وایمکس، اینترنت درون شهری WiMAX, Metropolitan Internet
در جهان امروز شايد کمتر کسي را بتوان يافت که از اينترنت اطلاعي نداشته باشد و يا حداقل نامي از کامپيوتر نشنيده باشد.حال براي آن عده اي که کامپيوتر را چند بار ديده اند ! و يا لمس کرده اند!!! و بيشتر براي آن دسته افرادي که با اينترنت سر و کار دارند اين مقاله مي تواند جالب و خواندني باشد.
تاريخچه
راههاي زيادي براي دستيابي به اينترنت وجود دارد که عموماً به ســه دسته تقسيم مي شوند.
دسته ي اوّل - دسترسي شماره گيري ( Dial-up )
اين روش با استفاده از يک مودم آنالوگ و يک خط تلفن قابل پياده سازي است و حداکثر مي تواند داراي پهناي باند 56 kbps باشد .
دسته ي دوّم - دسترسي باند پهن ( Broadband)
اين روش مبتني بر کابل و داراي پهناي باند گسترده براي کاربران است و ميتوان ازDSL و خطوط T1 و E1 به عنوان نمونه هاي اين نوع دستيابي نام برد.
دسته ي سوّم - دسترسي بي سيم ( Wireless )
اين روش در حال حاضر تنها بصورت Wi-Fi و Bluetooth وجود دارد و با استفاده از امواج الکترو مغناطيس کار ميکند و ميتواند اتصالات را در محدوده ي يک خانه ، رستوران و يا کتابخانه از تجهيزات سيمي و کابلي بي نياز کند.
از ميان سه روش ذکر شده ، اينترنت مبتني بر خطوط باند پهن داراي هزينه هاي زياد و محدوديتهاي جغرافيايي از نظر راه اندازي و ارائه سرويس است . مشکل روش بيسيم نيز (Wi-Fi) محدوده ي کم تحت پوشش است که به صد و نهايتاً چهار صد متر محدود مي شود. در اين بين کارشناسان IEEE با آگاهي از مشکلات فوق در صدد پياده سازي استانداردي برآمدند که علاوه بر بيسيم بودن – سهولت نصب و عدم نياز به زير ساخت هاي مخابراتي – داراي پهناي باند بالا و سرعت انتقال بهينه باشد نهايتاً اين تلاشها منجر به تولد استاندارد 802.16 شد که براي شبکه هاي بزرگ بيسيم شهري يا اصطلاحاً WMAN بهينه شده بود. در اين زمينه شرکت اينتل با ايجاد سازماني به نام " انجمن کار بين جهاني براي دسترسي مايکروويو " - Access Forum The Worldwide Interoperability for Microwave - يا به اختصاراً Wimax Forum گامي بلند در جهت هماهنگ و همگرا کردن فعاليتها و همچنين ساخت تجهيزات مورد نياز در زمينه استاندارد802.16 برداشت. اين عمل اينتل در واقع منجر به انتخاب نام تجاري Wimax ( Worldwide Interoperability of Microwave Access ) براي اين استاندارد گرديد.
نسخه هاي وايمکس
وايمکس در دو نسخه ي ثابت ( Fixed ) و سيار ( Mobile ) استاندارد سازي شده است که نسخه ي 802.16a تا 802.16d براي وايمکس ثابت و نسخه ي 802.16e که اخيراً پياده سازي شده است براي مصارف سيار حتي تا سرعتهاي 120 km/h در نظر گرفته شده است
سرويس هاي وايمکس
ــ سرويس با ديد مستقيم LOS (Line Of Sight )
شرح |
استاندارد | ||
Fixed / Mobile |
Bit Rate |
فرکانس |
|
Fixed (NLoS) |
32-134 Mbps |
2-11 GHz |
802.16a |
Fixed (NLoS) |
32-134 Mbps |
5 ، 6 GHz |
802.16b |
Fixed (LoS) |
32-134 Mbps |
66 -10 GHz |
802.16c |
Fixed (NLoS) |
Up to 75 Mbps |
2-11 GHz |
802.16d |
Mobile (NLoS) |
Up to 15 Mbps |
< STRONG> |
802.16e |
اين سرويس تنها امکان تبادل اطلاعات براي ايستگاههايي را فراهم مي آورد که اولاً ثابت بوده ثانياً در ديد مستقيم با ايستگاه و آنتن وايمکس قرار داشته باشند.محدوده ي تحت پوشش اين سرويس تا شعاع 50 کيلومتر است که مسافتي در حدود 9300 کيلومتر مربع را شامل مي شود .فرکانس قابل استفاده در اين سرويس 10 تا 66 گيگاهرتز است که امکان ارسال اطلاعات را با توان بالا ايجاد ميکند .
ــ سرويس بدون ديد مستقيم NLOS (Non Line Of Sight )
اين سرويس بر خلاف LOS براي مصارف درون شهري طراحي شده و محدوده اي در حدود 6 تا 9 کيلومتر را تحت پوشش خود قرار مي دهد. مشکل عمده ي شبکه هاي بي سيم شهري وجود موانع بسيار بر سر راه امواج ارسالي و دريافتي است که در اين سرويس با به کار گيري امواج در فرکانس 2 تا 11 گيگا هرتز اين مشکل به راحتي رفع شده است. فرکانسهاي بالاي 10 گيگاهرتز از موانع سخت عبور نميکنند. وايمکس همچنين داراي دو نوع معماري مختلف است.نقطه به نقطه (Point to Point ) که بيشتر در سرويس LOS استفاده مي شود و نقطه به چند نقطه ( point to Multipoint ) که براي سرويس NLOS طراحي شده است.
وايمکس همچنين پهناي باند ميانگين 70 Mbps و در بهترين حالت 286 Mbps را پشتيباني ميکند که پهناي باندي معادل براي 60 مرکز تجاري با ارتباط E1 و بيش از 1000 منزل مسکوني با ارتباط DSL است .لازم به ذکر است تمامي ارقام بالا بستگي مستقيم با ارتفاع دکل و توان ارسالي دارد و همچنين در بهترين حالت جوي قابل دستيابي است به عنوان مثال فرکانسهاي بالاي 10 گيگاهرتز شديداً به وسيله ي آب جذب مي شوند پس در يک روز باراني نمي توان انتظار يک ارتباط با پهناي باند معمول را داشت.
