Стандарт WiMAX: техническое описание, варианты реализации и специфика применения

На сегодняшний день технология беспроводной связи «WiMAX» является наиболее передовой из всех существующих. Появившись в далеком 2003 году, она была направлена на удовлетворение рынка широковещательных устройств.

По всему миру большое количество операторов начали создавать сети беспроводной связи. Такие сети существуют сейчас в США, Японии, Корее, России и многих других. Если принять во внимание слова ведущих аналитиков в сфере коммуникаций, то в «WiMAX» в скором времени общее количество пользователей сети составит больше 100 миллионов человек.

На сегодняшний день можно смело сказать, что у «WiMAX» нет альтернативной технологии, что и делает ее передовым продуктом. В этой статье мы подробно рассмотрим особенности данной технологии, ее преимущества и недостатки.

Что это такое?

«WiMAX» («Международное взаимодействие для микроволнового доступа») – технология, разработанная в 2003 году, целью которой является предоставление беспроводной связи для рабочих станций, стационарных компьютеров, портативных компьютеров и мобильных устройств. Базируется на стандарте связи «IEEE 802.16».

Какие задачи решает «WiMAX»:

обеспечение широкополосной связи, взамен выделенным линиям и «DSL/ADSL»;
обеспечение системами удаленного мониторинга;
создание точек удаленного доступа, которые не имеют привязки к географическому местоположению;
обеспечение точек доступа «Wi-Fi» и соединение их друг с другом, а также других зон интернет сети.

Также хочется кратко рассказать о основных этапах разработки данной технологии:

Область и целесообразность применения

На сегодняшний день перед разработчиками всего мира остро стоит проблема «последней мили» (канала, который соединяет конечное оборудование пользователя с узлом доступа провайдера). К счастью, сейчас появилось много разновидностей технологии «последней мили», благодаря чему каждый провайдер может решить задачу выбора этой технологии.

На сегодняшний день проблема последней мили не имеет четкого и универсального решения. Абсолютно у каждой существующей технологии есть своя область применения, плюсы и минусы.

На выбор определенной технологи и могут влиять большое количество факторов и вот основные из них:

способ достижения намеченных целей, эффективное использование ресурсов, целевая аудитория,
выделение инвестиций, которые впоследствии пойдут на развитии сети;
наличие и работоспособность имеющийся сетевой инфраструктуры, а также определенные ресурсы, которые будут направлены на поддержку технической эксплуатаций сети.

Каждый из вышеперечисленный факторов играет особую роль в выборе технологического решения.

Также хочется отметить, сравнивая Wi-Fi и WiMAX, что последний позволяет пользователям осуществлять выход в интернет на достаточно высокой скорости. Покрытие территории сетей WiMAX значительно больше, чем у Wi-Fi.

видео: WiMax технология

Варианты технологии

Все семейство технологии WiMAX обладает достаточно широким спектром достоинств, которые имеют определенные различия друг от друга. Разработчики технологии WiMAX пытались найти наиболее целесообразный вариант, предназначенный для мобильного и фиксированного использования.

Однако стоит отметить тот факт, что совмещение требований в рамках одного стандарта по-прежнему не решенная задача. Стандартные требования имеют полную схожесть между собой, но при этом каждая технология имеет определенную нацеленность на различные сферы рынка. Поэтому это стало толчком к тому, чтобы создать две обособленные версии стандарта.

Фото: технология стандарта IEEE 802.16 e и d

Каждая спецификация WiMAX имеет свои технические характеристики: мощности излучения, частоты, доступ и передача, повторное использование радиочастот. И именно из-за данных особенностей системы-WiMAX, находящихся на базе стандарта IEEE 802.16 e и d, практически не имеют совместимости.

802.16-2004 — была утверждена в 2004 году. При работе используется частотное мультиплексирование. Ко всему прочему имеется поддержка так называемого фиксированного доступа в тех зонах, где отсутствует и присутствует прямая видимость. В большинстве случаев используются частоты 3,5 и 5 ГГц.
802.16-2005 — была утверждена в 2005 году. Новая версия является большим шагом в эволюции фиксированного доступа. Новая версия получила поддержку мобильных абонетов, а ее отличительной чертой является поддержка ряда особых функций, таких как: «Idle mode», «Handover».

