مروری بر پدیده WiMAX

مروری بر پدیده WiMAX افزایش روز افزون تقاضا برای سرویسهای بی سیم و باند وسیع نظیر داده، صوت، ویدئو و ... یکی از مسایلی است که امروزه بعد عملی به خود گرفته است و شرکتهای بزرگ مخابراتی در سراسر جهان به دنبال ارائه این سرویسها با استفاده از فناوری بی سیم باند وسیع می باشند. به اعتقاد بسیاری از صاحبنظران این فناوری موجب تحول عمیقی در این عرصه شده است.

WiMAX چیست ؟ World Wide interoperability for Microwave Accessیا همان WiMAX که به مفهوم رویکردی همگانی برای دسترسی به امواج مایکروویو در سطح جهانی است. انجمن جهانی WiMAX باتعریف استانداردی بر پایه فن آوری شبکه های بدون سیم جهش عمده ای را در فن آوری های بیسیم موجب شده است. با پیاده سازی و گسترش شبکه WiMAX سرویس بیسیمی با باند پهن و بازده بالا و با هزینه کمتر خواهیم داشت. که قابلیتهای ویژه ای را در مقایسه با WiFi? ارائه می دهد. . مقایسه WiFi? و WiMAX: در پیاده سازی WiMAX معمولاً کل یک شهر تحت پوشش سرویس اینترنت آن قرار نمی گیرد چراکه هزینه استفاده از سرویسهای بیسیم به نسبت سایر سرویسهای موجود بسیار بالاتر است اما استفاده از یک ایستگاه WiMAX در یک شهر قابل قبول تر از راه اندازی ایستگاههای فراوان WiFi? جهت استفاده کاربران سیار می باشد. اما در برخی از شهرها که راه اندازی سرویسها هزینه بالایی را می طلبد شرکتهای ارائه دهنده به استفاده از این تکنولوژی روی آورده اند. از همین رو به دنبال گسترش موفقیت آمیز استانداردIEEE802.11 در مورد شبکه های محلی بدون سیمWiFi استفاده از استاندارد IEEE802.16d_2004که عموماً با نام WiMAX ثابت و IEEE802.16e_2005یا WiMAX سیار برای دسترسی به شبکه های شهری بیسیم رو به افزایش است. یک سیستم WiMAX شامل دو بخش است: ایستگاه اصلی (Base Station) که شامل برج WiMAX و تجهیزات الکترونیک داخلی آن است. و گیرنده WiMAX که شامل گیرنده و آنتن WiMAX که می تواند یک باکس کاملاً مستقل باشد که در کامپیوتر یا لپ تاب شما جای گیرد. دسترسی به ایستگاه مرکزی WiMAX شبیه دسترسی به یک نقطه خاص در یک شبکه WiFi? است، البته با پوششی بیشتر. می توان WiMAX را با WiFi? از نظر سطح پوشش و سرعت با یکدیگر مقایسه نمود. هات اسپاتهای WiFi? از حدود 100 فوت شعاع پوششی پشتیبانی می کنند در حالیکه WiMAX شعاع بالای 10 کیلومتر را پوشش می دهد. بیشینه نرخ داده شده برای استاندارد802.11 وای فای20MHZ با پهنای باند کانال 54Mbpsاست در حالیکه این پارامترها برای استاندارد 802.16aوای مکس به ترتیب1.5-20 MHZ بیشینه نرخ داده و 100Mbpsپهنای باند کانال است. استاندارد802.16 که در آینده به آن اشاره می شود با برخورداری و پشتیبانی از لایه های فیزیکی) (PHYدسترسی چند گانه , (MAC) Trans mission , Coverageمزایای بیشتری را نسبت به وای فای و استاندارد802.11 ارائه می دهد. لایهMAC با استفاده از الگوریتم زمانبندی بهره وری را افزایش داده و ارائه سرویس به چند کاربر را ممکن می سازد. در حالیکه در ترمینالها برای دسترسی به نقطه بیسیم بایستی از روش ارسال وقفه بهره جویند. همچنین لایه فیزیکی قابلیت پشتیبانی از کاربرد های موبایل را با استفاده از تکنیک چند آنتنی و ارتباط چند ورودی- چند خروجی امکانپذیر میسازد و بکار گیری دوباره فرکانس نیز از مزایای WiMAX است. . استانداردهای فن آوری WiMAX : فن آوری WiMAXفن آوری مورد استفاده در شبکهMAN است و پهنای باند5 MHZ را تا 20MHZ پوشش می دهد. استاندارد WiMAX لایه هایPHY (فیزیکی) و MAC(لایه های دسترسی چندگانه) را تحت پوشش قرار می دهد و امکان برقراری ارتباط چند مسیره را داراست. در واقع این استاندارد برای تطبیق سیستمهایTDD و FDDجهت ارتباطHalf Duplex و Full Duplex در ترمینالهایFDD طراحی شده و امکان استفاده از اینترنت به صورت سیار بدین طریق وجود دارد. استانداردIEEE802.16 استانداردی برای سیستم های بیسیم