تجهيزات وايمکس
اين تجهيزات به طور کلي به دو قسمت راديوي وايمکس و آنتن وايمکس تقسيم مي شود .
راديوي وايمکس ــ شامل يک فرستنده و يک گيرنده است که امواج را در فرکانسي که فرکانس حامل ناميده مي شود ارسال مي کند.در اکثر موارد راديوي مرکزي جداي از کل وايمکس است که باعث مي شود راديو از سرما، گرما و رطوبت مفرط و تمامي عواملي که موجب کم شدن کارايي آن مي شود محافظت شود.
اتصال آنتن به راديوي وايمکس از طريق کابلي که به اصطلاح Pigtail ناميده مي شود صورتمي گيرد هر چه Pigtail بلند تر باشد امکان از بين رفتن سيگنالها بين آنتن و راديو بيشتر است.
براي مثال کابل LMR- 400 در هر 3 متر 1db را از دست مي دهد که اگر آنتن در بالاي يک ساختمان 20 طبقه قرار داشته باشد و راديو در طبقه ي همکف تقريباً تمام سيگنالهاي ارسالي از بين خواهد رفت.
آنتن وايمکس ــ طرز کار آنتن وايمکس درست همانند آنتن ماشين ، تلفن هاي سلولي، راديو FM و تلويزيونهاي کابلي است. در شکل سه نوع اصلي آنتن وايمکس را مشاهده مي کنيد که از بالا به پايين شامل آنتن فرستنده/ گيرنده، آنتن سکتور و آنتن پانل است
بطور خلاصه آنتن فرستنده /گيرنده براي مصارف پخش گسترده به صورت 360° است در حالي که آنتن سکتور قابليت پخش در زواياي کمتر اما به صورت متمرکز و با قدرت بالاتر را دارد و بالاخره آنتن پانل که معمولاً بصورت يک صفحه مربع مسطح به ضلع 30 cm وجود دارد بيشتر براي مصارف P2P کاربرد دارد.
ايستگاه مشترکين ( CPE)
تجهيزات اين قسمت براي ارتباط مشترکين با آنتن هاي وايمکس تعبيه شده است و در دو نوع خارجي (out door) و داخلي (in door) عرضه مي شود. حسن نوع خارجي استفاده از ماکزيمم امواج و حسن نوع خارجي آن راحتي نصب و کم هزينه بودن آن است.
وايمکس
ــ ايجاد زير ساخت ارتباطي بين ايستگاههاي بيسيم(بک هال)
سيستمهاي تلفن همراه و يا ديگر شبکه هاي بيسم با استفاده از يک ايستگاه به مشترکيني که در محدوده ي آن ايستگاه قراردارند- اصطلاحاً در درون سلول – سرويسهاي بي سیم ارائه مي دهند. اما ارتباط بين ايستگاهها همچنان به صورت کابلي انجام مي شود، فناوري وايمکس مي تواند ارتباط بين اين ايستگاهها را نيز به صورت بيسيم برقرار کند.با استفاده از اين فناوري ايستگاههاي مخابراتي از هزينه هاي سرسام آور نصب کابلهاي مخابراتي بي نياز خواهند شد که خود نقطه ي عطفي در فناوريهاي مخابراتي است.
ــ ارائه سريع دسترسي با ظرفيت بالا
بر خلاف شبکه هاي سيمي که راه اندازي آنها مستلزم زمان زياد براي نصب تجهيزات است با استفاده از وايمکس مي توان حتي چند روزه يک شبکه گسترده با پهناي باند بالا ايجاد کرد براي مثال يک نمايشگاه تجاري يا علمي که در زمان کم به پهناي باند بالا و موقت نياز دارد مي تواند به راحتي با استفاده از وايمکس به اينترنت سريع و پر سرعت دسترسي يابد.
ــ دسترسي پر ظرفيت براي عموم
شبکه هاي سيمي قابليت ارائه خدمات را به صورت گسترده براي خيل زياد مشترکين ندارند حتي فناوري DSL نيز تنها تا شعاع 3 تا 5 کيلومتري مي تواند دسترسي مشترکين را تضمين کند. همچنين فناوري سيمي در مناطق با پراکندگي زياد نظير مناطق روستايي قابليت ارائه سرويس مناسب را ندارند.در اين خصوص وايمکس مي تواند گزينه اي ارزانتر و به صرفه تر باشد.
ــ ارائه خدمات تلفني و اينترنتي به نواحي محروم
فناوري وايمکس گزينه اي مناسب براي مناطق دور افتاده و صعب العبور است، در اين مناطق ايجاد زير ساخت هاي سيمي تقريباً غير ممکن است از اين رو تکنولوژي وايمکس مي تواند با استفاده از فناوري هاي بيسيم امکان دستيابي به اينترنت را براي اين مناطق فراهم کند.همچنين اين فناوري مي تواند علاوه بر پشتيباني ديتا در زمينه ي خدمات تلفني و مخابراتي نيز به ياري ارگانهاي دولتي بيايد چرا که در بعضي از کشورهاي در حال توسعه مناطقي وجود دارند که از خدمات تلفن نيز بي بهره اند و وايمکس مي تواند در اين زمينه به بهترين شکل راهگشا باشد.
ــ ارتقا خدمات ارتباطي بيسيم
با پيشرفت تکنولوزي و روند سريع رو به رشد آن توقعات و انتظارات کاربران نيز روندي همانند تکنولوژي و چه بسا سريعتر يافته است. در اين زمينه با ايجاد شبکه هاي بيسيم نياز و توقع کاربران در حفظ ارتباط با جهان اطلاعات حتي زماني که در حال حرکت هستند منجر به ايجاداستاندارد 802.16e شده است که به وايمکس سيار معروف است . با استفاده از اين تکنولوژي کاربر وايمکس مي تواند در تمامي لحظات از اينترنت استفاده کند.
مقايسه Wimax و Wi-Fi
در نزد بيشتر کاربران وايمکس و واي فاي تقريباً يکسان تصور مي شوند در حالي که واي فاي تنها براي مصارف با محدوده ي کم جغرافيايي در نظر گرفته شده است و وايمکس براي شبکه هاي شهري استاندارد سازي شده است. جدول زير مقايسه ي بين اين دو فناوري انجام ميدهد.
