WiMAX - Guida rapida

Wireless significa trasmettere segnali utilizzando le onde radio come mezzo invece dei cavi. Le tecnologie wireless vengono utilizzate per attività semplici come spegnere la televisione o complesse come fornire alla forza vendita le informazioni da un'applicazione aziendale automatizzata mentre si è sul campo. Ora tastiere e mouse cordless, PDA, cercapersone e telefoni cellulari e digitali sono diventati parte della nostra vita quotidiana.

Di seguito vengono fornite alcune delle caratteristiche intrinseche dei sistemi di comunicazione wireless che lo rendono attraente per gli utenti:

Mobility - Un sistema di comunicazione wireless consente agli utenti di accedere alle informazioni al di là della propria scrivania e di condurre gli affari da qualsiasi luogo senza disporre di una connettività cablata.
Reachability - I sistemi di comunicazione wireless consentono alle persone di rimanere in contatto e di essere raggiungibili, indipendentemente dalla posizione da cui operano.
Simplicity- Il sistema di comunicazione wireless è facile e veloce da implementare rispetto alla rete cablata. Il costo di installazione iniziale potrebbe essere un po 'alto, ma altri vantaggi superano tale costo elevato.
Maintainability - In un sistema wireless, non è necessario spendere troppo tempo e costi per mantenere la configurazione della rete.
Roaming Services - Utilizzando un sistema di rete wireless, puoi fornire servizi ovunque in qualsiasi momento, inclusi treni, autobus, aeroplani, ecc.
New Services - I sistemi di comunicazione wireless forniscono vari servizi intelligenti come SMS e MMS.

Topologie di rete wireless

Esistono fondamentalmente tre modi per configurare una rete wireless:

Ponte punto a punto

Come sapete, un bridge viene utilizzato per collegare due reti. Un ponte punto a punto collega due edifici con reti diverse. Ad esempio, un bridge LAN wireless può interfacciarsi con una rete Ethernet direttamente a un particolare punto di accesso (come mostrato nell'immagine seguente).

Ponte punto-multipunto

Questa topologia viene utilizzata per collegare tre o più LAN che possono trovarsi su piani diversi in un edificio o tra edifici (come mostrato nell'immagine seguente).

Rete mesh o ad hoc

Questa rete è una rete locale indipendente che non è collegata a un'infrastruttura cablata e in cui tutte le stazioni sono collegate direttamente tra loro (come mostrato nell'immagine seguente).

Tecnologie wireless

Le tecnologie wireless possono essere classificate in modi diversi a seconda della loro portata. Ogni tecnologia wireless è progettata per servire uno specifico segmento di utilizzo. I requisiti per ogni segmento di utilizzo si basano su una varietà di variabili, incluse le esigenze di larghezza di banda, le esigenze di distanza e l'alimentazione.

Rete Wireless Wide Area (WWAN)

Questa rete consente di accedere a Internet tramite una scheda di accesso WWAN (Wireless Wide Area Network) e un PDA o un laptop.

Queste reti forniscono una velocità di trasmissione dati molto elevata rispetto alle velocità di trasmissione dati della tecnologia delle telecomunicazioni mobili e anche la loro portata è ampia. Le reti cellulari e mobili basate su CDMA e GSM sono buoni esempi di WWAN.

Wireless Personal Area Network (WPAN)

Queste reti sono molto simili alla WWAN tranne per il fatto che la loro portata è molto limitata.

Rete locale wireless (WLAN)

Questa rete consente di accedere a Internet in hotspot localizzati tramite una scheda di accesso WLAN (Wireless Local Area Network) e un PDA o un laptop.

È un tipo di rete locale che utilizza onde radio ad alta frequenza anziché fili per comunicare tra i nodi.

Queste reti forniscono una velocità di trasmissione dati molto elevata rispetto alle velocità di trasmissione dati della tecnologia di telecomunicazioni mobili e la loro portata è molto limitata. Il Wi-Fi è l'esempio più diffuso e popolare di tecnologia WLAN.

Wireless Metropolitan Area Network (WMAN)

Questa rete consente di accedere a Internet e ai servizi di streaming multimediale tramite una rete geografica wireless (WRAN).

Queste reti forniscono una velocità di trasmissione dati molto elevata rispetto alle velocità di trasmissione dati della tecnologia di telecomunicazione mobile e di altre reti wireless e anche la loro portata è ampia.

Problemi con le reti wireless

Ci sono i seguenti tre problemi principali con le reti wireless.

Quality of Service (QoS)- Una delle principali preoccupazioni sulla consegna dei dati wireless è che, a differenza di Internet tramite servizi cablati, la QoS è inadeguata. Pacchetti persi e interferenze atmosferiche sono problemi ricorrenti dei protocolli wireless.
Security Risk- Questo è un altro grosso problema con un trasferimento di dati su una rete wireless. Meccanismi di sicurezza di rete di base come il Service Set Identifier (SSID) e Wireless Equivalency Privacy (WEP); queste misure possono essere adeguate per le residenze e le piccole imprese, ma sono inadeguate per gli enti che richiedono maggiore sicurezza.
Reachable Range- Normalmente, la rete wireless offre un raggio di circa 100 metri o inferiore. La portata è una funzione del design e della potenza dell'antenna. Ora un giorno la portata del wireless è estesa a decine di miglia, quindi questo non dovrebbe più essere un problema.

Accesso wireless a banda larga (WBA)

Il wireless a banda larga è una tecnologia che promette una connessione ad alta velocità via etere. Utilizza le onde radio per trasmettere e ricevere dati direttamente da e verso i potenziali utenti ogni volta che lo desiderano. Tecnologie come 3G, Wi-Fi, WiMAX e UWB lavorano insieme per soddisfare le esigenze specifiche dei clienti.