Отличительными чертами между двумя спецификациями является то, что за счет фиксированного WiMAX (802.16-2004) работают исключительно статичные абоненты, а при работе 802.16-2005 (мобильного WiMAX) работают абоненты, которые передвигаются со скоростью до 110 километров в час.

Также хочется отметить то, что за счет мобильности обеспечиваются все функции роуминга и так называемое «бесшовное подключение» между основными рабочими станциями в то время, когда абонент находится в движении. Также существуют исключительные случаи, когда 802.16-2005 может достаточно хорошо использоваться при обслуживании статичных абонентов.

Также хочется отметить то, что большинство компаний отдают свое предпочтение именно WiMAX, предоставляя услуги высокоскоростной связи.

И на это есть свои причины:

в первую очередь 802.16 эффективен с экономической точки зрения при предоставлении своим клиентам доступа в сеть, а также расширении услуг и охватывании новых территорий;
во-вторых – это простота в использования в отличии от проводных каналов. WiMAX и Wi-Fi достаточно просты в использовании, развертывании и, конечно же, масштабировании. Довольно удобный способ при создании достаточно крупной сети в кротчайшие сроки.

WiMAX абонентское оборудование

В настоящее время оборудование для использования сетей WiMAX можно устанавливать в помещениях (такие устройства обычно не превышают своими размерами традиционные DSL модемы), так и на улицах (устройства размером с ноутбук).

Устройства для работы внутри помещений более удобны в использовании, но могут работать только на небольших расстояниях от базовой станции.

Из-за этого оборудование, которое устанавливается внутри помещений, нуждается в более крупных инвестициях, так как для обеспечения качественной работы потребуется большое количество точек доступа.

Принцип работы и понятия

WiMAX состоит из следующих элементов: станции (базовые и клиентские), оборудование, которое является связующим между станциями, интернет-сеть. Для соединение базовой станции и клиентской используются частоты от 2 до 11 ГГц.

Между базовыми станциями, как правило, устанавливается прямая видимость и при этом используется рабочий диапазон частот от 10 до 66 ГГц. Прямая видимость между рабочими станциями и диапазон частот позволяют добиться скорости обмена данными до 120 Мбит/сек. Но при этом необходимо одну из рабочих станций подключить к сети провайдера используя стандартный метод проводного соединения.

Стандарты IEEE 802.16 имеет структуру GSM сети. Дальность действия базовых станций в несколько километров и возведение каких-либо дополнительных вышек, усиливающих сигнал, совершенно не требуется.

Режимы

В стандарт wimax 802.16e-2005 входят все версии, которые выходили ранее:

MAC / канальный уровень

В сетях 802.16 MAC применят так называемый алгоритм планирования. Принцип действия данного алгоритма основывается на следующем: абсолютная любая клиентская станция может подключиться к точке доступа и после подключения для нее автоматически будет созданный отдельный слот непосредственно на точке доступа. Ко всему прочему остальные пользователи не могут оказывать влияние на это и таким образом это исключает обрыв связи.

WiMAX Архитектура

На WiMAX Forum была создана спецификация архитектуры, благодаря которой является возможный определить огромное количество нюансов работы. В это число входит распределение сетевых адресов, взаимодействие с другими сетями, аутентификация.

Хочется отметить, что архитектура сетей не имеет строгой привязки к той или иной отдельной конфигурации, поэтому обеспечивается довольно высокая гибкость и масштабируемость.

Преимущества и недостатки

К преимуществам относится:

К недостаткам относитс я:

дефицит устройств частот;
неподготовленность законодательной базы;
сложности при внедрении новой технологии, из-за чего на данный момент отсутствует возможность обеспечения качественной связи по низкой стоимости.

В данной статье мы подробно рассмотрели WiMAX. Можно с уверенностью сказать, что на данный момент WiMAX является передовой технологией беспроводной связи. На сегодняшний день она приобрела довольно широкую популярность в современном мире.

Система WiMAX состоит из двух основных частей.

Базовая станция WiMAX , может размещаться на высотном объекте: здании или вышке.