Wimax |
Wi-Fi |
|
9.5 کيلومتر |
100 متر |
دامنه |
72 Mbps |
11 Mbps |
توان |
پنهان سازي چند سطحي |
محدود |
امنيت |
تخصيص پوياي پهناي باند، مناسب براي صدا و تصوير |
محدود |
کيفيت سرويس QoS |
در مجموع مزاياي وايمکس نسبت به ديگر انواع شبکه را مي توان به صورت خلاصه اينگونه بيان کرد:
ــ پشتيباني و استفاده از فناوري هاي بيسيم مخصوصاً Wi-Fi
بصورت بک هال (Backhaul)
ــ پشتيباني از QoS ( کيفيت سرويس ) براي کاربردهايي از قبيل پخش زنده ي تلويزيوني، راديوهاي اينترنتي و . . .
ــ سرعت بالاي دستيابي در مقايسه با ديگر روشها
ــ پوشش وسيع جغرافيايي-محدوده ي يک شهر-
ــ پشتيباني از شبکه تلفن هاي همراه
ــ عدم نياز به خط ديد مستقيم-کاربران در هر جايي مي توانند از وايمکس سرويس بگيرند-
ــ هزينه مناسب و راه اندازي سريع
ــ ارائه سرويس به مناطق صعب العبور و روستايي که حتي امکان ايجاد زير ساختهاي مخابراتي نيز وجود ندارد.
شبکه هاي پياده سازي شده
بزرگترين شبكهاي كه با توجه به اين تكنولوژي به صورت آزمايشي پيادهسازي شدهاست، توسط يك اپراتور شبكه در انگلستان به كمك دانشگاه كنت ايجاد شده است. اپراتور Telabria كه يكي از معتبرترين اپراتورهاي شبكههاي بيسيم ميباشد، در فواصل 15 مايلي اقدام به نصب آنتن براي ارائه سرويس نقطه به نقطه نموده است. كاربران اين شبكه اكثراً در رده SOHO و SMEهاي شهر كانتربري ميباشند و سرويس را به صورت آزمايشي 90روزه از اپراتور مذكور دريافت مينمايند.
يكي ديگر از شبكههاي پيادهسازيشده مبتنيبر اين استاندارد توسط شركت WTC، برگزاركننده مسابقات جهاني مردان آهنين، راهاندازي شده است. اين مسابقات در مسافتي در حدود 140 مايل در سه رشته شنا به مسافت 4/2 مايل، دوچرخه سواري به مسافت 112 مايل، و دوي ماراتن به مسافت 2/26 مايل انجام مي شود و شبكه مذكور به منظور ايجاد امكان ارسال تصاوير زنده رقابتها براي تماشاچيان و همچنين پخش اين مسابقات به صورت مستقيم از طريق تلويزيون و اينترنت پيادهسازي شده است. WTC از ارتباطات پرسرعت جهت ارسال تصاوير و ساير اطلاعات استفاده نموده است. كليه تجهيزاتي كه از اين استاندارد پشتيباني مينمايند، نظير Laptopها، PDAها و ساير وسايل ارتباطي، ميتوانند با اتصال به سايت مربوطه از روند رقابت به صورت زنده مطلع گردند.
نتيجه گيري
با توجه به لزوم استفاده از اينترنت در ميان جوامع پيشرفته و در حال توسعه و افزايش تقاضاها براي سرويس هاي متنوع در اين زمينه در واقع Wimax را مي توان آخرين راه حل کارشناسان براي دسترسي همگاني با پهناي باند بالا و سرعت انتقال مناسب در نظر گرفت.اين فناوري با توسعه خود در نسخه هاي مختلف و روند رو به تکامل خودبه دنبال انقلابي در زمينه ي اينترنت است و تکامل Wimax از نسخه ي ثابت ( Fixed) به سيار (Mobile ) که قابليت حرکت پذيري را براي کاربران خود فراهم کرده خود نشاندهنده ي گستردگي نگاه کارشناسان وايمکس است.کارشناسان IEEE در ادامه فعاليتهاي خود وعده پايه گذاري استاندارد جديد 802.16m را تا سال 2009 به علاقه مندان وايمکس داده اند.اين نسل جديد قابليت انتقال داده ها را تا سقف 1Gbps را داراست و مي تواند تا سقف 100 Mbps را براي کاربراني که با سرعت 60 تا 250 کيلومتر در ساعت در حال حرکت هستند تضمين کند.در واقع برنامه ها و فعاليتهاي IEEE در زمينه وايمکس، همان گونه که از پيش بينيهاي آماري بر مي آيد بيانگر اين موضوع است که وايمکس واقعي را بايد پس از سال 2007 ديد .
طرح یا پروتکل امنیتی وایمکس چیست؟ --> Wimax security protocol
با درک موانع موجود میتوان گفت که مسئله امنیت در پذیرش گسترده و جهانی خدمات بی سیم باند پهن بسیار حائز اهمیت می باشد. IEEE و فروم وای مکس در تلاشند تا محیطی بسیار امن و قابل اطمینان بوجود آورند. امنیت وایمکس از دو استاندارد رمزگذاری کیفی پشتیبانی میکند که شامل DES3 (استاندارد سوم رمزگذاری داده ها) و AES (استاندارد رمزگذاری پیشرفته) بوده که درراس قرار گرفته اند. این استانداردها یک پردازنده امنیتی اختصاصی آنبورد (onboard) را در بیس استیشن (Base Station) برای راه اندازان (Starters) تعریف می کنند. همچنین نیازمندی های رمزگذاری حداقلی نیز برای ترافیک (traffic) و اعتبار سنجی های بین کاربران ((end to end authentication وجود دارد که مورد دومی بر پایه پروتکل امنیتی BPI+ و خصوصیات اینترفیسی خدمات داده-درمسیر-کابل (data-over-cable service interface specification) که با نام اختصاری DOCSIS شناخته میشود، بنیان نهاده شده است.
بطور اساسی، ترافیک در شبکه وایمکس باید توسط مد شمارشگر (Counter Mode) با پروتکل کد اعتبارسنجی بلوک-پیامهای زنجیره ای رمزگذاری شده (Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP)) که از AES برای امنیت ارسال و اعتبارسنجی داده های یکپارجه استفاده می کند، بهره گیرد.
