پروژه دوره کارشناسی الکترونیک
گرایش برق
موضوع:
تجزیه و تحلیل شبکههای WiMAX و4G وکاربرد آنها در مخابرات کشور
استاد راهنما:
مهندس …
نام دانشجو:
محمد رنجبر
زمستان 1394
تقدیم به
مادرم به پاس فداکاریها و دلسوزیهایش
و
پدرم به پاس زحمات و تلاشهای بیدریغش
و
همسر و فرزندم که در تمام سختی ها و مشکلات،
همواره همراه و پشتیبان من بودهاند.
سپاسگزاری
سپاس و ستایش مر خدای را جل و جلاله که آثار قدرت او بر چهره روز روشن، تابان است و انوار حکمت او در دل شب تار، درفشان. آفریدگاری که خویشتن را به ما شناساند و درهای علم را بر ما گشود و عمری و فرصتی عطا فرمود تا بدان، بنده ضعیف خویش را در طریق علم و معرفت بیازماید.
به حکم "من لم یشکر المخلوق لم یشکر الخالق" بر خود لازم میدانم از استاد گرانقدر و فرزانهام جناب آقای مهندس …که با صبر و بردباری همیشگیشان پذیرای بنده حقیر بوده و راهنمایی این پروژه را بر عهده داشتند، نهایت تشکر و قدردانی را داشته باشم.
دسته گلی از باغ مهر تقدیم میکنم به مهربان دوستان عزیزم و همکلاسیهای ارجمندم که طی دوره تحصیل در کنار من بوده و همواره آزردگی خاطر با حضور ایشان تسکین مییابد؛ و دگربار هر چه بوی خوش و گلبرگ خوشرنگ سپاس، تقدیم به خانوادهام که با تمام صمیمیتهایشان همراه همیشگی بنده در تمامی مراحل زندگیام بودهاند.
در پایان از تمام عزیزانی که به نحوی در مراحل این پروژه مشمول لطف و عنایت آنان گردیدم، کمال تشکر و قدردانی را به عمل میآورم.
چکیده
تجزیه و تحلیل شبکههای WiMAX و4G وکاربرد آنها در مخابرات کشور
در حالت کلی مخابرات بدونسیم کاملاً از وسایل مخابرات الکترونیک مانند تلگراف، متمایز است. چرا که این نوع مخابرات دیگر احتیاج به سیمی ندارد که فرستنده را به گیرنده وصل کند. در این حالت انتشار امواج الکترومغناطیس در فضا جایگزین سیم های مسی شده است. موضوع اصلی این پروژه تعریف، شناسایی و بررسی شبکه های Wimax و4G ، مقایسهی آنها و مزایا و معایب آنها میباشد واهمیت آن در افزایش باندهای فرکانسی مورد نیاز علم مخابرات میباشد.
در این پروژه شبکههای Wimaxو4G ومحدودهی کاربرد آنها توضیح داده شده است و نظریات شرکت های مختلف در مورد بهبود این باندهای فرکانسی جمعآوری شده است و نیز اهداف این شرکتها از گسترش این باندهای فرکانسی بیان شده است.
Wimax و 4G در فرکانسهای بالا کاربرد دارند وشبکههایی هستند که نسبت به امواج رادیویی فرکانس پایین سریعتر عمل میکنند، پس می توان نتیجه گرفت که Wimaxو4G یک بازار مشترک را در چند سال آینده با رشد سریع همراه خواهند داشت، ولی به این زودیها قادر نیستند که بازار غالب تکنولوژی موبایل را بدست گیرند
واژه های کلیدی
WIMAX,WIFI,MAC,OFDM,IP,QAM,IEEE,CS,EM,3G,4G,IEEE,LOS
,NLOS.
فهرست مطالب
فهرست صفحه
——————————————————————————-
مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..1
1-1-معرفی و تاریخچه شبکه وایمکس……………………………………………………………………………………..3
1-2-تعریف وایمکس……………………………………………………………………………………………………………..4
1-3-وایمکس و تلفن همراه……………………………………………………………………………………………………4
1-4-راهی بسوی WIMAX………………………………………………………………………………………………….4
1-5-مخترع …………………………………………………………………………………………………………………………5
1-6-استاندارد های وایمکس……………………………………………………………………………………………………5
1-6-1-استاندارد IEEE802.16…………………………………………………………………………………………….6
1-7-اتحادیه وایمکس…………………………………………………………………………………………………………….6
1-8-استانداردهای پر کاربرد وایمکس……………………………………………………………………………………….9
1-8-1-. IEEE 802.16a……………………………………………………………………………………………………9
1-8-2IEEE 802.16-2004-……………………………………………………………………………………………..9
1-8-2-1-برخی مزایای802.16- 2004 ………………………………………………………………………………..9
1-8-3- IEEE 802.16e…………………………………………………………………………………………………….10
1-8-3-1-802.16-2004 یا802.16e کدامیک؟……………………………………………………………………10
1-8-4IEEE 802.16m-…………………………………………………………………………………………………….11
1-9-بررسی مشخصات لایه فیزیکی و MAC وایمکس و معماری شبکه وایمکس…………………………..11
1-9-1 -لایه فیزیکی در 802.16…………………………………………………………………………………………….11
1-9-2-سیستم OFDM…………………………………………………………………………………………………………14
1-9-3-مزایا و معایب OFDM در وایمکس …………………………………………………………………………….17
1-9-4-کاهش پیچیدگی محاسبات OFDM…………………………………………………………………………….17
1-9-4-1-افت یکنواخت عملکرد سیستم با افزایش تاخیر……… …………………………………………………..18
1-9-4-2-استفاده از دایورسیتی فرکانسی…………………………………………………………………………………..18
1-9-4-3-استفاده به عنوان تکنیک دسترسی چندگانه …………………………………………………………………18
1-9-5-لایه MACدر Wimax………………………………………………………………………………………… …19
1-9-5-1-لایه MAC در وایمکس از سه زیر لایه مجزا تشکیل شده است که عبارتند از. ………………..20
1-9-5-1-1-زیرلایه همگرایی…………………………………………………………………………………………………21
1-9-5-1-2-زیرلایه بخش مشترک………………………………………………………………………………………….21
1-9-5-1-3-زیرلایه امنیت……………………………………………………………………………………………………..21
1-10- PMPوMESH…………………………………………………………………………………………………………22
1-11-برنامه ریزی مرکزی………………………………………………………………………………………………………24
1-12-برنامه ریزی توزیع شده …………………………………………………………………………………………………24
1-13-سازو کارهای دسترسی به کانال……………………………………………………………………………………….26
1-14-کیفیت خدماتQOS……………………………………………………………………………………………………27
1-15-وایمکس دو نوع سرویس بی سیم را ارائه می دهد…………. ………………………………………………28
1-15-1-سرویس خارج از خط دید………………………………………………………………………………………….28
1-15-2-سرویس روی خط دید……………………………………………………………………………………………….28
1-16-معماری شبکه مرجع ……………………………………………………………………………………………………..32
1-17-پیاده سازی. Wimax……………………………………………………………………………………………………36
1-18-عوامل موثر بر کیفیت. WiMax……………………………………………………………………………………37
1-19-شکست امواج الکترومغناطیسی در اتمسفر ………………………………………………………………………..38
1-20-تاثیر باران برانتشار امواج…………………………………………………………………………………………………38
1-21-تاثیر مه و برف بر امواج. EM…………………………………………………………………………………………39
1-22-درخشش اتمسفری و تاثیر آن بر امواج الکترومغناطیسی ……………………………………………………..39
1-23-تاثیر باد بر شبکه های بی سیم ……………………………………………………………………………………..39
1-24-مزایا ،کاربردها و ویژگی های شبکه وایمکس و قیاس آن با سایر شبکه ها………………………………40
1-24-1-مزیت های فناوری ارتباطی وایمکس…………………………………………………………………………….40
1-25-توسعه سرویس های تبلیغاتی……………………………………………………………………………………………40
1-26-توسعه شبکه های بانکی………………………………………………………………………………………………….41
1-27-عدم وجود محدودیت مکانی……………………………………………………………………………………….41
1-28- WiMaxدر فجایع طبیعی…………………………………………………………………………………………….42
1-29-بک هال نقاط تحت پوشش WiFi………………………………………………………………………………….42
1-30-ایجاد و گسترش شبکه های آموزشی………………………………………………………………………………..43
1-31-استفاده در مخابرات دریایی…………………………………………………………………………………………….43
1-32-تشکیل شبکه های موقتی برای سازمان های عمرانی…………………………………………………………….44
1-33-به کارگیری دردوربین های مدار بسته برای حراست و امنیت سازمان ها………………………………….44
1-34-ویژگی ها و مزایای فنی .WiMax…………………………………………………………………………………44
1-34-1-معماری انعطاف پذیر………………………………………………………………………………………………….45
1-34-2-امنیت بالا…………………………………………………………………………………………………………………45
1-34-3-پیاده سازی سریع. …………………………………………………………………………………………………….45
1-34-4-سرویس دهی چندسطحی……………………………………………………………………………………………46
1-34-5-قابلیت همکاری درونی ……………………………………………………………………………………………..46
1-34-6-تحرک پذیری . ……………………………………………………………………………………………………….46
1-34-7-مقرون به صرفه بودن …………………………………………………………………………………………………46
1-34-8-گستره وسیع پوشش…………………………………………………………………………………………………..47
1-34-9-کار کردن در خط غیر مستقیم……….. .. NLOS………………………………………………………..47
1-34-10-ظرفیت بالا …………………………………………………………………………………………………………….47
1-34-11-قابلیت همکاری با اپراتورهای دیگر……………………………………………………………………………49
1-35-خدمات ارزش افزوده ……………………………………………………………………………………………………49
1-35-1 VPN-……………………………………………………………………………………………………………………49
1-35-2-.VOD…………………………………………………………………………………………………………………..49
1-35-3-کنفرانس ویدئویی……………………………………… ……………………………………………………50
1-36-برخی از روش های به کارگیری وایمکس………………………………………………………………………..50
1-37-سرویس های کاربردی وایمکس……………………………………………………………………………………..51
1-37-1-سرویس کاربردی ثابت………………………………………………………………………………………………51
1-37-2-سرویس کاربردی کوچی……………………………………………………………………………………………51
1-37-3-سرویس کاربردی قابل انتقال……………………………………………………………………………………….51
1-37-4-سرویس کاربردی سیار ساده……………………………………………………………………………………….52
1-38-اشکالات وایمکس……………………………………………………………………………………………………….52
1-39-مزایای استفاده از….. WiMax…………………………………………………………………………………….53
1-39-1-مقایسه وایمکس با دیگر فن آوری ها ………………………………………………………………………….53
1-39-2-با وجود ADSL جایگاه WiMAX کجاست؟…………………………………………………………………55
1-40-رقبای وایمکس…………………………………………………………………………………………………………….56
فصل دوم…………………………………………………………………………………………………………………………….58
2-1-معرفی 4G…………………………………………………………………………………………………………………..59
2-2-تکامل سیستم هاب بی سیم……………………………………………………………………………………………..60
2-3-4G چیست؟……………………………………………………………………………………………………………….61
2-4-تحقیق قبل از 3Gبرای 4Gشروع نشده است؟……………………………………………………………………61
2-5-المان ها………………………………………………………………………………………………………………………63
2-5-1-شمای دسترسی………………………………………………………………………………………………………..63
2-5-1-1-IPV6……………………………………………………………………………………………………………….64
2-5-1-2-سیستم های آنتن هوشمند……………………………………………………………………………………….65
2-5-1-3-رادیو بصورت نرم افزاری تعریف شده………………………………………………………………………65
2-6-پیشرفت ها…………………………………………………………………………………………………………………..65
2-7-کاربردها……………………………………………………………………………………………………………………..65
2-8-پروتکل ،ورژن،اینترنت،IPV6……………………………………………………………………………………….67
2-8-1-معرفی…………………………………………………………………………………………………………………….67.
2-85-2-ویژگیIPV6………………………………………………………………………………………………………..67
2-9-بسته IP………………………………………………………………………………………………………………………70
2-10-رادیو نرم افزاری…………………………………………………………………………………………………………71
2-11-گیرنده های عملی………………………………………………………………………………………………………71.
فصل سوم……………………………………………………………………………………………………………………………73
3-1-نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………….74
مراجع و منابع……………………………………………………………………………………………………………………….79
فهرست شکلها
فهرست شکلها صفحه
شکل1-1…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………4
شکل1-2…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5
شکل1-3-……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5
شکل 1-4-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11
شکل 1-5-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………20
شکل 1-6-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………22
شکل 1-7-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………23
شکل1-8-……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….25
شکل1-9-……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….29
شکل1-10-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….30
شکل1-11-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….32
شکل1-12-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….36
شکل1-13-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….50
شکل1-14-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….52
شکل1-15-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….53
شکل2-1-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………70
شکل3-1-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………75
شکل3-2-………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………76.
فهرست جدولها
فهرست جدولها صفحه
جدول 1-1……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..7
جدول1-2……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….8
جدول1-3…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….30
جدول1-4…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….35
جدول1-5…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….54
جدول2-1……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………62
جدول3-1……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………77
مقدمه
شکل گیری تئوری مخابرات و ایجاد ارتباط بین دو نقطه با استفاده از انتشار امواج الکترومغناطیس در فضا به مقاله ماکسول در سال 1873 در مورد امواج الکترومغناطیس بر می گرددکه توسط هرتز در سال 1888 با تولید اولین ارتباط رادیویی ادامه یافت.
با این وجود اولین فرستنده از نوع spark-gap بود که در اواخر قرن نوزدهم ساخته شد.
مخابرات رادیویی کاملاً از وسایل مخابرات الکترونیک، مانند تلگراف، که در آن زمان وجود داشت، متمایز بود چرا که نوع جدید مخابرات دیگر احتیاج به سیمی نداشت که فرستنده را به گیرنده وصل کند و این سیستم، بدون سیم نامیده می شد. در این دسته انتشار امواج الکترومغناطیس در فضا جایگزین سیم های مسی شده است.
فصل اول
WiMAX
1-1-معرفی و تاریخچه شبکه وایمکس
مدتها بود که شبکه های سیمی ،دنیای مخابرات را زیر سلطه داشتند.دولت ها ،تولید کنندگان 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 درصنعت مخابرات بود ودرهای تازه ای را پیش روی مهندسان و تولید کنند گان گشود .با گذشت زمان روز به روز بر قابلیت های فن اوری های بی سیم افزوده شد.تا امروز که حجم عظیمی از اطلاعات ،صوت و تصویر را می توان در کسری از ثانیه به دورتربن نقاط ارسال کرد .متخصصین و مهندسین،آینده صنعت بی سیم را بسیار روشن می دانندو امیدوارند روزی بتوانند تمام نیاز های کاربران را در همه ابعاد پاسخ گویند.
همانطور که می دانید بعضی از فناوری های ارتباطی نظیر کابل های نوری ،هزینه های بسیار بالایی دارند و این خود یک نقطه ضعف برای این نوع فناوری ها به حساب می آید.در کشور های در حال توسعه که دارای اقتصاد خوبی نیستند ،استفاده از چنین فناوری با این هزینه ی گزاف مقرون به صرفه نخواهد بود . این خود مسئله ای برای پیدایش نوع جدید تری از فناوری های ارتباطی شد که هم هزینه ی کمتری داشت و هم سرعت تبادل اطلاعات بالاتر بود.این نوع آوری وایمکس نام گرفت.در حقیقت وایمکس یک فناوری جدید ارتباطی از نوع بی سیم با پهنای باند وسیع می باشد.به بیان تخصصی تر ،وایمکس نسل دوم پروتکل های ارتباط بی سیم می باشد که از پهنای باند بالاتری استفاده می کند و از تداخل امواج جلوگیری می کند ؛که ازاین طریق می توان برای افزایش سرعت انتقال داده ها در مسافت های زیاد بهره برد.
1-2-تعریف وایمکس:
مجمع وایمکس ،گروهی که بر توسعه و گسترش این فناوری متمرکز است،وایمکس رابعنوان یک فن آوری استاندارد که نقل وانتقال دسترسی باند پهن بی سیم در مقیاس وسیع را بعنوان جایگزین اتصال کابلی و 1DSLفراهم می کند تعریف کرده است.
به بیان دیگر وایمکس اتصال اینترت پر سرعت دستگاه های همراه و ثابت را به کاربران ارئه می دهد تا بتوانند با سرعت بالا به داده های زیاد دسترسی یابند.
وایمکس مخفف عبارت Worldwide Interoperability for Microwave Accessاست که توسط کمیته یIEEE2تدوین شده است.این تکنولوژی برای ارتباطات با سرعت بالا و فواصل طولانی تا 50کیلومتر،طرح شده است.براساس آخرین اعلام وایمکس فروم ،تا پایان ماه ژانویه2010تعدا اپراتور های که شبکه وایمکس خود را راه اندازی کرده اند ویا در حال راه اندازی هستندبه 555اپراتور رسبده است.
خیلی از مردم وایمکس را با نام Like wiFi,only to the maxمی شناسند!
1-3-وایمکس و تلفن همراه:
به دلیل تارخچه وایمکس در کشورهای درحال توسعه و تاثیری که این سرویس در مواجه شدن با فجایع طبیعی داشته است بیشتر تمرکز توسعه وایمکس از سوی دولت ها و شرکت های تجاری بر روی راه حل های وایمکس ثابت بوده است. اگرچه طی سال های اخیر تمایل روبه رشدی در مورد وایمکس موبایل ایجاد شده است. وایمکس موبایل امکان اتصال گوشی های تلفن همراه به اینترنت بسیار پرسرعت تر را به وجود می آورد و موجب افزایش انتقال داده بر روی گوشی های تلفن همراه می شود. به این معنا که افرادی که قصد استفاده از سرویس های پرسرعت اینترنتی بر روی تلفن های همراه خود دارند می توانند وایمکس را به عنوان راهی برای رسیدن به هدف خود انتخاب کنند.
1-4-راهی بسوی WIMAX3:
1-5-مخترع :
آروگیاسوامی پاولرای(یکی از موسسین COMMMUNICATIOS BECEEM)
.بسیاری او را استاد دانشگاه کمبریج و پدر wimax می دانند البته او تنها کسی نبود که در توسعه این فناوری نقش داشت اما موفق شد که شرکتش را به اینتل بفروشد و آن را متقاعد کند که به سرمایه گذاری و پشتیبانی از این فناوری ادامه بدهد. او همچنین دارنده حق اختراع انحصاری آنتن خاص گیرنده های wimaxاست که در موفقیت این فناوری نقش اصلی را ایفا می کنند.
به نظر می رسد این ابرفناوری جدید بیشتر از سهم معمول فناوری ها، افراد نام آور صنعت فناوری رازیر نام خود گرد آورده است.
داستان wimax داستانی عجیب و متفاوت، از افراد و شرکت هایی است که با منافع و سلیقه های مختلف گرد هم آمدند و در خلق و ترویج فناوری ای کوشیدند که می تواند یک میلیارد کاربر جدید برای اینترنت به ارمغان بیاورد؛ آن هم از مناطقی که تا به حال هیچ دسترسی ای به اینترنت نداشته اند. این فناوری در کشور های توسعه یافته هم باعث رقابت سنگین میان شرکت های ارائه خدمات کابلی، ماهواره ای ومخابراتی خواهد شد که به نوبه خود به بهبود خدمات و قیمت ها منجر می شود.
1-6-استاندارد های وایمکس:
طی سال ها استانداردهای مختلفی برای وایمکس ارائه شده است که هر کدام برای هدف خاصی مناسب می باشند. در شکل زیر این استانداردها را می توانید مشاهده کنید.
1-6-1-استاندارد IEEE802.16:
هنگامی که پیرامون خصوصیات و ویژگی های فناوری وایمکس صحبت می شود، دیدگاه وسیع تری از این فناوری مورد توجه قرار می گیرد آن استاندارد 802.16 است. توسط موسسه استانداردسازی IEEE به تصویب رسیده است .عدد16در این استاندارد نشان دهنده گروه کاری است که بر روی دستیابی بی سیم باند وسیع فعالیت دارند که در سال ١٩٩٩ توسط این موسسه استانداردسازی تشکیل شد.
این استاندارد شامل مجموعه خصوصیات و قابلیت های اولیه ای است که در ارتباطات گسترده و جهانی مورد استفاده قرار گرفته و در گروه شبکه های باند وسیع بی سیم شهری جای دارد. چنین شبکه هایی، قابلیت پشتیبانی و پوشش محدوده وسیعی همانند نواحی شهری را دارا بوده ومی توانند در محیطی با ارتباطات مش بی سیم اعمال شوند.
کنترل و نظارت بر این فناوری، توسط سازمان های صنعتی و موسساتی بدون سودآوری صورت می پذیرد که در قالب گروهی تحت عنوان WiMAX Forum فعالیت دارند؛ که ماموریت آن توسعه و ترویج و اعطای مجوز به محصولات بی سیمی است که قابلیت سازگاری و تعامل با یکدیگر دارند.
1-7-اتحادیه وایمکس:
استانداردهای 802.16 IEEE فقط معرف و به وجود آورنده تکنولوژی وایمکس هستند و لازم است یک سازمان دیگر وظیفه تایید،هماهنگی و تطابق را به عهده گیرد که این وظیفه ی همان اتحادیه وایمکس است. اتحادیه وایمکس به طور رسمی در سال ۲۰۰۱ با هدف دادن تاییدیه و هماهنگی بین تولیدات IEEE802.16 کار خود را آغاز کرد.بعد از یک دوره تقریبا کوتاه که با عدم رونق و کم کاری اتحادیه توام بود، درسال ۲۰۰۳ این گروه دوباره فعال شد در ابتدا اینتل و کمی بعد نوکیا، نقش رهبری و هدایت را در اتحادیه وایمکس بر عهده گرفتند.البته نقش نوکیا به دلیل تمرکز روی فن آوری های نسل سوم کم رنگ تر از اینتل بود.اما رفته رفته نوکیا نیز مکان خود را در اتحادیه تثبیت کرد. اعضای اتحادیه وایمکس اغلب تولیدکنندگان سیستم ها و نیمه هادی ها، فروشندگان تجهیزات،اپراتوری شبکه ها،دانشگاهیان و دیگر مجریان مخابراتی هستند.
