WiMAX: что это такое, принцип работы оборудования
Wimax что это такое? Пользователи интернета часто слышат это понятие, но не понимают, о чем идет речь. Чтобы понять, что это за технология, необходимо разобраться в принципах работы WiMAX. Это телекоммуникационная технология, которая была разработана для того, чтобы предоставлять клиентам универсальную беспроводную сеть на достаточно большом расстоянии. Также подразумевается, что WiMAX интернетом могут пользоваться люди с самых разнообразных устройств. Сеть такого типа базируется на стандарте IEEE 802.16. Название технологии было введено в 2001 году.
WiMAX: что это, какие задачи позволяет решать
Технология оптимально подходит для выполнения различных задач, включая:
- Необходимость соединить точки доступа WiFi.
- Обеспечить надежный беспроводной широкополосный доступ, который будет выступать в качестве альтернативного варианта DSL.
- Предоставить высокоскоростной сервис передачи данных.
- Создавать точки доступа без привязки к географическому расположению.
- Создавать системы дистанционного мониторинга.
Технология ВайМакс дает возможность получать доступ к интернету на достаточно большой скорости. При этом зона покрытия в данном случае больше, чем у вай-фай. Благодаря радиусу действия WiMAX можно применять данную технологию как магистральный канал, а продолжением его будут являться классические локальные сети.
Фиксированный и мобильный ВайМакс
Разработчики версий стандартов WiMAX достаточно долго работали над поиском подходящего решения для различных способов использования. Пока что совместить параметры в пределах одного стандарта не получилось.
Ниже мы подробно рассмотрим каждый вариант:
- 802.16-2004 (или фиксированный WiMAX). Данную версию утвердили в 2004 году. Применяется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). Поддерживает фиксированный доступ в местах, где есть или нет прямой видимости. Абонентским оборудованием выступает в этом случае стационарный модем Wimax. Устанавливать такие устройства можно как в помещении, так и за его пределами.
- 802.16-2005 (или мобильный WiMAX). Новейший этап эволюции технологии фиксированного доступа. Оптимизация для поддержки мобильных абонентов. Стандарт рассчитан на поддержку целого ряда полезных функций. Mobile WiMAX предположительно может работать в частотных диапазонах: 2,3-2,5; 2,5-2,7; ГГц и других.
Оба варианта отличаются тем, что фиксированный ВайМакс рассчитан на обслуживание лишь «статичных» пользователей, а мобильный стандарт рассчитан на работу с теми абонентами, которые передвигаются со скоростью до 150 км/ч. Понятие мобильности в данном случае предполагает наличии опции роуминга и так называемого бесшовного переключения между БС при перемещениях пользователя. В частных случаях Mobile WiMAX может обслуживать и фиксированных абонентов.
WiMAX оборудование
Теперь, когда стало понятно, что такое WiMAX, стоит детально рассмотреть оборудование, которое позволяет использовать данную технологию. Устройства для применения сетей такого типа предоставляются несколькими производителями. Абонентские устройства можно установить как в доме, так и за его пределами. Стоит отметить, что устройства, которые предполагают установку внутри дома и не нуждаются в специфических навыках и знаниях при настройке, способны работать на расстоянии гораздо меньшем от базовой станции, чем те приборы, которые предусматривают внешнюю установку. Когда была внедрена технология Mobile WiMAX, разработчики сделали акцент на создании соответствующих мобильных устройств, способных поддерживать эту технологию.
По сравнению с WIMAX технология вай-фай является более распространенной, поэтому в продаже вы с легкостью найдете ноутбук со встроенным вай-фай модулем. Устройства ВайМакс по стоимости обойдутся гораздо дороже, к тому же пока что на рынке выбор такого оборудования весьма невелик. Это объясняется тем, что WiMAX является молодой и не до конца развитой технологией. Производители устройств, оснащенных WiMAX модулем, на сегодняшний день не достигли пока еще таких оборотов, как производители оборудования с поддержкой WiFi. Стоимость роутеров, модемов и антенн WiMAX гораздо выше из-за различных элементов, которые обходятся производителям достаточно дорого.