باند پهن(BWA) با استفاده از طراحی زیر ساخت یک به چند نقطه با پشتیبانی از معماری بدون نیاز به دید مستقیم است (در محدوده 2 تا 12 گیگا هرتز). این استاندارد در گسترش و شتاب بخشیدن به روند ایجاد سیستمهای باند پهن برای چند کیلومتر آخر مسیر در مناطق شهری و روستایی به ما کمک خواهد کرد، بدین طریق کارایی سرویس دهنده ها و قابلیت اطمینان به سیستم افزایش یافته در حالیکه هزینه تجهیزات کاهش خواهد یافت. محدوده های فرکانسی برای استاندارد بسیار عریض بوده و از 2 تا 66 گیگا هرتز را شامل می شود. فرکانسهای بالا برای روشهای خط دید مستقیم است در حالیکه ظرفیتهای بدون نیاز به دید مستقیم زیر 11 گیگا هرتز بدست می آید. استانداردIEEE802.16e که به عنوانWiMAX سیار شناخته می شود، استاندارد قبلی را با نرخ داده ای بالا و پیوسته بهینه کرده و کنترل در دسترسی چندگانه و حمایت بلادرنگ از چند رسانه ای ها و کاربردهای همزمان همانند (VOIP) را امکانپذیر ساخته است. فن آوریWiMAX سیار در بین فن آوریهای موجود در زمینه گسترش پروژه های بدون سیم باند پهن بی همتاست و گفته می شود با این فن آوری دسترسی به شبکه های بدون سیم پهنای باند وسیع با کارایی بالا و با هزینه کم در مناطق مسکونی و در اماکن تجاری کوچک امکانپذیر است. شبکه های بدون سیم بر پایه استانداردIEEE 802.16 با شعاع برد پوششی 50 کیلومتر تا ایستگاه اصلی و سرعت بیش از 70 مگابیت در هر ثانیه در باند های فرکانسی 2 تا 11 گیگا هرتز (بدون نیاز به دید مستقیم بین ایستگاه اصلی و گیرنده) و 10 تا 66 گیگا هرتز (به صورتline of sight ) چنانکه گفته شد به ارائه سرویس می پردازند. در واقع می توان گفتWiMAX توان کار با طیف های فرکانسی متفاوت را به طریق بدون سیم دارد و در عین حالیکه گسترش این شبکه به آسانی و به سرعت امکانپذیر است به ارائه سرویس های صوتی-تصویری (ویدئویی) و دیتا پرداخته و اینترنت باند پهن را ارائه می دهد. خصوصیات سیستمWiMAX و برتریهای آن نسبت به دیگر سرویسهای بیسیم را می توان فهرست وار به شرح زیر بیان نمود: -معماری انعطاف پذیر(Flexible Architecture) : WiMAXچندین سیستم مختلف از جمله یک نقطه به یک نقطه، یک نقطه به چند نقطه و سیستم با پوشش همه گیر را پشتیبانی می کند. در واقع از جمله لایه های استاندارد802.16 لایه های دسترسی چند گانه است که با (MAC)زمانبندی برای هر یک از ایستگاه مشترکین(SS) سرویس یک به چند نقطه و همه گیر را ارائه و پشتیبانی می کند. -برخورداری از ضریب امنیتی بالا(High Security) : با رمزدار کردن لینکهای بین مشترکین و ایستگاه مرکزی ارتباط از امنیت بالایی برخوردار می گردد. همچنینWiMAX از داده های ارسالی توسط چندین کاربر به یک ایستگاه مرکزی حفاظت می کند. -کیفیت بالا در وای مکس(WiMAX QoS): می توان وای مکس را در برابر اختلاط ترافیکی بهینه ساخت. -گسترش سریع (Quick Deployment): در مقایسه با روشهای باسیم،WiMAX به تاسیسات و وسایل خارجی کمتر و یا اصلا احتیاجی ندارد. و به محض آنکه آنتن و تجهیزات نصب شده، و شروع به کار کنند، سرویسهایWiMAX آماده سرویس دهی هستند. اغلب اوقات گسترش و راه اندازیWiMAX در چندین ساعت امکانپذیر است در حالیکه در دیگر روش ها این مدت، چندین ماه به طول می انجامد. -ظرفیت بالا(High Capacity) : سیستم وای مکس می تواند پهنای باند اصلی را حتی برای آخرین کاربر نیز حفظ کند. -پوشش وسیع (High Coverage) -عملیات بدون نیاز به دید مستقیم (Non-line-of-sight operation) -مقرون به صزفگی (صرفه اقتصادی) (Cost effective) : وجود استاندارد بین المللی برای وای مکس با ایجاد هماهنگی های لازم موجب کاهش هزینه ها می شود. -ارائه خدمات به صورت سیار (Mobility) -قابلیت انتقال(Portability) -قابلیت همکاری با اپراتورهای دیگر(Introperability) : این قابلیت کمک می کند تا از سرمایه اولیه اپوراتورها در هنگام تهیه تجهیزات محافظت شود و به تبع آن هزینه ها