اتحادیه وایمکس در کارگروه های مختلف سامان دهی شده است.
(AWG) •گروه کاری کاربردی
(CWG) •گروه کاری گواهی و تاییدیه
(MWG) •گروه کاری بازاریابی
(NWG) •گروه کاری شبکه
(RWG) •گروه کاری تنظیمی
(TWG) •گروه کاری تکنیکی و فنی
(SPWG) •گروه کاری ارائه دهنده خدمات
اتحادیه وایمکس اولین آزمایشگاه تایید سازی خود را در فوریه ۲۰۰۶ در مالاگای اسپانیا با نام "آزمایشگاه ستکام" افتتاح کرد.در اواخر همان سال،دومین آزمایشگاه را در سئول کره جنوبی و سومی را در چین راه اندازی کرد.این اتحادیه اکنون در بیش از ۱۵۰ نقطه دنیا در حال کار می باشد. در سیر استاندارد سازی 802.16IEEE استانداردهای نسبتا زیادی توسط کمیته802.16 IEEE توسعه و انتشار یافته که در این جا به چند استاندارد اشاره می شود.
استانداردهای دیگری از قبیل …,IEEE802.16 b,d,g,h,j نیز به تصویب رسیدند اما نسبت به مواردی که در جدول آمده از ارزش کمتری برخوردارند.در واقع می توان گفتIEEE 802.16 مجموعه ای از استانداردهاست ،نه یک استاندارد واحد و یکپارچه. اولین نسخه استاندارد Wimax که در آوریل ٢٠٠٢ روانه بازار شد ، یک سیستم یک نقطه به چند نقطه (pmp4)بود که در بازه فرکانسی ١٠ تا ٦٦ گیگاهرتز کار می کرد. انتقال داده در این فرکانس، نیازمند دید مستقیم بود و این که امکان آن در بسیاری از شهرها و مناطق وجود نداشت ، نقطه ضعفی برای آن به شمار می آمد ، به همین جهت ، در نسخه اصلاح شده این استاندارد lEEE 802.16 bکه در ژاپن ٢٠٠٣ منتشر شد مشخصه فرکانسی به محدوده ٢تا ١١ گیگاهرتز انتقال داده شد تا نیاز به داشتن دید مستقیم در ارتباطات رفع شود.
مشترکان و نقاط دسترسی Wimax در دو باند فرکانسی کار می کنند: ٥ گیگاهرتز و ٥ .٣ گیگاهرتزکه باند ٥ گیگاهرتز نیاز به مجوز ندارد ومی توان تا توان ١٠٠ میلی وات سیگنال ارسال کرد . با این توان امکان پوشش داده محدوده ٣٠ متری درون محل های بسته و محدوده وسیع تری در خارج آن وجود دارد ، اما کار در باند 3.5گیگاهرتز نیاز به مجوز دارد و با توانی در حدود یک وات ، می توان به برد ٥٠ کیلومتر رسید میزان توان مورد استفاده در سیستم به نوع مجوز و استاندارد سیستمی که در محل به کار گرفته شده است، بستگی دارد.
از میان استانداردهای موجود، IEEE 802.16-2004 برای کاربردهای ثابت به کار می رود و اغلب با نام وایمکس ثابت شناخته می شود گاهی این استاندارد با IEEE802.16. ،یکی انگاشته می شود.
اما IEEE 802.16 چندی قبل از IEEE802.16d-2004.وبا هدف توجه به استانداردهای انستیتو استانداردسازی مخابرات اروپا(ETSI) به وجود آمد و عملا با. IEEE 802.16- 2004 متفاوت است .
IEEE 802.16e در واقع اصلاحیه ای بر IEEE 802.16- 2004 بود که به آن پشتیبانی از کاربردهای سیار اضاف شده بود و از آن اغلب به عنوان وایمکس سیار یاد می شود. این استاندارد جدید تمام قابلیت های استانداردهای قبل از خود را داراست. IEEE 802.16m .. استانداردجدید و در حال توسعه وایمکس است.این نسخه جدید شامل دسترسی سیار پیشرفته و سرویس های صوتی و کاندیدای قرارگیری در تکنولوژی های جدید Advanced) ITU5 -IMT)است. اتحادیه وایمکس نیز متعهد شد تا سازگاری و مطابقت این استاندارد جدید را با استاندارد IEEE 802.16e حفظ کند تا اپراتورها بتوانند تجهیزات بر پایه IEEE 802.16m را روی شبکه های فعلی خود گسترش دهند.
1-8-استانداردهای پر کاربرد وایمکس:
1-8-1-: IEEE 802.16a
برای جبران کاستی های موجود در استاندارد قدیمی 802.11 که در BWA داخلی WLAN6ها استفاده می شوند ، استاندارد802.16aبا ویژگی های زیر ارائه شد :
١. ایجاد ارتباط از طریق تکنولوژی Point FFT OFDM7 که با HiperMAN 256 نیز سازگار است.
٢. قابلیت استفاده در BWA های خارجی
٣. پهنای باند و ظرفیت بالا
4.ارتباط LOS8وNLOS9
٥. امکان ارسال و دریافت صوت و تصویر با کیفیت بالا
٦. نیاز به پهنای باند کمتر برای ارسال اطلاعات با نرخ70 Mbps در مقایسه با CDMA10
1-8-2-: IEEE 802.16-2004
1-8-2-1-برخی مزایای802.16- 2004
1-استفاده از مدولاسیون با پیچیدگی کمتر:
OFDM مدولاسیونی با پیچیدگی کمتر نسبت بهSOFDM A11 است و راحت تر پیاده سازی می شود .
2-استفاده از باند های آزاد (بدون نیاز به مجوز):
سرویس های سیار به استفاده از باند فرکانسی مجوزدار نیاز دارند تا بتوانند منطقه وسیعی را پوشش دهند. اما در پیاده سازی ثابت می توان درمناطقی که تداخل در سطح قابل قبولی باشد، شبکه را با موفقیت درباندهای آزاد پیاده سازی کرد. بنابراین بسیاری از باندها، بدون نیاز به اخذ مجوز دراین استاندارد مورد استفاده قرار میگیرد.
3-توان عملیاتی بالاتر
1-8-3-: IEEE 802.16e
این استاندارد دقیقًا ویژگی های 802.16a را دارد با این تفاوت که برای کاربرهای ثابت و 802.16eبرای کاربر های متحرک تدوین شده است.
برخی مزایای: 802.16e
1-پشتیبانی از تحرک پذیری
محصولات مبتنی بر 802.16e برای تحرک پذیری بهینه شده و از hand of f تا سرعت ١٢٠ کیلومتر در ساعت، پشتیبانی می کنند. همچنین استفاده از حالت ذخیره، توان عمر باتری های را در گوشی هایی سیار این استاندارد افزایش می دهد.
2-پوشش درون ساختمانی بهتر
پوشش درون ساختمانی بهتر در استاندارد802.16eبه دلیل کانالیزه کردن و استفاده از آنتن های وفقی در هر دو حالت استفاده ثابت و سیار، از مزایای این استاندارد است.
3-انعطاف پذیری بیشتر در مدیریت منابع فرکانسی
کانالیزه کردن، توانایی تخصیص فرکانس هوشمند به کاربر را می دهد. این عمل منجر به استفاده بهتر از پهنای باند، توان عملیاتی بالاتر و پوشش بهتر درون ساختمانی خواهد شد و حتی با انجام آن می توان هزینه های پیاده سازی را کاهش داد. این مساله مخصوصًا برای اپراتورهایی که ازمشکل محدودیت طیف فرکانسی رنج می برند، مفید است .
1-8-3-1-802.16-2004 یا802.16e کدامیک؟
اما از همه این مسائل که بگذریم انتخاب بین802.16- 2004 و 802.16بیش از هر مساله دیگری به مدل تجاری نوع سرویس های اپراتور بستگی دارد.
در بعضی مواقع انتخاب ساده و واضح است. یک اپراتور تلفن همراه ممکن است به راحتی 802.16 e و یک سرویس دهنده اینترنتی بی سیم (WISP) که ایجاد ارتباط نقاط کم جمعیت و روستایی به اینترنت را برعهده دارد 802.16- 2004را انتخاب می کنند.علاوه بر این مسائل، اپراتورها باید پارامترهای دیگری را که ممکن است بر انتخاب آنها تاثیرگذار باشد در نظر بگیرند.
پیاده سازی شبکه سیار و ثابت به پیش زمینه های بسیاری از جمله بررسی بازار هر یک، سرویس های قابل ارائه، تخصیص فرکانس، نیازهای فنی(بیت بر ثانیه مورد نیاز، SLAو…)و.. نیاز دارد. در پیاده سازی به منظور دسترسی ثابت، هر دو نسخه802.16-2004 و عملکرد 802.16eنسبتًا مشابهی دارند.
ماکزیمم بیت بر ثانیه خروجی برای یک سکتور در هر دو نسخه در حدود 15Mbps(برای کانال 5 مگا هرتز)و35Mbps(برای کانال 10مگاهرتز)است. گسترش پوشش ایستگاه پایه (BS12) در نواحی پر جمعیت و متراکم می تواند تا چندکیلومتر(بسته به انواع CPE، باند فرکانسی، تحرک پذیری،…) هم برسد. توجه شود که هر چند802.16-2004برای استفاده ثابت و802.16eبرای استفاده سیار بهینه شده اند، اما هر دومی توانند در شبکه های ثابت به کار روند.
1-8-4-: IEEE 802.16m
جدیدترین استاندارد وایمکس می باشد که از مهم ترین خوصیات آن ارائه پهنای باند پایدار تا سقف ١٠٠ مگابیت در ثانیه به کاربرانی که باسرعت ٦٠ تا ٢٥٠ کیلومتر در ساعت درحال حرکت هستند خواهد بود که این امر در صورت عملی شدن نقطه عطف بزرگی در صنعت آی تی است و یک فرد عادی می تواند زمانی را که در سفر یا در حال رفت و آمد به محل کار خود است با ارتباط ١٠٠ مگ مثل یک کاربر در محل کار ،تمامی امکانات مختلف از جمله ویدئو کنفرانس و انتقال پرسرعت اطلاعات و اینترنت پرسرعت را باهم در اختیار داشته باشد و تغییرفواصل از دکل های اصلی هر میزان هم در پهنای باند تاثیر بگذارد در کار مشترک تاثیر چندانی نخواهد داشت.
همچنین برای کاربران ثابتLow Mobility)) سرعت یک گیگابایت را ارائه خواهد داد. البته شاید امروزه به صورت پوینت تو پوینت به روش لیزر امکان چنین ارتباطی به صورت خیلی محدود برقرار شده اما قطعا در آینده به روشهای پوینت تو مالتی پوینت و فواصل طولانی باپایداری بالا میسر خواهد شد . مزیت مهم دیگر استاندارد جدید 802.16m برای وایمکس، سازگاری با نسل سوم و چهارم موبایل دنیا خواهدبود که روی این امر نیز تلاش خواهد شد.
1-9-بررسی مشخصات لایه فیزیکی و13 MAC وایمکس و معماری شبکه وایمکس
1-9-1 -لایه فیزیکی در 802.16:
در شروع لازم است تعریف سادهای از مدولاسیون داشته باشیم. اساسًا در مخابرات به هر نوع تبدیل و تغییری که یک سیگنال را آماده عبور ازیک محیط ارتباطی خاص می نماید، مدولاسیون اطلاق میشود. دستگاه مودم مثلا بسیار خوبی از کاربرد مدولاسیون می باشد که علائم دیجیتالی یک کامپیوتر را به علائم آنالوگ شبیه به صدا تبدیل می کند تا امکان گذر از محیط شبکه تلفن را بیابند.
امواج رادیویی گونه های از امواج الکترومغناطیسی بوده که دارای شکل سینوسی و سرعت سیری برابر با سرعت نور می باشند . این امواج برحسب فرکانس نوساناتشان دسته بندی می گردند و قادر به حرکت در فواصل طولانی و از طریق هوا هستند.
درصورتی که از امواج فوق جهت حمل اطلاعات استفاده می شود با نام سیگنال حامل(carrier) شناخته می شوند . فرکانس سیگنال حامل مشخصات خاص آن را تعیین می کند .برای مثلا امواج رادیویی با فرکانس پایین تر از ١٠ گیگاهرتز قادر به عبور از میان اجسام صلب(برای مثلا ساختمانها) هستند.همین امر دلیل استفاده از طیف فرکانسی ٩٠٠ و ١٨٠٠ مگاهرتز برای تلفن های همراه سیستمGSMمی باشد.
اساسًا مدولاسیون در سیستمهای بیسیم با تغییر یکی از مشخصه های موج رادیویی متناسب با علائم اطلاعاتی(صفر ویک ها) انجام می گیرد . سه تکنیک اصلی وجود دارد که با تغییر در دامنه ASK))، فرکانس(FSK) و فاز(PSK)کار می کنند.
اصولاً کارایی یک تکنیک مدولاسیون متناسب با تعداد علائم اطلاعاتی(بیت ها )است که در هر نوسان موج رادیویی منتقل می کند . برای مثال مدولاسیون فاز چهارتایی(QPSK14) در هر نوسان دو بیت را حمل می کند . افزایش تعداد بیت ها با افزایش نرخ انتقال اطلاعات منجر می گردد والبته دارای حدی است که معمولاً با حداکثر فضای قابل پوشش سیستم ارتباط بی سیم ، رابطه عکس دارد.
تکنیک مدولاسیون پیشرفته تر15QAMتلفیقی از دو روش دامنه و فاز می باشد که دستیابی به نرخ های بالاتر را(در فرکانس برابر) امکان پذیرمی سازد. تکنیکQAM16چهار بیت را درهر نوسان وQAM64تا ١٦ بیت را در هر نوسان منتقل میکند.
هنر Wimax استفاده بهینه از تکنیک های پیشرفته گوناگون است در فواصل کوتاه آنتن مرکزی ، تکنیک QAM 64. و در فواصل دورتر از QAM 16 استفاده می شود. تکنیک فازی چهارتایی (QPSK).نیز برای مشترکین در فواصل بسیار دور به کار گرفته می شود . انتخاب تکنیک مناسب به طور هوشمند و پویا انجام می شود.
در اغلب استانداردهای وایمکس از داپلکسینگ تقسیم زمانی (TDD16) 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 FDD17 نیز استفاده کرد.اما روش تقسیم زمانی مزیت های چشم گیرتری 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 TDD پیچیدگی زیادی دارد.
لایه فیزیکی وایمکس مبتنی بر مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانسی متعامد ( OFDM ) . است. OFDM شمای انتقال موثر و در عین حال ساده ای است که در آن امکان ارسال داده های با نرخ بالا ، ویدئو و ارتباطات چندرسانه ای میسر می شود. OFDM توسط سیستم های باندوسیع تجاری مختلف از قبیل خط مشترک دیجیتال ( DSL ) وای فای و ویدئوی دیجیتال باند پهن ، ( DVB18 ) به کار گرفته شده است. همچنین در آینده شبکه های نسل چهار از این تکنیک برای دسترسی کانال استفاده خواهند کرد. این روش دارای کارایی بسیار بالایی در استفاده از طیف فرکانسی بوده و ایمنی خوبی در برابر پدیده فیدینگ ناشی از مسیرهای چندگانه دارد.
1-9-2-سیستم OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing):
انتشار چند مسیره از مهمترین عوامل محدود کننده ارسال اطلاعات با نرخ بیت بالا می باشد. ارسال نرخ بیت بالا در فرکانس های محدوده گیگاهرتز مقدور می باشد که بزرگترین مشکل در این باند فرکانسی انتشار چند مسیره است. تکنیک OFDMبا تقسیم سمبل های ارسالی بین چندین زیر حامل و ارسال همزمان آنها ، در مقابله با اثرات نامطلوب انتشار چند مسیره بسیار مقاوم و کارا می باشد. با رشد روز افزون سیستم های پرظرفیت، کاربردهای این تکنیک روزبه روز افزایش می یابد.
در سالهای اخیر با رشد روز افزون ارتباطات چند رسانه ای شامل صوت، تصویر و دیتا در شبکه های کامپیوتری مانند اینترنت و افزایش تقاضابرای استفاده از سرویس های موبایل، سعی می شود سیستم هایی طراحی شود که برای ارسال نرخ بیت بالا بر روی کانالهای همراه با فیدینگ،بازدهی مناسبی داشته باشند. یک گزینه بسیار مناسب برای شبکه های بی سیم پرظرفیت، مدولاسیون چند حاملی و بویژه تکنیک تقسیم
فرکانسی متعامد OFDM می باشد. OFDM حالت خاصی از سیستم های چند حاملی است که در آن اطلاعات با نرخ بیت بالا به چند دسته موازی با نرخ بیت های پایین تر تفکیک می شوند و هرکدام به وسیله زیر حامل های مختلف مدوله می شوند. انگیزه اصلی استفاده از OFDM، مقاومت این سیستم در کانال های چند مسیره می باشد. به علت کاهش نرخ بیت مربوط به هر زیرحامل نسبت به نرخ بیت اصلی، دوره زمانی سمبل افزایش می یابد، در حالی که دوره زمانی سیگنال تداخل ثابت است. بنابراین تداخل بین سمبلی یا Inter Symbol Interference) ISI) کاهش یافته و در نتیجه کارایی سیستم در کانال های چند مسیره بهبود می یابد. ارسال موازی اطلاعات و تقسیم فرکانس یاFDMکه ایدهاولیهآن به دهه ١٩٥٠ برمی گردد، بطور مشخص در دهه ١٩٦٠ مطرح شده و مورد توجه قرار گرفت. بر خلاف دیگر سیستم های چند حاملی، درتکنیک OFDM حامل ها برهم عمود می باشند. تعامد حامل ها باعث می شود حامل های مختلف علیرغم اینکه در حوزه فرکانس همپوشانی دارند ، درگیرنده از یکدیگر قابل تفکیک باشند. مزیت این روش بازدهی طیفی بیشتر بوده و به همین دلیل مورد توجه قرار گرفته است. در سال ١٩٧١ وینستون و ابرت ایده استفاده از تبدیل فوریه گسسته رابرای پیاده سازی OFDM مطرح کردند که تحولی اساسی در کاهش پیچیدگی سیستم ایجاد کرد. قدم مهم دیگر توسط پلد و رویز در سال ١٩٨٠ برداشته شد که استفاده از پسوند تکرار یا گسترش تکرار را جهت حل مشکل تعامد حامل ها ارائه دادند. تحقیقات زیادی به منظور اصلاح و افزایش کارایی OFDM در مباحث مختلف آن صورت گرفته است. از جمله این مباحث نقش کدینگ کانال در OFDM می باشد. در مخابرات بی سیم بویژه در فرکانس های بالا ، پدیده انتشار چند مسیره مهمترین مانع در ارسال با نرخ بیت بالا می باشد، زیرا باعث ایجاد تداخل میان سمبلیISI می شود. اگر گستره تاخیر کانال برابر Tm باشد و سمبل ها با دوره زمانیT ارسال شوند, در سیستم تک حاملی هر سمبل دریافتی تحت تاثیر Tm/T سمبل قبلی قرار می گیرد، که برای داده های با نرخ بیت بالا به دلیل کوچک بودن دوره زمانی مربوط به هر سمبل ،نسبت Tm/T مقدار بزرگی خواهد بود. حال اگر اطلاعات را بوسیله چندین زیرحامل ارسال کنیم، رشته سمبل های ورودی با دوره زمانی سمبلT بهN رشته، هر کدام با دوره زمانی طولانی ترN.T تقسیم می شوند. ارسال این سمبل ها در کانال چند مسیره باعث می شود هر سمبل تحت تاثیر Tm/N.T سمبل قبلی قرار گیرد. بدین ترتیب ملاحظه می شود خطایISI در سیستم چند حاملی به مراتب از سیستم تک حاملی کمتر است. تکنیک OFDM حالت خاصی از سیستم های چند حاملی است که بازدهی پهنای باند بیشتری دارد. علت آن در این نکته نهفته است که در این روش فاصله بین زیرحامل ها کمتر است و در عین حال که حامل ها همپوشانی دارند در گیرنده قابل تفکیک می باشند، چرا که فاصله فرکانسی زیرحامل ها به گونه ای است که متعامد بودن آنها تضمین می شود.
اگر بخواهیم توضیحی کامل تر در مورد این مدولاسیون بدهیم ابتدا توضیح خیلی مختصری در مورد مدولاسیون QAM یاQuadrature Amplitude Modulation می پردازیم و سپس مدولاسیون OFDM را تعریف می کنیم . فرض کنید یک پریود از یک موج سینوسی با یکی از فازهای ٠ یا ٤٥ یا ٩٠ یا ١٣٥ درجه و دامنه ١ یا ٢ داشته باشیم.چون فاز دارای ٤ حالت ودامنه دارای ٢ حالت است , ٨ حالت به وجود می آید.یعنی می توانیم ٣ بیت را انتقال دهیم.بدین صورت که به جای ٣ بیت اطلاعات, یک پریود موج سینوسی با فرکانسی مشخص(و نسبتا زیاد)و با یکی از فازها و دامنه های گفته شده در بالا ارسال می کنیم.
در مدولاسیون OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) تعداد زیادی از این شکل موج های تولید شده در روش QAM با استفاده از Carrier هایی(موج های سینوسی با فرکانس بالا)در حوزه فرکانس، به نحوی کنار هم در فرکانس هایی (tone) چیده شوند که با وجود تداخل فرکانسی آنها، به علت انتخاب مناسب فرکانس های Carrier، امکان جدا سازی آنها به طور کامل وجود دارد.
OFDM یک روش مدولاسیون Multicarrier است .یعنی برای ارسال یک پیام از چند Carrier استفاده می شود. یکی از نقاط ضعف OFDM ،نیاز به دقت بالای تطابق فرکانس و فاز درگیرنده و فرستنده است.یعنی گیرنده و فرستنده باید با دقت بالایی سنکرون باشند.
در عمل، چند Carrierدر OFDM برای اطلاعات کانال (channel estimation) و چند بیت اضافه برای یافتن و تصحیح خطا اختصاص داده می شود و اصطلاحات به این روش (Coded OFDM) COFDM گفته می شود.