Разница ВайМакс и вай-фай
Пользователи часто задаются вопросом, в чем разница между WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на схожесть в наименованиях, ВайМакс была разработана гораздо позже. Некоторые люди полагают, что ВайМакс является модернизированной версией Wi-Fi, но такое мнение ошибочно. Обе технологии отличаются, прежде всего, сферами использования. Если WiFi используется в основном с целью организовать малую сеть внутри дома или квартиры, то WiMAX направлена на создание широкополосной связи за пределами помещений. Таким образом, можно сделать вывод, что ВайМакс – это более масштабная сеть. К тому же качество связи у нее гораздо выше. Скорость WiMAX также превосходит вай-фай. Часто, когда много абонентов пользуются одной сетью Вай-Фай, возникают неполадки, скорость интернета существенно падает и пользоваться сетью становится невозможно. В WiMAX подобные проблемы исключены, поскольку каждый абонент получает свой доступ. В ситуациях, если базовая станция WiMAX приближена к максимальным нагрузкам, система в автоматическом режиме перенаправляет «избыточных» абонентов на другую БС. Инфраструктура ВайМакс на сегодняшний день требует вложений и доработок. Несмотря на массу преимуществ, технология пока что не получила такого распространения как вай-фай.
Существует улучшенная версия технологии под названием WiMAX 2. Пока что находится на стадии разработки. Разработчики обещают скорость второго поколения WiMAX 300 Мбит/сек.
Плюсы и минусы
Технология ВайМакс, несмотря на то, что она не получила такого широкого распространения, как вай-фай, тем не менее имеет свои преимущества:
- Обширная зона покрытия Wimax.
- Высокие скоростные показатели.
- Высший уровень качества передачи данных.
Среди недостатков стоит отметить:
- Не все операторы предлагают WiMAX.
- Недостаток приборов WiMAX частоты.
- Сложности, возникающие с внедрением технологии.
Даже несмотря на присутствие некоторых недостатков, будущее у технологии все же есть. WiMAX является достаточно популярной технологией беспроводной связи во многих странах мира.
WiMAX. Как это работает
В этой статье я расскажу о неоднократно упоминавшейся на Хабре технологии.
Worlwide Interoperability for Microwave Access. Так расшифровывается WiMAX.
У этой технологии нет глубоких корней, как например у GSM или CDMA. Она появилась сравнительно недавно: в 2004 году вышел первый стандарт для WiMAX, а в наш повседневный мир она проникает только сейчас.
Изначально его позиционировали, как 4G из-за его новизны и скорости передачи, но в 2008 году он однозначно занял своё место среди технологий третьего поколения. Однако этот факт не помешал продажникам, рекламщикам и прочим нечистым на язык людям рекламировать его именно под слоганом «4G интернет» (о чём это они?).
Для начала я кратко расскажу тем, кто далёк от телекоммуникаций, о поколениях технологий связи. Вначале был AMPS (Advaced Mobile Phone Service) — аналоговый стандарт, который можно было прослушивать, просто имея приёмник. Не прожив и нескольких лет, он уступил пальму первенства технологии, известной как GSM (Global System for Mobile Communications). Это 2-е поколение. Наряду с ним появился и CDMA One (Code Devision Multiple Access). Эти две ветви дали начало GPRS (General Packet Radio Service, позднее EDGE — Enhanced Data rates for GSM Evolution), WCDMA (Wideband CDMA он же UMTS) и CDMA 2000 1x, соответственно, которые принято относить к промежуточному поколению 2,5G. WCDMA переродился в HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access, позднее HSUPA — High Speed Uplink Packet Access), а CDMA 2000 1x в CDMA EVDO. Это и есть третье поколение, к которому, грубо говоря, со стороны IP-сетей подошёл WiMAX.
На смену же всему этому уже на пороге стоит LTE и WiMAX Release 2.0. Что же ещё нас ждёт?
Как вы теперь понимаете, противопоставлять WiMAX и 3G несколько некорректно.
Теперь подробнее. WiMAX — относится к сетям класса MAN (Metropolitan Area Network), разрабатывается и поддерживается ассоциацией WiMAX Forum.
В 2004 году появилась спецификация 802.16d, описывающая фиксированный WiMAX. Абонентские устройства не могут перемещаться на значительные расстояния, нет хэндовера, но при этом обеспечивается работа на большом расстоянии (до 50 км от БС, согласно спецификации). На мой взгляд бесперспективная ветвь.
В 2005 выходит 802.16e. Это уже Mobile WiMAX, о котором вы регулярно слышите. Именно ему пророчили большое будущее.
