وایمکس

بسم الله الرحمن الرحیم
موضوع:
وایمکس

وایمکس (WiMAX) چیست؟
وایمکس (WiMAX) یا هم کُنش پذیری جهانی برای دسترسی ریزموج (Worldwide Interoperability for Microwave Access)، پروتکل ارتباطی برای دسترسی پهن باند بی سیم بر پایه استاندارد IEEE 802.16 است. وایمکس امکان دسترسی به اینترنت را به هردو صورت ثابت و کاملاً سیار در یک ناحیه گسترده فراهم می آورد آخرین بازبینی وایمکس در سال 2010 امکان دسترسی با نرخ انتقال داده ۴۰ مگابیت بر ثانیه را عرضه کرده است. با استاندارد IEEE 802.16 انتظار می رود که سرعت انتقال تا یک گیگا بیت بر ثانیه افزایش یابد. نام وایمکس توسط انجمن وایمکس انتخاب شد که در سال ۲۰۰۱ برای ارتقای همنوایی و همکنش پذیری این استاندارد تاسیس شد. این انجمن وایمکس را به عنوان یک فناوری بر پایه استاندارد تعریف می کند که امکان دسترسی بی سیم پهن باند را به عنوان جایگزینی برای کابل و خطوط دی اس ال (DSL) ارائه می دهد.

ویژگی ها
برخی از مهم ترین ویژگی های فناوری وایمکس به شرح زیر است:
۱- نرخ انتقال داده بالا با استفاده از آنتن های MIMO (Multiple Input Multiple Output) به همراه زیر-کانال سازی انعطاف پذیر و کدگذاری و مدولاسیون پیشرفته، فناوری وایمکس را قادر می سازد تا به سرعت بارگیری تا 63 مگابیت بر ثانیه و بارگذاری تا 25 مگابیت بر ثانیه دست یابد. ۲- کیفیت سرویس (QoS) یکی از اصول معماری MAC در استاندارد IEEE 802.16 کیفیت سرویس است. این استاندارد جریان های سرویسی را تعریف می کند که می تواند به نقاط کد (DSCP) در سرویس های متمایز (DiffServ) و یا برچسب های جریان در MPLS نگاشته شوند.

۳- امنیت ویژگی های امنیتی وایمکس بر پایه پروتکل احراز هویت گسترش پذیر (EAP) و استاندارد رمزنگاری پیشرفته (AES) و پیام های کنترلی CMAC و کد اصالت سنجی پیام بر پایه درهم سازی بناشده اند.
۴- پوشش وسیع برجسته ترین ویژگی وایمکس پوشش گسترده آن نسبت به وای-فای است. در حال حاضر ازلحاظ نظری وایمکس می تواند محدوده ای به شعاع 30 مایل (50 کیلومتر) را پوشش دهد که اگرچه در عمل این مقدار به 10 کیلومتر می رسد، نسبت به فناوری های پیشین خود (مانند وای-فای) جهشی نسبتاً بزرگ است.

۵- سیار بودن دیگر ویژگی مهم وایمکس امکان اتصال در حین حرکت برای ایستگاه های سیار است. ۶- ایستگاه های واسطه امواج رادیویی وایمکس از ایستگاه های پایه به سوی مشترکین ارسال می شوند. در این ایستگاه ها سخت افزارهایی برای ارائه وایمکس در یک ناحیه محدود نصب شده اند. ازآنجاکه هر ایستگاه پایه ناحیه محدودی را پوشش می دهد بااتصال این ایستگاه ها به یکدیگر می توان ناحیه تحت پوشش را گسترش داد. ۷- دسترسی اتصال به ایستگاه های پایه وایمکس به سادگی صورت می پذیرد و نیاز به دانش فنی ندارد.

۸- مقیاس پذیری (Scalability) فناوری وایمکس به گونه ای طراحی شده است که در محدوده کانال های ۲۰MHz تا ۱٫۲۵ قادر به کار کردن است. از نتایج این امر راحتی پیاده سازی شبکه با ایجاد تغییرات جزئی در قسمت Air Interface می باشد و بسته به مدل مصرف بر اساس نوع سرویس و طیف فرکانسی آزاد، وایمکس قابل پیاده سازی در فرکانس های متفاوتی می باشد. این خصوصیت همچنین باعث می شود که محدوده کشورها بر اساس نیازمندی های منطقه ای مختلفشان برای مثال نیاز به دسترسی به اینترنت در شهر و با دسترسی پرظرفیت باند وسیع متحرک در متروها و حومه شهر قادر، به استفاده موثر و چندمنظوره ای از این فناوری باشند.