OFDM هم اکنون بیشتر در تکنولوژی وایرلس Wireless مورد استفاد است. خصوصیت اصلی OFDM، مقاومت بالا در برابر multipath effect است .وقتی سیگنال ارسال می شود، به علت وجود موانعی مانند ساختمان ها , انعکاس موج از زمین, وسایل نقلیه و … موجی که به گیرنده می رسد حاصل ترکیب نمونه های تاخیر یافته سیگنال اصلی است و به این اثر multipath effect یا multipath fading گفته می شود. استفاده مناسب ازعرض باند کانال (efficiency spectral) و مقاومت در مقابل تداخل (RF inference) RF از دیگر مزیت های OFDM است.
OFDM قابلیت استفاده چندین کاربر از یک محدوده عرض باند را نیزفراهم می کند (Multiple Access) بدین صورت که به هر کاربر یک سری (tone) Carrier مخصوص برای انتقال اطلاعاتش اختصاص داده می شود و کنترل این اختصاص (channel allocation) Carrier بر حسب. امروزه با رشد پردازنده ها این تکنولوژی در برخی روش های خصوصی شبکه های بی سیم شهری در استاندارد های جدید شبکه محلی بی سیم، ADSL و مخابرات با استفاده از شبکه قدرت PLC مورد استفاده قرار گرفته است. ایده اصلی OFDMازFDMگرفته شده است . هر سیگنال دارای یکsub-carrierبوده که با دیتا مدوله می شود . درFDMاین فرکانس ها از هم به اندازه مشخصی جدا می شوند تا ازتداخل جلوگیری شود . در گیرنده این سیگنال ها دمدوله می شوند . در تصویر زیر می تواند یکFDMرا با ٩sub-carrierببینید. درOFDMفاصله بین فرکانس ها کمتر شده و باهم همپوشانی نیز دارند . به علت تعامد بین فرکانس ها با وجود همپوشانی فرکانسی ، هیچگونه تداخلی ایجاد نمی شود . بنابراین درOFDMاز باند فرکانسی بهتر استفاده شده است و پهنای باند باند مورد نیاز برای ٩sub-carrierکمترخواهد شد . این مسئله را در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید.
برای دمدوله کردن سیگنال OFDM نیاز به DFT داریم . که این امر با استفاده از چیپ های19 FFT به سادگی انجام پذیر است.
حال اگر از OFDM با تعداد ٢٥٦ ساب کاریر sub carrier استفاده شود . تعداد ١٩٢ تا از آن ها دیتا ، ٨ تا پایلوت و ٥٦ تا پوچ می باشند . در ابتدایی ترین شکل ، هر ساب کاریر می تواند خاموش یا روشن باشد که بیانگر یک بیت صفر یا یک بیت از اطلاعات است . البته از روش های مدولاسیون و ( phase shift keying ) PSKو QAM Quadrature Amplitude Modulation))برای افزایش تعداد بیت ارسالی درهر sub carrier استفاده می شود . بنابر این در این حالت هر جریان از اطلاعات باید به ١٩٢ جریان داده موازی شکسته شود که هر یک با نرخ 1/٩٢ برابر نرخ اصلی ارسال می شود . هر جریان به یک sub carrier نگاشت می شود و توسط PSKو QAM مدوله می گردد. sub carrier های پایلوت یک مرجع برای کاهش شیفت فاز و فرکانس ایجاد می کنند و sub carrir های پوچ امکان ایجاد باند های محافظ وDC را فراهم می سازند.
1-9-3-مزایا و معایب OFDM در وایمکس :
در اینجا به برخی از مزایا و معایب مالتی پلکسینگ تقسیم فرکانسی متعامد OFDM پرداخته می شود. از جمله مزایای این مالتی پلکسینگ که در وایمکس بکار رفته است شامل:
1-9-4-کاهش پیچیدگی محاسبات OFDM:
براحتی توسط FFTو IFFT20 پیاده سازی می شود و تغییرات رشد پردازش با افزایش نرخ داده یا پهنای باند، کمی بیشتر از حالت خطی است.
1-9-4-1-افت یکنواخت عملکرد سیستم با افزایش تاخیر:
هنگامی که در یک سیستم OFDM زمان تاخیر کانال بیشتر از مقدار در نظر گرفته شده برای طراحی باشد، عملکرد OFDM بطور یکنواخت و هموار کاهش می یابد.
در واقع با بکارگیری کدینگ و مدولاسیون (Adaptive Modulation and Coding – AMC)، OFDM این امکان را فراهم می سازد که با آگاهی از شرایط کانال، اندازه نمودار فلکی (Constellation Diagram) و نرخ بیت ارسالی خود را کاهش دهد تا دربرابر گسترش تاخیر زمانی (Delay Spread) پایداری بیشتری داشته باشد.
1-9-4-2-استفاده از دایورسیتی فرکانسی :
در این تکنیک با ارسال چند نسخه از پیام در حوزه زمان، فرکانس و فضا و دریافت آن در گیرنده، می توان قابلیت ارسال سیگنال از مسیرهای مختلف فراهم می شود.
وایمکس با استفاده از ترکیب OFDM، درهم نهی زیرحامل ها در حوزه فرکانس و FEC21، عملکرد سیستم را در برابر خطای برست (Burst) که در نتیجه محو عمیق (Deep Fade) قسمتی از طیف ارسالی بوجود آمده است، بهبود می بخشد. وایمکس در واقع جایگشتی از زیرکانال ها تعریف می کند که به سیستم اجازه بازیابی آن را می دهد.
1-9-4-3-استفاده به عنوان تکنیک دسترسی چندگانه :
OFDM از طریق اختصاص زیرحامل ها به کاربرهای مختلف می تواند به عنوان یک شمای دسترسی چندگانه مورد استفاده قرار می گیرد که به OFDMA موسوم بوده و در وایمکس سیار بکار می رود.
پایداری در برابر تداخل باند باریک:
از آنجایی که تداخل باند باریک تنها بر روی بخشی از هر زیرحامل تاثیر می گذارد OFDM، در برابر این تداخل بطور نسبی مقاوم است.
در بین مزایایی که عنوان شد، تکنیک OFDM با معایبی نیز همراه است:
نسبت توان حداکثر به توان متوسط (PAPR) در سیگنال OFDM بالا است که این امر منجر به اعوجاج برشی سیگنال می شود.
سیگنال OFDM نسبت به لرزش فاز و پراکنش فرکانسی، بسیار حساس است و این امر از آنجایی است که لرزش فاز عمل همزمانی را با مشکلاتی مواجه نموده و پراکنش فرکانسی، تعامد بین سمبل های هر زیر حامل را از بین می برد و در نتیجه باعث افت عملکرد سیستم می شود. یکی از معایب اساسی سیستم های ارسال موازی مانند OFDM پیچیدگی تحقق و پیاده سازی سیستم می باشد. چرا که برای مدولاسیون و دمدولاسیون ، به تعداد زیادی بلوک مدولاتور و دمدولاتور یکسان نیاز است.
1-9-5-لایه MACدر Wimax:
وظیفه اصلی لایهMACدر Wimax،ایجاد یک واسط بین لایه های انتقال بالاتر و لایه فیزیکی است. لایهMACبسته ها را از لایه بالاترمی گیرد.و آنها را برای انتقال از طریق هوا در قالب واحدهای داده پروتکلMAC protocol Data Units)MAC: ( MPDUsسازماندهی می کند.این بسته ها واحدهای داده سرویس(MSDUs : MAC Service Data Units) MACنامیده می شوند. برای بسته های دریافت شده ، لایهMAC عکس عملیات بالا را انجام می دهد . طراحی MAC در استاندارهای2004- IEEE 802.16و IEEE 802.16e، از یک زیرلایه همگرایی برخوردار است. این زیرلایه می تواند با پروتکل های گوناگون در لایه بالاتر مانند ATM (Asynchronouse Transfer Mode)، صدای22 TDM، اترنت، IP23 و یا هر پروتکل ناشناخته دیگری که در آینده خواهد آمد ، ارتباط برقرار کند . اتحادیه Wimax با توجه به توافق IP و اترنت در صنعت تصمیم گرفته است تنها IP و اترنت را پشتیبانی کند . در کنار ایجاد یک نگاشت از لایه های بالاتر ، زیر لایه همگرایی باعث کاهش سرآیند اضافی لایه بالاتر بر روی هر بسته می شود. مهم ترین وظایف لایه MAC در Wimax عبارتند از :
1-تفکیک یا به هم پیوستن MSDU24 های دریافتی از لایه های بالاتر و قرار دادن آن ها درMPDU25 ها.
2-انتخاب پروفایل برست(Burst Profile) مقتضی و سطح توان مورد استفاده برای انتقال MPDU ها.
3-ارسال مجدد MPDU هایی که با خطا دریافت می شوند ، درزمان استفاده از درخواست تکرار خودکار (ARQ26)
4-کنترل Qos و بررسی تقدم برای MPDUهای متعلق به حامل های داده و سیگنالینگ متفاوت
5-برنامه ریزی کردن منابع لایه فیزیکی برای ارسال MPDUها.
6-پشتیبانی از لایه های بالاتر برای مدیریت تحرک پذیری
7-ایجاد مد ذخیره توان
1-9-5-1-لایه MAC در وایمکس از سه زیر لایه مجزا تشکیل شده است که عبارتند از :
١. زیرلایه همگرایی سرویس معین ( CS : Convergence Sublayer)
٢. زیرلایه بخش مشترک
٣. زیرلایه امنیت
1-9-5-1-1-زیرلایه همگرایی:
واسطی بین MAC و لایه ٣ است و بسته ها را از لایه بالاتر دریافت می کند. این بسته ها واحدهای داده سرویس MAC (MSDU ) نامیده می شوند.CS مسوول اجرای عملیاتی است که به ماهیت پروتکل لایه بالا بستگی دارد ، مانند فشردگی سرآیند و نگاشت آدرس.
1-9-5-1-2-زیرلایه بخش مشترک:
انجام تمام عملیات بسته ای که مستقل از لایه های بالاتر باشند را بر عهده دارد ، مانند تفکیک یا ترکیب MSDU ها درون MPDU ها ، ارسال MPDUها،کنترل 27QOSوARQ.
1-9-5-1-3-زیرلایه امنیت:
این زیر لایه مسوول رمزنگاری ، واگذاری و ردوبدل صحیح و امن کلیدهای رمزنگاری بینMSوBSاست.
MACدر Wimax طوری طراحی شده است که هنگام ارائه کیفیت خدماتی نظیر ATMو DOCSIS:Data (Interface Specification) Over Cable service بتواند از بیشینه نرخ بیت خیلی بالا پشتیبانی کند. MACدر Wimax از طول متغیر برای MPDU استفاده می کند این ویژگی باعث ایجاد انعطاف زیادی جهت ارسال کار آمد MPDU می شود. برای مثال ممکن است چند MPDU با طول یکسان یا متفاوت پشت سر هم قرار گیرند تا از سربار سرآیند در لایه فیزیکی جلوگیری شود. همچنین ممکن است چند MPDU با سرویس لایه بالاتر یکسان به هم به پیوندند ودر یک MPDU قرار گیرند تا از سربار اضافی سرآیند در MPDU جلوگیری شود. برعکس، ممکن است جلوگیری شود. برعکس، ممکن است MPDU های طولانی به چند MPDU کوچکتر شکسته شده و از طریق چند فریم ارسال شود. در ابتدای هر فریم یکسرآیندMAC عمومی (GMH : Generic MAC Header) قرار دارد. این سرآیند علاوه بر این که شامل مشخصه اتصال CID 🙁 Connection (Identifier) ، طول فریم ، بیت هایی برای تعیین چگونگی حضور ((CRC : Cyclic Redundancy Check) و زیر سرآیندها است،مشخص می کند آیا داده رمز شده است واگر رمز شده ، با چه کلیدی این امر صورت گرفته است.داده درMAC می تواند یک پیام انتقالی یا یک پیام مدیریتی باشد . در کنار MSDU ها ، داده انتقالی ممکن است تقاضای پهنای باند یا تقاضای ارسال مجدد را شامل شود. نوع داده انتقالی توسط زیر سرآیندی که جلوتر ازآن می آید مشخص می شود. زیرسرآیندهای بسته بندی و زیرسرآیندهای قطعه بندی کردن ، مثالی از زیرسرآیندها هستند. MACدر Wimax از ARQ پشتیبانی می کند. ARQ می تواند برای درخواست ارسال مجدد MSDU های قطعه بندی نشده و همچنین قطعه هایی از MSDU بکار گرفته شود .حداکثر طول فریم ۲۰۴۷ بایت است که با ۱۱ بیت در GMH نمایش داده می شود.
1-10- PMPوMESH:
استانداردIEEE 802.16 از ۲ توپولوژی مختلف نقطه به چند نقطه (PMP) و چند نقطه به چند نقطه (Mesh) پشتیبانی می کند.
1-نقطه به چند نقطه ( PMP: Point to MultiPoint)
2- چند نقطه به چند نقطه ( MPMP or Mesh : Multipoint to Multipoint Multipoint)
مکانیزم QOS برای PMP استاندارد IEEE 802.16 و زمان بندی ایستگاه پایه (BS : Base Station) پیشنهاد می شود. سرویس کیفیت خدمات در شبکه های بی سیم Wimax، میانگین تاخیر Wimax، بار متوسط Wimax، متوسط توان عملیاتی Wimax در ایستگاه پایه تجزیه و تحلیل می شود و مقایسه ای بین زمان بندی مختلف بین ایستگاه پایه و گره های ثابت می شود. استاندارد IEEE 802.16 برای خدمت به ایستگاه های مشترک (SSs : Subscriber Stations) از طریق ایستگاه پایه (BS) مرکزی به کار برده شده که در توپولوژی PMP توسعه داده شده است . در حالت PMP، هر ایستگاه مشترک (SS28) ارتباط مستقیمی با ایستگاه پایه )اصلی( دارد. PMP.در Wimax، به آسانی سرویس های مختلفی برای کاهش هزینه ها از طریق شبکه سیمی فراهم می کند استاندارد IEEE 802.16 با درک و ذهن QOS توسعه داده شده است.
درPMP چندین مشتری توسط یک ارائه دهنده خدمات مرکزی تغذیه می شوند . ارسال در جهتUL29 از مشترک به سمت ایستگاه پایه ، در فریم های زمانی مجزا صورت می گیرد. در جهتDL ایستگاه پایه MAC PDUها را به سمت پخشی ارسال می کند وSS کافی ا ستتا MAC PDUهایی را پردازش کند که برای او یا برای همهSSها آدرس دهی شده اند . در حالت مشگره ها به صورت ad hoc سازماندهی شده اند . برخلافPMP در این حالت تفکیک صریحی بین زیر فریم هایDL30وUL وجود ندارد . هر ایستگاه قادر است تا با دسته ای از ایستگاه های دیگر در سیستم مخابره داشته باشد . به هر حال ممکن است گره هایی با عملکرد مشابهBS وجود داشته باشند که شبکه را به بک هال متصل کنند . نکته کلیدی درMESH این است که هرSS می تواند لینک مستقیمی بهSS های دیگر داشته باشد . برای برنامه ریزی(Scheduling) ارسال در مدMESH،استاندارد دو ساز و کار معرفی می کند : برنامه ریزی مرکزی و توزیع شده .
1-11-برنامه ریزی مرکزی :
در برنامه ریزی مرکزی،BSمثل یک سرشاخه عمل کرده و چگونگی به اشتراک گذاری کانال توسط SSها را تعیین می کند.
1-12-برنامه ریزی توزیع شده :
در برنامه ریزی توزیع شده ، هرگره با استفاده از الگوریتم انتخاب شبه تصادفی ، برای دسترسی به کانال با سایرین رقابت می کند. این الگوریتمها براساساطلاعات برنامه ریزی همسایه های قرار گرفته در دوقدمی(two – hop) گره مربوطه عمل می کنند.
در حالتPMP،لایه های(Medium Access Control) MACکنترل دسترسی رسانه وفیزیکی ، نقش مهمی را بین ایستگاه پایه(BS) و ایستگاه مشترکین(SSs) بازی می کند..یک جریان خدمات که معرف و شناسهSFID31است.
معماری و ساختارPMP،شامل یکBSتحت کنترل چندینSSاست. انتقال بینBSوSSبا فریم های اندازه ثابت به وسیله تقسیم زماندسترسی چندگانه(time division duplexing) TDD / TDMA (time division multiple access) تقسیم زمان انجام می شود. ساختار فریم شامل زیر لایهdownlinkبرای انتقال ازBSوSSو یکزیرلایهuplinkبرای انتقال در جهت عکس است.
1-13-سازو کارهای دسترسی به کانال:
درWimax،لایهMACدر ایستگاه پایه به طور کامل در هر دو جهتULوDLمسئول تخصیص پهنای باند به همه کاربران است..MS32تنها در زمان برقراری چندین نشست یا اتصال باBS،می تواند تا حدودی بر روی تخصیص پهنای باند ، کنترل داشته باشد . در چنین موردیBSپهنای باند را به طور یک جا در اختیارMSقرار می دهد و تقسیم پهنای باند بین اتصال ها به عهدهMS گذاشته می شود .همه برنامه ریزی های دیگر در جهتULوDLتوسطBSانجام می شود .در جهتDL،BSمی تواند یر اساس نیاز ترافیک رسیده و بدون دخالتMS،پهنای باند لازم را به هرMSاختصاص دهد . در جهتUL،تخصیص پهنای باند بر اساس درخواستMSصورت می گیرد.استانداردWimaxاز چند سازو کار برای درخواست و بدست آوردن پهنای باندULتوسطMSپشتیبانی می کند.MSممکن است بر اساسQOSو پارامترهای ترافیک سرویس مورد نظر ، از یک و یا تعداد بیشتری از این ساز و کارها استفاده کند.BSبه طور متناوب منابع را به صورت اختصاصی و یا اشتراکی در اختیار هرMSقرار می دهد وMSمی تواند به وسیله آن تقاضای دریافت پهنای باند کند.این فرآیند ، سرشماری(Polling) نامیده می شود. سرشماری چند پخشی زمانی انجام می شود که پهنای باند کافی برای اختصای به هرMSبه طور اختصاصی وجودنداشته باشد . هنگامی که سرشماری به طریق چند پخشی انجام می شود ، اسلات اختصاص داده شده برای تقاضای پهنای باند ، یک اسلات اشتراکی است که همهMSهای سرشماری شده سعی دارند از آن استفاده کنند. Wimaxبرای مواقعی که بیش از یکMSبرای استفاده ازاسلات اشتراکی تلاش می کند ، یک دسترسی رقابتی و سازو کاری مشخص تعریف می کند . اگر از قبل تخصیصی برای ارسال ترافیک وجودداشته باشد ، دیگرMSهاداشته باشد ، دیگرMSاجازه داده می شود تا از سه طریق تقاضای پهنای باند بیشتری داشته باشد.
1-ارسالMPDUمستقل برای درخواست پهنای باند
2-ارسال درخواست پهنای باند از طریق کانال تعیین برد(Ranging)
3-انتقال درخواست پهنای باند از طریق بسته های عمومیMAC
1-14-کیفیت خدماتQOS:
پشتیبانی ازQOSبخش اساسی طراحی لایهMACدرWimaxاست. لایهMACدر وایمکس از معماری اتصال گرا برخوردار است وایمکس با استفاده از این معماری می تواند از کاربردهای گوناگون نظیر سرویس های صوت و ارتباطات چند رسانه ای پشتیبانی کند.همچنین این معماری نرخ بیت ثابت ، نرخ بیت متغیر ، جریان ترافیک بلادرنگ و به طور کلی مدیریت بهینه ترافیک داده را پشتیبانی می کند. طراحی لایهMACبه گونه ای است که امکان پشتیبانی همزمان از تعداد زیادی کاربر ، آن هم با ملزومات QOSمتفاوت را مقدور ساخته استWimaxبخشی از ایده های خود برای طراحیQOSرا از استاندارد مودم کابلی(DOCSIS: Data Over Cable serviceInterface Specification) الهام گرفته است .کنترل قدرتمندQOSاز طریق به کارگیری معماری اتصال گرا درMACقابل حصول است. تمام اتصالاتULوDLتوسطBSپوششی (serving BS) کنترل می شوند. پیش از ارسال هر گونه داده ای ، یک پیوند(link) منطقی تک جهته بین لایه هایMACدرBS و MSشکل می گیرد که اتصال(connection) نامیده می شود . هر اتصال توسط یک مشخصه اتصال(CID : Connection Identifier) مشخص می شود. این مشخصه به عنوان یک آدرس موقتی برای ارسال داده روی یک لینک خاص به کار می رود .علاوه بر اتصال هایی که برای انتقال داده کاربر استفاده می شوند،MAC درWimax،اتصال مدیریتی پایه ،اولیه و ثانویه را تعریف می کند که در عملیاتی نظیر تعیین برد کارایی دارد .
استاندارد 802.16 IEEE ی تواند چندین سرویس ارتباطی مانند داده ، صدا و تصویربا نیازهایQOS متفاوت را پشتیبانی کند. لایه MAC مکانیزم سیگنالینگQOS و وظایفی که می تواند کنترل کند ، انتقال دادهBSوSS را تعریف و تعیین می کند downlink. انتقال نسبتا ساده ای است ، زیراBS تنها یک انتقال ، طی یک زیر لایه downlink است. همه بسته های داده broadcast، SS هستند و یکSS ، تنها گوش می کند روی مقصد بسته ها. در Uplink،BS تعیین می کند شماره اسلات های زمان را برای هرSS که اجازه انتقال در زیر لایه uplink داده شده است. این اطلاعات به وسیلهBS از طریق پیام نقشه uplink در آغاز هر فریم پخش می شود . نقشه uplink (UL_Map) شامل اطلاعات منحصر به فرد(IE)هرBS است که شامل فرصت های انتقال برای هرSS است. برای مثال اسلات های زمان در یکSS می تواند طی یک زیرلایه uplink انتقال یابد.BS ماژول زمان بندی uplink را به وسیله پیام درخواست پهنای باند که از ایستگاه های مشترک به ایستگاه پایه ارسال می کند را تعیین کند. در استانداردIEEE802.16 درخواست های پهنای باند به صورت نرمال در دو حالت انتقال داده شده اند: ۱. حالت رقابت و مشاجره و ۲. حالت رقابت و مشاجره آزاد )سرشماری( . در حالت رقابت،SS ها درخواست های پهنای باند را طی یک دوره کشمکش و مشاجره ارسال می کنند . در رقابت و کشمکش مصمم است به وسیلهBS به کاربرده شده در استراتژی پشت نمائی.در حالت رقابت آزاد،BSهرSS را نظرسنجی می کند و یکSS در جوابش درخواستBW ارسال می کند.