WBA è un sistema punto-multipunto costituito da stazione base e apparecchiature per abbonati. Invece di utilizzare la connessione fisica tra la stazione base e l'abbonato, la stazione base utilizza un'antenna esterna per inviare e ricevere dati ad alta velocità e apparecchiature voce-abbonato.

WBA offre una soluzione efficace e complementare alla banda larga cablata, che è stata riconosciuta a livello mondiale da un'alta percentuale della popolazione.

Cos'è il Wi-Fi?

Wi-Fi sta per Wisollievo Fidelity. Il Wi-Fi si basa sulla famiglia di standard IEEE 802.11 ed è principalmente una tecnologia di rete locale (LAN) progettata per fornire una copertura a banda larga all'interno degli edifici.

Per maggiori dettagli sul Wi-Fi, guarda il nostro Tutorial Wi-Fi .

WiMAX è una delle tecnologie wireless a banda larga più calde oggi disponibili. I sistemi WiMAX dovrebbero fornire servizi di accesso a banda larga a clienti residenziali e aziendali in modo economico.

In generale, WiMax è una versione wireless standardizzata di Ethernet intesa principalmente come alternativa alle tecnologie cablate (come modem via cavo, collegamenti DSL e T1 / E1) per fornire accesso a banda larga alle sedi dei clienti.

Più rigorosamente, WiMAX è un'organizzazione commerciale del settore formata da aziende leader di comunicazioni, componenti e apparecchiature per promuovere e certificare la compatibilità e l'interoperabilità delle apparecchiature di accesso wireless a banda larga conformi agli standard IEEE 802.16 ed ETSI HIPERMAN.

WiMAX funzionerebbe in modo simile al WiFi, ma a velocità più elevate su distanze maggiori e per un numero maggiore di utenti. WiMAX ha la capacità di fornire servizi anche in aree difficili da raggiungere per l'infrastruttura cablata e la capacità di superare i limiti fisici dell'infrastruttura cablata tradizionale.

WiMAX è stata costituita nell'aprile 2001, in previsione della pubblicazione delle specifiche IEEE 802.16 10-66 GHz originali. WiMAX sta a 802.16 come WiFi Alliance sta a 802.11.

WiMAX è

Acronimo di Worldwide Interoperability for Microwave Access.
Basato sulla tecnologia Wireless MAN.
Una tecnologia wireless ottimizzata per la fornitura di servizi IP centric su una vasta area.
Una piattaforma wireless scalabile per costruire reti a banda larga alternative e complementari.
Una certificazione che denota l'interoperabilità delle apparecchiature costruite secondo lo standard IEEE 802.16 o compatibile. Il gruppo di lavoro IEEE 802.16 sviluppa standard che affrontano due tipi di modelli di utilizzo:
- Un modello di utilizzo fisso (IEEE 802.16-2004).
- Un modello di utilizzo portatile (IEEE 802.16e).

Cos'è 802.16a?

WiMAX è un termine così facile che le persone tendono a usarlo per gli standard e la tecnologia 802.16 stesse, sebbene si applichi strettamente solo ai sistemi che soddisfano specifici criteri di conformità stabiliti dal Forum WiMAX.

Lo standard 802.16a per 2-11 GHz è una tecnologia MAN (Wireless Metropolitan Area Network) che fornirà connettività wireless a banda larga a dispositivi fissi, portatili e nomadi.

Può essere utilizzato per connettere gli hot spot 802.11 a Internet, fornire la connettività del campus e fornire un'alternativa wireless al cavo e alla DSL per l'accesso a banda larga dell'ultimo miglio.

Velocità e portata WiMax

Si prevede che WiMAX offra inizialmente fino a circa 40 Mbps di capacità per canale wireless per applicazioni fisse e portatili, a seconda della particolare configurazione tecnica scelta, sufficiente per supportare centinaia di aziende con connettività a velocità T-1 e migliaia di residenze con connettività a velocità DSL . WiMAX può supportare voce, video e dati Internet.

WiMax è stato sviluppato per fornire accesso wireless a banda larga agli edifici, in competizione con le reti cablate esistenti o da solo in aree rurali attualmente non servite o scarsamente popolate. Può anche essere utilizzato per connettere hotspot WLAN a Internet. WiMAX ha anche lo scopo di fornire connettività a banda larga ai dispositivi mobili. Non sarebbe veloce come in queste applicazioni fisse, ma le aspettative sono per una capacità di circa 15 Mbps in un'area di copertura cellulare di 3 km.

Con WiMAX, gli utenti potrebbero davvero liberarsi dagli odierni accordi di accesso a Internet ed essere in grado di andare online a velocità di banda larga, quasi ovunque desiderino all'interno di una MetroZone.

WiMAX potrebbe potenzialmente essere implementato in una varietà di bande di spettro: 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,5 GHz e 5,8 GHz

Perché WiMax?

WiMAX può soddisfare una varietà di esigenze di accesso. Le potenziali applicazioni includono l'estensione delle capacità della banda larga per avvicinarle agli abbonati, colmare le lacune nei servizi via cavo, DSL e T1, WiFi e backhaul cellulare, fornendo l'accesso degli ultimi 100 metri dalla fibra al marciapiede e offrendo ai fornitori di servizi un'altra opzione conveniente per supportare i servizi a banda larga.
WiMAX è in grado di supportare soluzioni con larghezza di banda molto elevata laddove si desiderano implementazioni ad ampio spettro (cioè> 10 MHz) utilizzando l'infrastruttura esistente mantenendo bassi i costi fornendo la larghezza di banda necessaria per supportare una gamma completa di servizi multimediali di alto valore.
WiMAX può aiutare i fornitori di servizi a soddisfare molte delle sfide che devono affrontare a causa delle crescenti richieste dei clienti senza scartare gli investimenti nell'infrastruttura esistente perché ha la capacità di interoperare senza problemi su vari tipi di rete.
WiMAX è in grado di fornire una copertura di un'ampia area e funzionalità di qualità del servizio per applicazioni che vanno dal VoIP (VoIP) sensibile al ritardo in tempo reale allo streaming video in tempo reale e download non in tempo reale, assicurando che gli abbonati ottengano le prestazioni che aspettarsi per tutti i tipi di comunicazioni.
WiMAX, che è una tecnologia a banda larga wireless basata su IP, può essere integrata sia in reti mobili che wireless e cablate di terza generazione (3G) ad ampia area, consentendo di diventare parte di una soluzione di accesso a banda larga sempre e ovunque.