Приёмник WiMAX : антенна с приёмником, в форм-факторе карты PC Card, карты расширения ПК или внешней карты.

Соединение между базовой станцией и клиентским приёмником производится в диапазоне 2-11 ГГц. Данное соединение позволяет передавать данные со скоростью до 20 Мбит/с и не требует наличия прямой видимости между станцией и пользователем. Технология WiMAX применяется как на “последней миле”, так и для предоставления доступа региональным сетям: офисным, районным. Между соседними базовыми станциями устанавливается постоянное соединение с использованием режима СВЧ (сверхвысокие частоты 10-66 ГГц) радиосвязи прямой видимости (line-of-sight). Данное соединение в идеальных условиях позволяет передавать данные со скоростью до 120 Мбит/с. Ограничение по условию прямой видимости не является плюсом, однако оно накладывается только на базовые станции, участвующие в цельном покрытии района, что вполне возможно реализовать при размещении оборудования.

Рис. 2.1 - Организация сети связи по технологии WiMax.

Как минимум, одна из базовых станций может быть постоянно связана с сетью провайдера через широкополосное скоростное соединение. Фактически, чем больше станций имеют доступ к сети провайдера, тем выше скорость и надёжность передачи данных. Однако даже при небольшом количестве точек система способна корректно распределить нагрузку за счёт сотовой топологии.

На базе сотового принципа разрабатываются также построения оптимальной сети, огибающей крупные объекты (многоэтажную городскую застройку, горные массивы), когда серия последовательных станций передаёт данные по эстафетному принципу.

Рис. 2.2 - Схема организации районированной сети по технологии WiMAX.

По структуре сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусе до 50 км, при этом их также не обязательно устанавливать на вышках - для них вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условия прямой видимости между станциями. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet-кабелю, как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet.

2.3. Режимы работы WiMax.

Стандарт 802.16e-2005 вобрал в себя все ранее выходившие версии и на данный момент предоставляет следующие режимы.

Fixed WiMAX - фиксированный доступ;

Nomadic WiMAX - сеансовый доступ;

Portable WiMAX - доступ в режиме перемещения;

Mobile WiMAX - мобильный доступ.

Fixed WiMAX . Фиксированный доступ представляет собой альтернативу широкополосным проводным технологиям (xDSL, T1, т.п.). Стандарт использует диапазон частот 10-66 ГГц. Этот частотный диапазон из-за сильного затухания коротких волн требует прямой видимости между передатчиком и приёмником сигнала. С другой стороны, данный частотный диапазон позволяет избежать одной из главных проблем радиосвязи - многолучевого распространения сигнала. При этом ширина каналов связи в этом частотном диапазоне довольно велика (типичное значение - 25 или 28 МГц), что позволяет достигать скоростей передачи до 120 Мбит/с. Фиксированный режим включался в версию стандарта 802.16d-2004 и уже используется в ряде стран. Однако большинство компаний, предлагающих услуги Fixed WiMAX , ожидают скорого перехода на портативный и в дальнейшем мобильныйWiMAX .

Рис 2.3. – Организация сети в режиме Fixed WiMAX.

Nomadic WiMAX . Сеансовый (кочующий) доступ добавил понятие сессий к уже существующему Fixed WiMAX . Наличие сессий позволяет свободно перемещать клиентское оборудование между сессиями и восстанавливать соединение уже с помощью других базовых станций WiMAX , нежели тех, что были использованы во время предыдущей сессии. Такой режим разработан в основном для портативных устройств, таких, как ноутбуки, КПК. Введение сессий позволяет уменьшить расход энергии клиентского устройства, что немаловажно для портативных устройств.

Portable WiMAX . Для режима Portable WiMAX добавлена возможность автоматического переключения клиента от одной базовой станции WiMAX к другой без потери соединения. Однако для данного режима всё ещё ограничена скорость передвижения клиентского оборудования - 40 км/ч. Впрочем, уже в таком виде можно использовать клиентские устройства в дороге (в автомобиле при движении по жилым районам города, где скорость ограничена, на велосипеде, двигаясь пешком, т.д.). Введение данного режима сделало целесообразным использование технологии WiMAX для смартфонов и КПК. В 2006 году начат выпуск устройств, работающих в портативном режиме WiMAX .