1-15-وایمکس دو نوع سرویس بی سیم را ارائه می دهد :
1-15-1-سرویس خارج از خط دید:
(NLOS) پشته های پروتکلی منطبق برIEEE802.16 MACاست.این نوعی از سرویس WIFIمی باشد که در آن یک آنتن کوچک روی رایانه مشترک( کاربر) به برج متصل است. در این سرویس، وایمکس از فرکانس پایین تری مشابه WIFI استفاده می کند. این فرکانس بین 2GHZو11GHZ می باشد. به دلیل استفاده از طول موج کوتاه سرویس NLOS می تواند از موانع عبور کند.
1-15-2-سرویس روی خط دید:
(LOS) در این نوع سرویس یک آنتن بشقابی بر روی سقف یا نقاط قطب یک برج وایمکس نصب می شود. این نوع ارتباط پر قدرت تر و پایدار تر می باشد و می تواند حجم بزرگی از اطلاعات را با خطای کمتر بفرستد. این نوع ارتباط از فرکانس بالاتری تا حد66GHZ استفاده می کند. در فرکانس های بالا تداخل کمتر است و پهنای باند زیادتری در دسترس می باشد.
با کاربرد آنتن های قدرتمند LOS، ایستگاه وایمکس می تواند اطلاعات را به رایانه ها و روترها بفرستند، البته روترها و رایانه هایی که فناوری وایمکس راپشتیبانی می کنند و در ٣٠ مایلی فرستنده هستند. ٣٠ مایل حداکثر محدوده مخابراتی وایمکس می باشد.
از نقطه نظر سرمایه گذاری، توان عملیاتی (throughput) بالا و استفاده بهینه از طیف فرکانسی به اپراتور این امکان را میدهد که ترافیک بیشتری را منتقل کرده و تعداد ایستگاه پایهBS کمتری برای حجم داده مشخص مورد نیاز باشد. تعدادBS های کمتر، هزینه های سرمایه گذاری (CAPEX) شبکه را کاهش می دهد و هزینه نگهداری تجهیزات شبکه نیز پایین میآید که باعث پایین آمدن هزینه های عملیاتی (OPEX) نیز می گردد. این مزیت موجب میشود که این فن آوری در حد تجاری قابل پیاده سازی باشد.
پشته های پروتکلی منطبق برIEEE 802.16 MAC LAN ی که بوسیله Wi-Fi برقرار شده است با وایمکس بصورت پشت سر هم کار می کندخروجی یکی ورودی دیگری است NLOS. معمولاً بینLAN مشترک)کاربر( و ایستگاه های اصلی قرار می گیرد. در حالی کهLOS بین دو ایستگاه اصلی مورد استفاده قرار می گیرد.
Wimax همچنین مفهوم جریان خدمات (service Flow) را تعریف می کند . یک جریان خدمات ، جریانی تک جهته از بسته ها به همراه مجموعه ای خاص از پارامترهایQOS است و توسط یک مشخصه جریان خدمات با ۳۲ بیت شناسانده شده( SFID : service Flow Identifier) مشخص می شود.
Wimax یک پروتکل ارتباط اتصال دار است. این ارتباط اتصال گرا یک زمان بندی را برای درخواست های پهنای باند و تخصیص ترافیک و پارامترهایQOS، با جریان خدمات فراهم می کند. این ارتباط با ۱۶ بیت شناسانده شده است که معرفCID است. پارامترهایQOS می تواند شامل تقدم ترافیک، حداکثر ترافیک قابل تحمل ، حداکثر نرخ برست، حداقل نرخ قابل قبول ، نوع می تواند شامل تقدم ترافیک، حداکثر ترافیک قابل تحمل ، حداکثر نرخ برست، حداقل نرخ قابل قبول ، نوعARQ، حداکثر تاخیر ، لغزش مجاز، نوع واحد داده سرویس و اندازه آن ، سازو کار درخواست پهنای باند مورد نیاز ، قوانین شکل دهی ارسال MPDU و مواردی از این قبیل باشد . ایستگاه پایه مسئولیت صدور SFID و نگاشت آن به CID های یکتا را برعهده دارد .
برای پشتیبانی از دسته وسیعی از کاربردها ودرخواست های مختلف بسته ها بر اساس محدودیت هایQOS، Wimax ۵ سرویس تعریف می کند . این سرویس ها باید توسط برنامه ریزMAC ایستگاه پایه ، برای انتقال داده از طریق یک اتصال ، پشتیبانی شده باشند . جدول زیرانواع سرویس ها و پارامترهای مربوط به آنها را نشان می دهد.
نوع کیفیت خدمات
کاربرد
پارامترهای کیفیت خدمات
UGS
Unsolicited Grant Service
خدمات عمومی بدون درخواست
VOIP
حداکثر سرعت پشتیبانی شده
بیشترین تاخیر مجاز
لغزش مجاز
RTPS
Real Time Polling Service
خدمات سرکشی بلادرنگ
انتقال رشته های صوتی
حداقل نرخ رزروشده
حداکثر سرعت پشتیبانی شده
حداکثر تاخیر مجاز
تقدم ترافیک
NRTPS
Non Real Time Polling Service
خدمات سرکشی غیر بلادرنگ
پروتکل انتقال پرونده
(FTP)
حداقل نرخ رزروشده
حداکثر سرعت پشتیبانی شده
تقدم ترافیک
ERTPS
Extended Real Time Polling Service
خمات سرکشی بلادرنگ گسترشیافته
صدا با کشف فعالیت
(VOIP)
حداقل نرخ رزروشده
حداکثر سرعت پشتیبانی شده
حداکثر تاخیر مجاز
لغزش مجاز
تقدم ترافیک
BE
Best Efoort
خدمات بهترین تلاش
انتقال داده ،گشت و گذار در وب و غیره
حداکثر سرعت پشتیبانی شده
تقدم ترافیک
اگر چه برنامه ریز برای هر کاربر تعریف نمی شود ، اما Wimax تمهیداتی را برای تسهیل تحقق برنامه ریز تعریف می کند :
1-پشتیبانی از تعریف جزئیات پارامتری ملزوماتQOS و سازو کارهای متنوع برای ایجاد کارآمد شرایط مخابره و ملزوماتQOSدر جهتUL.
2- پشتیبانی از تخصیص پویای منابع به طور سه بعدی در لایهMAC و امکان تخصیص منابع در حوزه زمان )اسلا ت های زمانی)، فرکانس )زیرحامل ها (و فضا )چند آنتنی(.
3- پشتیبانی از فیدبک سریع از اطلاعات کیفیت کانال و قادر ساختن برنامه ریز به گزینش کدینگ و مدولاسیون مقتضی برای هرتخصیص.
4- پشتیبانی ازتخصیص زیر حامل مجاور مانندAMC33 و در نتیجه اجازه دادن به برنامه ریز برای بهره برداری از دایورسیتی چند کاربری از طریق اختصاص قویترین زیر کانال مربوط به کاربر به آن کاربر .
باید توجه داشت که تحقق یک برنامه ریز کارآمد ، نقش مهمی در ظرفیت کلی و عملکرد سیستم Wimaxرا دارد.
توصیف زمان بندی بسته ها می تواند در ۲ نوع زیر باشد : نگهداری و حفظ کار و نگهداری و حفظ شبکه. برای مثال زمان بندی نگهداری و حفظ کار، الگوریتم هایی شامل GPS:Generalized Processor Sharing،
WRR : Weighted Round Robin، DWRR : Deficit Weighted Round Robin،
WFQ : Weighted Fair Queueing، SCFQ : Self Clocked Fair.
Queueing دارد که در مقاله مذکور الگوریتم های WFQ و DWRRرا با هم مقایسه کرده که از نظر تاخیر ، نرخ انتقال داده ، رابطIPخروجی، WFQ عملکرد بهتری نسبت به DWRRدارد.
1-16-معماری شبکه مرجع :
هرچند استانداردIEEE802.16e-2005 ویژگی های واسط هوایی را مشخص می کند، اما یک شبکه کامل سرتاسری را برای وایمکس تعریف نمی کند. گروه کاری شبکه اتحادیه وایمکس مسوولیت توسعه ملزومات شبکه سرتاسری ، معماری و پروتکل های شبکه وایمکس با استفاده از واسط هوایی IEEE802.16e-2005را بر عهده دارد.
این گروه کاری یک مدل مرجع برای شبکه تعریف کرده است تا به عنوان چارچوب معماری وایمکس در پیاده سازی شبکه به کار رود. از این طریق اطمینان لازم برای قابلیت همکاری بین تجهیزات و اپراتورهای مختلف وایمکس حاصل می شود. مدل مرجع شبکه شامل تمام کاربردهای ثابت، کوچنده و سیار است و براساس سرویسهای مبتنی برIPبنا نهاده شده است.
شبکه کلی از سه قسمت تشکیل شده است :
1-ایستگاه سیار که توسط کاربر نهایی برای دسترسی به شبکه استفاده می شود.
2- شبکه دسترسی به خدماتASN34، که از یک یا چند ایستگاه پایه و دروازهASN تشکیل شده است و شبکه دسترسی رادیویی را تحقق می بخشد.
3- شبکه اتصال به خدمات CSN35، که اتصالاتIP و تمام عملیات مربوط به شبکه هایIPرا فراهم می کند.
معماری سه ماهیت تجاری مجزا را در نظر گرفته است :
1-تامین کننده دسترسی به شبکهNAP،کهASN را در تملک دارد و روی آن عمل می کند.
2-تامین کننده خدماتNSP، ه خدمات وایمکس و اتصالاتIP را برای مشترکین فراهم می کند. این کار از طریق زیر ساختASN صورت می گیردکه ممکن است متعلق به یک یا چندNAPباشد.
3- تامین کننده خدمات کاربردیASP، که می تواند خدمات ارزش افزوده ای مثل چند رسانه ای از طریق IMP (زیر سیستم های چند رسانه ای مبتنی برIP)وVPN(شبکه خصوصی مجازی)را ارائه کند.
چنین تفکیکی بینNAP،NSPوASP در راستای تحقق یک اکوسیستم غنی برای وایمکس صورت گرفته است که نتیجه آن رقابت بیشتر و خدمات بهتر است.
مدل شبکه مرجعی که توسط گروه کاری شبکه اتحادیه وایمکس توسعه داده شده است ، دسته ای از ماهیت های عملیاتی و واسط های بین آنها را تعریف می کند. به واسط ها ، نقاط مرجع نیز گفته می شود.شکل قبل بخشی از ماهیت های عملیاتی مهم تر را نشان می دهد.
ایستگاه پایه:
BS مسوول فراهم کردن واسط هوایی استاندارد وایمکس برایMS است. عملکردهای دیگر که ممکن است بخشی ازBS باشند، عبارتند از :
1-عملیات مربوط به مدیریت تحرک پذیری مانند راه اندازی پاس کاری و ایجاد تونل
2- مدیریت رادیویی
QOS 3-اجرای سیاست های
کلاس بندی 4-ترافیک
DHCP 5-پروکسی
مدیریت 6-کلید
مدیریت 7-نشست
8-مدیریت گروه چند پخشی
دروازه شبکه دسترسی به خدمات : ( ASN-GW )
دروازهASN معمولا به عنوان نقطه تراکم ترافیک لایه دو درASN عمل می کند. عملکردهای دیگری که ممکن است جزئی از ASN-GW باشند عبارتند از :
1-مدیریت مکان درونASN ای و فراخوانی
2-مدیریتمنابع رادیویی و کنترل پذیرش
3-حافظه موقتی برای پروفایل کاربر و کلیدهای رمزنگاری
4-عاملیت مشتری 36AAA
5- ایجاد و مدیریتتونل مربوط به تحرکپذیری باQOS
6-BSو اجرای سیاست ها
7- عمل کردن به عنوان عامل خارجیFA برای پوششIP سیار و مسیریابی به سمتCSNانتخاب شده.
شبکه اتصال به خدمات : ( CSN )
CSNاتصال به اینترنت،APS و سایر شبکه های عمومی را فراهم می کند CSN در تملک NSP بوده و شامل سرورهای AAA برای انجام عملیات تشخیص هویت وسیله و کاربر و خدمات ویژه است. همچنینCSN مدیریت سیاست های کیفیت خدمات و امنیت را برای هر کاربر برعهده دارد و مسوول مدیریت آدرسIP، پشتیبانی از رومینگ بینNSP های مختلف، مدیریت مکان بین ASN ها و تحرک پذیری و رومینگ بین ASN ها است. علاوه بر این، CSN می تواند راه ها و دروازه هایی برای برقراری ارتباط با سایر شبکه ها مثل PSTN، 3 GPPو3GPP2 فراهم کند.
چارچوب معماری شبکه وایمکس، امکان تفکیک و یا ترکیب انعطاف پذیر ماهیت های عملیاتی را ایجاد می کند. به طور مثال ASN ممکن است به سه قسمت ترنسیورهای ایستگاه پایه BTS،کنترل کننده های ایستگاه پایه ( BSC )
و ASN-GW تفکیک شود. این تفکیک مشابه مدل GSM است که در آن37 BTS، BSC38و SGSN39 وجود دارد. همچنین می توان BSو ASN-GW را در یک واحد قرار داد و به آن عنوان یک مسیریاب وایمکس نگریست. چنین طرحی اغلب معماری توزیع شده یا مسطح نامیده می شود.
علاوه بر ماهیت های عملیاتی ، معماری مرجع واسط هایی را تعریف می کند که نقاط مرجع نامیده می شوند و بین ماهیت های عملیاتی قرار می گیرند. این واسط ها علاوه بر حامل های داده ، برای پشتیبانی از عملیاتی مثل جابه جایی ، امنیت QOS ، پروتکل های کنترلی و مدیریتی را نیز حمل می کنند.در جدول زیر نقاط مرجع و عملکرد آنها آمده است.
نقاط مرجع و عملکرد آنها
1-17-پیاده سازی: Wimax
تجهیزاتی که برای پیاده سازی شبکه های شهری مورد استفاده قرار می گیرند در سه لایه تجهیزات سمت مشترکCPE تجهیزات مربوط بهBase Stationها و تجهیزات مربوط به سمت مشترک به طور کلی به گونه های پیکربندی می شوند تا بتوانند کلیه اطلاعات مربوطه را بافرکانس های رادیویی به نزدیک ترینBase Stationانتقال دهند. مرحله بعدی در ایجاد شبکه شهری بی سیم ایستگاه های ارائه دهنده سرویس است که بهPOPیاCOمعروفند، این ایستگاه ها باید به گونه های طراحی شوند که امکان تخصیص پهنای باند حداقل1Mbpsرا برای هرمشترک تضمین نماید . هر گونه ارتباطی با شبکه سایر ارائه دهندگان سرویس از طریق این نقاط صورت می پذیرد.
در لایه ی فیزیکی 802.16 مانند تمامی شبکه ها،استفاده از کدهای همینگ(Hamming) به منظور تصحیح خطااستفاده می شود.تقریبا درتمامی شبکه ها به کدهای کشف خطا بسنده می شود و هر گاه فریم دریافتی دارای خطا باشدارسال مجدد صورت می گیرد،ولی از آنجا که درمحیط های باز و در نرخ ارسال بالا،احتمال بروز خطادر حین انتقال خیلی بیشتر است،لذا گذشته از عملیات کشف خطا(که در لایه های بالاترانجام می شود)در لایه ی فیزیکی نیز عملیات تصحیح خطا صورت می گیرد.
استاندارد 802.16 ، دو نوع تخصیص پهنای باند تدارک دیده شده است:
1-تخصیص پهنای باند به ازای هر ایستگاه
2-تخصیص پهنای باند به ازای هر اتصال(pre-connection )
در روش اول،ایستگاه نصب شده در یک ساختمان،کلیه ی تقاضای کاربران را به صورت یک جا جمع کرده و به نیابت از همه ی آنها تقاضاپهنای باند می کند و اگر توانست پهنای باند در خواستی را بدست بیاورد،این پهنای باند را به تناسب بین کاربران تقسیم می کند.
در روش دوم، ایستگاه ثابت هر اتصال را مستقیما مدیریت می کند.
1-18-عوامل موثر بر کیفیت: WiMax
1-عوامل محیطی مانند پوشش گیاهی منطقه، ارتفاع درختان، وجود کوه ها، دره ها و حتی سطح آب رودخانه ها و دریاچه ها باعث ایجاد انعکاس و چند مسیرگی های رادیویی می شوند.
2-شرایط آب و هوایی
3-معماری شهرهای مختلف، حتی در بهترین طراحی ها نیز ممکن است نقاط کوری را ایجاد کند.
4-آلودگیهای فرکانسی در پهنای باند مورد استفاده نیز سطح سیگنال دریافتی را تخریب می کند.
به طور کلی مشکلات استفاده از امواج رادیویی عبارتند از :
1-وجود نویز(Noise) درمحیط
2-تداخل امواج رادیویی
3-تضعیف امواج رادیویی
4-انعکاس امواج رادیویی
تاثیر وضعیت جغرافیایی وآب وهوا بر شبکه های بی سیم :
شبکه های بی سیم به شدت تحت تاثیرمتغیرهای خارجی و داخلی قرار می گیرند که از آن جمله می توان به پدیده های آب و هوایی مانند: باد،باران، برف، مه، دما و فشار که همگی ناشی از موقعیت جغرافیایی منطقه مورد نظر می باشد اشاره کرد .لازم به ذکر است که امواج حامل درشبکه های بی سیم از نوع الکترومغناطیسEMمی باشد.
1-19-شکست امواج الکترومغناطیسی در اتمسفر :
امواج شبکه های بی سیم در لایه تروپوسفر که از سطح زمین شروع شده و بسته به موقعیت زمین و شرایط جوی به ارتفاع ١٠ تا ١٧ کیلومتر هم می رسد ، انتشار می یابد . لایه تروپوسفر شامل مجموعه ای از گازها و همچنین بخار آب می باشد با افزایش ارتفاع به ازای هر ٣٠٠ متر دما ٢درجه کاهش می یابد . سرعت فاز جبهه موج در ارتفاعات بالاتر کمی بیشتر خواهد بود که باعث ایجاد انحنا در موجEMمی شود . مسیرانتشار جبهه موج با عبور از اتمسفر انحنا پیدا می کند که به این خم شدگی )) پدیده شکست((می گویند .
این ضریب شکست به عوامل زیر بستگی دار د:
۱- فشار کلی اتمسفر
۲- فشار بخار آب
3-دمای هوا
1-20-تاثیر باران برانتشار امواج:
باران از ٣ طریق بر امواجEMتاثیر می گذارد :
۱) قطرات باران با شعاعی کمتر از طول موج تابشی، انرژی موج را با استفاده از تاثیر گرمازایی جذب می کنند و باعث کاهش انرژی موج می شوند که به شدت وابسته به فرکانس موج تابشی می باشد.
۲)قطرات بزرگتر باران که تقریبا اندازه طول موج تابشی هستند، باعث پراکندگی طول موج می شوند و این امر باعث کاهش دامنه موج میشو د.
میزان پراکندگی به عوامل زیر بستگی دار د :
الف)میزان توزیع قطرات با ران
ب) جهت گیری قطرات باران
ج)شدت قطرات باران
۳) قطرات باران باعث می شوند قطبیت موج تابشی به دلیل پراکندگی از بین برود و موج تابشی تضعیف گردد که به عوامل زیر بستگی دارد :
الف) جهت گیری قطرات باران
ج)شدت قطرات باران
د)میزان مسیری که موج در معرض باران قرار دارد
1-21-تاثیر مه و برف بر امواج: EM
مه که همان مجموعه ای از قطرات بخار آب می باشد و دانه های برف موجود در هوا به دلیل شکل کروی که دارند، باعث ایجاد پراکندگی درامواج الکترومغناطیس و در نتیجه تضعیف امواج می شوند .
میزان تضعیف هم به عوامل زیر بستگی دارد:
۱)طول موج نور تابشی
۲)میزان تراکم و اندازه دانه های برف
۳) طول مسیری که موج در معرض برف و مه قرار دارد
1-22-درخشش اتمسفری و تاثیر آن بر امواج الکترومغناطیسی :
درخشش اتمسفری یکی از پدیده های حاصل از شکست نور مرئی است. این پدیده ازتغییرات سریع دما و رطوبت حاصل می شود. درخشش زمین در بیابان های داغ و چشمک زدن ستاره ها از نمونه های این پدیده هستند.
درر مناطقی که وسعت حوزه درخشش از میزان توسعه پرتو کمتر است، پرتو پراکنده می شود و دامنه سیگنال کاهش می یابد. به عبارتی باعث کمرنگ شدن سیگنال نوری و کاهش میزان سیگنال به نویز تا حد آستانه می شود. میزان تاثیر این اثر بر امواج الکترومغناطیس، بستگی به وسعت حوزه درخشش دارد.
1-23-تاثیر باد بر شبکه های بی سیم :
وزش باد با فشار وارد بر روی آنتن ها و ایجاد لرزش و انحراف در آنها از کارایی شبکه های بی سیم می کاهد.
