WiMax tehnologija

Student: Zdravković Darko

Rek 16/09

Uvod

Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) je bežična tehnologija koja omogućava širokopojasni bežični pristup Internetu uz upotrebu radiofrekvencijskog spektra od 2 do 11 GHz.

WiMAX omogućuje korisnicima da preko pristupnog uređaja pristupaju i Internetu i da telefoniraju. Kao i mobilni telefoni, uključivanjem računara, automatski, računar se preko odgovarajućeg korisničkog uređaja, povezuje sa baznom stanicom, koja ima najjači signal. Optička vidljivost sa baznom stanicom nije obavezna.

Kako bi podstakle izgradnju poštenog, transparentnog i uravnoteženog modela primene prava i razvoja WiMAX tehnologije i proizvoda, preduzeca Alcatel-Lucent, Cisco, Clearwire, Intel, Samsung i Sprint, najavile su osnivanje Saveza otvorenih patenata (Open Patent Alliance ili skraćeno OPA). Cilj Saveza je stimulisati što više inovacija i ulazak novih subjekata u WiMAX ekosistem kroz jednostavan, predvidljiv i pošten sistem sprvođenja intelektualnih prava koji ima široku primenu WiMAx standarda. OPA želi postići i jasno definisanu praksu licenciranja intelektualnog vlasništva, što će omogućiti korisnicima da iskoriste razne klase i formate uređaja te aplikacije kako bi uživali u svim prednostima i kvalitetima koje WiMAX omogućuje. OPA je važna karika u lancu koji dodatno učvršćuje već postojeći WiMAX ekosistem , a broji više od 500 članova i ima široku podršku raznih poslovnih subjekata.

Kao što smo spomenuli malopre, WiMAX je bežična tehnologija (MAN – metroplitan area network ). Omogućiti će IEEE 802.11 (WiFi) vezu sa Internetom, te će pružiti bežični DSL i pristup lokalnoj petlji. WiMAX-ovu tehniku karakteriše radio-transmisijska veza operatera i korisnika, umesto kablovske. Upravo je bežični širokopojasni pristup Internetu jedan od najvažnijih razvojnih segmenata u sve naprednijem polju telekomunikacija. WiMAX postavlja nove tehničke standarde, s naglaskom na mobilnost, i ima ključnu ulogu u održavanju rastućeg procesa razvoja bežičnih Internet veza. WiMAX tehnologija će oživeti upravo ona područja u kojima ne postoji telefonska veza potrebna za širokopojasni Internet.

Međutim WiMAX ima i jednu negativnu stranu, to je da blokira satelitsku komunikaciju u području na kojem je inplementiran, čiji su korisnici prisiljeni izabrati koja ima je tehnologija važnija.

Wimax standard

U kasnim decedesetim proiyvođači telekomunikacione opreme počinju da razvijaju I nude proizvode za širokopojasni bežični prustup ( BWA). Industrija je patila od neusaglašenih standard. Zbog potrebe za standardom, američki nacionalni institute za standard I tehnologiju je u avgustu 1998. Godine sazvao sastanak na tut emu. Sastanak se završio odlukom da se izvrši organizacija unutar IEEE 802. To je dovelo do formiranja IEEE 802.16 radne grupe. Od trada, članovi radne grupe su uradili mnogo da se razvije standard za fiksni I mobilni BWA. IEEE 802.16 standard sadrži specifikaciju fizičkog sloja (PHY) I sloja za kontrolu pristupa medijumu (MAC) za BWA. Prva verzija standard IEEE 802.16 2001 jeodobrena u decembru 2001. Godine I prošla je kroz mnoge amandmane da bi prolagodila nove osobine I finkcije. Trenutna erzija standard IEEE 802.16 2004 je odobrena u septembru 2004. Godine I konsolidovala je sve prethodne verzije standard. Ovaj standard sprecifikuje vazdušni interfejs za fiksni BWa system podržavajaći multimedijalne servise u licenciranim I odobrenim slobodnim sprektrima. Radna gruppa je odobrila 802.16 2005 amandman za IEEE 802.16 2004 u februaru 2004. Godine

IEEE 802.16 – 2001

Prva stavka standarda koja specifikuje set MAC i PHY slojeva nastojala je da pruži fiksni BWA u tačka-taćka ili tačka-više tačaka topologiji. PHY sloj koristi modulaciju sa jednim nosiocem u frekventom sprektru od 10 do 66 Ghz. Brzina prenosa, trajanje I modulacija su dodeljeni od strane bazne stanice I dele se sa svim čvorovima u mreži u formi rasprostranjenog Uplinka o Downlink mapama. Pretplatnici treba samo da čuju baznu stanicu na koji su spojeni I ne moraju slušati ostale čvorove u mreži. Standard ukljucuje QPSK, 16QAM modulacione postupke. Standard podržava oibe dupleksne tehnike, dupleks na bazi vremenske raspodele (TDD) kai I dupleks na bazi frekventne raspodele (FDD).