متدولوژی که به کار گرفته می شود، اعتبارسنجی PKM-EAP بین کاربران (پروتکل اعتبارسنجی توسعه پذیر) است که بر پایه استاندارد TLS (امنیت لایه انتقال) در رمزگذاری کلید عمومی، می باشد.
تا کنون حداقل یک شرکت تولید تراشه پردازنده هایی را برای پشتیبانی این استاندارد پردازنده امنیتی آنبورد (onboard) طراحی کرده است.
hot spot اصطلاحی است که به مکانی که دستیابی بی سیم به اینترنت را برای عموم ارائه می دهد اطلاق می شود. hot spot ها ارتباطات پهن باند DSL٬ کابلی و T1 خود را از طریق یک نقطه ی دستیابی ( Access Point ) به اشتراک می گذارند که سیگنال های بی سیم را به یک دریافت کننده ( receiver ) از طریق ابزارهای فعال شده ی Wi-Fi کاربران ( برای مثال٬ کامپیوتر notebook ) ارسال می کنند. که بدین طریق چندین کاربر می توانند از طریق صفحه ی log-in و با مرور گر اینترنتی خود به اینترنت وصل شوند. منطقه ی تحت پوشش Access Point٬ از شعاع 100 تا 300 فوت ( بین 30 تا 100 متر ) را در بر می گیرد. شرکت های زیادی هستند که خدمات hot spot را به صورت تجاری عرضه می کنند که این سرویس ها در سطوح محلی٬ منطقه ای و در بعضی موارد ملی نیز صورت می پذیرد.
به طور موازی٬ چندین شبکه ی ارتباطی بی سیم Wi-Fi با بردهای بالا به صورت رایگان به سرعت رشد کردند ( بیشتر در بازارهای عمده مترو ). به هر حال تعدادی از آن ها با چالش های عملیاتی و مبارزات قانونی مواجه شدند٬ همانطوری که فراهم کنندگان خدمات DSL کم هزینه و modem کابلی٬ مشترکان خود را ملزم به پذیرش آن کردند. این محدودیت های مورد پذیرش معمولا نیاز به آن داشت که مشترکان مصرف کننده٬ دستیابی پهن باند خطوط سیمی خود را با دیگران به اشتراک نگذارند ( هر چند که این دستیابی ها برای دیگران به صورت رایگان ارائه شده باشد. ). ورژن های رده ی تجاری این خدمات نیز گاهی اوقات در دسترس می باشند ولی با هزینه های خیلی بیشتر. گذشته از این موارد٬ کارشناسان طرح خدمات رایگان می گویند که دستیابی مقیاس مناسبی برای پوشش دادن نقاط مختلف به سختی صورت می پذیرد.
یک راه حل بالقوه برای این مشکل توسط گروه WiMAX ™ Forum پیشنهاد می شود و آن توسعه تکنولوژی شبکه ی بی سیم شهری ( WLAN ) است که می تواند روزنه ای برای توپولوژی شبکه ی مربوط به hot spot های Wi-Fi بوجود آورد ( البته همچنین می تواند گستره ی بی سیمی را نیز برای شبکه های DSL و کابلی فراهم سازد. ). استاندارد 802.16 موسسه IEEE٬ سرویس خطی را برای برد منطقه ای تامحدوده ی 31 مایل ( 50 کیلومتر ) فراهم می سازد و ارتباط را بدون قرار داشتن در برد مستقیم ایستگاه های مبنا امکان پذیر می سازد. این تکنولوژی همچنین اشتراک داده ها را تا 70 مگا بایت در ثانیه امکان پذیر می کند که بر طبق اصول WiMAX٬ پهنای باند کافی ای برای پشتیبانی بیش از 60 شرکت٬ با اتصال از نوع T1 و صدها خانه را تخصیص می دهد.
به علاوه٬ به عقیده ی شرکت Intel٬ برآوردهای کنونی نشان می دهد که دستیابی WLAN که در همه جا موجود باشد در 42 هزار موضع در سطح دنیا محقق خواهد شد و اینکه بیش از 30 میلیون کامپیوتر notebook با این تکنولوژی برای اتصال به WLAN مجهز خواهند شد. به روشنی می توان به درک چنین پتانسیلی از این اتحاد بین تکنولوژی WLAN و WMAN رسید که برای رهایی دستیابی اینترنت پهن باند از اسارت کنترل شده ی فعلی می تواند بسیار سودمند باشد.
این موضوع چگونه برای رهبران جوامع شهری که سردرگم شده اند تعبیر می شود؟
ائتلاف یک شرکت تجاری محلی٬ موسسه ی بخش عمومی یا یک شرکت ترکیبی خصوصی و عمومی می تواند برروی پروتکل 802.16 که بر پایه ی زیر بنای مستحکم بی سیم برای اتصال hot spot های Wi-Fi مناطق کوچکتر با شبکه ی مجتمع و گسترده ی قاره ای شکل گرفته است سرمایه گذاری کرده٬ آن را بسازد و راه اندازی کند. این مدل تائید شده در واقع سیر تکاملی را از مفهوم سیستم های حامل شرکت های ارتباطاتی ( carrier's carrier ) به دنبال دارد که بین سلسله مراتب بین شبکه ای فراهم کننده ی خدمات ارتباطاتی تجاری سنتی٬ فراگیر و موثر واقع شده است.
تنها در این مورد است که من تصور می کنم٬ اتحادیه ای از شرکت های بی سیم ( WiCoOp ) می تواند به عنوان موسسه ای غیر تجاری شکل گیرد تا خدمات مجتمع و یکپارچه ای را در مناطق کم خدمات درون شهری یا روستایی برای hot spot های Wi-Fi عمومی با کمترین هزینه های ممکن فراهم سازد. علاوه بر این اتحادیه می تواند به طور بالقوه ای به صورت یک فراهم کننده خدمات اینترنتی ( ISP ) در آید تا دستیابی اینترنت را از طریق سیگنال های حامل Tier1 امکان پذیر سازد و بتواند با سایر ISP های محلی موجود قرارداد داشته باشد و یا اینکه به عنوان یک gateway باز و در دسترس برای ISP های مورد علاقه ی مشترکان عمل کند.