Mobile WiMAX был разработан в стандарте 802.16e-2005 и позволил увеличить скорость перемещения клиентского оборудования до более 120 км/ч.

Рис 2.4. – Организация сети в режиме Mobil WiMAX.

Используемая в этом режиме технология Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ), позволяет сохранять устойчивое соединение при резкой смене направления движения клиентского оборудования. А Технология Network-Optimized Hard Handoff (HHO) позволяет до 50 миллисекунд и менее сократить время на переключение клиента между каналами.

Что это такое?

Какие задачи решает «WiMAX»:

обеспечение широкополосной связи, взамен выделенным линиям и «DSL/ADSL»;
обеспечение системами удаленного мониторинга;
создание точек удаленного доступа, которые не имеют привязки к географическому местоположению;
обеспечение точек доступа «Wi-Fi» и соединение их друг с другом, а также других зон интернет сети.

Также хочется кратко рассказать о основных этапах разработки данной технологии:

Область и целесообразность применения

На выбор определенной технологи и могут влиять большое количество факторов и вот основные из них:

способ достижения намеченных целей, эффективное использование ресурсов, целевая аудитория,
выделение инвестиций, которые впоследствии пойдут на развитии сети;
наличие и работоспособность имеющийся сетевой инфраструктуры, а также определенные ресурсы, которые будут направлены на поддержку технической эксплуатаций сети.

Каждый из вышеперечисленный факторов играет особую роль в выборе технологического решения.

видео: WiMax технология

Варианты технологии

802.16-2004 - была утверждена в 2004 году. При работе используется частотное мультиплексирование. Ко всему прочему имеется поддержка так называемого фиксированного доступа в тех зонах, где отсутствует и присутствует прямая видимость. В большинстве случаев используются частоты 3,5 и 5 ГГц.
802.16-2005 - была утверждена в 2005 году. Новая версия является большим шагом в эволюции фиксированного доступа. Новая версия получила поддержку мобильных абонетов, а ее отличительной чертой является поддержка ряда особых функций, таких как: «Idle mode», «Handover».

И на это есть свои причины:

в первую очередь 802.16 эффективен с экономической точки зрения при предоставлении своим клиентам доступа в сеть, а также расширении услуг и охватывании новых территорий;
во-вторых – это простота в использования в отличии от проводных каналов. WiMAX и Wi-Fi достаточно просты в использовании, развертывании и, конечно же, масштабировании. Довольно удобный способ при создании достаточно крупной сети в кротчайшие сроки.

WiMAX абонентское оборудование

Устройства для работы внутри помещений более удобны в использовании, но могут работать только на небольших расстояниях от базовой станции.

Принцип работы и понятия

Режимы

В стандарт wimax 802.16e-2005 входят все версии, которые выходили ранее:

MAC / канальный уровень

WiMAX Архитектура

Преимущества и недостатки

К преимуществам относится:

К недостаткам относитс я:

дефицит устройств частот;
неподготовленность законодательной базы;
сложности при внедрении новой технологии, из-за чего на данный момент отсутствует возможность обеспечения качественной связи по низкой стоимости.

WiMAX – это телекоммуникационная технология, предназначенная для обеспечения беспроводной связи и передачи данных на большие расстояния для большого количества различных устройств (речь идет не только о базовых станциях, но и различных устройствах: смартфонах, ноутбуках, планшетах и т.п.).

Разрабатывался, как альтернатива телефонным линиям и DSL технологии. В настоящее время максимальный теоретический уровень достигнутой скорости передачи 1 Гбит/с .

Как работает Wimax

Работает по принципу традиционной сети мобильной связи. То есть устанавливаются базовые станции , которые образуют покрытие беспроводной сети. Это покрытие обеспечивает непрерывную телекоммуникацию на определенной территории посредством постоянного радиоканала в СВЧ диапазоне.

Как работает WiMAX

Устройство пользователя автоматически принимает сигнал ближайшей базовой станции с более мощным сигналом в «зоне доступа».