IEEE 802.16c – 2002

U decembru 2002. Godine IEEE za standard je odobrio Amandman IEEE 802.16c U ovom amandmanu je dodat detaljniji sistemski profil za opseg od 10 do 66 Ghz I neke grečke I neusklađenosti prve verzije standard su ispravljene.

IEEE 802.16a – 2003

Ova verzija standard poboljčava IEEE 802.16 2001 unapređujući MAC slij da bi podržao vičestruke sprecifikacije fizičkog sloja I pruža dodatne sprecifikacije fizičkog sloja. Odobren je od strane IEEE 80.16 radne grupe u januaru 2003. Godine. Ovaj amandman dodaje podršku fizičkog

sloja za frekventni opseg od 2 do 11 Ghz. NLOS je postao moguć zahvaljijući uključivanju opsega ispod 11 Ghz, što je geografski domet mreže.

IEEE 802.16 – 2004

802.16-2001, 802.16a-2003 I 802.16c-2002 su združeni I stvoren je novi standard 802.16-2004. U početku, novi standard je bio objavljen kao revizija standard pod imenom 802.16 REVd, ali su izmene bile tako velike da je standard u septembru 2004. Godine ponovo izdat pod imenom 802.16-2004. U ovoj verziji, odobrena je čitava familija stadarda. IEEE 802.16-2004 koristi OFDM da opslužuje mnogo korisnika sa metodom vremenske podele I sortiranja po tehnici svaki sa svakim ali to se obrađuje ekstremno brzo tako da korisnici imaju osećaj da stalno ostvaruju vetu primanja/slanja podataka. To je tehnologija fiksnog bežičnog pristupa, projektovana da služi kao bežična DSL tehnologija I da se takmiči sa postojećim DSL-om ili pirokopojasnim kablovskim privajderima ili da obezbedi osnone telefonske ulsluge I širokopojansi pristup u nepristupačnom području.

IEEE 802.16e – 2005

Ovaj amandman je dodat u standard IEEE 802.16 2004 u decembru 2006. Godine. On uključuje poboljšanje fizičkog sloja I slija za kontrolu pristupa medijumu sa ciljem omogućavanja kombinovanja fiksnih I mobilnih operacija u licenciranom opsegu 802.16e koristi OFDMA I može služiti istovremeno više korisnika, tako što dodeljuje sets of tones svakom korisniku. Optimizovan je za dinamiičke mobilne radio kanale I omogućava podršku za handoff I roming. 802.16e koristi I SOFDMA, moduolacionu tehniku višestrukih nosilaca koja koristi tzv. Potkanalizaciju. Na početku razvoja ovog standard frekventni opseg u kom će raditi mobilni WiMAX nije odmah usvojen, već su predložene frekvencije 2.3 do 2.5 Ghz. Podrška za uštedu snage I stand bz mod će produžiti život baterija mobilnih korisničkih uradjaja. Mobilni WiMAX uvodi OFDMA I podržava nekoliko ključnih stavki neophodnih za uspostavljanje mobilnog širokopojansih servisa za brzine kretanja automobile, većih od 120km/h, sa kvalitetom servisa uporedivim sa alternativnim širokopojasnim bežičnim pristupima.

Mrežna radna grupa WiMAX foruma razvija mrežnu specifikaciju višeg nivoa za system mobilnog WiMAX-a iznad onog što je definisano u IEEE 802.16 standardu koji određuje samo vazdušni interfejs. Kombinovani napori IEEE 802.16 I WiMAX foruma pomažu u definisanju end-to-end sistemskog rešenja za mrežu mobilnog WiMAX-a. Sistem mobilnog WiMAX-a nudi skalabilnost I u pristupnoj radio tehnologiji I u mrežnoj arhikteturi, tako da omogućava veliku fleksibilnost u opcojama mrežnog postavljanja I servisnih usluga. Neke od istaknutih mogućnosti koji podržavaju mobilni WiMAX su:

- Visoke brzine prenosa podataka: Uključivanje MIMO antenske tehnike zajedno sa fleksibilnim potkanalizacijskim šemama, napredno kodiranje I modulacija, svi zajedno omogućavaju tehnologiji mobilnoh WiMAX-a podršku vršnim brzinama prenosa za preuzimanje (DL) do 63 mn/s po sektoru I vršnim brzinama prenosa za slanje (UL) do 28 mb/s po sektoru u kanalu do 10 MHz.