رهبران شهرها و روستاهایی که در تکاپوی یافتن پروژه های طراحی شده ی مقرون به صرفه می باشند بهتر است که بکارگیری برنامه ی تضمینی وام و وام های شبکه های پهن باند را بررسی کنند که یکی از منابع بالقوه ی همیاری برای کمک به جوامع کوچکتر امریکایی است تا اینکه به اهداف زیر بنایی و بنیادی خود برسند.
به طور مختصر تعبیر هجو آمیزی برای جوامع کم خدمات محسوب می شود اگر بیان ضعیف ما در خصوص کاربرد طیفی موارد حل نشده٬ امور نظم دهنده یا مسائل مالیاتی بخواهند در مسیر دستیابی این دیدگاه قرار گیرند. بنابراین باید اطمینان حاصل کنیم که وصلت Wi-Fi و WiMAX بدون هیچ مانع سیاست عمومی نزدیک بینانه ای به خوبی محقق خواهد شد. در غیر این صورت٬ نتیجه ی آن ممکن است برای کسانی که بیش از همه به این تکنولوژی نیازمندند ناامید کننده باشد٬ دقیقا همانند اجداد شبکه های بی سیم پهن باند پیشین.
جايگاه Wimax
Wimax كه از حروف اول نام انجمن كار بين جهاني براي دسترسي مايكروويو (The worldwide interoperability for Microwave Access Forum) گرفتهشده ، سازماني غير انتفاعي متشكل از سازندگان تجهيزات دسترسي بيسيم مبتني بر استاندارد lEEE 802.16 ميباشد كه گسترش و حضور يك سازنده در بازار شبكههاي بيسيم شهري بدون پذيرش در آزمايشهاي اين سازمان دشوار ميباشد. مؤسسه استانداردهاي مخابراتي اروپا موسوم به ETSI نيز در حال كار مشترك با Wimax براي هماهنگسازي استاندارد اين سازمان براي شبكههاي شهري بيسيم (موسوم به HYPERMA) با مشخصات مورد پذيرش Wimax ميباشد.
در شروع لازم است تعريف سادهاي از مدولاسيون داشتهباشيم. اساساً در مخابرات به هر نوع تبديل و تغييري كه يك سيگنال را آماده عبور از يك محيط ارتباطي خاص مي نمايد، مدولاسيون اطلاق ميشود. دستگاه مودم مثلا بسيار خوبي از كاربرد مدولاسيون ميباشد كه علائم ديجيتالي يك كامپيوتر را به علائم آنالوگ شبيه به صدا تبديل ميكند تا امكان گذر از محيط شبكه تلفن را بيابند.
امواج راديويي گونهاي از امواج الكترومغناطيسي بوده كه داراي شكل سينوسي و سرعت سيري برابر با سرعت نور ميباشند . اين امواج برحسب فركانس نوساناتشان درستهبندي ميگردند و قادر به حركت در فواصل طولاني و از طريق هوا هستند.
درصورتي كه از امواج فوق جهت حمل اطلاعات استفاده ميشود با نام سيگنال حامل (Carrier) شناخته ميشوند . فركانس سيگنال حامل مشخصات خاص آن را تعيين ميكند .براي مثلا امواج راديويي با فركانس پايينتر از 10 گيگاهرتز قادر به عبور از ميان اجسام صلب (براي مثلا ساختمانها)هستند.همين امر دليل استفاده از طيف فركانسي 900 و 1800 مگاهرتز براي تلفنهاي همراه سيستم GSM) ميباشد.
اساساً مدولاسيون در سيستمهاي بيسيم با تغيير يكي از مشخصههي موج راديويي متناسب با علائم اطلاعاتي (صفر ويكها) انجام ميگيرد . سه تكنيك اصلي وجود دارد كه با تغيير در دامنه (ASK)، فركانس (FSK) و فاز(PSK)كار ميكنند. شكل 4 چگونگي انجام مدولاسيون فركانسي را نمايش ميدهد.
اصولاً كارايي يك تكنيك مدولاسيون متناسب با تعداد علائم اطلاعاتي (بيتها ) است كه در هر نوسان موج راديويي منتقل ميكند . براي مثال مدولاسيون فاز چهارتايي(QPSK) مطابق شكل در هر نوسان دو بيت را حمل ميكند . افزايش تعداد بيتها با افزايش نرخ انتقال اطلاعات منجر ميگردد و البته داراي حدياست كه معمولاً با حداكثر فضاي قابل پوشش سيستم ارتباط بيسيم ، رابطه عكس دارد.
تكنيك مدولاسيون پيشرفتهتر QAM تلفيقي از دو روش دامنه و فاز ميباشد كه دستيابي به نرخهاي بالاتر را (در فركانس برابر) امكانپذير ميسازد. تكنيكQAM 16 چهار بيت را درهر نوسانو QAM 64 تا 16 بيت را در هر نوسان منتقل ميكند.
هنر Wimax استفاده بهينه از تكنيكهاي پيشرفته گوناگون است. همانطور كه در شكل6 نشان داده شده در فواصل كوتاه آنتن مركزي ، تكنيك QAM 64 و در فواصل دورتر از QAM 16 استفاده ميشود. تكنيك فازي چهارتايي (QPSK)نيز براي مشتركين در فواصل بسيار دور به كار گرفته ميشود . انتخاب تكنيك مناسب به طور هوشمند و پويا انجام ميشود.
پياده سازي Wimax
فناوري Wimax داراي مزاياي زيادي است كه آن را بر ساير تكنولوژيهاي موجود در زمينه شبكههاي بيسيم ارجح ميسازد. اين مزايا عبارتند از :
· كيفيت سرويس
· كارآيي بالا
· ساختار استاندارد
· پشتيباني از آنتنهاي هوشمند
تجهيزاتي كه براي پياده سازي شبكههاي شهري مورد استفاده قرار ميگيرند در سه لايه تجهيزات سمت مشترك (CPE) تجهيزات مربوط به Base Stationها و تجهيزات مربوط به سمت مشترك به طور كلي به گونهاي پيكربندي ميشوند تا بتوانند كليه اطلاعات مربوطه را با فركانسهاي راديويي به نزديكترين Base Station انتقال دهند. مرحله بعدي در ايجاد شبكه شهري بيسيم ايستگاههاي ارائهدهنده سرويس است كه به POP يا CO معروفند، اين ايستگاهها بايد به گونهاي طراحي شوند كه امكان تخصيص پهناي باند حداقل 1 Mbps را براي هر مشترك تضمين نمايد . هر گونه ارتباطي با شبكه ساير ارائه دهندگان سرويس از طريق اين نقاط صورت ميپذيرد.