Различают фиксированный (для стационарных устройств) и мобильный (для портативных, перемещающихся в пространстве) стандарт WiMAX.

Каждый из них отличается своими характеристиками : прежде всего рабочей частотой, а также способами доступа и передачи.

Разница между wimax и wifi

Технологии имеют много общего, если говорить о сути – передача данных на расстояние без использования проводов, кабелей и т.д. с использованием определенных частот радиоканала. Однако WiMax превосходит Wi-Fi в скоростях доступа. Также отличается большим покрытием, благодаря чему может использоваться в качестве магистрального канала, что в конечном итоге может позволить организовывать на их основе масштабируемые городские сети с высокими скоростями доступа.

Различаются они и областями применения, благодаря чему они могут работать дополняя друг друга. Все зависит от целевой аудитории и возможности обеспечения технологии операторами. Для WiMAX нужна более мощная сетевая инфраструктура, что соответственно несет большие материальные затраты на её построение и более длительный срок окупаемости.

Как известно стандарт Wi-Fi – это 802.11, а стандарт WiMAX 802.16. Соответственно, есть разница в их технических характеристиках.

Существенно разницей является то, что радиус действия Wi-Fi не превышает 100 метров без препятствий (в бытовых условиях же это 20-30 метров). Если говорить о WiMAX , то максимальный заявленный радиус действия 50 км (в реальности 5-10 км), что значительно больше. Wi-Fi целесообразно использовать для создания локальных частных сетей. С помощью WiMAX можно создавать региональные сети . К данной сети может подключиться только устройство, поддерживающее этот стандарт, оснащенные соответствующим модулем.

Wi-Fi используется гораздо больше из-за дешевизны и простоты настройки.

Обе технологии просты в использовании и позволяют легко развертывать и масштабировать сети в самые короткие сроки.

Почему стоит выбрать wimax

Будущее за WiMAX. Уже сейчас мобильная версия позволяет работать со скоростью до 10 Мбит/с. Пользоваться скоростным интернетом можно где угодно – дома, в машине или на работе. Соединение при этом отличается надежностью и качеством . WiMAX предоставляет универсальный беспроводной доступ для широкого спектра устройств.

В теории все просто замечательно, но на практике пока наблюдаются проблемы с внедрением технологии из-за дефицита устройств частот, недостаточной законодательной базы и дороговизной настройки. Однако эти недостатки устранимы и в ближайшее десятилетие пользователи познакомятся с этой технологией гораздо ближе, как в свое время беспроводной интернет покорила технология Wi-fi.

WiMAX от англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access Стандарт IEEE 802.16 - стандарт беспроводной связи, обеспечивающий широкополосную связь на значительные расстояния со скоростью, сравнимой с кабельными соединениями.

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативной выделенным линиям и DSL».

Область применения

WiMAX подходит для решения следующих задач:

Соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных (до 3 Мб/с) и телекоммуникационных услуг.
Создание точек доступа, не привязаны к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сети. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL-и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

Фиксированный и мобильный вариант WiMAX

Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.

802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием или отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже около 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурентную или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL.

802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это - новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, «idle mode» и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3, 2,5, 3,4-3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, а недавно оператор Sprint анонсировал старт проекта национального масштаба. Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSXPA).

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км / час. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В отдельных случаях мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Широкополосный доступ

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин. Во-первых, технологии семейства 802.16 позволяют экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории. Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развертывании и по мере необходимости легко масштабируются. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. Например, WiMAX был использован для того, чтобы предоставить доступ в сеть выжившим после цунами, произошло в декабре 2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.

В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа в Интернет как для бизнес-структур, так и для частных лиц.

Оборудование пользователя

Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL модем), так и вне его (устройства размером с ноутбук). Следует отметить, что оборудование, которое рассчитано на размещение внутри помещений и не требует профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, способное работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как предусматривает использование гораздо большего числа точек доступа.

С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожи на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Принцип работы WiMAX

Основные понятия

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей - базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит / с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником.

Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГц, скорость обмена данными может достигать 120 Мбит / c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем больше число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надежность сети в целом.

Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки - допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями) Режимы работы MAC / канальный уровень

В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию, при которой связь для удаленных станций будет постоянно обрываться в пользу более близких станций. Этот недостаток делает плохим использования таких сервисов, как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.

Что же касается сетей 802.16, в них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа и для нее будет выделен слот на точке доступа, недоступный другим пользователям.

Архитектура

WiMAX Forum разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX сетей: взаимодействия с другими сетями, распределение сетевых адресов, аутентификация и многое другое. Приведенная иллюстрация дает некоторое представление об архитектуре сетей WiMAX.

SS / MS: (the Subscriber Station / Mobile Station)
ASN: (the Access Service Network)
BS: (Base station), базовая станция, часть ASN
ASN-GW: (the ASN Gateway), шлюз, часть ASN
CSN: (the Connectivity Service Network)
HA: (Home Agent, часть CSN)
NAP: (a Network Access Provider)
NSP: (a Network Service Provider)

ASN (Access Service Network) - сеть доступа.

ASN Gateway - предназначен для объединения трафика и сообщений сигнализации от базовых станций и дальнейшей их передачи в сеть CSN.

BS (Base Station) - базовая станция. Основной задачей является установление, поддержка и разъединение радио соединений. Кроме того, выполняет обработку сигнализации, а также распределение ресурсов среди абонентов.

CSN (Connectivity Service Network) - сеть обеспечения услуг.

HA (Home Agent) - элемент сети, отвечающий за возможность роуминга. Кроме того, обеспечивает обмен данными между сетями разных операторов.

Следует заметить, что архитектура сетей WiMax не привязана к какой-то определенной конфигурации, обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.

Сравнение WiMAX и Wi-Fi

Сопоставление WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость, возможно, потому, что созвучно звучание терминов, схожие названия стандартов, на которых основаны эти технологии (стандарты IEEE, оба начинаются с «802».), А также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (канала обмена данными). Но несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.

WiMAX - это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Различные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к расположению).

Wi-Fi - это система более короткого действия, обычно покрывает сотни метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основан на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в большинстве кафе, гостиниц, вокзалов и аэропортов можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

WiMAX-2

В октябре 2010 года институт инженеров электроники и электротехники (IEEE) утвердил стандарт IEEE 802.16m, известный только как WirelessMAN-Advanced и WiMAX-2. Он позволит повысить пропускную способность беспроводных сетей в несколько раз. Так, стационарное оборудование в сетях нового поколения сможет принимать данные на скорости до 1 Гбит / с, а мобильные гаджеты и портативные компьютеры - до 100 Мбит / с. При этом сохранится обратная совместимость с существующим оборудованием WiMAX.

Первая публичная демонстрация возможностей WiMAX 2 была осуществлена на выставке CEATEC JAPAN 2010 в Токио: Samsung Electronics и UQ Communications показали в действии экспериментальную систему WiMAX 2 с пропускной способностью 330 Мб / с. Используя коммерческую базовую станцию Mobile WiMAX производства Samsung партнеры осуществили одновременную трансляцию Full-HD 3D-видео и 16 Full-HD-видео на четыре крупноформатных (Large Format Display) телевизора.

Стандарт WiMAX 2 должен прийти на смену нынешнему WiMAX (802.16e) и стать достойным конкурентом LTE. Его поддерживает альянс компьютерных фирм, в числе которых Intel, Motorola и Samsung. Появление более скоростных стандартов беспроводной связи вполне востребовано рынком. По оценке аналитиков Cisco, мобильный интернет-трафик в мире будет ежегодно удваиваться и к 2013 году вырастет до 2,2 млн терабайт в месяц, в основном, за счет увеличения доли видео. За пять лет видеотрафик для мобильных устройств вырастет более чем в 100 раз.

WiMAX-3

Сразу после принятия стандарта IEEE 802.16m (WiMAX-2) инициативная группа под названием PAR (Project Authorization) начала работу над новой версией этого стандарта IEEE 802.16n (WiMAX 3.0), который должен обеспечить пользователям совершенно невероятные скорости доступа к сетям - 10 Гбит для каналов фиксированной связи и до 1 Гбит для мобильной связи. Планируется, что стандарт WiMAX 3 будет принят в течение ближайших 3-5 лет.