In definitiva, WiMAX è destinato a servire come il prossimo passo nell'evoluzione dei telefoni cellulari 3G, attraverso una potenziale combinazione di standard WiMAX e CDMA chiamata 4G.

Obiettivi WiMAX

Uno standard di per sé non è sufficiente per consentire l'adozione di massa. WiMAX si è fatto avanti per aiutare a risolvere gli ostacoli all'adozione, come l'interoperabilità e il costo di implementazione. WiMAX aiuterà ad accendere il settore MAN wireless definendo e conducendo test di interoperabilità ed etichettando i sistemi dei fornitori con un'etichetta "WiMAX Certified ™" una volta che i test sono stati completati con successo.

WiMAX è simile allo standard wireless noto come Wi-Fi, ma su scala molto più ampia e a velocità più elevate. Una versione nomade manterrebbe i dispositivi abilitati WiMAX collegati su grandi aree, proprio come i telefoni cellulari di oggi. Possiamo confrontarlo con il Wi-Fi in base ai seguenti fattori.

Standard IEEE

Il Wi-Fi è basato sullo standard IEEE 802.11 mentre WiMAX è basato su IEEE 802.16. Tuttavia, entrambi sono standard IEEE.

Gamma

Il Wi-Fi in genere fornisce l'accesso alla rete locale per poche centinaia di piedi con una velocità fino a 54 Mbps, una singola antenna WiMAX dovrebbe avere una portata fino a 40 miglia con una velocità di 70 Mbps o più. In quanto tale, WiMAX può portare la connessione Internet sottostante necessaria per servire le reti Wi-Fi locali.

Scalabilità

Il Wi-Fi è destinato alle applicazioni LAN, gli utenti scalano da uno a decine con un abbonato per ogni dispositivo CPE. Dimensioni del canale fisse (20 MHz).

WiMAX è progettato per supportare in modo efficiente da uno a centinaia di apparecchiature per i clienti (CPE), con abbonati illimitati dietro ogni CPE. Dimensioni dei canali flessibili da 1,5 MHz a 20 MHz.

Velocità in bit

Il Wi-Fi funziona a 2,7 bps / Hz e può raggiungere un picco fino a 54 Mbps nel canale a 20 MHz.

WiMAX funziona a 5 bps / Hz e può raggiungere un picco fino a 100 Mbps in un canale da 20 MHz.

Qualità del servizio

Wi-Fi non garantisce alcun QoS ma WiMax fornirà i tuoi diversi livelli di QoS.

In quanto tale, WiMAX può portare la connessione Internet sottostante necessaria per servire le reti Wi-Fi locali. Il Wi-Fi non fornisce una banda larga ubiqua mentre WiMAX lo fa.

Tavola di comparazione

Freature	WiMax (802.16a)	Wi-Fi (802.11b)	Wi-Fi (802.11a / g)
Primario Applicazione	Wireless a banda larga Accesso	LAN senza fili	LAN senza fili
Banda di frequenza	Concesso in licenza / senza licenza Da 2 G a 11 GHz	ISM a 2,4 GHz	ISM a 2,4 GHz (g) 5 GHz U-NII (a)
Canale Larghezza di banda	Regolabile Da 1,25 M a 20 MHz	25 MHz	20 MHz
Half / Full Duplex	Pieno	Metà	Metà
Tecnologia radio	OFDM (256 canali)	Sequenza diretta Spread Spectrum	OFDM (64 canali)
Larghezza di banda Efficienza	<= 5 bps / Hz	<= 0,44 bps / Hz	<= 2,7 bps / Hz
Modulazione	BPSK, QPSK, 16, 64, 256 QAM	QPSK	BPSK, QPSK, 16-, 64-QAM
FEC	Codice convoluzionale Reed-Solomon	Nessuna	Codice convoluzionale
Crittografia	Obbligatorio - 3DES Opzionale: AES	Opzionale - RC4 (AES in 802.11i)	Opzionale - RC4 (AES in 802.11i)
Mobilità	WiMax mobile (802.16e)	In via di sviluppo	In via di sviluppo
Maglia	sì	Venditore Proprietario	Proprietà del fornitore
Protocollo di accesso	Richiesta / concessione	CSMA / CA	CSMA / CA

WiMAX è una soluzione wireless a banda larga che offre un ricco set di funzionalità con molta flessibilità in termini di opzioni di implementazione e potenziali offerte di servizi. Alcune delle caratteristiche più salienti che meritano di essere evidenziate sono le seguenti:

Due tipi di servizi

WiMAX può fornire due forme di servizio wireless:

Non-line-of-sight- il servizio è una sorta di servizio WiFi. Qui una piccola antenna sul tuo computer si collega alla torre WiMAX. In questa modalità, WiMAX utilizza una gamma di frequenza inferiore, da 2 GHz a 11 GHz (simile al WiFi).
Line-of-sight- servizio, in cui un'antenna parabolica fissa punta direttamente verso la torre WiMAX da un tetto o da un palo. La connessione in linea di vista è più forte e più stabile, quindi è in grado di inviare molti dati con meno errori. Le trasmissioni in linea ottica utilizzano frequenze più alte, con gamme che raggiungono i 66 GHz possibili.