دو عامل زیر باعث کاهش میزان پوشش آنتن و در نتیجه افت شدید سیگنال دریافتی می شو د :
۱)تغییر جهت آنتن
۲) لرزش آنتن
1-24-مزایا ،کاربردها و ویژگی های شبکه وایمکس و قیاس آن با سایر شبکه ها
1-24-1-مزیت های فناوری ارتباطی وایمکس:
در ارتباط با استفاده از وایمکس , تداخل امواج کاهش پیدا می کندWiMAXبر روی هر دو فرکانس های مجاز و غیر مجاز قابل اجراست که بدین وسیله محیطی تحت کنترل فراهم ساخته و الگوی اقتصادی قابل رشدی را برای امواج قابل حمل بی سیم ایجاد می سازد. از جمله خصوصیاتWiMAXآن است که علاوه بر داده، صدا و تصویر را نیز به خوبی پشتیبانی می کند و سرویسی که ارائه می شود به صورت کاملاً نامحدود می باشد و کاربر می تواند در طول شبانه روز بدون توجه به حجم و زمان به دانلود و آپلود بپردازند. تجهیزات وایمکس، اعم از مودم و فرستنده و گیرنده رادیویی بسیار کوچکتر از سایر فناوری های بی سیم می باشد . قابلیت سیار بودن آن موجب می شود این فن آوری وارد لپ تاپ ها، رایانه های دستی و در نهایت گوشی های تلفن های همراه شود. مودم کاربر از راه دور توسط کارشناسان فنی قابل مدیریت استو به روز رسانی نرم افزارهای مودم نیز از راه دور توسط شرکت انجام می شود.
از جمله ویژگی های دیگر آن می توان به عدم نیاز به دید مستقیم میان مودم سمت کاربر و آنتن مرکزی و شعاع فوق العاده زیاد تحت پوشش آن در حین سرعت بالای انتقال داده نام برد.که توپولوژی های پیشرفته شبکه های(mesh) و تکنیک های آنتنی( beam – formin)، STC40وتنوع آنتن میتوانند برای پوشش برد بیشتری به کار روند که این تکنیک های پیشرفته همچنین باعث افزایش کارایی طیفی، ظرفیت، استفاده مجدد، توان خروجی ماکزیمم و میانگین برای هر کانال(RF) فرکانس رادیویی می شود.
1-25-توسعه سرویس های تبلیغاتی
همچنین از وایمکس برای تبلیغات نیز استفاده می شود.به طور مثال در اماکنی مانند مترو و فرودگاه ها افراد زیادی رفت و آمد می کنند و به یکباره حجمی از اطلاعات بر روی گوشی وی فرستاده می شود که می تواند در قالب تصویر، صوت و یا انیمیشن باشد . که این جنب ها موج جدیدی از این فن آوری فوق العاده را در دنیای امروزی نمایان می سازند.
1-26-توسعه شبکه های بانکی
یکی از دلایل رایج نشدن استفاده کاربردی از کارتهای بانکی و حذف پول از سیستم پرداخت های خرد در برخی کشورها از جمله ایران،عدم وجود زیر ساختهای لازم جهت انتقال داده برای ارتباط بین دستگاهPOS,و41 ATM می باشد. لذا این تکنولوژی می تواند کاراترین راه حل موجود باشد و سیستم خرید از فروشگاه ها را آسان سازد.
1-27-عدم وجود محدودیت مکانی:
شبکه های بنا شده با تکنولوژیWiMAX،جزء شبکه هایwirelessشهری محسوب می شوند که به راحتی می توانند با وجود منطقه وسیعی که دکل های بسیارWiMAXتحت پوشش خود قرار می دهند، کل شهر و یا شهرک های صنعتی و مناطق استراتژیک را پوشش دهند وقابلیت استفاده اینترنت بسیار پر سرعت را از طریق این تکنولوژی برای سازمان ها، ارگان ها و شرکت های تجاری و همچنین منازل مسکونی امکان پذیر سازند.
توسعه ظرفیت تجارت الکترونیکی نیز از دیگر جنبه هایی است که حائز اهمیت میباشد. راه اندازی تدارک الکترونیکی در کشورهایی نظیرایران، به توسعهICTو افزایش قابلیت های دولت و پردازش تراکنش ها به شکل موثرتری منجر خواهد شد که فواید آن در بخشهای دیگرنظیر پرداخت ها و مالیات ها، تخصیص منابع مالی و تامین اجتماعی آشکار می شود. که البته تحقیقات بیشتری برای یافتن بهترین شیوه پیاده سازی این گونه سیستم ها در کشورهای در حال توسعه مورد نیاز است.
ایجاد یک شهر یا شهرک الکترونیکی نیز از جمله اهداف این تکنولوژی برای رسیدن به آن می باشد که بدین وسیله بتوان موجبات آماده سازی چنین بستری را فراهم سازیم.
وایمکس همه فناوری هایی هم چونEDGE وEvDo ،HSDPA ،xDSL ،BPL ، FTTHرا پشت سر گذاشته است و از آن جایی که هیچ یک از این فناوری ها همه سرویس را هم زمان فراهم نمی کند وایمکس بهترین راهکار موجود برای ارائه چنین سرویس هایی به حساب میآید که این امر مطمئن ا امتیاز بزرگی برای مصرف کنندگان این سرویس نیز به حساب می آید.
این فناوری از بردی معادل با ٣١ مایل و بدون نیاز به دید مستقیم برخوردار است که در واقعیت، بسته به شرایط مختلف، کمتر از این مقدار می باشد. سرعت انتقال داده در این فناوری نیز ٧٠ مگابیت در ثانیه می باشد و همان گونه که می دانیم، توان خروجی و عملی چنین فناوری هایی،از مقدار تعیین شده کمتر می باشد.
چنین فناوری ای می تواند 60 مرکز تجاری را با فناوریT1شتیبانی کند یا آنکه 1000 منزل مسکونی را با سرعت 1 مگابیت در ثانیه پوشش دهد که باز هم در واقعیت، اندکی کمتر از این آمارها خواهیم داشت. .
در تابستان سال ٢٠٠٦ ، سرعت ٥٠٠ کیلوبیت در ثانیه را برای مراکز تجاری داشتیم که بسته به موقعیت فیزیکی این مناطق و توپولوژی موجود، تا2 مگابیت در ثانیه نیز می رسید.
یکی از ویژگی های جالب فناوری وایمکس، امکان بکارگیری آنتن های کنونی و شبکه های سلولی ای که در حال حاضر استفاده می کنیم،می باشد. بدین ترتیب می توان از دکل های مخابراتی کنونی و با سازگار کردن عملکردها و قابلیت های آن ها، بدون نیاز به امکانات پیشرفته ای، از زیرساخت های کنونی برای راه اندازی شبکه وایمکس اقدام کرد. بدین منظور دکل های تلفن همراه می توانند گزینه های مناسبی برای این راه حل ها به حساب آیند.
1-28- WiMaxدر فجایع طبیعی:
اینترنت وایمکس برای ایجاد ارتباطات اینترنتی پساز سونامی در اندونزی به کار گرفته شد. به جز رادیوهای آماتور، تمام بسترهای ارتباطی دراندونزی از بین رفت و ارتباط با ناحیه بیرون از فاجعه غیرممکن شده بود. با کمک وایمکس توانستند جریان اطلاعات را مجددا راه اندازی کنند.
همچنین وایمکس برای برقراری ارتباطات در مناطق طوفان زده کاترینا نیز به کار رفت و با کمک سرویسهای42VoIPو شبکه هایWi-Fiاطلاعات به سرعت در آن ناحیه به جریان افتاد.
اینترنت وایمکس کاربردهای دیگری نیز دارد و می تواند در زمینه های زیر به کار آید:
1)اتصال نقاط داغ (hotspot) Wi-Fi به اینترنت
2)راه حل دوم و نهایی برای نقاطی که امکان دسترسی DSL وجود ندارد
3)ارائه خدمات مخابراتی و دیتا
1-29-بک هال نقاط تحت پوشش WiFi
اماکنی که در آنها خدمات WiFi اراعه می شود با سرعت روزافزونی در سراسر جهان درحال گسترش هستند . اپراتورهای وای فای ممکن است بتوانند با تجهیزاتی به ارزش چندهزار دلار محوطه ای را تحت پوشش قرار دهند ، اما نکته اینجا است که محل مزبور باید به نحوی به شبکه اصلی متصل شود که این اتصال هم اغلب از طریق فناوری های یمی انجام می شود . روند سریع گسترش نقاط تحت پوشش فناوری وایفای نیاز مبرم به یک شبکه بک هال مطمئن و مقرون به صرفه را ایجاب می کند. یکی از موانع برای رشد نواحی تحت پوشش این فناوری با توجه به گستره و برد این شبکه ها ، فقدان یک بک هال مقرون به صرفه و پرظرفیت برای آن است. این مشکل می تواند به خوبی با Wimax برطرف شود. همچنین با قابلیت جابجایی فناوری Wimax، امکان پرکردن شکاف بین هرناحیه وای فای ) نواحی کور که تحت پوشش قرار نگرفته اند ( توسط وایمکس فراهم می شود.
1-30-ایجاد و گسترش شبکه های آموزشی
ادارات آموزش و پرورش می توانند از وایمکس برای ایجاد اتصال به مدارس استفاده کنند .با شبکه های آموزشی ایجاد شده توسط وایمکس می توان ارتباط تلفنی ، انتقال دیتای مربوط به پرونده دانش آموزان ، ایمیل ، دسترسی به اینترنت و اینترانت و آموزش از راه دور به صورت ویدیویی بین اداره مرکزی با تمامی مدارس و بین مدارس با یکدیگر را برقرار ساخت.
1-31-استفاده در مخابرات دریایی
صنایع نفت و گاز می توانند از تجهیزات وایمکس برای ایجاد لینک های ارتباطی بین سکوهای نفتی دریایی و مراکز مربوط در خشکی ، به منظور کنترل و مراقبت از انجام عملیات اکتشاف ، حفاری و استخراج ، ایجاد امنیت و نیز انجام ارتباطات معمولی مانند تلفن ، پست الکترونیکی، دسترسی به اینترنت ، ویدیو کنفرانس و .. استفاده کنند . از مصادیق کنترل عملیات می توان به ارسال تصاویر ویدیویی مربوط به نقص یا خرابی تجهیزات از سکوها به مراکز واقع در خشکی برای بهره مندی از دانش و راهنمایی سریع متخصصان حاضر در آن و از مصادیق امنیت به اخطار های دیدبانی و نظارت ویدیویی اشاره کرد. شبکه های وایمکس حتی می توانند به سرعت و سادگی پیاده سازی شوند ، این امر در ایجادسکوهای موقت و یا انتقال سکو به مکانی دیگر ، مزیت مهمی است. بدیهی است در این زمینه ، فناوری های سیمی حرفی برای گفتن ندارند.
1-32-تشکیل شبکه های موقتی برای سازمان های عمرانی:
سازمانها عمرانی می توانند از وایمکس برای ایجاد لینک بین اداره مرکزی و دیگر سایت های فعال در انجام یکطرح ، اداره های مرتبط بافعالیت های عمرانی و سایر سازمان های همکار در انجام پروژه مانند سایر شرکتهای معماری و مهندسی ، انبارهای کالا و مصالح و …. ، استفاده کنند.
1-33-به کارگیری دردوربین های مدار بسته برای حراست و امنیت سازمان ها:
امروزه در بسیاری از سازمان ها دوربین های مداربسته در جهت اهداف نظارتی و امنیتی به خدمت گرفته می شوند. در این میان ، نیاز به یک زیرساخت مناسب برای کنترل یکپارچه و بهینه این دوربین ها و نیز دشواری نصب دوربین های نظارتی در مناطق دوردست و مناطقی که دسترسی به آنها با روش ها و زیرساخت های قدیمی یا سیمی بسیار گران و یا دشوار است ، مشکلاتی هستند که سازمان ها با آن دست به گریبانند.
وایمکس به آسانی می تواند با رفع این موانع ، امکان نصب آسان و سریع دوربین های نظارتی را در سیستم های امنیتی و نظارتی جدید و درحال توسعه فراهم سازد.
1-34-ویژگی ها و مزایای فنی :WiMax
1-رنج فرکانس از2GHZتا66GHZ
2- پهنای باند از1.5MHZتا20MHZ
3- نرخ تبادل اطلاعات تا70Mbps
4- تحت پوشش قرار دادن محدوده ای به شعاع 50کیلومتر
5- تبادل اطلاعات بین فرستنده و گیرنده به صورت line-of-sightو non-line-of-sight
6- امکان اتصال به لینک های کابلیDSLوT1/E1
7- قابلیت سازگاری با تکنولوژی هایی مانندWIFI
8- پشتیبانی از توپولوژی های تحت استاندارد IEEE مانند Token Ring و نیز ساختارهایی خارج از استاندارد IEEE مانند LLC
9- حذف کابل کشیهای طولانی
10- صرفه جویی در هزینه های توسعه و نگهداری شبکه
11- قابلیت ایجاد ارتباط با کاربران
درزیرتعدادی از مزایای فنی این فناوری را به اختصار بیان می کنیم :
1-34-1-معماری انعطاف پذیر : (Flexible Architecture)
Wimax از ساختارهای مختلف سیستمی شامل ارتباطات نقطه به نقطه، نقطه به چند نقطه و پوشش همه جانبه حمایت می کند. لایه MAC در Wimax ارتباطات نقطه به چند نقطه و پوشش همه جانبه را به وسیله زمان بندی کردن یک شیار زمانی برای هر ایستگاه کاربرSS انجام میدهد. اگر تنها یکSS در شبکه باشد، ایستگاه پایه Wimax با آن، بر اساس روش نقطه به نقطه، ارتباط برقرار میکند. یک، ایستگاه پایهBS در ساختار ارتباطی نقطه به نقطه میتواند یک پرتو آنتنی باریک تر را به منظور پوشش ناحیه وسیع تر به کار گیرد.
1-34-2-امنیت بالا:
Wimax از استاندارد پیشرفته رمزگذاری AES43 و استاندارد رمزگذاری سه گانه3DES44 استفاده میکند. با رمزگذاری بیت لینک هایBSوSSو Wimax کاربر را در برابر استراق سمع ایمن می کند. امنیت بالا از سرقت سرویس ها (استفاده کردن از سرویس ها بدون اجازه اپراتور) نیز جلوگیری کرده، از متضرر شدن اپراتورها جلوگیری میکند. Wimax در بطن خود از فناوریVLAN برخوردار است این فناوری از دیتا هنگام ارسال از یکBS و به وسیله کاربران متفاوت حفاظت می کند.
1-34-3-پیاده سازی سریع:
در مقایسه با پیاده سازی فناوریهایی سیمی، میتوان گفت که نصب تجهیزات Wimax زحمتی ندارد! زیرا به کندن زمین به منظور قرار دادن کابل نیازی ندارد. هنگامی که آنتن ها و تجهیزات، نصب شده و راه بیفتد؛ Wimax برای سرویس دهی آماده است. در مواردی پیاده سازی Wimax در چند ساعت انجام می شود.
1-34-4-سرویس دهی چندسطحی( : (Multi level service
شیوهای که در آن کیفیت سرویس مطلوب به کاربر میرسد در حالت کلی بر مبنای یک سطح تراز توافق خدمات (SLA) بین سرویس دهنده و کاربر نهایی است.
یک سرویس دهنده می تواند سطوح متفاوتی از سرویس را به مشترکین و یا حتی کاربران متفاوت در یک ایستگاه مشترکین ارائه دهد این سطوح متفاوت از خود سرویس دهنده آغاز شده و به آخرین کاربر ختم می گردد
در استاندارد Wimax یک سرویس دهنده میتواند سرویس هایی را با SLA های متفاوت به مشترکان متفاوت در شبکه یا حتی کاربران متفاوت در همان BS ارائه دهد.
1-34-5-قابلیت همکاری درونی :
از آنجایی که Wimax بر اساس یک استاندارد بین المللی شکل گرفته است، استفاده از آن برای کاربران نهایی و سرویس دهندگان آسان تر است؛ زیرا قابلیت همکاری و تعامل درونی ناشی از یکسان بودن استاندارد، هم به کاربران اجازه استفاده ازSS های خود را در مکانهای مختلف می دهد و هم به سرویس دهندگان امکان میدهد که تجهیزات مورد نیاز خود را از سازندگان متفاوت خریداری و نصب کنند.
1-34-6-تحرک پذیری :
در الحاقیه استانداردIEEE802.16e در لایه های فیزیکی OFDMو OFDMA تغییراتی به منظور حمایت از تحرک پذیری و داشتن قابلیت استفاده در سلول های سیار اعمال شده است.این ارتقا شامل طراحی OFDMA قابل مقیاس بندی و حمایت از حالت Idle/Sleepو Hand-off در شبکه است که مجموعًا اجازه ایجاد ارتباط در حال حرکت تا سرعت ١٦٠ کیلومتر در ساعت را میدهد
1-34-7-مقرون به صرفه بودن : (Cost effective)
Wimaxبر اساس یک استاندارد باز بینالمللی است. تقاضای فراوان برای این استاندارد و تولید انبوه تراشه های مربوط به آن باعث کاهش محسوس هزینه ها میشود. این امر منجر به ایجاد فضای رقابتی تر در بازار خواهد شد، فضایی که مسلمًا به نفع تولیدکننده، سرویس دهنده و کاربر نهایی خواهد بود.
1-34-8-گستره وسیع پوشش:
Wimax به طور پویا از سطوح چند مدولاسیونی شامل QAM 16 ،QPSK،BPSKو QAM64 استفاده می کند. هنگامی که با یک تقویت کننده توان بالا مجهز شود و از مدولاسیون های سطح پایین )مانند BPSKیا QPSK) استفاده کند، قادر خواهد بود ناحیه جغرافیایی وسیعی را مخصوصًا در نواحی یک دست و بدون مانع ، پوشش دهد.
1-34-9-کار کردن در خط غیر مستقیم : NLOS
Wimax بر اساس فناوری OFDM است که قابلیت استفاده به صورت NLOS را دارد. این قابلیت به محصولات Wimax کمک می کند که پهنای باند وسیعی را به صورت دید در خط غیرمستقیم برای انتقال دیتا فراهم آورد، در حالی که بسیاری از فناوری های بی سیم دیگر چنین قابلیتی ندارند.
1-34-10-ظرفیت بالا : (High Capacity)
استفاده از مدولاسیون های سطح بالا(مثلQAM64) و پهنای باند کانال بالاتر ) ٧ مگاهرتز( می تواند ظرفیت قابل ملاحظه ای را برای کاربر نهایی فراهم کند.استفاده از روش های MIMO و روش های کانالیزه کردن انعطاف پذیر، کدینگ و مالتی پلکسینگ پیشرفته، باعث می شوند که سرعت انتقال دیتا )با در نظر گرفتن کانا لهای ١٠ مگاهرتزی( در پایین سو تا64Mbpsوبالاسو تا28Mbps در هر سکتور برسد. آنچه که بطور معمول در رابطه با حداکثر برد شبکه های WiMax در متون فنی اعلام می شود، برد50کیلومتر است. این حداکثر برد در شرایط بهینه جوی و محیط عاری از ساختمان و موانع دیگر و با نرخ بیت پایین امکان پذیر است. بطور معمول، برد این شبکه ها برای کاربردهای داخل خانه (NLOS) حدود5کیلومتر و برای کاربردهای خارج از خانه که آنتن در بالای ساختمان نصب می گردد (LOS)،برابر 15کیلومتر است.
برد معمول در مناطق دورافتاده و روستایی برای کاربرد خارج از خانه برابر15کیلومتر و در مناطق شهری برای کاربردهای خارج از خانه برابر1کیلومتر است. بنابراین مشاهده می شود که تفاوت زیادی بین آنچه در متون فنی به عنوان حداکثر برد این فناوری ذکر می شود، با برد معمول وجود دارد.
در متون فنی برای توصیف شبکه های WiMax از عبارات زیر استفاده م ی شود:
تا 50کیلومتربرد قابل پوشش،تا75Mbpsبه ازای هر کانال رادیویی،تا300Mbps نرخ قابل ارائه توسط ایستگاه پایه.اما به کار بردن عبارت "تا" در این جملات دارای نوعی ایهام است که در ادامه هر یک را توضیح خواهیم داد.پوشش ٥٠ کیلومتری: به توان ارسال بسیار بالایی نیاز دارد و باید از آنتن های خارج از خانه استفاده نمود. نوع آنتن باید LOS باشد و مانعی در بین نباشد و محیط کاملاً عاری از آلودگی هوا و شرایط جوی کاملاً مساعد باشد. به علاوه باید از مدولاسیون های با قابلیت اطمینان بالا استفاده کرد که به معنی مرتبه پایین تر در مدولاسیون بوده که این نیز به معنی نرخ بیت کمتر است. برآورده ساختن این نیازها در باندهای فرکانسی بدون مجوز امکان پذیر نیست. بنابراین در شرایطی کاملاً ایده آل با نرخ بیت پایین و توان بسیار بالا می توان تصور نمود که چنین پوششی را بتوان فراهم ساخت.
نرخ 75Mbps به ازای هر کانال رادیویی:این عبارت با فرض کانال های ٢٠ مگاهرتزی مطرح شده است که عملاً در فرکانس های مجوزدار پایین چنین باندی به سختی در دسترس است. برای دست یافتن به این نرخ بیت نیز باید شرایط جوی کاملاً مساعد، توان ارسالی بسیار زیاد وفاصله ارسال بسیار کم )در حد کمتر از ٢٠٠ متر( باشد.
نرخ 300Mbps به ازای هر ایستگاه پایه:این نرخ نیز در شرایط جوی کاملاً ایده آل، توان بالا و فاصله کم امکان پذیر است و به پهنای باند بسیار زیادی نیاز دارد که عملاً در باندهای فرکانسی امکان پذیر نیست .
علاوه بر نکاتی که در اینجا بیان نمودیم، به دو نکته دیگر نیز باید توجه داشت:
اولاً با توجه به اینکه این استاندارد نیز برای دسترسی کانال پهنای باند موجود بین کاربران را تقسیم میکند، با افزایش تعداد کاربران، پهنای باندکمتر می شود و بنابراین حداکثر نرخ بیتی که میتوان در اختیار کاربران قرار داد با افزایش تعداد کاربران کاهش می یابد. در نتیجه آنچه به عنوان نرخ بیت معمول در این استاندارد بیان می شود نیز در عمل بین کاربران تقسیم می شود و سهم کاربران از نرخ بیت ممکن است بسیار کم شود.