Технология работает в диапазоне частот 2-6 ГГц. Наиболее удобные для обеспечения мобильности частоты 2,3-2,7 Ггц, но получить разрешение на них крайне сложно. Следующий используемый в оборудовании диапазон: 3.4-3.6 ГГц — золотая середина. На частотах близких к 6 ГГц работает, так называемый, preWiMAX, абонентские устройства должны находиться в области прямой видимости базовой станции, поскольку проникновение волн такой частоты и огибание препятствий очень слабое. В этом плане тем же GSM-сетям (800-1900 МГц), а тем более CDMA (450 МГц) гораздо проще.
Как правило устройства не поддерживают работу в нескольких диапазонах частот, поэтому нередко звонят люди и говорят: «А вот я приобрёл в Москве модемчик Йота. Скажите, а он у вас тут работать будет?» — на что получают отказ.
Схема сети
Что же представляет из себя сеть WiMAX? Самый простой случай представлен на схеме.
Небольшие пояснения к схеме:
CPE=Customer Premises Equipment
BS=Base Station
ASN=Access Service Network
ASN-GW=Access Service Network GateWay
CSN=Connection Service Network
AAA=Authentification, Autorization, Accounting
Для сети WiMAX вводится понятие следующих интерфейсов:
R1 — интерфейс между CPE и BS
R2 — виртуальный интерфейс между CPE и CSN
R3 — интерфейс между ASN-GW и CSN
R6 — интерфейс между BS и ASN-GW
Вообще говоря, сетей ASN и CSN может быть и больше. Например, две сети ASN в разных городах, подключенных к одной сети CSN или к разным. Картинка. Здесь добавляются интерфейсы R4 для связи различных ASN и R5 для связи CSN.
Если статья является актуальной и интересной для кого-то, я напишу несколько подробных статей по функциям каждого узла.
Разумеется, на схеме не показаны такие элементы, как свитчи, файрволы, не сказано о транспорте до БС, ибо это совсем другая история.
Принцип работы
Принцип работы приблизительно таков: абонентское устройство, настроенное на сеть оператора отправляет БС запрос на выделение радиоресурсов, при успешном завершении на ASN-GW отправляется запрос на аутентификацию (используется EAP-TTLS). Он в свою очередь по имени домена в параметре login определяет, куда следует перенаправить запрос. Далее нужный ААА-сервер даёт Accept или Reject устройству. Если аутентификация прошла успешно, модему назначается IP-адрес, QoS, режим работы и другие параметры. Всё. Устройство готово к работе.
Особенности технологии
Напоследок приведу основные особенности и преимущества WiMAX.
TDD (Time Division Duplex). Не нужно использовать различные частоты для приёма и передачи, что позволяет более оптимально использовать выделенную полосу частот (для 802.16e это 5, 7, 10 МГц, для 802.16d возможно использование 20 Мгц). Также для более рационального использованию полосы используется технология OFDMA (Orthogonal Friquency-Division Multiple Access).
CP (Cycle Prefix) — в начало OFDMA символа вставляется небольшой кусочек (1/4, 1/8,1/16, 1/32) из конца для предотвращения интерференции прямого и отражённого сигнала. Обычно используется 1/8.
CC и CTC (Convolutional coding и Convolutional Turbo coding). Не могу дать конкретных пояснений, используется для кодирования OFDMA-смволов.
AMC (Adaptive Modulation and Coding). Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый используется обратное преобразование Фурье (для меня это особо волнительный момент, ибо в универе я ненавидел эту тему). В зависимости от уровня сигнала (RSSI — Received signal strength indication) и уровня шума (CINR — Carrier to Interference + Noise Ratio) выбирается число членов ряда Фурье, соответственно и модуляция: QPSK, 16QAM, 64QAM. Чем лучше сигнал, тем выше выбирается модуляция, тем выше скорость передачи данных. Так же выбирается кодирование и cycle prefix.
HARQ (Hybrid automatic repeat request) — механизм, позволяющий отслеживать ошибки и отправляющий запрос на повторную передачу.
MIMO (Multiple Input/Multiple Output) — использование нескольких антенн для приёма и передачи.
AAS (Adaptive Antenna System) — антенная система, диаграмма направленности которой меняется в соответствии с перемещением абонентских устройств.
Путь WiMAX’а тернист: с одной стороны это конкуренция со стороны сотовых операторов, с другой — неcущийся ему навстречу на всех парах LTE, с третьей — русские управленцы.
P.S. В данной статье аккумулируем вопросы, которые стоит осветить в следующих статьях.