Livello fisico basato su OFDM

Il livello fisico WiMAX (PHY) si basa sul multiplexing a divisione di frequenza ortogonale, uno schema che offre una buona resistenza al multipath e consente a WiMAX di operare in condizioni NLOS.

Velocità di trasmissione dati di picco molto elevate

WiMAX è in grado di supportare velocità di trasmissione dati molto elevate. In effetti, la velocità massima dei dati PHY può raggiungere i 74 Mbps quando si opera utilizzando uno spettro ampio di 20 MHz.

Più tipicamente, utilizzando uno spettro di 10 MHz che opera utilizzando uno schema TDD con un rapporto tra downlink e uplink 3: 1, la velocità di trasmissione dei dati PHY di picco è di circa 25 Mbps e 6,7 Mbps per il downlink e l'uplink, rispettivamente.

Larghezza di banda scalabile e supporto per velocità dati

WiMAX ha un'architettura a livello fisico scalabile che consente alla velocità di trasmissione dati di scalare facilmente con la larghezza di banda del canale disponibile.

Ad esempio, un sistema WiMAX può utilizzare FFT a 128, 512 o 1.048 bit (trasformate veloci di Fourier) a seconda che la larghezza di banda del canale sia rispettivamente di 1,25 MHz, 5 MHz o 10 MHz. Questa scalabilità può essere eseguita dinamicamente per supportare il roaming degli utenti su reti diverse che potrebbero avere allocazioni di larghezza di banda diverse.

Modulazione e codifica adattiva (AMC)

WiMAX supporta una serie di schemi di codifica di modulazione e correzione di errore in avanti (FEC) e consente di modificare lo schema in base all'utente e per frame, in base alle condizioni del canale.

AMC è un meccanismo efficace per massimizzare il throughput in un canale variabile nel tempo.

Ritrasmissioni a livello di collegamento

WiMAX supporta le richieste di ritrasmissione automatica (ARQ) a livello di collegamento per le connessioni che richiedono una maggiore affidabilità. Le connessioni abilitate per ARQ richiedono che ogni pacchetto trasmesso venga riconosciuto dal ricevitore; si presume che i pacchetti non riconosciuti vadano persi e vengano ritrasmessi.

Supporto per TDD e FDD

IEEE 802.16-2004 e IEEE 802.16e-2005 supportano sia il duplex a divisione di tempo che il duplex a divisione di frequenza, nonché un FDD half-duplex, che consente un'implementazione del sistema a basso costo.

WiMAX utilizza OFDM

Mobile WiMAX utilizza l'accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) come tecnica di accesso multiplo, per cui a utenti diversi possono essere assegnati diversi sottoinsiemi dei toni OFDM.

Allocazione delle risorse flessibile e dinamica per utente

Sia l'allocazione delle risorse di uplink che di downlink sono controllate da uno scheduler nella stazione di base. La capacità viene condivisa tra più utenti in base alla domanda, utilizzando uno schema TDM burst.

Supporto per tecniche di antenna avanzate

La soluzione WiMAX ha una serie di ganci integrati nel design del livello fisico, che consente l'uso di tecniche con più antenne, come il beamforming, la codifica spazio-temporale e il multiplexing spaziale.

Supporto per la qualità del servizio

Il livello MAC WiMAX ha un'architettura orientata alla connessione progettata per supportare una varietà di applicazioni, inclusi servizi vocali e multimediali.

Il sistema WiMAX offre supporto per bit rate costante, bit rate variabile, flussi di traffico in tempo reale e non in tempo reale, oltre al traffico dati best-effort.

WiMAX MAC è progettato per supportare un gran numero di utenti, con più connessioni per terminale, ciascuna con il proprio requisito QoS.

Sicurezza robusta

WiMAX supporta una crittografia avanzata, utilizzando Advanced Encryption Standard (AES) e dispone di un robusto protocollo di gestione della privacy e delle chiavi.

Il sistema offre anche un'architettura di autenticazione molto flessibile basata su Extensible Authentication Protocol (EAP), che consente una varietà di credenziali utente, inclusi nome utente / password, certificati digitali e smart card.

Supporto per la mobilità

La variante mobile WiMAX del sistema dispone di meccanismi per supportare passaggi sicuri e senza interruzioni per applicazioni di mobilità completa tolleranti ai ritardi, come il VoIP.

Architettura basata su IP

Il WiMAX Forum ha definito un'architettura di rete di riferimento basata su una piattaforma interamente IP. Tutti i servizi end-to-end vengono forniti su un'architettura IP che si basa su protocolli basati su IP per trasporto end-to-end, QoS, gestione delle sessioni, sicurezza e mobilità.

Un sistema WiMAX è costituito da due parti principali:

Una stazione base WiMAX.
Un ricevitore WiMAX.

Stazione base WiMAX

Una stazione base WiMAX è costituita da componenti elettronici interni e da una torre WiMAX simile nel concetto a una torre per telefoni cellulari. Una stazione base WiMAX può fornire copertura a un'area molto ampia fino a un raggio di 6 miglia. Qualsiasi dispositivo wireless all'interno dell'area di copertura sarebbe in grado di accedere a Internet.

Le stazioni base WiMAX utilizzerebbero il livello MAC definito nello standard, un'interfaccia comune che rende le reti interoperabili e allocherebbe la larghezza di banda di uplink e downlink agli abbonati in base alle loro esigenze, essenzialmente su base in tempo reale.

Ciascuna stazione base fornisce una copertura wireless su un'area chiamata cella. Teoricamente, il raggio massimo di una cella è di 50 km o 30 miglia, tuttavia, considerazioni pratiche lo limitano a circa 10 km o 6 miglia.

Ricevitore WiMAX

Un ricevitore WiMAX può avere un'antenna separata o potrebbe essere un box autonomo o una scheda PCMCIA inserita nel tuo laptop o computer o qualsiasi altro dispositivo. Questo è anche indicato come attrezzatura per la sede del cliente (CPE).