نکته دوم کاهش برد ارسال در مناطق شلوغ است. برای اینکه در مناطق پر تراکم بتوان نرخ بیت مناسبی را در اختیار کاربران قرار داد، باید شعاع سلول ها را کاهش داد که به معنی کمتر شدن برد ارسال از آنچه به عنوان برد ارسال معمول مطرح می شود، است.
1-34-11-قابلیت همکاری با اپراتورهای دیگر :(Introperability)
این قابلیت کمک می کند تا از سرمایه اولیه اپوراتورها در هنگام تهیه تجهیزات محافظت شود و به تبعه آن هزینه ها با این هماهنگی به عمل آمده کاهش یابد .خصوصیت interoperability در این تکنولوژی، بدین معناست که کاربر می تواند هر محصول مورد علاقه خود را خریداری کند (با ویژگیهای مورد نظرش) و مطمئن باشد که این محصول با سایر محصولات مورد تایید مشاب هش هماهنگی و سازگاری خواهد داشت که این امر رقابت بین شرکت ها، بهتر شدن کیفیت محصولات و کاهش قیمت ها را در پی خواهد داشت.
1-35-خدمات ارزش افزوده :
در فناوری ارتباطی وایمکس کاربر علاوه بر استفاده از اینترنت، می تواند از خدماتی همچون: تلفن اینترنتی (VoIP)، شبکه ی اختصاصی مجازی (VPN)، انتقال داده ها همچون فایل های موسیقی، تصویری، ویدئویی و… و بسیاری موارد دیگر استفاده کند.
1-35-1-: VPN45
Virtual Private Network نوعی از پیکربندی های شبکه است که به دلیل امنیت فوق العاده بالاتری که نسبت به دیگر توپولوژی های شبکه های کامپیوتری دارد با استقبال بی نظیری مواجه شده است. در حقیقت با ایجاد یک تونل اختصاصی میان فرستنده و گیرنده اطلاعات ،امکان دسترسی کاربران متفرقه به اطلاعات مبادله شده در شبکه را از میان می برد. هر چند بسته اطلاعاتی را به صورت کپسولی در آورده وارسال می نماید که این کار سبب می شود داده ها درحین پروسه ارسال برای کاربران متفرقه به هیچ عنوان قابل دسترسی نباشند و امنیت داده هارا تا پایان این پروسه تضمین می کند. شبکه ای است کاملا ایده آل برای سازمان ها و شرکت هایی با تعداد شعبات بالا و پراکنده که برای آنهاامنیت داده ها در حین پروسه ارسال و دریافت مهمترین نکته به شمار می رود .
1-35-2-:VOD46
Video on Demand یا به اختصار VOD سرویس پخش ویدیو و فایل های تصویری بر روی بسترIP می باشد که کاربرد آن در پخش برنامه های تلویزیونی ، پخشزنده همایشها ، کنفرانسها و یا مسابقات ورزشی می باشد. در این سرویسمحتوا از طریق دریافت کننده های ماهواره ای، دریافت کننده های تلویزیونی و یا دوربین های تلویزیونی دریافت و از طریق دستگاه ها یا کارتهای PCI وAGP وارد سیستم می شود و بوسیله سرورهای Encoding به یکی از استانداردهای قابل پشتیبانی توسط سیستم تبدیل ، فشرده و آماده پخش می شود.
1-35-3-کنفرانس ویدئویی : Video Conferencing
در یک تعریف ساده و اولیه می توان گفت Video Conferencing یعنی امکان برقراری ارتباط بین دو یا چند مکان داخل شهری ، بین شهری ، بین کشوری و یا ترکیبی از آنها به نحوی که در هر مکان شخص یا گروه شرکت کننده در کنفرانس بتواند صدا ، تصویر ، اطلاعات دیجیتال و مدارک کاغذی )مستندات ، نقشه ها و (… اشخاص و گروه های دیگر شرکت کننده در کنفرانس را بشنوند و ببینند.
1-36-برخی از روش های به کارگیری وایمکس:
1-به عنوان زیرساخت (Backhaul) در شبکه های مخابراتی :
کاربردهای آن عبارتند از: زیر ساخت بی سیم سلولی، زیر ساخت بی سیم سرویس دهنده های بی سیم،شبکه های بانکی،شبکه های آموزش ازراه دور، ارتباط بین سازمان های امنیتی )پلیس،آتش نشانی، اورژانس و( …، ارتباطات ساحلی)شرکت های گاز و نفت و..)،شبکه های موقتمخابراتی )همایش ها،سمینارها و … )و چندین کاربرد دیگر از همین دست.
2- به عنوان شبکه های عمومی :
در این مورد نیز می توان به شبکه دسترسی جهت سرویس دهنده های بی سیم و ارتباطات روستایی اشاره کرد.
1-37-سرویس های کاربردی وایمکس:
1-37-1-سرویس کاربردی ثابت:
نحوه ارائه این سرویس بدین گونه است که مشترکی برای سرویس پهن باند ثابت وایمکس ثبت نام می کند.اپراتور، یک مودم وایمکس، یک شناسه سرویس، کلمه کاربری و رمز عبور به مشترک می دهد. مشترک، مودم ایستگاه مشترک (Station Subscriber) را در محلی با پوشش مناسب سیگنال های وایمکس قرار می دهد و به شبکه وصل می شود. این روش ابتدایی ترین شیوه بهره برداری از شبکه وایمکس است. این سرویس به دو روش: سرویس ثابت خارجی با محدوده تحت پوشش بیشتر (outdoor fixed) و سرویس ثابت داخلی با محدوده پوششی کمتر (indoor fixed) ارائه می شود. تا حدودی می توان سرویس ثابت وایمکس را با سرویس پهن باند کابلی (DSL) مشابه دانست.
1-37-2-سرویس کاربردی کوچی:
در این روش، مشترک یا مودم مستقل دارد یا ماژولی که روی لپ تاپ سوار می شود. بر خلاف روش ثابت، مشترکمی تواند اتصال خود راقطع 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.
1-37-3-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 (station base) 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.
1-37-4-سرویس کاربردی سیار ساده:
مشترک می تواند با سرعتی بین ۰ تا ۶۰ 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 ۶۰ کیلومتر بر ساعت ، هم قطعی کوتاه و هم افت کارایی به دنبال خواهد داشت.
مشترک سیار، چه در موقعیت ثابت ،چه در موقعیت متحرک با سرعت های حتی بالاتر از ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت، بدون قطعی و با تداوم اتصال و بدون افت کارایی به شبکه متصل است. در این سرویس، دیرکرد زمانی کمتر از50ms است و احتمال از دست دادن بسته های اطلاعاتی کمتر از % ۱ است. این ویژگی کاربرد سیار کامل را برای امکاناتی چون VoIP مناسب گردانده است.
از وایمکس می توان در زیر ساخت شبکه های لن سیمی و بی سیم، شبکه های سلولی و انواع دیگر شبکه ها استفاده کرد. در این مقوله به چندتصویر از شبکه های وایمکس بسنده می کنیم.
1-38-اشکالات وایمکس:
وایمکس البته با دو مشکل هم روبه رو است. اول این که این سرویس بی حد و مرز می تواند امنیت دولت ها را به خطر اندازد از همین رو به موازات تامین تجهیزات فنی و امکانات فیزیکی، باید مسائل حقوقی آن نیز با دقت بررسی و قوانین لازم و دقیقی برای آن تدوین شود. موضوع دوم بحث هزینه وایمکس برای کاربران است که در مورد آن شیوه های عمل متفاوتی وجود دارد. در برخی کشورها، مانند تلفن همراه از مشترکان((وایمکس)) هزینه اتصال برحسب مدت دریافت می شود و در بسیاری از کشورها نیز مشتری هزینه اشتراک ثابتی را می پردازد. مسئولان ذیربط باید به گونه ای برنامه ریزی کرده و این پروژه ارزشمند را پیش ببرند که همزمان با ارائه این سرویس به کاربران، تمام بسترهای قانونی، حقوقی و مسئله قیمت آن نیز حل شده باشد.
1-39-مزایای استفاده از WiMax
1-39-1-مقایسه وایمکس با دیگر فن آوری ها :
وای فای یک فن آوری پهن باند بی سیم خصوصی است و نام دیگر استانداردIEEE802.11است که در شبکه های محلی بی سیم(WLAN) به کار می رود و در سال ۹۷ اولین استاندارد آن به تصویب رسید. معمولا از باندهای فرکانسی4/2و ۵ گیگا هرتزی استفاده می کند که فرکانس های بدون مجوز هستند.نرخ بیتی برابر با حداکثر 5Mbpsدارد که بسته به نوع استانداردهای وای فای شامل استانداردهایIEEE802.11n,I,h,g,e,b,a,… است. برای کاربردهای عمومی و مردمی از802.11gاستفاده می شود.لپ تاپ ها و تلفن های همراه هوشمند تقریبا همه دارای سیستم وای فای داخلی هستند.اما برای رایانه های شخصی، می توان یک کارت وای فای نصب کرد که می تواند درقالب کارت هایPCMCIAباشد و به صورت اکسترنال و از طریقUSBقابل عرضه هستند.تکنیک مدولاسیون در این فن آوریOFDMاست. مقایسه وایمکس و وای فای، مقایسه دو ساختار و چارچوب مختلف است. از نظر تاریخچه)چه در استاندارد سازی و چه تولیدات صنعتی( وایمکس تقریبا شش سال پس از وای فای به وجود آمده است.در کاربرد نیز وای فای در شبکه های محلی بی سیم و وایمکس درشبکه های شهری بی سیم به کار می روند. برد وایمکس به مراتب از برد وای فای بیشتر است.هم چنین در قابلیت تحرک بین سلولی، مدیریت کیفیت سرویس، راندمان و بازده طیف های مورد استفاده از وای فای بهتر است.اما به خاطر فرکانس و تجهیزات پیچیده، با قیمت بالاتری عرضه می شود. اگر از فکر قیاس این دو فن آوری خارج شویم،خواهیم دید که در پیاده سازی شبکه ها، می توانند مکمل های خوبی برای هم باشند.چرا که وایمکس می تواند زیر ساخت شبکه های کوچک وای فای باشد و به عنوان نقطه اتصال به شبکه بی سیم به کار رود و می تواندSpot Hotها را به هم وصل کند. Spot Hotمکانی است که می توان به یک شبکه بی سیم عمومی وصل شد.
1-39-2-با وجود ADSL جایگاه WiMAX کجاست؟
در برخی از کشورهای نظیر کره ی جنوبی که از زیر ساخت های شبکه ی کابل مسی انبوه برخوردار است و ضریب نفوذ تلفن ثابت آنان از مرز ٩٠ افزون است سرمایه گذاری اولیه روی کابل مسی سالها می تواند توسعه اینترنت پر سرعت را با فن آوری ADSL تضمین نماید.
در کشوری مثل افغانستان که فاقد زیر ساخت های شبکه کابل مسی می باشد( ضریب نفوذ تلفن ثابت در این کشورکمتر از 10 است وضریب نفوذ تلفن همراه این کشور ١٣.٥ می باشد( . برای استفاده از اینترنت پر سرعت تلفن همراه نسل سوم3G راه حل موثر تری است. در ایران که شبکه تلفن ثابت ٢٥ میلیونی دارد و تلفن همراه نسل . ٢ حدود ٤٥ میلیون مشترک دارد.راه حل دیگری چاره ساز است .نتیجه گیری اینکه در هر کشور می توان با بررسی دقیق شبکه های موجود و توسعه یافتگی و عدم توسعه یافتگی الگوی مناسبی طراحی کرد.
در شهر اصفهان که از فن آوری PCM( استفاده ازیک زوج سیم مسی برای چند مشترک) در شبکه تلفن ثابت استفاده شده در آن مناطقی که توسعه با PCM صورت گرفته بازار بکری برای فن آوری WIMAX وجود دارد. چرا که به اندازه کافی برای هر مشترک کابل مسی وجود ندارد و نیز مقرون به صرفه هم نیست که توسعه کابل مسی صورت گیرد و بعد ADSL مشکل اینترنت پرسرعت آن را حل نماید، لذا می توان از فن آوری بدون سیم ویمکس در این مورد بهره برد.
در شبکه ی مخابراتی کشور با توجه به حفاری ها و توسعه های شهری شبکه های مسی خیلی پایدار نیستند و عمر مفید آنها گاه به کمتر از ١٠سال می رسد. توسعه شبکه ی کابلی که گاه بالاتر از ٧٠ % سرمایه گذاری را شامل می شود مقرون به صرفه نخواهد بود. کما اینکه حفاری معابر شهرها نیز برای مردم و مسئولین مشکلاتی بوجود می آورد
لذا می توان نتیجه گیری کرد که اگر در کره جنوبی تا سال ٢٠٠٨ فقط ٢٠٠ هزار مشترک پرسرعت WIMAX وجود دارد بقیه متقاضیان پر ظرفیت از طریق ADSL مشکل شان مرتفع گردیده وبا فرسودگی شبکه کابل ناگزیر توسعه به سمت و سوی فن آوری جدید می رود ، این یعنی استفاده از3Gو4Gو WIMAXوLTEاجتناب ناپذیر خواهد بود.
اگر توسعه اینترنت پر سرعت با تکنولوژی WIMAX در کره جنوبی از رشد خوبی برخوردار نیست مشابهت فن آوری WIMAX802.16D 6 با فن آوری )مکان مشترک ثابت است به تعبیری دیگر مشترک قابلیت تحرک ندارد)ADSL می باشدکه به دلیل شبکه کابل مسی در شرایط فعلی ADSL را اقتصادی نموده ولی با فرسودگی شبکه مسی توسعه شبکه بدون سیم WIMAX اجتناب ناپذیر خواهد بود. به هر حال آمدن فن آوری WIMAX 802.16.eو WIMAX 802.16.M که برخورداری از سرعت بالاتر را دارند و مشتری در حال حرکت نیز می تواند از سرویس امن و با کیفیت بالا استفاده کند با توجه به فرسودگی شبکه های مسی ناگزیر توسعه جدید به سمت WIMAX بدون سیم خواهد بود.
انگیزه مشتری برای جذب فن آوری WIMAX بیشتر است چرا که 25میلیون تلفن ثابت همه از کابل مسی برای ارتباطات استفاده نمی نمایند و از PCM نیز در شبکه استفاده شده و یا کهنه گی شبکه ی کابل مسی نیز استفاده از ADSL را با مشکل مواجه می کند و نیز شبکه ی ٤٥ میلیونی تلفن همراه نسل ٢تا ٢.٧٥ ارائه خدمات ارزش افزوده نظیر SMS، GPRSو MMSو کوچکی صفحه نمایش تلفن همراه رغبت مشتری را به این فن آوری ارضاء نمی نماید و فن آوری جدیدتر نظیر WIMAX چاره ساز است که با سرعت بالا قابلیت ارائه همه نوع خدمات اینترنتی نیز می باشد. )دریافت اطلاعات تا 5.5 مگابیت).
لذا نتیجه می گیریم، استفاده از فن آوری جدید WIMAX هم اقتصادی تر است و هم استفاده از آن سهل تر است.بشرط آنکه با استراتژی )نقشه راه(بدنبال توسعه آن باشیم.
1-40-رقبای وایمکس:
با توجه به استاندارهایی همچون وایفای و نسل سوم ارتباطات سیار(3G47) برخی از متخصصان اعتقاد دارند که فناوری وایمکس قادر نخواهد بود تا مشترکان بسیاری را در سطح عموم به خود اختصاص دهد و این در حالیست که همچنان فناوری های جدیدی پا به عرصه ظهور می گذارند. یکی از دلایل عنوان شده نیز ارائه سرعت ارسال دادهای قابل قیاس با این فناوری است.
پاسخ آن است که هر چند تقاضای اولیه برای این فناوری کم باشد، تجهیزات مبتنی بر وایمکس که تا کنون از رشد خوبی برخوردار بوده اند،می توانند به راحتی آن را بهبود بخشند. به عبارتی دیگر، هر چه دستیابی این فناوری به بازارهای جهانی زمان بر باشد، از سوی دیگر،استانداردهای شبکه های موجود نیز نیاز دارند تا سریع تر عمل کرده و از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار باشند. شرکت اینتل نیز معتقد است که طبیعت دستیابی باز شبکه های وایمکس و ارائه تراشه های جدید سیار وایفای/ وایمکس، میتواند در پذیرش این فناوری در سطح جهانی بسیار موثر باشد.
در این بین، فناوری48 LTE نیز که به عنوان یکی از رقیبان فناوری وایمکس پا به عرصه ظهور گذاشته است، با استقبال خوبی از سوی برخی کشورها و به خصوص کشورهای اروپایی مواجه شده است. شرکت هایی نیز تصمیم به استفاده از این تکنولوژی جهت توسعه شبکه های باند وسیع خود دارند. در این میان، بیانیه هایی از سوی دو شرکت Verizon Wirelessو Nokia Siemens Networks به چشم میخورد که شرکت اول تصمیم به توسعه شبکه نسل چهارم خود با بهره گیری از فناوری رقابتی LTE را دارد و دومین شرکت نیز آزمایشات خود را به کمکاین فناوری با موفقیت به پایان رسانیده است.
فناوری LTE از جانشینان بالقوه فناوری های نسل سوم ارتباطات سیار به حساب می آید و از دیدگاه نظری، سرعت دادهای تا ١٧٠ مگابیت در ثانیه را پشتیبانی میکند. تاثیری که فناوری LTE ممکن است بر روی وایمکس سیار داشته باشد همچنان نامعلوم است. تحلیل گران بر این باورند که گرچه وایمکس سیار از دید توسعه استانداردها و ارائه تجهیزات، پیشتاز سایر فناوری های رقیب میباشد ولی این امر نامحتمل است که این فناوری تنها برنده رقابت4G باشد.
فناوری بیسیم EVDO49 نیز توانسته است تا کنون سهم خوبی از بازارهای جهانی را به خود اختصاص دهد. این فناوری که از قابلیت سیار پشتیبانی میکند، مشترکان بسیاری را به خود جذب کرده است و این در حالیست که هزینه های بسیاری را نیز برای متقاضیان خود به همراه دارد.بدین ترتیب، موضوعی که در مورد فناوری وایمکس مطرح میشود آن است که این فن اوری باید قیمت های نهایی خود را پائین آورد تا بتوانددر رقابت با فن اوری های مشابه پیشی گیرد.
فصل دوم
استاندارد 4 G
2-1-معرفی 4G :
سیستم مخابراتی نسل 4 یک راهحل نقطه به نقطه مبتنیIP برای انتقال صدا،تصویر وداده ها بر پایه اصل ((هرجا و هرزمان ))با سرعتی بسیار بالاتر از نسل های قبلی استفاده می شود.
شبکه نسل چهارم کاملاً مبتنی بر پروتکل اینترنت(IP) می باشد.که پس از همگرایی سیستمهای سیمی و بیسیم همانند کامپیوتر، قطعات الکترونیکی و تکنولوژی مخابرات و دیگر همگراییها باعث می شود که ارسال نرخ بیت100Mbps درحال حرکت(در خودرو یا در قطار)و1Gbpsدرحرکت آرام یا ساکن(درپیاده روی یا در منزل ) با امنیت بالا را فراهم کندو هر نوع سرویس هرجا وهرزمان را با یک صورتحساب کم هزینه ایجاد نماید.
4G برای کامل کردن کیفیت سرویس و نیازمندیهای نرخ داده هاکه کاربردهای نسلهای جدیدایجاد کردهاند مانند دسترسی باند وسیع بیسیم،سرویس پیامهای چند رسانهای گفتگوهای ویدئویی،TV بسیار،TV با کیفیت بالا شامل DVB، حداقل سرویسهای صوت و دیتا و دیگر سرویسها، توسعه یافته است.
گروه کاری 4G اهداف زیر را برای استاندارد مخابرات بیسیم 4G تعریف کردهاند:
1-یک سیستم با بازده طیفی موثر
2-ظرفیت شبکه بالا، کاربران همزمان در یک سلول بیشتر
3-نرخ دیتا l00Mbps در صورتی که مشترک با سرعت بالا در حال جا به جا شدن باشد و نرخ دیتا 4-1Gbps زمانی که مشترک تقریباً بر اساس تعریف ITU-R ثابت باشد.
5-یک نرخ دیتا حداقل l00Mbps میان دو نقطه در جهان
6-اتصال بینظیر و قابلیت تحرک جهانی با استفاده از چندین شبکه
7-کیفیت سرویس بالا برای پشتیبانی از چند رسانهایهای نسل بعدی
8-صوت بلادرنگ، دیتا سرعت بالا، محتویات ویدئویی تلویزیون کیفیت بالا، تلویزیون سیار و …
9-مطابق با استانداردهای بیسیم موجود
10-یک شبکه سوئیچ بستهای تمام IP
بطور خلاصه سیستم4G بصورت پویا منابع شبکه را به مشترک گذاشته و استفاده میکند تا حداقل نیازمندیهای 4G را برای کاربران فراهم کند.
2-2-تکامل سیستم های بی سیم :
نسل اول : این سیستم تقریباً تماماً آنالوگ بود و صوت تقریباً تمام ترافیک آن را پر میکرد این سیستمها از سه قسمت تشکیل شده بودند. برخی از استانداردهای آنهاDataTec , Mabitex , Hicap , CDPD NMT , AMPS میباشند.
نسل دوم، همهی استانداردهای این نسل بصورت متمرکز تجاری شدهاند و بصورت فرمان دیجیتال میباشد. حدود 60% از بازار امروز توسط استانداردهای اروپایی اشغال شده است. استانداردهای نسل دوم DAMPS , iDEN , GSM , WiDEN , GPRS , HSCSD , PGS , CSD , PDC , IS95
نسل سوم : به منظور پاسخگویی به تقاضاهای در حال رشد مشترکین در حال افزایش ونرخ مورد نیاز برای انتقال اطلاعات سرعت بالا کارکردهای چند رسانهای، نسل سوم شروع به پیشرفت کرد. این استاندارد یک بهینه شده خطی از نسل دوم میباشد. این سیستم دارای دو زیر ساختار موازی است که یکی شامل گروهای سوئیچ مداری و دیگری گرههای بسته گرا میباشند. 50ITU یک تکنولوژی جدید بعنوان رابط هوایی نسل سوم معرفی کرده است که به صورت یک پیش قدمی از IMT51-2000 است. هماکنون، گذری از نسل 2 به نسل 3 در حال انجام است. که بعنوان قسمتی از این گذر، بسیاری از این تکنولوژیها استاندارد شدهاند. از 2G تا 3G استانداردهای چون: 3G – CDMA2000 , EGPRS , EDGE 2.75G 1EV.DO/IS-856 , FOMA , (3GSM) UMTS یا W-CDMA و GAN/UMA , TD SCDMA و بطور مشابه از 3G تا 4G داریم : HSOPA/LTE , SUPER3G , DSUPA , 3.5G , HSDPA .