- Kvalitet servisa (QoS): Fundamentalna pretpostavka IEEE 802.16 MAC arhitekture je QoS. On definiše servisne tokove koji mogu mapirati različite servisne kodove što omogućava end-to-end IP bazirani QoS. Dadatno, potkanalizacija I MAP bazirane signalne šeme pružaju fleksibilne mehanizme za optimalno raspoređivanje prostora, frekvencije I vremenskih resursa u vazdušnom interfejsu baziranog na principu frame-bz-frame.

- Skalabilnost: Uprkos ubrzanoj globalizaciji ekonomije, spektralni resursi za bežične širokopojasne mreže si još uvek prilično neusaglašeni z ate namene. Stoga je tehnologija mobilnog WiMAX-a dizajnirana da bude sposobna da radi u različitim kanalizacijama od 1.25 do 20 MHz.

- Sigurnost: Detalji koji su postavljeni za sigurnosni aspect mobilnogWiMAX-a su najbolji iklasi EAP2 baziranih autentifikacija, AES3 baziranih autentifikacionih enlripcija, CMAC I HMAC baziranih šema zaštite kontrolnih poruka. Podrška za različite korisničke verifikacije, uključujući: SIM6 kartice, smart kartice, digitalne potpies I korisničko ima/lozinka šemama baziranih na relevantnim EAP metodama.

- Mobilnost: Mobilni WiMAX podržava optimizovane šeme handoff-a sa latentnostima manijm od 50 ms, tima osigurava da se aplikacije koje rade u realnom vremenu, ka što su VoIP, izršavaju bez servisne degradacije.

ARHITEKTURA WIMAX SISTEMA

IEEE 802.16 mreža se sastoji od fiksnih infrastrukturnih položaja. Zapravo, IEEE 802.16 mreža nalikuje celijskom telefonskoj mreži. Svaka celija se sastoji od bazne stanice (BS) i jedne ili više pretplatnickih stanica (SS), zavisno od implementacije topologije. Tako da, bazna stanica obezbjeduje “Tacka-tacka” (PTP) servis ili “Tacka-više tacaka” (PMP) servis u cilju da opslužuje više pretplatnickih stanica. Bazna stanica obezbjeduje konekciju sa jezgrom mreže. Pretplatnicka stanica može biti montirana na krovu ili zidu kao pretplatnicka oprema (CPE) ili zaseban rucni uredaj kao što je mobilni telefon, personalni digitalni uredaj (PDA) ili periferijska kartica (PCI) kompjutera ili laptopa. U slucaju vanjske pretplatnicke opreme, korisnici u unutrašnjosti zgrade su spojeni na konvencionalnu mrežu kao što je Ethernet LAN (IEEE 802.3 LAN) ili bežicni LAN (IEEE 802.11b/g WAN) koji imaju pristup na CPE. Grupa celija može biti grupisana da cini mrežu, gdje su bazne stanice spojene kroz mrežno jezgro kao što je prikazano na slici 3.2. IEEE 802.16 mreža, takode, podržava miješanu topologiju, gdje su pretplaticke stanice u mogucnosti da komuniciraju medu sobom bez potrebe za baznom stanicom

Bazna stanica tipicno sadrži jednu ili više široko-emisionih entena koje mogu biti podijeljene u nekoliko manjih sektora, gdje suma svih sektora cini pokrivenost od 360o. CPE, tipicno, sadrži visoko usmjerene antene koje su usmjerene prema baznoj stanici. Zavisno od potrebe, IEEE 802.16 mreža može biti postavljena u razlicitim foramama. Arhitektura i upotreba WiMAX-a

ima dvosmjernu evoluciju. Fiksni pristup je pocetno kombinovan sa portabilnim i onda je proporcionalno evoulirao do pune mobilnosti. Okvir je baziran na nekoliko glavnih principa:

Podrška za razlicite RAN (radio pristup mreži) topologije. Dobro definisan interfejs s ciljem da omoguci 802.16 RAN nezavisnost

arhitekture dok omogucava medusobnu integraciju i umrežavanje (interworking) sa WiFi, 3GPP3 i 3GPP2 mrežama.

Snaga i otvorenost, IETF definisane IP tehnologije i povecanje izgradnje svih IP

802.16 pristupa mrežama koristeci COTS (Components Of The Shelf) opremu.

Podrška za IPv4 i IPv6 klijentske i aplikacijske servere, sa preporukom upotrebe

IPv6 infrastrukture.