La stazione base WiMAX è simile all'accesso a un punto di accesso wireless in una rete WiFi, ma la copertura è maggiore.

Backhaul

Una stazione tower WiMAX può connettersi direttamente a Internet utilizzando una connessione cablata a larghezza di banda elevata (ad esempio, una linea T3). Può anche connettersi a un'altra torre WiMAX utilizzando un collegamento a microonde in linea d'aria.

Il backhaul si riferisce sia alla connessione dal punto di accesso alla stazione di base sia alla connessione dalla stazione di base alla rete centrale.

È possibile collegare tra loro più stazioni base utilizzando collegamenti a microonde di backhaul ad alta velocità. Ciò consentirebbe anche il roaming da parte di un abbonato WiMAX da un'area di copertura della stazione base a un'altra, simile al roaming abilitato dai telefoni cellulari.

Lo standard IEEE 802.16e-2005 fornisce l'interfaccia aerea per WiMAX, ma non definisce l'intera rete WiMAX end-to-end. Il Network Working Group (NWG) del WiMAX Forum è responsabile dello sviluppo dei requisiti di rete, dell'architettura e dei protocolli end-to-end per WiMAX, utilizzando IEEE 802.16e-2005 come interfaccia aerea.

WiMAX NWG ha sviluppato un modello di riferimento di rete per fungere da framework di architettura per le distribuzioni WiMAX e per garantire l'interoperabilità tra le varie apparecchiature e operatori WiMAX.

Il modello di riferimento della rete prevede un'architettura di rete unificata per supportare implementazioni fisse, nomadi e mobili e si basa su un modello di servizio IP. Di seguito è riportata un'illustrazione semplificata di un'architettura di rete WiMAX basata su IP. La rete complessiva può essere logicamente suddivisa in tre parti:

Mobile Stations (MS) utilizzate dall'utente finale per accedere alla rete.
La rete di servizi di accesso (ASN), che comprende una o più stazioni base e uno o più gateway ASN che formano la rete di accesso radio all'edge.
Connectivity service network (CSN), che fornisce connettività IP e tutte le funzioni di rete di base IP.

Il modello di riferimento di rete sviluppato dal WiMAX Forum NWG definisce un numero di entità funzionali e interfacce tra queste entità. La figura seguente mostra alcune delle entità funzionali più importanti.

Base station (BS)- La BS è responsabile della fornitura dell'interfaccia aerea allo Stato membro. Ulteriori funzioni che possono far parte del BS sono le funzioni di gestione della micro mobilità, come l'attivazione dell'handoff e la creazione di tunnel, la gestione delle risorse radio, l'applicazione dei criteri QoS, la classificazione del traffico, il proxy DHCP (Dynamic Host Control Protocol), la gestione delle chiavi, la gestione delle sessioni e gestione del gruppo multicast.
Access service network gateway (ASN-GW)- Il gateway ASN normalmente funge da punto di aggregazione del traffico di livello 2 all'interno di un ASN. Ulteriori funzioni che possono far parte del gateway ASN includono la gestione della posizione intra-ASN e il cercapersone, la gestione delle risorse radio e il controllo dell'ammissione, la memorizzazione nella cache dei profili degli abbonati e delle chiavi di crittografia, la funzionalità del client AAA, la creazione e la gestione del tunnel di mobilità con le stazioni base , QoS e applicazione dei criteri, funzionalità agente esterno per IP mobile e instradamento al CSN selezionato.
Connectivity service network (CSN)- Il CSN fornisce connettività a Internet, ASP, altre reti pubbliche e reti aziendali. Il CSN è di proprietà di NSP e include server AAA che supportano l'autenticazione per dispositivi, utenti e servizi specifici. Il CSN fornisce anche la gestione dei criteri per utente di QoS e sicurezza. Il CSN è anche responsabile della gestione degli indirizzi IP, del supporto per il roaming tra diversi NSP, della gestione della posizione tra gli ASN e della mobilità e del roaming tra gli ASN.

Il framework dell'architettura WiMAX consente la scomposizione flessibile e / o la combinazione di entità funzionali durante la costruzione delle entità fisiche. Ad esempio, l'ASN può essere scomposto in ricetrasmettitori stazione base (BST), controller stazione base (BSC) e un ASNGW analogo al modello GSM di BTS, BSC e Nodo di supporto GPRS di servizio (SGSN).

WiMAX è una tecnologia basata sulle specifiche IEEE 802.16 per consentire la fornitura di accesso wireless a banda larga dell'ultimo miglio come alternativa al cavo e alla DSL. Il design della rete WiMAX si basa sui seguenti principi principali:

Spectrum - in grado di essere distribuito in spettri sia con licenza che senza licenza.
Topology - supporta diverse topologie RAN (Radio Access Network).
Interworking - Architettura RAN indipendente per consentire una perfetta integrazione e interazione con le reti WiFi, 3GPP e 3GPP2 e la rete centrale dell'operatore IP esistente.
IP connectivity - supporta una combinazione di interconnessioni di rete IPv4 e IPv6 nei client e nei server delle applicazioni.
Mobility management - possibilità di estendere l'accesso fisso alla mobilità e l'erogazione di servizi multimediali a banda larga.

WiMAX ha definito due profili di sistema MAC: l'ATM di base e l'IP di base. Hanno anche definito due profili di sistema PHY primari, il canale a larghezza di 25 MHz per l'uso in (distribuzioni negli Stati Uniti) la gamma 10,66 GHz e il canale a larghezza di 28 MHz per l'uso in (implementazioni europee) la gamma di 10,66 GHz.

I livelli WiMAX fisico e MAC sono spiegati in capitoli separati di questo tutorial.