نسل چهار، بر اساس گروههای کاری 4G، ساختار کلی و پایانههای 4G تقریباً تمام استانداردهای از پیادهسازی 2G تا 4G را خواهد داشت و سیستمهای قبلی همه در موقعیتی هستند که با 4G مطابق باشند و تنها این است که زیر ساختارآن تماماً بر اساس IP و بصورت سوئیچ بستهای می باشد. برخی از مقالات پیشنهاد کردهاند که ساختار این نسل بازی داشته باشد تا ابتکارات و اختراعات جدید قابل استفاده در آن باشد. تکنولوژیهایی که به نام 4G نامیده میشود و بصورت رسمی نیستند عبارتند از:
WIMAX، WIBRO،Gpp Long term Evolution ، Gpp2 ultra mobile broad band.
2-3-4G چیست ؟
4G بر اساس اینکه با چه کسی در حال صحبت هستید چندین تعریف را در برمیگیرد،. در سادهترین عبارت،4G سیستمهای مخابراتی بیسیمی است که جایگزین نسل سوم خواهد شد. بعبارت دیگر، 4G یک نمونه است در آزمایشگاههای R&D برای برداشتن مشکلات و محدودیتهای3G که در برآوردن قولهای خود در مورد گذردهی و عملکرد، دچار مشکل شده بود . در واقع در نیمه اول 2002، 4G یک ساختار مفهومی بود برای برآورد نیازهای آینده برای یک شبکه بیسیم جهانی که بطور بینظیری با شبکه زیر ساخت سیمی ارتباط دارد. 4G همچنین نمایانگر امیدها و آرزوهای محققین در Motorola،Qualcomm ، Nokia،Ericsson ،Sun ، HP، NTTDoCoMo و دیگر فروشندهه است که باید به نیازهای MMS و کاربردهای ویدیویی اگر3G به تمام تواناییهایش نرسد، پاسخ گو باشند.
2-4-تحقیق قبل از3G برای4G شروع نشده است ؟
1-عملکرد 3G برای برآورد نیازهایی با عملکرد بالا مانند چند رسانهای، ویدیوی تمام متحرک وکنفرانس تلفنی بیسیم، کافی نبودو نیازمند به یک تکنولوژی بودیم که عملکرد 3G را به نوعی افزایش دهد.
2-چندین استاندارد برای 3G معرفی شده است که قابلیت تحرک را کاهش میدهد. ما نیاز به تحرک جهانی و قابلیت حملپذیری سرویسها داریم.
3-3Gاصلاً یک مفهوم عریض منطقهای است. ما نیاز به شبکهای داریم که هم ترکیبی باشد و هم از مفهوم LAN و از ایستگاههای پایه سلولی برای شبکهاش استفاده کند.
4-عرض باند بیشتری نیاز داریم.
5-محققین به این نتیجه رسیدهاند که مانیازمند یک شمای مدولاسیون با بازده طیفی بیشتری هستنیم که در ساختار 3G قابل پیادهسازی نبود.
6-ما نیازمند یک شبکه تمام بستهای هستیم که از IP هایش بصورت تمام استفاده کنیم تا ظرفیت ترکیب آن به همگرایی صوت و دیتا را افزایش دهد.
جدول 2-1: مقایسه بین نسل 3 و 4
تصمیمات در مورد رزرو طیف، در مورد استاندارد کردن طیف، در مورد در دسترس بودن طیف؛ در مورد ابداعات در تکنولوژی، در مورد پیشرفت و پیادهسازی مولفهها، در مورد پردازش سیگنال و سوئیچینگ بهبودیافته و هماهنگی میان فروشندهها باید قبل از اینکه 4G تولید شود اتفاق بیفتند، ما فکر میکنیم که تجربیات نسل 3 خوب یا بد، فنی یا تجاری برای استفاده در این پروژه صنعتی مفید خواهد بود. با حل این نوع مسائل و مشکلات، علایق به سوی 4G جلب خواهد شد نکته مهم در جایگزینی هزینه کم میباشد: بازاریابها باید یک مدل اقتصادی قبل از شروع نسل 4 بر اساس خطوط 3G ارائه دهند. آنها باید بدانند که کارکردهایی مانند ویدئو برای 4G باید با عملکرد کمخرج حالت سیمی رقابت کند، کاربران هزینه کمی بیشتر را برای سیستمهای بیسیم پرداخت خواهند کرد هماهنگی بیشتر در مقررات رادیویی در سر تا سر دنیا، مقررات طیفی راهنمای محققین برای استفاده در 4G باید باشد و سازمان مزبور باید در صورتی که سیستمهای در بورس در طیف مورد نظر قرار دارند باید از طریق مقررات اقدام کنند. در زمان لازم سازههای صنعتی مکانیزم خود مقرراتی را برای خودشان فراهم کرد.
تحقیقات دانشگاهی بیشتر:
1-دانشگاه ها باید تلاش بیشتری را روی حل کردن مسائل بنیانی در مخابرات رادیویی ( رادیوهای باند عریض، آنتنهای هوشمند و پردازش سیگنال) انجام دهند.
2-استانداردسازی بیسیم انجام شود: شبکهها با تکنیکهای مدولاسیون، شماهای سوئیچینگ و متحرک را بصورت کاملاً الزاماً باید مشخص کنند.
3 – توپولوژیهای شبکههای مختلف با هم ترکیب شودو شبکه ها باید معماری خود را بر اساس مفهوم شبکههای ترکیبی بگذارند و بتوانند با مشکلاتی LAN، 802.11x، 802.16 ،802.15 و Bluetooth ترکیب شوند، وشبکه بیسیم عریض باید یک قسمت از معماری شبکه مجتمع باشد.
4-پیادهسازی نباید متفرق باشد: باید امکان پیادهسازی از 3G به 4G را بدهد.
2-5- المان ها :
2-5-1-شماهای دسترسی :
همچنان که استانداردهای بیسیم در حال تعامل هستند، تکنیکهای دسترسی افزایش چشمگیری را در ظرفیت تا مقیاسپذیری و بازده نشان میدهند نسل اول استانداردهای بیسیم، از نقشه FDMA52 ,TDMA53 استفاده میکردند. در کانالهای بیسیم، مشخص شده که TDMA موثر نمیباشد چون برای حذف اثر چند مسیرگی به یک باز زمانی بزرگی نیازمند است همچنین FDMA، عرض بزرگی را اشغال میکند تا از تداخل میان کاربرها جلوگیری میکند بنابراین در نسل دوم، یک سری از استانداردها از ترکیب TDMA ,FDMA استفاده کردند و مجموعه دیگری از استانداردها یک شمای دسترسی جدید بنام CDMA54 معرفی کردند که ظرفیت سیستم را افزایش میدادو یک مرز نرم به جای مرز سخت برای سیستم قرار میداد. نرخ داده همچنین در این شمای دسترسی به اندازه کافی افزایش می یافتند و برای مدیریت کانال چند مسیره موثر میباشد. این امکانات نسل سوم را قادر ساخت تا از CDMA در شماهای دسترسی IS-2000 ,UMTS و … استفاده کنند.
تنها نقطه ضعف CDMA انعطاف طیفی ضعیف و گسترشپذیری سخت آن است. امروزه شماهای دسترسی جدیدی مثل OFDMA، FDMA، FDMA تکحاملی، FDMAجداگانه و -CDMA MC برای سیستمهای نسل آینده اهمیت خود را نشان میدهند. برای UMTS نسل بعدی، OFDMA در مسیر مرز گاهی موردسو استفاده قرار می گرفت. و در مسیر فراسو از IFDMA استفاده میشود چون OFDMA پیک توان بالایی داشته و به عملکرد غیر خطی تقویت کننده میانجامد. و IFDMA نوسان کندی در توان را منجر شده و مشکل تقویت کننده را نخواهد داشت. همچنین MC-CDMA یک گزینه مهم در استاندارد IEEE 802.20 میباشد. این شماها عملکرد و بازدهی شبیه CDMA قدیمی دارند با این تقاوت که قابل گسترش بوده ودر نرخ دیتا بالا نیز قابل دسترسی است.
یکی دیگر از امتیازات تکنیکهای دسترسی پیچیدگی کمتر گیرنده است. که یک امتیاز مخصوصی را نسبت به محیطهای MIMO55 قائل میشود چون انتقال بصورت ترکیب فضایی نیازمند متعادلکننده خیلی پیچیده در گیرنده دارد.
علاوه بر بهبود روشهای مخلوط کردن، تکنیکهای مدولاسیون نیز پیشرفته کردندو که باعث شد استانداردهای امروزه معمولاً از PSK استفاده میکند.
سیستمهایی با بازده بالاتر نیز از سیستمی مثل 4QAM استفاده میکند ( مانند استاندارد (3GPP56 LONG TERM Evolution) (
2-5-1-1- IPV6:
بر خلاف 3G که از دو زیر ساختار موازی سوئیچ مداری و گره های شبکهای سوئیچی بستهای استفاده میکند، 4G تنها بر پایه سوئیچینگ بستهای خواهد بود که نیازمند تاخیر کم در انتقال دیتا است. بطور کلی بر این باور هستند که شبکههای بیسیم نسل چهار تعداد زیادی از وسایل بیسیم را که مستقیماً قابل آدرسدهی هستند پوشش خواهد داد. بنابر این در محتوای 4G، IPV6 یکی از مهمترین تکنولوژیهای لایه شبکه است که میتواند تعداد زیادی از تجهیزات بیسیم را پوشش دهد. با افزایش تعداد آدرسهای IP، IPV6 نیاز به ترجمه آدرس شبکه (NAT) را حذف میکند. یک روش مشترک کردن تعداد محدودی آدرس میان گروه بزرگی از وسایل است.
همچنین Ipv6، 4G را برای کاربردهایی با قابلیت چندرسانگی، امنیت و بهبود مسیر قادر
میسازد. با فضای آدرسی موجود و تعداد بیتهای آدرس درIPv6 ، بسیاری از کدینگهای ابداعی برای تجهیزات 4G و کاربردهای مورد نظر برای شبکه و سرویس 4G میتوانند استفاده شوند.
2-5-1-2-سیستمهای آنتنهای هوشمند :
عملکرد مخابرات رادیویی عموما به پیشرفتگی سیستم آنتن آن وابسته است. در این اواخر تکنولوژیهای چند آنتنی با هم بکار میروند تا اهداف 4G مانند نرخبالا، قابلیت اطمینان بالا، برد زیاد را فراهم کند. در اوایل 90s به منظور فراهمکردن نرخ بیت بالا برای مخابرات در حال رشد، بسیاری از شماهای انتقال پیشنهاد شدند یک تکنولوژی، ترکیب فضایی، است که اهمیت آن به خاطر ذخیره، عرض باند و بازده توان میباشد. روش دیگر نیز استفاده از چندین آنتن در گیرنده و فرستنده، میباشد که یک ریشه دیتا را بین آنها تقسیم میکنند و آنها بطور موازی دیتا را ارسال میکنند و در نتیجه قابلیت اطمینان در مقابل محوشدگی کانال نیز بهبود مییابد و اگر در یک سمت چند آنتن اضافه شود بنام تنوع در همان سمت نامیده شود .
2-5-1-3-رادیو بصورت نرمافزاری تعریفشده (SDR57):
SDR یک نرم از معماری بیسیم باز است. از آنجا که 4G یک مجموعه از استانداردهای بیسیم و فرم نهایی تجهیز است در نتیجه از استانداردهای مختلفی ساخته شدهاند. این میتواند استفاده موثر ازSDR را مشخص کند که بر اساس همگرایی ناحیه رادیویی طبقهبندی میشود.
2-6-پیشرفتها :
شرکت ژاپنی NTTDoCoMo نمونه سیستم مخابراتی 4G را با داشتن 4*4 MIMO برای4G تست کرده است که VSF-OFDM نامیده می شود و این سیستم در حال حرکت 100 Mbpsو در حالت ایست 1Gobps را فراهم میکند. حتی اخیراً NTTDoCoMo به سرعت 5Gbps باMIMO 12*12رسیده است در حالتی که با سرعت 10km/h در حال حرکت بود و طرح آزاد کردن سیستم را به صورت تجاری در 2010 به خود اختصاص داده است.
و شرکت دیگری در ایرلندی اعلام نمود که باند عریض ثابت و بیسیم digiweb، را ثبت کرده و موفق به اخذ گواهینامه مخابرات سیار از سازمان قوانین مخابراتی کشورایرلند که به ( comreg )معروف است شده است. این سرویس موبایل کد 088 در ایرلند خواهد بود یک مقدمه از موبایل نسل چهار خواهد بود.
2-7-کاربردها :
کاربرد خیلی قوی 4G کاملاً مشخص نیست، اگر چه عرض باند بالا و گذردهی دیتا خوب که در شبکههای 4G تولید شدهاند میتواند برای محصولاتی که قبلاً نیز ممکن بودهاند فرصت ارائه دهد. شاید بتوان مهمترین کارکرد 4G را داشتن اینترنت همیشگی نام برد.
قبلاً در نرخهای 15-30 Mbps، تلویزیون کیفیت بالاتصویر را برای کاربران امکان پذیر می کرد درنرخ سرعت l00Mbps میتوان محتویات یک DVD مثلاً یک فیلم را با دسترسی offline در حدود 5 دقیقه دانلود میکرد.
اگرچه ردهبندیها دقیق نیستند ولی معمولاً سیستمهای مخابراتی بیسیم بر اساس نسلشان کلاسبندی میشوند. نسل اول بیسیم به سیمهای سلولی آنالوگ که فقط به صدا پرداخته بودند اشاره میکند. نسل دوم بیسیم به تکنولوژی انتقال دیجیتال که برای برآورد تقاضای ظرفیت و سرویسهای صوتی در حال رشد توسعه یافته بود مشاوره میکند. نسل سوم که امروز ، قرار است استفاده شود از نسل دوم در توانایی ترکیب صدا و دیتا و در تکنولوژی ارسال کاملاً متفاوت میباشد. اگر پیادهسازی باند عریض سیم نسل سوم، تقاضای باند عریض را ایجاد میکند، ما پیشبینی میکنیم که اصول غیر قابل تفکری به صنعت مخابرات ارائه خواهد شد.
ما حدس میزنیم که اگر سیستمهای نسل سوم بطور فوق قادر به فشرده کردن صوت و دیتا باشند در نتیجه امکان تقاضای کاربران برای سرویس های جدید هم فراهم می شود .لازم به ذکر است که امتیاز همیشگی سیستم های نسل 4 که ترکیبی از شبکه های بی سیم می باشد باعث می شود که در دنیای امروز دسترسی کاربران به اینترنت را به صورت ثابت از طریق مسیرهایی که شامل گره های بسیار می باشد را فراهم کند . این فرآیند توسط سازمانهای مختلفی نیز تحت حمایت قرار می گیرد.
همه این موارد و اصول درجهت استفاده مناسب و راهنمایی های پویا کاربرد در استفاده نهایی از امکانات نسل 4 می باشد .واز این طریق اتصال به شبکه بصورت مطلوب و با هزینه کم از طریق رقابت در شبکه سلولی یا از طریق یک شبکه بی سیم چند پرش انجام می شود.
این استاندارد برای اتصال نیازمند یکسری مدل های تجاری جدید و تکنولوژیهای بیسیم میباشد که چندین نیاز آن عبارتند از:
اولاً، نیاز به تعامل با سرویسهای بیسیم که از استانداردهای انتقال چندتایی استفاده میکنند که آنها نیز خود نیازمند تواناییهای رادیویی منعطف میباشد. دو نتیجه، تکنولوژی رادیو نرمافزاری که برای ایستگاههای پایهبزرگ رزرو شده است، برای تجهیزات موبایل نیز به کار خواهد رفت که به منظور پیادهکردن این طرح، مسئله مصرف توان نیز باید حل شود این شامل تجهیزات محاسبهگر با بازده بالا ومبدل آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ کممصرف و الگوریتمهای طراحیشده برای پردازش سیگنال با دقت محاسباتی بالا و مصرف توان کم می باشند. ثانیاً، ترکیب کاربردهای بیسیم باعث ایجاد فرصتهای جدیدی برای روشهای پردازش سیگنال که قبلاً استفاده نمیشدند فراهم ساخته است. مدل جاری برای کاربرد دیتا ارزش کلیشهای گردش در اینترنت را بصورتی که جریان دیتا بطور غیر متقارن از شبکه به کاربر منتقل میشود در نتیجه باعث افزایش ظرفیت مسیر در سیستمهای نسل سوم می شودکه این ساختار بعنوان یک گلوگاه ازبین برده است .
آخر اینکه، سیاریت شبکههای بیسیم نیاز به معماری جدیدی دارد تا جزء زیر ساختار شبکه سلولی شود. داشتن طیف محدودی باعث میشود که سیستمهای ثابت از حالت سیار ظرفیت بیشتری را داشته باشد. شبکههای بیسیم همیشه طوری ساخته میشوند که اطلاعات را از طریق کوتاهترین مسیر به زیر ساخت سیمی برسانند.
اگر گمرایی در همه جا لازم باشد، کوتاهترین درگاه مسیر الزماً از طریق سایت سلولی ثابت نخواهد بود. همینطور، اگر اتصال قرار باشد تحت هر شرایطی حفظ شود.در بستههای اطلاعات ،اطلاعات میتوانند از طریق شبکههای چند مسیره انتقال یابند. در این دههی آخر تحقیقات پردازش سیگنال بیشتر برروی بهبود مسیرهای بیسیم موجود در شبکههای سلولی متمرکز شده است که استفادهی زیاد از اطلاعات بستهای شبکههایش نیز به روشهای جدید پردازش سیگنال درامونی میکند. که شامل پیچیدگی کم، تداخل تخفیف یافته که می تواند از عهدهی تداخل منابع شناخته شده در مقابل منابع شناخته نشده برآید باشد. همچنین نیازمند همزمانسازی سریع بستهها میباشد تا اجازه ارسال بسته بصورت بدون اتصال و بدون نیاز به پروسه برقراری تماس را بدهد.
2-8-پروتکل ورژن ، اینترنت ، (IPv6) :
یک پروتکل لایه شبکهپر، شبکههای سوئیچ بستهای میباشد این ورژن بر اساس عمل موفق Ip4 که امروزه در اینترنت معمول است، طراحی شده است. مهمترین نکته بهبود یافته در ipv6 فضای آدرسی بزرگ است که انعطاف بیشتری را در حد5.41038 آدرس میباشد یا حدود51038 آدرس برای هر کدام از 6.5 میلیارد جمعیت امروز دنیا، بزرگ بودن طول آدرس نیاز به مترجم آدرس شبکه را حذف میکند تا از استخراج آدرس جلوگیری کند و جنبه تخصیص آدرس و تعویض آن را سادهتر نماید.
2-8-1-معرفی :
در اوایل 1990 مشخص شد که شبکههای بدون کلاسبندی مانند ipv4 به راحتی آدرس آنها قابل پیشگیری هستند و می توان آدرس آنها استخراج کرد در سال 1992 چندین گزارش ارائه شد و در اواخر 1993 سازمان IEFT58 برگرهای سفید و ایجاد گروه کارت Ip نسل بعدی را اعلام کرد و در نهایت سال 1996 یک سری سند بنام RFC برای ipv6 ارائه شد.
2-8-2-ویژگی IPv6 :
Ipv6 یک مدل گسترش یافته ipv4 میباشد که این لایه، لایه مترجم و کارکرد بیشتراست و با کمی تغییر پشتیبانی میکند و تنها استثناها پروتکلهای کارکردی که در لایه شبکه آدرسدهی شدهاند میباشد. (NTPv3 , FTP59 )
فضای آدرسدهی زیاد :
ویژگی اصلی IPv6 طول بلند کلیه آدرسدهی آن است که 128 بیت میباشد در صورتی که درipv4، 32 بیت بود.
مزیت فضای آدرسی بزرگ سبب می شود که استخراج آدرس از ipv4 بدون نیاز به مترجم آدرس شبکه و دیگر وسایل که بطور طبیعی در ترافیک اینترنت استفاده میشود جلوگیری میکند. NAT تنها در برخی مواقع بطور نادر استفاده میشود ولی مهندسین اینترنت فهمیدهاند که در ipv6 این مشکل را به سختی و با تلاش فراوان میتوان حذف کرد. همچنین مدیریت شبکههای متوسط بزرگ را راحت کرده است چون دیگرنیازی به زیر شبکههای پیچیده نیست.
پس زمینه این طول آدرس بلند داشتن سرباره زیادتر است که باعث مشکل در عرض بلندمی شود.
پروتکلDNS برای حمایت ipv6 توسعه یافته است.
Jumogram : در ipv4 بستهها محدود بودهاند و حداکثر تا حداکثر 4kb، اطلاعات را پوشش می دهد. این در حالی بود که لینک مخابراتی میان دو طرف با حداقل ارسال 5536، هشتتایی باید کار میکند، در IPv6 اختیاراتی برای بیشتر از این حد نیز در نظر گرفته شده است که بنام Jumbograms شناخته میشود و تا 4Gib را میپوشاند و برای شبکههای باMTU بالا مفید است.
سیاریت، بر خلاف IPv4 موبایل (MIPv4) از مسیردهی مثلثی جلوگیری کرده و مانند IPv6 فرمان بازده خوبی دارد، البته این امتیاز یک مورد ذهنی است و هنوز MIPv6 پیادهسازی نشده است.