کاربردهای عملی وایمکس
پوشش وسیع و پهنای باند بالای وایمکس آن را برای کاربردهای زیر مناسب می سازد:
امکان اتصال پهن باند بی سیم در میان شهرها و کشورها از طریق طیف متنوعی از دستگاه ها
ارائه جایگزینی برای دسترسی پهن باند دی اس ال و کابلی
ارائه منبعی برای دسترسی به اینترنت برای به کارگیری در برنامه ریزی پیوستگی کسب وکار
ارائه سرویس های داده، مخابراتی (VOIP) و تلویزیون اینترنتی

پهن باند (Broadband)شرکت های متعددی در حال به کارگیری وایمکس برای ارائه اتصال پهن باند به هر دو صورت سیار و خانگی در سراسر نقاط شهرها و کشورهای مختلف هستند. در بسیاری از موارد این موضوع سبب بروز رقابت در بازارهایی که پیش ازاین تنها از فناوری های دی اس ال و مشابه آن استفاده می کردند شده است. علاوه بر این هزینه نسبتاً پایین پیاده سازی یک شبکه وایمکس (در مقایسه با جی اس ام، فیبر نوری و دی اس ال) امکان دسترسی پهن باند را در مناطقی که ازلحاظ اقتصادی امکان پذیر نبوده اند را فراهم می سازد.
 

بک هال (Backhaul)وایمکس می تواند جایگزینی برای فناوری های تلفن همراه مانند جی اس ام (GSM) و سی دی ام ای (CDMA) باشد. وایمکس ثابت نیز به عنوان فناوری بک هال بی سیم برای شبکه های 3G, 2G و 4G در کشورهای توسعه یافته و درحال توسعه محسوب می گردد. با استفاده از وایمکس می توان اتصال های نقطه به نقطه به طول 30 مایل (50 کیلومتر) و با نرخ انتقال داده ای که می تواند از چندین خط E1 و T1 پشتیبانی کند ایجاد کرد و بدین ترتیب از این فناوری برای اتصال ایستگاه های پایه به مراکز سوییچینگ استفاده نمود. ترافیک شبکه های تلفن همراه (سلولی) ترکیبی از صدا و داده است که ویژگی QoS ذاتی وایمکس برای این کاربرد بسیار مناسب است.
 

vسرویس سه گانه (Triple-Play)وایمکس با پشتیبانی از فناوری هایی چون کیفیت سرویس (QoS) و چندپخشی امکان ارائه سرویس های سه گانه را فراهم می کند. ازاین رو اپراتور وایمکس می تواند علاوه بر دسترسی پهن باند سریع به اینترنت، سرویس های VOIP و IPTV را نیز به مشتریان عرضه کند.

 شبکه های بانکیبانک های بزرگ می توانند برای اتصال شعبه ها و دستگاه های خودپرداز به یکدیگر از شبکه های خصوصی وایمکس استفاده کنند. این بانک ها معمولاً در نواحی وسیعی گسترده شده اند و نیاز به امنیت و پهنای باند بالا دارند که ویژگی های ذاتی وایمکس این نیاز را برطرف می سازد. علاوه بر این ها وایمکس می تواند در بسیاری از شبکه های خصوصی و عمومی دیگر مانند محوطه دانشگاه ها، محیط های آموزشی، شبکه های ایمنی عمومی (مانند آتش نشانی و پلیس) نیز به کار رود.
 

بهینه سازی هزینه هاازنقطه نظر سرمایه گذاری، توان عملیاتی (throughput) بالا و استفاده بهینه از طیف فرکانسی به اپراتور این امکان را می دهد که ترافیک بیشتری را منتقل کرده و تعداد ایستگاه پایه کمتری برای حجم داده مشخص موردنیاز باشد. تعداد BS های کمتر، هزینه های سرمایه ای شبکه را کاهش می دهد و هزینه نگهداری تجهیزات شبکه نیز پایین می آید که باعث پایین آمدن هزینه های عملیاتی نیز می گردد. همچنین به جهت ارزان تر بودن حق لیسانس برای فضای فرکانسی در مقایسه با سایر فناوری ها مانند UMTS نسل ۳ هزینه سرمایه ای نسبت به این فناوری ها پایین می آید که به دنبال آن نرخ تعرفه سرویس ها نیز کاهش می یابد.