Il gruppo di lavoro tecnico WiMAX sta definendo i profili di sistema MAC e PHY per gli standard IEEE 802.16a e HiperMan. Il profilo MAC include una versione basata su IP sia per MAN wireless (con licenza) che per HUMAN wireless (esente da licenza).

Lo standard IEEE 802.16 è stato progettato per evolversi come un insieme di standard di interfacce aeree per WMAN basati su un protocollo MAC comune, ma con specifiche del livello fisico dipendenti dallo spettro di utilizzo e dalle normative associate.

Il framework WiMAX si basa su diversi principi fondamentali:

Supporto per diverse topologie RAN.
Interfacce ben definite per consentire l'indipendenza dall'architettura RAN 802.16, consentendo al contempo l'integrazione e l'interazione senza interruzioni con le reti WiFi, 3GPP3 e 3GPP2.
Sfrutta le tecnologie IP aperte e definite da IETF per creare reti di accesso 802.16 tutto IP scalabili utilizzando apparecchiature COTS (standard off the shelf).
Supporto per client e server applicazioni IPv4 e IPv6, che consiglia l'uso di IPv6 nell'infrastruttura.
Estensibilità funzionale per supportare la futura migrazione verso la piena mobilità e la fornitura di ricchi contenuti multimediali a banda larga.

Il livello fisico WiMAX si basa sul multiplexing a divisione di frequenza ortogonale. OFDM è lo schema di trasmissione scelto per abilitare comunicazioni dati, video e multimediali ad alta velocità ed è utilizzato da una varietà di sistemi a banda larga commerciali, tra cui DSL, Wi-Fi, Digital Video Broadcast-Handheld (DVB-H) e MediaFLO , oltre a WiMAX.

OFDM è uno schema elegante ed efficiente per la trasmissione ad alta velocità di dati in un ambiente radio non in linea di vista o multipath.

Modulazione adattiva e codifica in WiMAX

WiMAX supporta una varietà di schemi di modulazione e codifica e consente allo schema di cambiare raffica per raffica per collegamento, a seconda delle condizioni del canale. Utilizzando l'indicatore di feedback della qualità del canale, il cellulare può fornire alla stazione base un feedback sulla qualità del canale di downlink. Per l'uplink, la stazione base può stimare la qualità del canale, in base alla qualità del segnale ricevuto.

La tabella seguente fornisce un elenco dei vari schemi di modulazione e codifica supportati da WiMAX -

	Downlink	Uplink
Modulazione	BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM; BPSK opzionale per OFDMA-PHY	BPSK, QPSK, 16 QAM; 64 QAM opzionale
Codifica	Obbligatorio: codici convoluzionali al tasso 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 Opzionale: codici turbo convoluzionali a velocità 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; codici di ripetizione a velocità 1/2, 1/3, 1/6, LDPC, codici RS per OFDM-PHY	Obbligatorio: codici convoluzionali al tasso 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 Opzionale: codici turbo convoluzionali a velocità 1/2, 2/3, 3/4, 5/6; codici di ripetizione a velocità 1/2, 1/3, 1/6, LDPC

Velocità dati livello PHY

Poiché il livello fisico di WiMAX è abbastanza flessibile, le prestazioni della velocità dei dati variano in base ai parametri operativi. I parametri che hanno un impatto significativo sulla velocità dei dati a livello fisico sono la larghezza di banda del canale e lo schema di modulazione e codifica utilizzato. Anche altri parametri, come il numero di sottocanali, il tempo di guardia OFDM e la frequenza di sovracampionamento, hanno un impatto.

Di seguito è riportata la velocità dati del livello PHY a varie larghezze di banda del canale, nonché schemi di modulazione e codifica.

OFDM appartiene a una famiglia di schemi di trasmissione chiamati modulazione multicarrier, che si basa sull'idea di dividere un determinato flusso di dati ad alta velocità in bit in diversi flussi paralleli a velocità di trasmissione inferiore e modulando ogni flusso su portanti separate, spesso chiamate sottoportanti o toni .

Gli schemi di modulazione multicarrier eliminano o riducono al minimo l'interferenza inter-simbolo (ISI) rendendo il tempo del simbolo sufficientemente grande in modo che i ritardi indotti dal canale siano una frazione insignificante (tipicamente <10 percento) della durata del simbolo.

Pertanto, in sistemi ad alta velocità di dati in cui la durata del simbolo è piccola, essendo inversamente proporzionale alla velocità di dati dividendo il flusso di dati in molti flussi paralleli aumenta la durata del simbolo di ogni flusso in modo tale che la diffusione del ritardo è solo una piccola frazione di la durata del simbolo.

OFDM è una versione spettralmente efficiente della modulazione multicarrier, in cui le sottoportanti sono selezionate in modo tale che siano tutte ortogonali tra loro per la durata del simbolo, evitando così la necessità di avere canali di sottoportanti non sovrapposti per eliminare l'interferenza tra le portanti.

Per eliminare completamente ISI, vengono utilizzati intervalli di guardia tra i simboli OFDM. Rendendo l'intervallo di guardia più grande della diffusione del ritardo multipath previsto, ISI può essere completamente eliminato. L'aggiunta di un intervallo di guardia, tuttavia, implica uno spreco di energia e una diminuzione dell'efficienza della larghezza di banda.

Il MAC IEEE 802.16 è stato progettato per applicazioni di accesso wireless a banda larga punto-multipunto. Il compito principale del livello MAC WiMAX è fornire un'interfaccia tra i livelli di trasporto superiori e il livello fisico.

Il livello MAC prende i pacchetti dal livello superiore, questi pacchetti sono chiamati unità dati di servizio MAC (MSDU) e li organizza in unità dati protocollo MAC (MPDU) per la trasmissione via etere. Per le trasmissioni ricevute, il livello MAC fa il contrario.