В октябре 2010 года орган IEEE одобрил стандарт 802.16m, как расширение стандарта IMT. Стандарт IEEE 802.16m предусматривает мобильный доступ к сетям передачи данных на скорости до 100 Мбит. Дополнительно стандарт IEEE 802.16m предлагает такие важные улучшения, как многопользовательскую очередь пакетов MIMO (многоканальный вход - многоканальный выход), обслуживание магистральных каналов в интересах сразу нескольких операторов, а также так называемые «кооперативные коммуникации», в которых каждый абонент вносит свой вклад в обслуживание расположенных вблизи других абонентов. Кроме всего прочего, новый стандарт предлагает полную поддержку фемтосот, сетей самоорганизацией и ретрансляторов. О внедрении стандарта WiMAX 2.0 уже заявили крупнейшие мировые организации по государственной и индустриальной сферы.

Стандарт WiMAX 3.0 (IEEE 802.16n), призванный прийти на смену только принятому стандарту WiMAX 2, будет еще более быстрым и универсальным. Пропускная способность сетей должна стать в десять раз больше, чем у самых современных действующих сетях, предлагая многоканальные очереди 4 × 8 MIMO и «сцепление каналов». Поскольку стандарт WiMAX 3.0 использует сразу 10 каналов шириной по 6 МГц, в вещательных станций появляется небывалая ранее возможность передавать телевизионный сигнал отличного качества из аппарата размером не больше чемодана. Фактически, это может означать конец привычного телевидения с эфирным вещанием, которое можно принимать на домашнюю антенну.

Стоит заметить, что сейчас развитие беспроводного широкополосного доступа в Интернет развивается очень быстро. По данным исследовательской компании ABI Research, сейчас уже более 2 млрд. человек на Земле живут в зоне высокоскоростных сетей. Сейчас в мире работает более 500 сетей 3G, в ближайшем будущем планируется официальный запуск более 300 сетей WiMAX и LTE. По оценкам компании In-Stat, к 2014 году в мире будет работать до 2 млрд. мобильных устройств со встроенной поддержкой широкополосной мобильной связи.

Рынок

Согласно данным консалтинговой компании J"son & Partners, представленными по результатам исследования мирового рынка WiMAX, в 2008 году суммарное количество фиксированных и мобильных абонентов приблизилось к 4 млн, а прирост с конца 2007 г. составил 120%.

Основная тенденция на мировом рынке беспроводного широкополосного доступа в 2008 г. - это его подготовка к появлению WiMAX-сетей с предоставлением мобильных услуг для большого количества пользователей. Основные проекты WiMAX сосредоточены в крупных городах США, Мексике и странах Центральной Европы, которые имеют высокую плотность населения. С учетом сравнительно небольших вложений в развертывание полноценных сетей в городах-миллионниках, наличия в них развитой канальной инфраструктуры и растущего спроса на доступ в интернет, большинство проектов WiMAX стартует с крупных городов, однако ситуация постепенно меняется.

Многие производители оборудования отказываются или уже отказались от разработки и производства систем 802.16d в пользу мобильной версии стандарта. В связи с этим будущее фиксированного WiMAX не вполне понятно.

Лидирующую позицию по выручке от продажи оборудования для мобильного WiMAX за 2008 г. занимает Alcatel-Lucent, оставил позади Motorola, Alvarion и Samsung. В 2009 г. звание лидеров по количеству проданного оборудования имеют возможность обжаловать компании Huawei и Cisco Systems, каждая из которых в конце 2008 г. сертифицировала по три устройства с поддержкой мобильного доступа к технологии WiMAX.

По состоянию на март 2009 г. международным WiMAX Forum"ом сертифицировано 44 модели базовых станций и 47 моделей абонентских терминалов. Эти значения почти в полтора раза превышают количество сертифицированных устройств с поддержкой WiMAX на конец первого полугодия 2008 г. - 18 базовых станций и 20 абонентских устройств. Количество производителей сертифицированного оборудования за последние восемь месяцев увеличилась более чем в два раза и составляет 33 компании.