تعدادی از دولتها استفاده و حمایت از تجهیزات جدید IPv6 را شروع کردهاند مثلاً دولت آمریکا اعلام کرده است که زیر ساخت آژانسهای فدرال تا سال 2008 به IPv6 تغییر خواهد کرد و حدوداً 247
میلیون دلار برای خرید آدرس برای شروع پیادهسازی صرف کرده است، همچنین جمهوری چین یک برنامه 5 ساله برای پیادهسازیIPv6 تحت عنوان اینترنت نسل آینده دارد.
طول آدرس در IPv6، 128میباشد که 64 تا آن شبکه و 64 دیگر برای میزیان قرار داده شده و توسط آدرس رابطMAC، با تخصیص به ترتیب ایجاد میشود این آدرس بصورت فرمال در 8 گروه چهارتایی هگزا دیسیمال خواهد بود.
مثلاً 2001 : odb8 : 8508 : 1319 : 18a2e : 0370 : 7334:1b48
یک آدرس صحیح در IPv6خواهد بود اگر یا چند ترم 0000 باشد جهت خلاصه کردن ان استفاده می شود بنابر این آدرس در زیر صحیح و معادل هم هستند.
آدرسهای6 IPv به سه دسته کل تقسیم میشوند.
1 – آدرسهای unicast
2- آدرسهای multiast
-3آدرسهای any cast
2-9-بسته IP :
بسته ipv6 از در بخش مهم تشکیل شده است و سرباره اطلاعات یک بسته سرباره در ipv6 این سرباره در 40 بایت اول (320 bit) قرار میگیرد و آدرسهای مقصد و منبع هر کدام 28 است مانند ورژن 4 شامل میشود ، 8 بیت کلاس ترافیک ( اولویت ) 20 بیت مارک جریان ( کنترل کیفیت ) طول اطلاعات ( بیت 16 ) سر باره بعدی 8 بیت و تعداد پرش 8 بیت یا زمان گردش در شبکه. طول اطلاعات بطور استاندارد از jumbogram قابل افزایش است.
2-10-رادیو نرمافزاری:
رادیو نرم افزار یک سیستم مخابراتی رادیویی است که می تواند از طریق یک سخت افزار که توسط یک نرم افزار قوی کنترل می شود ، می تواند بر روی هر باند فرکانسی و هرنوع مدلاسیون در طیف های وسیع تنظیم گردد .
یک SDR عمل پردازش سیگنال را توسط یک کامپیوتر ترجمه منظوره یا قسمتی از الکترونیک دیجیتال قابل پیکربندی است انجام میدهد هدف این نوع طراحی ساخت رادیویی است که بتواند با براه انداختن یک نرم افزار جدید پروتکلها فرم انتقال و دریافت را تنظیم کند رادیو نرمافزاری استفاده زیادی را در کارهای نظامی و تلفنهای سلولی دارد که در هر دو طیف عظیمی از پروتکلهای مختلف رادیویی بصورت بلادرنگ ارائه میشدند.
سختافزار این نوع رادیوها از یک پایانه RF فوق ترکیبی که سیگنال را از IF به RF تبدیل میکنند، مبدلهای دیجیتال به آنالوگ و آنالوگ به دیجیتال به حالت آنالوگ را به دیجیتال و بر عکس تبدیل میکند.رادیویی نرم افزاری یک شروع و عامل برای رادیوهای هوشمند میباشد.
اصول کارکرد: مفهوم ایدهآل، در شمای ایدهآل یک مبدل آنالوگ دیجیتال به یک آنتن وصل میشود یک پردازنده سیگنال دیجیتال اطلاعات مبدل را میخواند و سپس نرمافزار این اطلاعات را به هر فرم دیگر تبدیل میکند فرستنده نیز مشابه همین است ولی این حالت ایدهال قابل پیادهسازی نیست.
2-11-گیرندههای عملی :
الکترونیک امروزه برای دریافت سیگنالهای رادیویی از 2GHz تا l0KHz خیلی کند میباشد. یک رادیو نرمافزاری ایدهآل مجبور است که نمونهبرداری را در حداقل دو برابر ماکزیمم فرکانس کاری انجام دهد. رادیوها نرمافزاری این مشکل را با استفاده از میکسر و نوسانگر مرجع برای مخلوط کردن سیگنال به فرکانسهای پایینتر، حل میکنند.
میکسر فرکانس سیگنال را کاهش میدهد ولی شناسایی فاز اطلاعات سختتر میشود بسیاری از سیستمهای کدکننده بر اساس فاز عمل رمزنگاری را انجام میدهند. راهحل کلاسیک مخلوط کردن و دیجیتال کردن اطلاعات در دو کانل با یک نوسانگر مرجع است که فرکانس یکسانی دارند ولی یکی به اندازه ْ90 پیشتراز دیگری است، بنابر این دو کانال اطلاعات لازم فاز را فراهم میکند مسئله دیگر گمشدن بیت زمانبندی است که موقع تغییر فرکانس اتفاق میافتد.
استفاده از اطلاعات فاز به بازیابی آن کمک میکند.
یک رادیو نرمافزاری خوب باید در نرخ نمونهبرداری عریض کار کند تا با بسیاری از پروتکلها همخوانی داشته باشد، بنابراین یک کنترل تطبیقی الزامی است، این کنترل میتواند به صورت یک مسیر سختافزاری تبدیل شود و یا در نرمافزار پیادهسازی گردد هر سیگنالی که فرکانس آن بالاتر از فرکانس نمونهبرداری باشد باعث تداخل در نمونهها (alliasing) میشود و رشته اطلاعات را خراب میکند به همین منظور یک فیلتر الکتریکی پایین گذر در ابتدا دیجیتال کردن باید قرار گیرد.
مبدلهای آنالوگ به دیجیتال واقعی برای اینکه اعداد زیر میکرولت را دریافت کنند نیاز به یک تقویت کننده کمنویز دارند که این خود باعث اعوجاج در سیگنالهای مطلوب میشود راهحل استاندارد آن قرار دادن یک فیلتر در ورودی آنتن و تقویت کننده است باعث میشود انعطاف پذیری رادیو که تمام نقطه تقوت آن میباشد از بین برود رادیوهای نرمافزاری واقعی معمولاً شامل دو یا سه کانال آنالوگ هستند که در حالت ورودی و خروجی میان آنها سوئیچ میکند و هر کدام شامل یک فیلتر تطبیقی (match filter) و تقویت کننده و برخی مواقع میکسر هستند.
فصل سوم
آینده تکنولوژیهاونتیجهگیری
3-1-نتیجهگیری:
اگرچه تقسیمبندی درستی نمیباشد ولی سیستمهای مخابراتی را اغلب بر اساس نسلشان طبقهبندی میکنند. نسل اول بیانگر انتقال صوت در سیستمهای آنالوگ است، نسل دوم که به صورت بیسیم پیادهسازی شده است از تکنولوژی دیجیتال برای انتقال استفاده میکند و در نتیجه سرویسهای جدیدی را روی صوت ارائه داد و ظرفیت شبکه را نیز افزایش داد. در نسل سوم تفاوت بارز در توانایی ترکیب صوت و کاربردهای دیجیتالی بود. علاوه بر این همچنین پیادهسازی باند عریض نیز برای سیستمهای نسل سوم بعلت افزایش تقاضا و سرویس با کیفیت بالاتر متفاوت از نسل دوم میباشد. و حال اگر فرض کنیم که پروسه 3G بطور موفق قادر به تولید صوت و دیتا بوده است، این موفقیت باعث خواهد شد تقاضا برای سرویسهای جدید نیز بیشتر شود و در نتیجه رقابت شرکتها برای ارائه سرویسها و متعاقبا پیشرفت در شبکههای بیسیم و همگرایی بینقص شبکهها اتفاق بیافتد و همچنین افزایش تقاضا و رقابت بین شرکتها باعث گردید یک تکنولوژی جدید بنام 4G معرفی گردد. آنچه تکنولوژی 4G نامیده شد کاملا مشخص و تعریف شده نیست و تا پیادهسازی آن 3 تا 4 سال طول خواهد کشید اما در این مسیر جاده که به 4G ختم میشود، استانداردهایی مانند LTE، UMB، WiMax قرار گرفتهاند که ممکن است این مسیر از یکی از این تکنولوژیها عبور کند. هنوز سازمان بینالمللی مخابرات (ITU) تعریفی از 4G ارائه نداده است ولی با توجه به پیشنهادات موجود ممکن است IMT-advanced بعنوان فراهم کننده تعریف این نسل جدید تلفنهای سیار معرفی گردد. ولی آنچه مشخص است استفاده از تکنولوژی مدولاسیون OFDMA در این تکنولوژی خواهد بود تا دسترسی به سرعتهای 100 Mbps را پشتیبانی کند.
خیلیها معتقد هستند که تکنولوژی 4G به یک شبکه تمام IP مجهز خواهد شد که از پروتکل اینترنتی ورژن 6 استفاده خواهد کرد و مخابرات سرعت بالا و شکلهای جدیدی از همگرایی و ظرفیتهای بالاتر را فراهم خواهد نمود که این توپولوژیها قابلیت پشتیبانی و کیفیت بالاتری را نسبت به شبکههای عمومی دیگر مانند فیبر نوری و … خواهد داشت.
4G یک تکنولوژی ایدهآل است. برخی از کمپانیها مزیتهای تکنولوژیهای مختلف جدید را با تکنولوژیهای سلولی ترکیب نمودند و استانداردی بنام موبایل سلولی نسل3.5G ارائه کردند که ترکیبی از WLAN با نسل 3G میباشد که این اجازه را به گوشیها داده تا صوت را بر روی IP ارسال کنند. ویدئوی سرعت بالا و دیگر فرمتهای دیتا سرعت بالا جزئ مهمترین امتیازات تکنولوژی 4G هستند که دلیل اصلی پیشرفت آن بودهاند. اما امروزه شبکههای نسل 3 این قابلیت را پیدا کردهاند و نیز استانداردی مانند WiMax قول چنین سرویسهایی را داده است.
سوالی که اینجا مطرح میشود این است که با وجود چنین سرویسهایی آیا باز نیاز به 4G احساس میشود؟
شکل 3-1-مسیر پیشرفتها
گروه محققین ABI نسل 3 امروزه را با نسل 4 بر اساس تقاضا و تعداد مشترکین که قابل پشتیبانی هستند مقایسه میکند و اعلام میکند که 4G قادر است تعداد مشترکین زیاد را با محیط دسترسی قوی در آن واحد حمایت کند.
بحث بعدی در مورد سطح تقاضا برای سرویس میباشد که در 4G این سطح میتواند بطور گسترده تغییر کند برخی کاربران خواهان انتقال ویدئو بوده و برخی خواهان انتقال عکسهای چند مگاپیکسلی خواهند بود و درست زمانی که کاربران نیاز به سرعت و شتاب بالا دارند ارزش واقعی 4G معلوم خواهد شد. در کنار 4G سه رقیب وجود دارند که میخواهند بعنوان یک تکنولوژی پیش از 4G مطرح شوند:
LTE با سرکردگی شرکت Erricson
UMB با سرکردگی شرکتQualcomm
WiMax با سرکردگی شرکت Intel
در این مورد در مورد WiMax صحبت میکنیم.
طبق نظر برخی شرکتها در مورد تکنولوژی3G/4G در بخش استراتژی شبکههای حاملWiMax نقش
Opportunity of WiMAX
for 4G
شکل 3-2-فرصت Wimaxبرای 4G
مهمی را در توسعه شبکههای موبایل ایفا میکند.
شبکههای Wimax در بسیاری از کشورها پیادهسازی شده است و روی طیف فرکانسی 3.5GHz کار میکند. البته این شبکهها در حالت ثابت استفاده میشوند ولی ورژن سیار آن نیز در باندهای 2.6GHz و 3.5GHz در حال آزمایش و راهاندازی است.
امروزه با توجه به آنچه ITU پذیرفته تا بعنوان IMT-2000 معرفی گردد این است که از OFDM در آن استفاده کنند که این خود باعث خواهد شد تا وضعیت WiMax همانند موبایل نسل 3 باشد. زمانی که میخواستند آن را گسترش دهند که این خود علامت خوبی برای یک تکنولوژی خواهد بود. محققین ABI میگویند که در اواخر 2007 WiMax موبایل به بازار ارائه خواهد شد و نقصهایی که در نسل 3 وجود داشت را خواهد پوشاند و با نسل 3 پیش از نسل 4, LTE , HSPA , HSPA+ رقابت خواهد کرد و این در حالی است که WiMax ثابت جایگاه خود را در تکمیل شبکههای سیمی و رقابت با DSL در مناطق شهری و حومه نشان داده است و برای کاربران نیز سرویسهای باند عریضی شامل VOIP , … را فراهم میکند که در ورژن سیار سرعت دیتاها قابل مقایسه با حالت ثابت خواهد بود. البته بسیاری نیز بر این باور هستند که موبایل نسل 3 قبلا امتحان خود را پس داده و موفقیت خود را اثبات کرده و نیز در بسیاری از نقاط پیادهسازی شده است.
آن سرمایه اولیهای که برای شروع راهاندازی نیاز دارد پرداخته و در مرحله بهره برداری میباشد، در حالی که Wimax هنوز در مراحل آزمایشی قرار دارد و امتیازات خود را اثبات نکرده است و هزینه اولی بالایی را برای دارندگان G3 جهت پیادهسازی Wimax تحمیل خواهد کرد.
بنابراین بهتر است که بجای تبدیل کردن موضوع 3G و4G به یک جنگ استانداردها که ویژگیها را خراب میکند، بدنبال پتانسیلهای تکمیلی میان تکنولوژیهای مختلف باشیم که قصد دارند زیر چتر ارتقا 3G به 4G قرار گیرند.
مدیریت شرکت Pioneer اعلام کرده است که در سناریو مدل کردن پیشرفتهای 4G، فهمیده اند که رشد سریع در تقاضا برای 4G، افزایش علاقه به سرویسها و کاربردهای بیسیم باند عریض را به همراه دارد که اثرات مثبتی را روی تقاضا برای بخش 3G نیز به همراه داشته و اینها همه درصورتی است که آینده 4G هنوز کاملاً مشخص نیست و بسیاری از مسائل حل نشده و در بخش R&D کمپانیها در حال کار هستند (مانند طیف فرکانس جهانی، ویژگیهای تجهیزات و…).
جنبه دیگری که برای Wimax مطرح گشته، استفاده در شبکه زیر ساخت میباشد.
امروزه چندین روش وجود دارد که فراهم کنندگان سرویسهای اینترنتی بصورت بیسیم می توانند سرویسهای باند عریض ارائه دهند. این ارائه سرویس باید بگونهای باشد که برای همه طبقات جامعه قابل استفاده باشند و مدل تجاری مناسبی را نیز تحت پوشش داشته باشند. اصراری نیست که بگوییم Wimax حتماً مسیر بسوی موبایل 4G خواهد بود، این در صورتی است که از Wimax بعنوان یک تکمیل کننده تکنولوژی WiFi استفاده کرد. حتی میتوان بعنوان یک گزینه برای تکیب با خطوط DSL ودر نتیجه اینترنت پر سرعت، کم هزینه مطرح کرد. در این حالتها میتوان بجای پوشش محدود در نقاط دسترسی یک پوشش تمام شهری را پشتیبانی کرد. امتیاز WiFi به Wimax، در دسترس بودن آن برای کاربران و هزینه کمتر آن است در حالی که Wimax بعنوان یک گزینه مسیر آخر بسیار با ارزش میباشد. در این حالت استفاده ،موقعیتی که امروزه Wimax در آن قرار دارد، شبیه مقعیتی است که WiFi در چند سال پیش در آن بود و اگر برنامهریزی صحیحی انجام بگیرد می توان با ترکیب تکنولوژی به مرزهای جغرافیایی دست یافت که به مناطق داغHZ60 معروف هستند.
آنچه باعث شده است تا بسیاری از شرکتها Wimax را انتخاب بکنند عبارت است از:
1. هماهنگی و تعامل میان فروشندگان و محصولاتشان
2. استفاده از طیف فرکانسی 2.5GHz که بسیاری از کمپانیها در این طیف ارائه محصول میکنند و با آن آشنا هستند.
3. همگرایی و عملکرد خوب و بسیار بالا
4. زمان موجود بیشتری برای بازاریابی و بدستآوردن بازارهای مناسب
ولی نقطه ضعف آن هم چند طیفی بودن باند فرکانسی آن است که باعث میشود که محصولات باند مخصوص بعلت نداشتن معافیت آن باند در دیگر کشورهای مختلف قابل فروش نباشد و نیز عدم تطبیق حالت سیار و ثابت در آن است.
امروزهWimax موبایل و ثابت شروع به نفوذ در بازارهاکردهاند و تا سال 2010 تعداد مشترکین بالایی را پشتیبانی خواهند کرد. ارزشهای Wimax در بخش زیر ساخت کاملاً قابل پیشبینی است و کارها و سرویسهای ابداعی زیادی برای پیشبینی تقاضا انجام گرفته است و نیز مدل سیار نیز بر اساس استفاده از عرض باند مناسب دارای تقاضا میباشد.
نتیجه این است که Wimax یک بازار مشترک را در چند سال آینده با رشد سریع همراه خواهد داشت، ولی به این زودیها قادر نیست که بازار غالب تکنولوژی موبایل را بدست گیرد.
روزگاری شبکههای 4G جایگزین شبکههای موبایل 2.5G و 3G موجود خواهند شد،این کار حتما قبل از پیادهسازی کامل نسل 3 اتفاق خواهد افتاد و این بعلت استانداردهای چندگانه 3G است که باعث گردیده تا این نسل موبایل نتواند بصورت جهانی گسترش یابد. در حالی که 4G پلی خواهد بود که شکاف میان مخابرات سلولی و LAN را پر خواهد کرد و باعث خواهد شد که شبکههای نیرومندی فراهم شود.
جدول3-1-مقایسه 3Gو4G
هند امروزه قصد دارد بدون پیادهسازی شبکههای 3G مستقیماً به پیادهسازی 4G بپردازد و نسل 3 موبایل را با پرش از روی آن کنار بگذارد
مراجع و منابع:
[1] Harry R.Anderson,Fixed Broadband Wireless System Design:"John
Wiley "& sons,LTD, Oregon, USA January, 2003
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/
[3] http://www.ieee802.org
[4] http://www.wifialliance.com
[5] http://www.wimaxforum.org
[6] IEEE Std 802.16e (IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment: Physical and Medium Access
Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum )
[7] http://www.Mobileinfo.com/logies Beyond 3G – 4G Vision, Concepts & Efforts
[8] http://www.wirelessdesign.com/The Path To 4G Will Take Many Turns
[9] http://www.netnews.com/Caribbean telecoms to invest in 4G wireless networks
[10] http://www.newscientist.com/4G prototypes reach blistering speeds
[11] Research Directions for Fourth Generation Wireless/BrianWoerner , Associate Professor & Associate Director Mobile and Portable Radio Research Group Department of Electrical and Computer Engineering
[12] http://www.myanalysis.com/ Prospects for the Evolution of 3G and 4G
[13] http://www.linuxdevices.com/4G wireless? Don't hold your breath!
[14] http://www.researchandmarket.com/Face-off: 4G vs. WiMax vs. WiFi
[15] MIGRATION TO 4G- .UBIQUITOUS BROADBAND ECONOMIC MODELING OF WI-FI WITH WIMAX.pdf
Vinoth Gunasekaran, Dr. Fotios C. Harmantzis,Stevens Institute of Technology Telecommunications Management
[16] http://www.m-indya.com/ Wireless Future -> 4G (4th generation of mobile networks)
[17]کبیری،مرتضی ومحمدرضا، مدیریت شبکه های بی سیم،چاپ اول ، انتشارات ارس رایانه ، تهران ١٣٨٨
[18] یغمایی مقدم ، محمد حسین ،رضایی،عباسعلی،نصب و راه اندازی شبکه های فیبرنوری و بی سیم،چاپ اول،انتشارات جهاددانشگاهی مشهد،بهار ١٣٨٦
– شرکت مشاوران طیف شریف، وایمکس تکنولوژی تجارت چشم انداز ، چاپ اول ، انتشارات هم پا ، تهران ،تیر ١٣8٨
[19] شبکه های دسترسی شهری بی سیم – حسین آجرلو
[20] پایگاه تخصصی برق و الکترونیک ایران http://www.electronews.ir
1- Digital Subscriber Line
2 — Institute of Electrical and Electronics Engineers
3 – Worldwide Interoperability for Microwave Access
4 – Point to Multi Point
5 – International Telecommunications Union
6 -Wide Lan Aria Network
7 – Orthogonal Frequency Division Multiplexing
8 – Line Of Sight
9 – Non LOS
10- Code Division Multiple Access
11 – Scalable OFDMA
12 -Base Station
13 – media Access Control
14 -Quadrature Phase Shift Keying
15 -Quadrature Amplitude Modulation
16-Time Division Duplexing
17 -Frequency Diversity Duplexing
18 -Digital Video Broadcast
19 -Fast Fourier Transform
20 -invers FFT
21 -Forward Error Correction
22 -Time Division Multiplexing
23 -Internet Protcol
24 -MAC Service Data Unit
25 -MAC Protocol Data Unit
26 -Automatic Request Query
27 -Quality Of Service
28- Subscriber Station
29 -Uplink
30 -Down Link
31 -Service Flow Identifier
32 -Mobile Station
33 -Adjacent Subscarier Method
34 -Access Service Network
35 -Connectivity Service Network
36 -Authentication Authority and Accounting
37 -Base Station Transceiver
38 -Base Station Controller
39-Serving GPRS Support Node
40 -Space Time Coding
41 -Asynchronous Transfer Mode
42 -Voice Over IP
43 -Advanced Encryption System
44 – Triple Data Encryption Standard
45 -Virtual Private Network
46 – Video on Demand
47 – third generation
48 – Long Term Evolution
49 – Evolution Data Optimized
50 – International Telecommunications Union
51 –Internatinal Mobile Telecommunicatiob
52 – Frequency Division Multiple Access
53 – Time Division Multiple Access
54 – Code Division Multiple Access
55 – Multiple Input Multiple Output
56 – Third Generation Partnership Program
57-Software Difine Radio
58 -Internet Engineering Task Force
59 -File Transfer Protocol
60 –hot Zones
—————
————————————————————
—————
————————————————————
ث
ج