Il design MAC IEEE 802.16-2004 e IEEE 802.16e-2005 include un sottolivello di convergenza in grado di interfacciarsi con una varietà di protocolli di livello superiore, come ATM TDM Voice, Ethernet, IP e qualsiasi protocollo futuro sconosciuto.

Il MAC 802.16 è progettato per applicazioni punto-multipunto (PMP) e si basa sull'accesso multiplo di rilevamento delle collisioni con prevenzione delle collisioni (CSMA / CA).

Il MAC incorpora diverse funzionalità adatte per un'ampia gamma di applicazioni a diverse velocità di mobilità, come le seguenti:

Privacy key management (PKM) per la sicurezza del livello MAC. PKM versione 2 incorpora il supporto per il protocollo EAP (Extensible Authentication Protocol).
Supporto broadcast e multicast.
Primitive di gestibilità.
Primitive di consegna ad alta velocità e gestione della mobilità.
Tre livelli di gestione dell'alimentazione, funzionamento normale, sospensione e inattività.
Soppressione, impacchettamento e frammentazione dell'intestazione per un uso efficiente dello spettro.
Cinque classi di servizio, servizio di sovvenzioni non richieste (UGS), servizio di polling in tempo reale (rtPS), servizio di polling non in tempo reale (nrtPS), migliore sforzo (BE) e servizio di tasso variabile in tempo reale esteso (ERT-VR) .

Queste caratteristiche combinate con i vantaggi intrinseci di OFDMA scalabile rendono 802.16 adatto per dati ad alta velocità e applicazioni multimediali IP burst o isocrone.

Il supporto per QoS è una parte fondamentale del design del livello MAC WiMAX. WiMAX prende in prestito alcune delle idee di base alla base del suo design QoS dallo standard del modem via cavo DOCSIS.

Un forte controllo QoS si ottiene utilizzando un'architettura MAC orientata alla connessione, in cui tutte le connessioni downlink e uplink sono controllate dal BS servente.

WiMAX definisce anche un concetto di flusso di servizi. Un flusso di servizi è un flusso unidirezionale di pacchetti con un particolare insieme di parametri QoS ed è identificato da un identificatore di flusso di servizio (SFID).

WiMAX prevede quattro scenari di utilizzo legati alla mobilità:

Nomadic - L'utente può prendere una stazione di abbonato fissa e riconnettersi da un diverso punto di collegamento.
Portable - L'accesso nomade è fornito a un dispositivo portatile, come una scheda PC, con l'aspettativa di una consegna del massimo sforzo.
Simple mobility - L'abbonato può muoversi a velocità fino a 60 km / h con brevi interruzioni (meno di 1 secondo) durante l'handoff.
Full mobility - Sono supportati mobilità fino a 120 km / h e trasferimento senza interruzioni (latenza inferiore a 50 ms e perdita di pacchetti <1%).

È probabile che le reti WiMAX verranno inizialmente implementate per applicazioni fisse e nomadi e poi si evolveranno per supportare la portabilità alla piena mobilità nel tempo.

Lo standard IEEE 802.16e-2005 definisce un framework per supportare la gestione della mobilità. In particolare, lo standard definisce meccanismi di segnalazione per tracciare le stazioni degli abbonati mentre si spostano dal raggio di copertura di una stazione base a un'altra quando sono attive o quando si spostano da un gruppo di cercapersone a un altro quando sono inattive.

Lo standard dispone anche di protocolli per consentire un trasferimento senza interruzioni delle connessioni in corso da una stazione base all'altra.

Lo standard dispone anche di protocolli per consentire un trasferimento senza interruzioni delle connessioni in corso da una stazione base all'altra. Il WiMAX Forum ha utilizzato il framework definito in IEEE 802.16e-2005, per sviluppare ulteriormente la gestione della mobilità all'interno di un'architettura di rete end-to-end. L'architettura supporta anche la mobilità a livello IP utilizzando l'IP mobile.

I sistemi WiMAX sono stati progettati sin dall'inizio con una solida sicurezza in mente. Lo standard include metodi all'avanguardia per garantire la privacy dei dati degli utenti e impedire l'accesso non autorizzato con l'ottimizzazione del protocollo aggiuntivo per la mobilità.

La sicurezza è gestita da un sottolivello della privacy all'interno del WiMAX MAC. Gli aspetti chiave della sicurezza WiMAX sono i seguenti:

Supporto per la privacy

I dati degli utenti vengono crittografati utilizzando schemi crittografici di comprovata robustezza per garantire la privacy. Sono supportati sia AES (Advanced Encryption Standard) che 3DES (Triple Data Encryption Standard).

La chiave a 128 bit o 256 bit utilizzata per derivare la crittografia viene generata durante la fase di autenticazione e periodicamente aggiornata per una protezione aggiuntiva.

Autenticazione dispositivo / utente

WiMAX fornisce un mezzo flessibile per autenticare le stazioni degli abbonati e gli utenti per impedire l'uso non autorizzato. Il framework di autenticazione si basa sull'EAP IETF (Internet Engineering Task Force), che supporta una varietà di credenziali, come nome utente / password, certificati digitali e smart card.

I dispositivi terminali WiMAX sono dotati di certificati digitali X.509 incorporati che contengono la loro chiave pubblica e indirizzo MAC. Gli operatori WiMAX possono utilizzare i certificati per l'autenticazione del dispositivo e utilizzare un nome utente / password o un'autenticazione con smart card per l'autenticazione dell'utente.

Protocollo di gestione delle chiavi flessibile

Il protocollo per la gestione della privacy e delle chiavi versione 2 (PKMv2) viene utilizzato per trasferire in modo sicuro il materiale di codifica dalla stazione base alla stazione mobile, autorizzando periodicamente e aggiornando le chiavi.

Protezione dei messaggi di controllo

L'integrità dei messaggi di controllo over-the-air è protetta utilizzando schemi di digest dei messaggi, come CMAC basato su AES o HMAC basato su MD5.