تهیه زیرساخت های لازم برای اتصال از طریق اینترنت کابلی بسیار پر هزینه است، زیرا شرکت ها یا دولت ها باید هزینه سنگین نصب شبکه های متعدد برای رساندن کابل به واحدهای مختلف مسکونی یا اداری را متقبل شوند. همچنین فناوری DSL نیز نیاز به زیرساخت های مخابراتی خطوط تلفن ثابت دارد و همین امر سبب می شود، این فناوری بیشتر به شهرها محدود شده و بسیاری از روستاها یا نواحی بین شهری از دسترسی به اینترنت محروم باشند.
شاید اینترنتی با سرعت بالا و البته بدون نیاز به سیم که در عین حال مناطق گسترده ای را نیز تحت پوشش قرار می دهد، بتواند این مشکل را حل کند. فناوری وایمکس (WiMAX) برای حل این مشکلات وارد عرصه دیجیتال شد.
همان طور که شبکه های تلفن همراه می توانند اینترنت همراه را در اختیار مشترکان خود قرار دهند، شرکت های ارائه کننده خدمات وایمکس نیز می توانند اینترنت بی سیم را بدون نیاز به خط تلفن به مشتریان خود عرضه کنند.

شاید اینترنتی با سرعت بالا و البته بدون نیاز به سیم که در عین حال مناطق گسترده ای را نیز تحت پوشش قرار می دهد، بتواند این مشکل را حل کند. فناوری وایمکس (WiMAX) برای حل این مشکلات وارد عرصه دیجیتال شد.
همان طور که شبکه های تلفن همراه می توانند اینترنت همراه را در اختیار مشترکان خود قرار دهند، شرکت های ارائه کننده خدمات وایمکس نیز می توانند اینترنت بی سیم را بدون نیاز به خط تلفن به مشتریان خود عرضه کنند.

یک شبکه بی سیم گسترده
وایمکس شباهت زیادی به شبکه معمولی وای ـ فای دارد، با این تفاوت که گستره پوشش آن به مراتب بیشتر است و به این ترتیب می توان از آن در مناطقی که حتی شبکه تلفنی هم وجود ندارد، استفاده کرد. یک سیستم وایمکس دارای دو بخش عمده است که عبارتند از «دکل وایمکس» و «دریافت کننده وایمکس».

دکل وایمکس (WiMAX tower) شباهت زیادی به دکل های شبکه های تلفن همراه دارد. دکل وایمکس می تواند منطقه بسیار گسترده ای را تحت پوشش خود قرار دهد. دکل وایمکس از طریق کابل به شبکه اینترنت متصل می شود یا این که با اتصال به دکلی دیگر به تبادل داده می پردازد.
دریافت کننده وایمکس مودمی ساده است که باید به آنتن ویژه ای متصل شود. در برخی مدل ها از مودم های وایمکس، این آنتن درون مودم جای گرفته است.

پوشش و سرعت وایمکس
وایمکس، ساختاری کم و بیش مشابه با شبکه های وای ـ فای معمولی دارد. در شبکه وایمکس داده ها از طریق امواج رادیویی از رایانه ای به رایانه ای دیگر منتقل می شود. همچنین برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز دیگران به این داده ها، امواج به صورت رمزگذاری شده ارسال می شود.
سرعت انتقال داده ها در شبکه های وای ـ  فای کمتر از شبکه وایمکس است. با این حال اصلی ترین تفاوت میان وای ـ فای و وایمکس را باید در گستره پوشش شبکه ای آنها جست. شبکه وایمکس می تواند تا شعاع 30 کیلومتری از دکل را پوشش دهد، البته این میزان به فرکانس و نیز انرژی مورد استفاده بستگی دارد.
همچنین وضع جوی و اقلیمی، وجود ساختمان های بلند و
نیز عوامل دیگر می تواند سبب کاهش دامنه پوشش شبکه های وایمکس شود.

راه حلی برای کشورهای در حال توسعه
بسیاری از کشورهای در حال توسعه که از زیرساخت های مخابراتی برای دسترسی به اینترنت پرسرعت محروم هستند، به سمت شبکه وایمکس گرایش یافته و به این ترتیب امکان دسترسی ساکنان نواحی مختلف و بویژه نواحی روستایی و دورافتاده به اینترنت پرسرعت فراهم شده است.

مودم های وایمکس
مودم های ارائه شده از سوی شرکت های ارائه دهنده شبکه وایمکس به سه دسته اصلی تقسیم می شوند.

