وایمکس، اینترنت درون متروی شهری

چکيده
نياز به ارتباط با جهان اطلاعات و همچنين بي نياز کردن کاربران از محدوديتهاي مکاني و زماني سالهاست مد نظر کارشناسان علم کامپيوتر و بخصوص مهندسين اينترنت است.استاندارد ۸۰۲٫۱۶ براي شبکه هاي شهري را مي توان آخرين راه حل براي پاسخگويي به اين نيازها دانست.
کلمات کليدي: وايمکس، خط ديد مستقيم (LOS)، خط ديد غير مستقيم(NLOS)

مقدمه
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 ۵۶ 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 ۸۰۲٫۱۶ 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 استاندارد۸۰۲٫۱۶ 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 ن

سخه ي ۸۰۲٫۱۶a تا ۸۰۲٫۱۶d براي وايمکس ثابت و نسخه ي ۸۰۲٫۱۶e که اخيراً پياده سازي شده است براي مصارف سيار حتي تا سرعتهاي ۱۲۰ 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 ، ۶ 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 ۵۰ کيلومتر است که مسافتي در حدود ۹۳۰۰ کيلومتر مربع را شامل مي شود .فرکانس قابل استفاده در اين سرويس ۱۰ تا ۶۶ 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 ۶ تا ۹ 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 ۲ تا ۱۱ گيگا هرتز اين مشکل به راحتي رفع شده است. فرکانسهاي بالاي ۱۰ 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 ۷۰ Mbps و در بهترين حالت ۲۸۶ Mbps را پشتيباني ميکند که پهناي باندي معادل براي ۶۰ مرکز تجاري با ارتباط E1 و بيش از ۱۰۰۰ 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 ۱۰ 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 ۳ متر ۱db را از دست مي دهد که اگر آنتن در بالاي يک ساختمان ۲۰ 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 ۳۶۰° 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 ۳۰ 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.

indoor

outdoor
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 ۳ تا ۵ 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 ۸۰۲٫۱۶e 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 ۱۰۰ متر دامنه
۷۲ 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 ۱۵ 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 ۹۰‌روزه 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 ۱۴۰ مايل در سه رشته شنا به مسافت ۴/۲ مايل، دوچرخه سواري به مسافت ۱۱۲ مايل، و دوي ماراتن به مسافت ۲/۲۶ 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 تلويزيت 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.