ساختار اين تكنولوژي به گونهاي است كه ميتوان آن را در هر قسمت از شبكه مورد استفاده قرار داد، اما بهينهسازي نحوه استفاده از اين تكنولوژي به هزينه آن نيز بستگي دارد. همانگونه كه در بررسيهاي اقتصادي انجام شده ديده ميشود، اين فناوري در لايه دسترسي قابل جايگزيني براي ساير تكنولوژيهاي مطرح در زمينه بيسيم ميباشد.
با استفاده از اين تكنولوژي ميتوان در لايه توزيع(Backhaul) و دسترسي (Last Mile) با صرف هزينه پايين ، كارآيي بالايي ايجاد نمود. از Wimax براي مجتمع سازيWifi نيز استفاده ميشود.در حال حاضر براي بهينهسازي شبكههاي بيسيم ، توصيح ميشود با بهرهگيري از قابليتهاي هر يك از تكنولوژيهاي مطرح در زمينه ايجاد شبكههاي بيسيم از هر دو تكنولوژي Wimax و Wifi در كنار يكديگر استفاده شود. به اين ترتيب ميتوان از قابليتهاي هر يك به صورت بهينه بهره برد.شكل 2 استفاده از اين دو تكنولوژي را در كنار يكديگر نشان ميدهد. همانگونه كه مشاهده ميشود در شبكههاي محلي و Campus از همبندي Mesh تكنولوژي WIFI استفاده شدهاست و براي لايه توزيع (Backhaul) نيز Wimax مورد استفاده قرار گرفتهاست.
انجمن Wimax اين استاندارد را براي پيادهسازي ارتباطات نقطه به نقطه (P2P) و يك نقطه به چند نقطه (P2MP) در مناطق روستايي و حومه شهرها كه از تراكم جمعيت بالايي برخوردار نميباشد، توصيه ميكند.(شكل 3) همچنين درصورت نياز به ارائه كيفيت سرويس براي Applicationهايي نظير ويدئوكنفرانس ،VolP و... از اين فناوري در سطح (Last Mile) استفاده ميشود. ساختار استاندارد اين تكنولوژي نيز در زماني كه چندين محصول ساخت سازندههاي مختلف درشبكه مورد نياز است ، آن را از ساير تكنولوژيهاي مطرح در شبكههاي بيسيم مجزا ميسازد.
درآيندهاي بسيار نزديك با توجه به رشد نيازهاي كاربران و سرويسهايي كه ميتوان از طريق اين شبكهها ارائه نمود ، مطابق آنچه در شكل 4 نشان داده شدهاست، از اين تكنولوژي در كليه قسمتهاي شبكه اعم از توزيع و دسترسي استفاده ميشود. يعني Wimaxبه علت امكان برقراري ارتباط با تجهيزات مبتني بر Wifi ميتواند درهر قسمت مورد استفاده قرارميگيرد . به طور مثال در برخي قسمتها لازم است از باند فركانسي داراي مجوز استفاده نمود كه به جاي تكنولوژي WiFi از Wimax استفاده ميشودهمچنين در نقاطي كه كيفيت سرويس در شبكه مدنظر ميباشد نيز ميتوان از اين تكنولوژي استفاده نمود.
نمونه شبكههاي پيادهسازي شده
بزرگترين شبكهاي كه با توجه به اين تكنولوژي به صورت آزمايشي پيادهسازي شدهاست، توسط يك اپراتور شبكه در انگلستان به كمك دانشگاه كنت ايجاد شدهاست. اپراتور Telabria كه يكي از معروفترين اپراتورهاي شبكههاي بيسيم ميباشد ، در فواصل 15 مايلي اقدام به نصب آنتن براي ارائه سرويس نقطهبه نقطه نمودهاست . كاربران اين شبكه اكثراً در رده SOHO و SME هاي شهر كانتربري ميباشند و سرويس را به صورت آزمايشي 90 روزه از اپراتور مذكور دريافت مينمايند. پهناي باندي كه توسط اين اپراتور به مشتركان ارائه ميشود ، در حدود 45 Mbps ميباشد . لايه هسته و توزيع شبكه ايجاد شده مبتني بر استاندارد lEE 802.16d است و مشتركان انتهايي با استفاده از WDSL ها به شبكه متصل ميگردند . محدوديت هاي ارسال و دريافت را براي مشتركان كاهش ميدهد.
يكي ديگر از شبكههاي پيادهسازي شده مبتني بر استاندارد توسط شركت WTC، برگزار كننده مسابقات جهاني مردان آهنين ، راهاندازي شدهظاست . اين مسابقات در مسافتي در حدود 140 مايل در سه رشته شنا به مسافت 4/2 مايل ، دوچرخه سواري به مسافت 112 مايل، و دوي مارتن به مسافت 2/62 مايل انجام ميشود وشبكه مذكور به منظور ايجاد امكان ارسال تصاوير زنده رقابتها براي تماشاچيان و همچنين پخش اين مسابقات به صورت مستقيم از طريق تلويزيون و اينترنت پيادهسازي شدهاست.
WTC از ارتباطات پرسرعت جهت ارسال تصاوير و ساير اطلاعات استفاده نمودهاست . كليه تجهيزاتي كه از اين استاندارد پشتيباني مينمايند، نظير Laptopها، PADها و ساير وسايل ارتباطي، ميتوانند با اتصال به سايت مربوطه از روند رقابت به صورت زنده مطلع گردند. پيادهسازي اين شبكه به علت وجود رطوبت و دماي بالا در محوطه برگزاري بازي، با دشواريهاي فراوان روبهرو بود. زيرساخت شبكه بيسيم مذكور با استفاده از تجهيزات ساخت شركت Airspan و از سري As3030 ايجاد شده است . ظرفيت Backbone ايجاد شده براي اين شبكه به گونهاي است كه ميتواند پهناي باند Mbps 8 مورد نياز دوربينهاي تصوير برداري را تامين نمايد. ايستگاه اصلي (Base Station) بر روي يك ساختمان بلند نصب شده است و كل محوطه را تحت پوشش قرار ميدهد . نكته قابل اشاره در طراحي اين شبكه ، ماهيت سنگهاي آتشفشاني است كه امواج ارسالي را به شدت جذب مينمايند. براي طراحي اين شبكه رلهةايي در مناطق مرتفع و در اطراف جادهها و ساختمانها نصب شدهاست تا بتوانند سيگنالهاي تضعيفشده را تقويت نمايد.