Supporto per Fast Handover

Per supportare il passaggio di consegne veloci, WiMAX consente al MS di utilizzare la pre-autenticazione con un particolare BS di destinazione per facilitare il rientro accelerato.

È supportato uno schema di handshake a tre vie per ottimizzare i meccanismi di riautenticazione per supportare il trasferimento veloce, prevenendo allo stesso tempo qualsiasi attacco man-in-the-middle.

IEEE 802.16, l' interfaccia aerea per sistemi di accesso wireless a banda larga fissa , nota anche come interfaccia aerea IEEE WirelessMAN, è una suite emergente di standard per BWA fissa, portatile e mobile in MAN.

Questi standard sono emessi dal gruppo di lavoro IEEE 802.16 che originariamente copriva le tecnologie wireless local loop (WLL) nello spettro radio a 10,66 GHz, che sono state successivamente estese attraverso progetti di modifica per includere spettri sia con licenza che senza licenza da 2 a 11 GHz.

L'ombrello WiMAX attualmente include 802.16-2004 e 802.16e. Lo standard 802.16-2004 utilizza OFDM per servire più utenti in una modalità di divisione del tempo in una sorta di tecnica round-robin, ma fatto in modo estremamente rapido in modo che gli utenti abbiano la percezione che stanno sempre trasmettendo / ricevendo. 802.16e utilizza OFDMA e può servire più utenti contemporaneamente assegnando set di toni a ciascun utente.

Di seguito è riportato il grafico di vari standard IEEE 802.16 relativi a WiMAX.

NOTE - Gli standard IEEE 802.16 per BWA offrono la possibilità di interoperabilità tra apparecchiature di diversi fornitori, il che è in contrasto con il precedente settore BWA, dove i prodotti proprietari con prezzi elevati sono dominanti nel mercato.

Nel 2001 è stata costituita un'organizzazione senza scopo di lucro denominata WiMAX Forum ™, con l'obiettivo di armonizzare gli standard, testare e certificare l'interoperabilità tra apparecchiature di diversi produttori.

WiMAX Forum ™ è stato formato da fornitori di apparecchiature e componenti per supportare il sistema IEEE 802.16 BWA contribuendo a garantire la compatibilità e l'interoperabilità delle apparecchiature BWA, il che porterà a costi inferiori grazie all'implementazione a livello di chip.

WiMAX Forum ™ sta facendo ciò che WiFi Alliance ha fatto per LAN wireless e IEEE 802.11. I prodotti WiMAX Forum Certified ™ aderiscono allo standard IEEE 802.16 e offrono maggiore larghezza di banda, costi inferiori e capacità di servizio più ampie rispetto alla maggior parte delle soluzioni proprietarie disponibili.

Il WiMAX Forum ™ sta lavorando alla creazione di un protocollo di base che consenta l'interoperabilità di apparecchiature e dispositivi di più fornitori e fornisce anche una scelta di apparecchiature e dispositivi di diversi fornitori.

Membri di WiMAXForum

Il WiMAX Forum ™ ha più di 400 membri provenienti da produttori di apparecchiature, fornitori di semiconduttori e fornitori di servizi e l'adesione è stata recentemente aperta per i fornitori di contenuti. Alcuni dei membri noti sono Alcatel, AT&T, Fujitsu, Intel, Nortel, Motorola, SBC e Siemens.

In questo tutorial abbiamo trattato solo le basi di WiMAX. C'è un sacco di buon materiale di riferimento disponibile là fuori a cui dovresti fare riferimento per diventare un maestro di WiMAX. Si prega di controllare il capitolo Risorse utili WiMAX di questo tutorial per ulteriori informazioni su WiMAX.

Ecco un rapido riepilogo dei punti che abbiamo discusso in questo tutorial:

WiMAX si basa su un'interfaccia aerea molto flessibile e robusta definita dal gruppo IEEE 802.16.
WiMAX è simile allo standard wireless noto come Wi-Fi, ma su scala molto più ampia e a velocità più elevate.
Il livello fisico WiMAX si basa su OFDM, una tecnica elegante ed efficace per superare la distorsione multipath.
Il livello fisico supporta diverse tecniche avanzate per aumentare l'affidabilità del livello di collegamento. Queste tecniche includono una potente codifica di correzione degli errori, inclusa la codifica turbo e LDPC, hybrid-ARQ e array di antenne.
WiMAX supporta una serie di tecniche avanzate di elaborazione del segnale per migliorare la capacità complessiva del sistema. Queste tecniche includono la modulazione e la codifica adattive, il multiplexing spaziale e la diversità multiutente.
WiMAX ha un livello MAC molto flessibile che può ospitare una varietà di tipi di traffico, inclusi voce, video e multimedia, e fornisce una forte QoS.
Funzionalità di sicurezza robuste, come crittografia avanzata e autenticazione reciproca, sono integrate nello standard WiMAX.
WiMAX definisce un'architettura di rete flessibile basata su IP che consente di sfruttare tutti i vantaggi dell'IP.
WiMAX offre un'efficienza spettrale molto elevata, in particolare quando si utilizzano soluzioni MIMO di ordine superiore.

WiMAX Forum ™ è una società senza scopo di lucro guidata dal settore formata per promuovere e certificare la compatibilità e l'interoperabilità dei prodotti wireless a banda larga.

I prodotti WiMAX Forum Certified ™ si basano su un unico standard globale IEEE 802.16 che consente la completa interoperabilità in tutto il mondo.

Cosa c'è dopo?

I prodotti IEEE 802.16 sono nelle fasi finali dello sviluppo commerciale con implementazioni di prova iniziali già in corso. Quindi preparati per una nuova fase rivoluzionaria wireless.

Potresti essere interessato a saperne di più su WiMAX. Quindi controlla le Risorse utili di WiMAX.

Inviami il tuo feedback a [email protected] Grazie.

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