دسته اول مودم های فضای باز (Outdoor Modem) هستند. این مودم ها که معمولا قیمت بالاتری نسبت به مودم های دیگر دارند، عملکرد خوبی در دریافت امواج داشته و به همین دلیل برای مناطقی که پوشش امواج در آنها ضعیف تر است کاربردی تر خواهد بود. این مودم ها بزرگ تر از مودم های دیگر بوده و برای نصب بیرون از ساختمان طراحی شده اند و در نتیجه برای جابه جایی های مکرر مناسب نخواهند بود. همچنین برخی از این مودم ها قابلیت
وای ـ فای نداشته و حتما باید به وسیله کابل
به رایانه متصل شوند.

دست دوم مودم ها را مودم های داخلی (Indoor Modem) می نامند. این مودم ها قابل حمل بوده و می توان از آنها درون ساختمان نیز استفاده کرد. منبع تغذیه این مودم ها، برق شهری است.
باید توجه داشت که موقعیت محل استفاده، نقش مهمی در کیفیت امواج و در نتیجه حجم داده های دریافتی دارد.

سومین دسته از مودم ها را در
اصطلاح جیبی (Pocket Modem) می نامند.
این مودم ها از باتری کوچکی تغذیه کرده و براحتی
می توان به صورت بی سیم از آنها استفاده کرد.
البته این حجم کوچک سرانجام به بهای کاهش
کیفیت امواج دریافتی تمام می شود.

وایمکس در ایران
اکنون چند شرکت ایرانی، خدمات وایمکس را به مشترکان خود ارائه می دهند که در میان آنها دو شرکت «مبین نت» و «ایرانسل» بیشترین پوشش شبکه ای را دارند. کاربران این دو شرکت می توانند با توجه به نیاز خود، از میان مودم های مختلف یکی را انتخاب و به اینترنت با سرعت 128 کیلوبیت بر ثانیه تا دو مگابیت بر ثانیه دسترسی داشته باشند. همان طور که پیش از این نیز گفته شد، برای استفاده از شبکه وایمکس به خط تلفن نیازی نخواهد بود. گستره پوششی این دو شرکت نیز تفاوت هایی با هم دارد. شبکه وایمکس مبین نت شهرهای زیادی در همه استان های کشور را تحت پوشش قرار می دهد. وایمکس ایرانسل نیز شهرهایی در هفت استان تهران، البرز، آذربایجان شرقی، اصفهان، خراسان رضوی، فارس و خوزستان را زیر پوشش خود دارد.

سیستم WiMax از دو بخش تشکیل شده است :
WiMax Tower: برج وایمکس که مشابه برج های مخابراتی است و قادر به پوشش تا شعاع 30000 مایل مربع است (تقریباً 8 هزار کیلومتر مربع). WiMax Receiver: شامل آنتن گیرنده امواج مایکروویو، که میتواند برحسب موقعیت گیرنده از یک قطعه کوچک گیرنده Wi-Fiدر یک لپ تاپ تا گیرنده فرستنده داخلى در یک اداره متفاوت باشد. ایستگاه WiMax Tower به طور مستقیم به اینترنت باند پهن بالا از طریق اتصال سیمی متصل می شود. و نیز قادر است به یک WiMax Tower دوم (که اغلب Backhaul گفته می شود) متصل شود. از آنجایی که یک Tower منفرد تا 30000 مایل مربع پوشش می دهد، موجب پوشش تمام مناطق دور افتاده و روستایی بوسیله Wimax شده است.

ویژگی ها و مزایای فنی WiMax:
رنج فرکانس از 2GHZ تا 66GHZ
پهنای باند از1.5GHZ تا 20MGHZ
نرخ تبادل اطلاعات تا 70Mbps
تحت پوشش قرار دادن محدوده ای به شعاع 50Km

5. تبادل اطلاعات بین فرستنده و گیرنده به صورت line-of-sight و non-line-of-sight
6. امکان اتصال به لینک های کابلی DSL و T1/E1
7. قابلیت سازگاری با تکنولوژی هایی مانند Wi-Fi
8. پشتیبانی از توپولوژی های تحت استاندارد IEEE مانند Token Ring و نیز ساختارهایی خارج از استاندارد IEEE مانند LLC
 

انواع مودم های ایستگاه کاربر
مودم هایی که ایستگاه های کاری WiMAX می توانند از آنها برای ارتباط با شبکه استفاده کنند یا ,(CPE) به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
مودم های Indoor که در محل کار و منازل قابل استفاده اند.
مودم های Outdoor که در بلندترین محل های ساختمان، خارج از محیط کار و یا منزل، بر روی یک میله یا دکل نصب و استفاده میشود.
تفاوت عمده این دو نوع مودم در قدرت فرستنده و گیرنده RF آنها است.
مودم های Indoor توان کمتری نسبت به مودم های Outdoor دارند بنابراین استفاده از آنها در داخل منزل بلا مانع است