تكنولوژي Wimax با توجه به ساختار خود به صورت ضمني ميتواند كيفيت سرويس تضمينشدهاي را براي برنامههاي كاربردي مختلف ارائه نمايد و در نتيجه براي ارسال صوت و تصوير ميتواند مورد استفاده قرارگيرد .شبكه ديگري كه منطبق با اين تكنولوژي ايجاد شده . براي پخش زنده رخدادهاي جشنواره فيلم ساندنس مورد استفاده قرار گرفته است.
اين شبكه حدود 55 مايل از سالتليك تا پارك سيتي در ايالت يوتا را به صورت نقطه به نقطه (P2P) تحت پوشش قرار ميدهد.
شبكههاي بيسيم در سطح شهر
اولين نسخه استاندارد Wimax كه در آوريل 2002 روانه بازار شد ، يك سيستم يك نقطه به چند نقطه (pmp) بود كه در بازه فركانسي 10 تا 66 گيگاهرتز كار ميكرد. انتقال داده در اين فركانس ، نيازمند ديد مستقيم بود و اين كه امكان آن در بسياري از شهرها و مناطق وجود نداشت ، نقطه ضعفي براي آن به شمار ميآمد.
به همين جهت ، در نسخه اصلاح شده اين استاندارد lEEE 802.1 b كه در ژاپن 2003 منتشر شد مشخصه فركانسي به محدوده 2تا11 گيگاهرتز انتقال دادهشد تا نياز به داشتن ديد مستقيم در ارتباطات رفع شود.
مشتركان و نقاط دسترسي Wimax در دو باند فركانسي كار ميكنند: 5 گيگاهرتز و 5/3 گيگاهرتز باند 5 گيگاهرتز نياز به مجوز ندارد و ميتوان تا توان 100 ميليوات سيگنال ارسال كرد . با اين توان امكان پوشش داده محدوده 30 متري درون محلهاي بسته و محدوده وسيعتري در خارج آن وجود دارد.
اما كار در باند5/3 گيگاهرتز نياز به مجوز دارد و با تواني در حدود يك وات ، ميتوان به برد 50كيلومتر كه در ابتدا بدان شاره شد رسيد ميزان توان مورد استفاده در سيستم به نوع مجوز و استاندارد سيستمي كه در محل به كار گرفته شدهاست،بستگيدارد.
پركاربردترين پيكربندي 802.16 a شامل يك ايستگاه پايه است كه از طريق يك pmp به نقاط دسترسي داخل ساختمان متصل ميشود شعاع سلولها عموماً بين شش تا ده كيلومتر است كه در اين محدوده ، كاربردهاي ديد مسقتيم به صورت بهينه كار نميكنند. همچنين حداكثر شعاعي كه از نظر تئوري قابل دسترسي است، به كارگرفته نشده است. از ديگر كاربردهاي 802 .16 برقراري ارتباط بين Wlan (و نقاط تجاري ، و اتصال آنها به اينترنت است. در اين كاربرد، محلهاي تجاري ميتوانند Wimax را درجايي نصب كنند كه امكان سيمكشي وجود ندارد.
فناوري Wimax كجا ازWLan جدا ميشود؟
از نظر تئوري Wimax و Wlan ميتوانند با هم تداخل كاري داشتهباشند. زيرا در برخي كشورها شبكههاي Wlan ازهمين محدوده فركانسي استفاده ميكنند. اما زيمنس اطمينان داده است كه Wimax از محدوده فركانسي 4/2 تا 834/2 گيگاهرتز به منظور استفاده در Wlan استفاده نكند.
قائم مقام اينتل پيشبيني ميكند كه طي دو تا چهار سال Wimax به همان جايگاهي برسد كه Wlan در حال حاضر قرار دارد.
آنتنهاي هوشمند
در 802.16 به منظور افزايش محدوده تحت پوشش و بالا بردن بادهي ، امكان استفاده از آنتنهاي هوشمند نيز فراهم شدهاست . يعني به جاي يك آنتن، از چهار آنتن استفاده ميشود. هر يك از اين چهار آنتن در بازههاي زماني معيني ، عمليات ارسال و دريافت داده را انجام ميدهند. اين آنتنها يا سنگنالهاي مختلفي را ارسال ميكنند يا جريان داده اضافي را ميفرستند . اين تكنيك آخر،براي استفاده در Wimax يك روش ايدهآل است . زيرا باعث ميشود عليرغم موانع مختلفي كه در مسير ارتباطي وجود دارد ، مانند ساختمانها و درختان ، حداقل يك سيگنال شانس رسيدن را بيابد و ديگر نيازي به ارسال مجدد نباشد.
طبق بررسي انتل، بازدهي اين آنتنهاي چهارگانه كه به MI-Mo (چند ورودي ـ چند خروجي) معروفند،چهار برابر آنتنهاي تكي است. براي رسيدن به توان مشابه در آنتنهاي معمولي، بايد ميليونها بار توان بيشتري مصرف كرد. البته سيستمهايي كه از آنتنهاي MO ـMI استفاده ميكنند ، براي مديريت صحيح سيگنالهاي نياز به پردازش بيشتري دارند. اينتل بر اين باور است كه اين آنتنها در سيستمهاي انتقال داده آينده ، حتماً مورد استفاده قرار ميگيرند. همچنين ميتوان بدون پرداخت هزينه بالا از اين آنتنها در PC و نوتبوكها استفاده كرد، زيرا هزينه تمام شده هر آنتن كمتر از يكدلار خواهد بود.lEEE 802.16 علاوه بر استفاده از آنتنهاي هوشمند از شبكههاي Mesh نيز كه براي تحت پوشش قراردادن مناطق گستردهتر كاربرد دارند پشتيباني ميكند. در شبكههاي Mesh تلفنهاي همراه ، PDAها ، نوتبوكها ،بازيهاي الكترونيكي ، و PCها به عنوان نقاط تقويت سيگنال شبكه مورد استفاده قرار ميگيرند تا به اين ترتيب دامنه تحت پوشش شبكه به ميزان زيادي گسترش يابد. ويژگي اين شبكهها در اين است كه ادوات به كاررفته، ارسال را با توان پايين انجام ميدهند تا نياز به مصرف انرژي زيادي وجود نداشتهباشد. اين ويژگي در شبكههايي كه ادوات به كار رفته در آن مانند تلفنهاي همراه PDAها ،از باتري استفاده ميكنند بسيار مهم است.