Funkcionalni produžetak za podršku buducih razvoja ka punoj mobilnosti i

dostavljanju širokopojasne multimedije.

Arhitektura ce biti primjenjiva na licencne i nelicencne 802.16 razvoje. Bice pogodna za prilagodenje svim dosadašnjim tipovima operatora. Prikladna je za integraciju sa postojecim IP operatorima core network (DSL, kablovski pristup ili 3G) preko interfejsa baziranog na IP, to je prikazano na slici 3.3.

Arhitektura se prilogodava razlicitim online i offline klijentskim zahtijevima. Podržavace široki opseg TCP i UDP aplikacija u realnom vremenu i van realnog vremena. Cvrsta dvostrana korisnicka autentifikacija bazira se na raznovrsnim mehanizmima kao što je korisnicko ime/lozinka, X.509 sertifikacija, SIM ([[pretplatnicki identifikacijski modul]]), univerzalni SIM (USIM) i [[RUIM (uklonjivi korisnicki identifikacijski modul)]] i pružanje usluga kao što je intengritet podataka, ponovna zaštita podataka (data reply protection), povjerljivost podataka i neodricanje dužine kljuca dozvoljene unutar globalne regulacije. WiMAX je projektovan tako da bi se udružio sa dosadašnjom standardnom i bežicnom infrastrukturom. WiMAX mreža ima više baznih stanica i udruženih antena koje bežicno komunicuraju sa velikim brojem korisnickih uredaja (ili pretplatnickih stanica). WiMAX MAN je šematski slican point-to-multipoint rasporedu celijskih mreža. On se obrce oko strateški pozicioniranih baznih stanica ciji je signal usmjeren u podrucje CPE-ova

MODULACIJE KOD WIMAX-a

Treba spomenuti dve dodatne funkcije VIMAKS-a. Jedna je adaptivna modulacija a druga Mesh-VIMAKS. Adaptivna modulacija je svojstvo sistema da je u stanju promeniti način prenosa (modulaciju) podataka zavisno o odnosu signala i šuma kod prenosa. Ako su smetnje velike ili je velika udaljenost predajnika i prijemnika dolazi do slabljenja signala i opasnosti da se prenos prekine. Sistem u takvim slučajevima može odabrati robusniju ali sporiju modulaciju tako da je i pod takvim uslovima još uvek omogućeno prepoznavanje slabog signala. Na slici 8. su prikazane 4 vrste modulacija koje se primenjuju na različitim udaljenostima od VIMAKS predajnika. To su BPSK (engl. binari phase shift keiing), KPSK (engl. kuadrature phase shift keiing), 16 KAM (engl. kuadrature amplitude keiing) i 64 KAM. Tako se mogu selektivno, zavisno io udaljenosti od predajnika, optimirati brzine prenosa.

.

Druga funkcija je mogućnost stvaranja t.zv. Mesh - VIMAKS-a. To je slična tehnologija kao već spomenuti Mesh - VLAN. U takom sistemu se može menjati karakter pojedinih predajnika tako da mogu raditi u lancu i na taj način stvarati razgranate VIMAKS mreže

Vrste WiMAX-a

Očekivanja

Za WiMAX se kaže da je „WiFi na steroidima“. Ima potencijal da omogući milionima korisnika da pristupe Internetu bežično, jeftino i lako. Podržavaoci sistema kažu da će se bežična pokrivenost kod WiMAX-a meriti kvadratnim kilometrima/miljama, dok se kod WiFi-a meri kvadratnim metrima/jardima. Prema WiMAX promoterima, WiMAX bazna stanica će obezbeđivati brzu Internet vezu za kućne i poslovne korisnike u prečniku do 50 km (31 milja); ove bazne stanice će na kraju pokriti celu metropoliten oblast (gradska jezgra), praveći od njih WMAN i omogućavajući pravu wireless pokretljivost unutar oblasti, što je suprotno od hot-spot mogućnosti koje WiFi omogućava. Promoteri se nadaju da će ova tehnologija biti korišćena za

lap top računare i PDA uređaje. Ipak, pravi pokretljivi širokopojasni bežični standard je IEEE standard 802.20, koji je kompatibilan sa WiMAX tehnologijom.

WiMAX standard se uglavnom oslanja na spektar frekvencija od 2 do 11 GHz. WiMAX specifikacija upotpunjuje nedostatke i ograničenosti WiFi standarda uz uvećanje brzine prenošenja podataka i bolje enkripcije. Ova tehnologija cilja da omogući konektovanje na mrežu bez direktne optičke vidljivosti u nekim okolnostima. Detalji performanse WiMAX-a ispod ovih okolnosti nisu definisani jer su i dalje netestirani.