گام بعدي
شبكههاي تلفني يا سيمي ، شبكههايي گران قيمت هستند. به همين دليل تا كنون شبكههاي باند پهن كابلي يا Dsl چنان كه انتضار ميرفت ، گسترده نشدهاند. اگر Wimax طوري كار كند كه طراحانش پيشبيني كردهاند اين كاستي به زودي برطرف ميشود و اينترنت باند پهن در اختيار همه قرار ميگيرد.
اينتل كه خود از پشتيبانان اين نوع شبكه بيسيم است ، محصولات نيمه هادي مربوط به آن را در سال 2004 به بازار عرضه كرد .اين قطعات مناسب ادوات سمت مشترك است كه نقاط دسترسي Wimax ميباشند.
زيمنس تمايل دارد ايستگاههاي پايه را در نيمه سال 2005 ارائه كند.
محصولات كاربرنهايي سازگار با 802.16 در سال 2006 و تلفنهاي همراه و PSA ها با قابليت كار با Wimax در سال بعد از آن آماده عرضه ميشوند. اگرچه اين محصول در حوزه MAN (شبكههاي شهري)چنان موفق باشد كه Wlan در صنعت بودهاست ، آينده خوب در انتظارش خواهد بود . Wlan به خاطر تبعيت از يك استاندارد جهاني، گشترش خوبي پيدا كردهاست و ميتوان هرجا از آن استفاده كرد.
Paul otellini، قائم مقام اينتل ، پيشبيني ميكند كه طي دو تا چهار سال،Wimax به همان جايگاهي برسد كه Wlan در حال حاضر قرار دارد. اولين نوتبوك با قابليت كار با Wimax در 2006 در بازار خواهد بود و بنا به گفته otellini ميتوان در سال بعد منتظر تلفن همراه و PDA آن بود.
Wimax مكمل و رقيب
Wimax نيز مانند Dsl درست به خانهها ميرسد . اين موضوع به سرويس دهندگان امكان ميدهد ارتباط با مشتركان را مديريت كنند.
Wimax به زودي انحصار شبكههاي محلي را به چالش ميكشد. سرويس دهندگان رقيب كه تا كنون ظرفيت مورد نياز خود را از شركتهاي مخابرات اجاره ميكردند ، ميتوانند خود فرستندههاي Wimax را نصب كرده و يك رقابت جهاني را در سراسر دنيا با آنها آغاز كنند. اين رقابت جان تازهاي به دنيا تجارت ميدهد و مشتركان ميتوانند شاهد كاهش قيمتها، در اثر اين رقابتها باشند.
مزاياي Wimax
بالاتر، سريعتر،بيشتر
نبايد سريعاً تحت تاثير اعداد و ارقامي كه نشاندهنده سرعت بالاي دسترسي و مسائلي از اين قبيل است ، قرارگرفت اين پارامترها تنها در شرايط آزمايشگاهي حاصل ميشوند و در شرايط واقعي اين ظرفيت بين مشتركان به اشتراك گذاشته ميشوند. به عنوان مثال، اگر 50 مشترك وجود داشته باشند، به هر كدام از آنها تنها 44/1 مگابيت برثانيه ميرسد و در محدوده 50 كيلومتري حتما اين تعداد مشترك وجود دارد. طبق گفته سازندگان Wimax هزينه نصب كمي دارد. البته گرانتر از Wlan است اما ارزانتر از ايستگاههاي سلولي GSM تمام ميشود. اين بدان معناست كه اپراتورهاي Wimax ميتوانند با هزينه كمتر، سطح بيشتري از شهر را پوشش دهند. در آينده بايد بتوان به جاي نصب پر دردسر دكلها در مناطق مرتفع را به راحتي آنتنها را در سقف خانهها و ساختمانها نصب كرد.
امنيت بالا
Wimax تا كنون شامل DES يا Triple DES به همراه يك كليد16 بيتي بودهاست. در زماني كه Wimax بخواهد به صورت رسمي به بازار عرضه شود از AES (استاندارد پيشرفته امنيتي) استفاده ميكند كه داراي بالاترين ضريب امنيتي در بين الگوريتمهاي موجود است . اين استاندارد،پايهاي براي روشهاي امنيتي بعدي سيستم نيز خواهد بود.
Wimax در رقابت با Wlan
Wimax با بردي برابر 50 كيلومتر و سرعت دسترسي معادل 70 مگابيت برثانيه درحال تكامل بخشيدن به فناوري Dsl است.
نقطه ضعف بزرگ فناوريهاي باند پهن فعلي آن است كه به دليل نياز به سيمكشي، نميتوانند همه مناطق را پوشش دهند. زيرا امكان سيمكشي در همه جا وجود ندارد. فناوري Wimaxآمده تا اين مشكل را مرتفع كند(IEEE 802.16) Wimax ميتواند امكان دسترسي به باند پهن را براي مشتركان معمولي و تجاري به صورت بيسيم فراهم كند.
البته Wimax رقيب LAN بيسيم نيست. اما انحصار آن را به چاكش ميكشد. Wimax اينترنت را با سرعت 70مگابيت برثانيه و در محدوده 50 كيلومتري به مجتمعها و ساختمانها ميرساندو از آنجا به بعد، ايستگاههاي كاري از طريق Wlan با شبكه سيمي به اينترنت متصل ميشوند.
منابع
1ـ وايمکس، فناوري نوين در شبکه هاي بيسيم- علي سقائيان
2ـ مروري بر پياده سازي شبکه هاي وايمکس- افسانه دشتي
3ـ شبکه هاي بيسيم گسترده تر مي شوند – عليرضا تقي زاده
4ـ Wimax forum.com
5ـIntelwimax.com
6ـ Wimax.com
7ـWimax.blogfa.com