با این هماهنگی به عمل آمده کاهش یابد. -سرویسی با چندین سطوح(Multi level service) : یک سرویس دهنده می تواند سطوح متفاوتی از سرویس را به مشترکین و یا حتی کاربران متفاوت در یک ایستگاه مشترکین ارائه دهد. این سطوح متفاوت از خود سرویس دهنده آغاز شده و به آخرین کاربر ختم می گردد. . WiMAX در ایران و جهان : بر طبق پیش بینی های انجام شده استفاده همگانی ازWiMAX تا سال 2009 همگانی می شود و سرانجام به تجارت بیسیم ثابت چیره خواهد شد. در این میان بحث پهنای باند و فرکانس بهWiMAX و نیز گرفتن مجوز به کارگیری این فن آوری به صورت ملی و یا منطقه ای امری است که در بسیاری کشور ها از جمله ایران دنبال می گردد. پروانه های اپراتوری به دو صورت ملی و منطقه ا ی قابل واگذاری خواهد بود. در حال حاضر ایران رگلاتوری پیشنهاد صدور پروانهWiMAX را به صورت منطقه ای در دستور کار خود قرار داده است. که هر منطقه شامل تعدادی استان و شهر های پردر آمد و کم درآمد می شود. طبق بررسی های انجام شده حق لایسنس در باند فرکانسی 5/3 گیگا هرتز برای اپراتور ی به صورت ملی در حدود 29 میلیارد تومان برآورد شده است. حق لایسنس برای دریافت اجازه فعالیت در باند فرکانسی مربوطه بر اساس ویژگیهای هر منطقه برآورد خواهد شد و حداقل 4 اپراتورWiMAX مجوز فعالیت دریافت خواهند کرد. در حال حاضر صدور پروانهWiMAX برای شهر تهران در دستور کاری رگلاتوری قرار ندارد، به سبب آنکه مدل تجاری تهران نسبت به شهر ها و استانهای دیگر متفاوت است و نیز به علت آنکه شرکتهای PAP پیش از این اقدام به نصب تجهیزات کرده اند. و دولت در نظر دارد حق امتیاز اینترنت بی سیم را بفروشد. بازار رو به گسترش و استفاده از خدمات اینترنتی وای مکس ثابت و سیار در بازارهای جهانی و نیز محدودیت در اختصاص پهنای باند و تخصیص فرکانس برای استفاده از این تکنولوژی باعث شد که سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی اقدام به انتخاب مشاور به منظور تهیه چارچوب کلی طرح برای برگزاری مزایده صدور پروانه در زمستان سال جاری کند. . بن بست جهانی : سودای سازمان تنظیم مقررات برای صدور اولین پروانه تجاری مهمش در زمان مدیریت جدید خود در حالی شکل جدی تری می گیرد که تمامی آمارهای جهانی حکایت از آغاز سالهای سخت برای فن آوریهای نوپایWiMAX به عنوان فراگیرترین شکل اینترنت بیسیم دارد. آخرین گزارش ناامید کننده در این خصوص متعلق به آژانس معتبر آنالایزیس(Analysys) است که در بررسی تجاری خود برای پتانسیل های مالی بازار WiMAX این بازار را فاقد پتانسیل های لازم برای بازگشت راضی کننده سرمایه گذاری ها خواند. ظاهراً مشکل قضیه اینجاست که بازارهای کشورهای در حال توسعه مانند ایران، به علت ضریب پایین نفوذ اینترنت و پراکندگی مکانی مراکز استفاده بازارهای اصلی استفاده از فناوریWiMAX هستند و به همین دلیل اغلب غولهای اپراتوریWiMAX روی همین کشورها سرمایه گذاری می کنند. ولی مشکل قضیه این جاست که علیرغم هزینه های بالای راه اندازی شبکه هایWiMAX که بی شباهت به راه اندازی یک شبکه تلفن همراه نیست در آمدهای آن به هیچ وجه رضایت بخش نیست. چراکه از یک سو کشور های در حال توسعه در ضریب نفوذ رایانه های شخصی به ویژه لپ تاپ ها آمار ضعیفی دارند پس بازارهای هدف این فناوری ها عملاً بسیار محدود است. از سوی دیگر قدرت خرید، در این کشور ها پایین است که باعث می شود، در آمدهای شبکهWiMAX بسیار کمتر از سرمایه گذاری سنگین اولیه باشد. به این جریان رقابت اصلی میان سرویس های نسل سوم تلفن همراه(3G) و WiMAX را هم اضافه کنید که کار شرکت هایWiMAX رابسیار دشوار می کند. به علت آنکه در حال حاضر زمزمه هایی مبنی بر حضور احتمالی اپراتورهای تلفن همراه ایران در پروژهWiMAX به گوش می رسد فرایند منطقی این قضیه است چون الگوهای جهانی در کشور هایی چون ایالات متحده و منطقه اروپای غربی نشان می دهد اپراتورها به سبب در اختیار داشتن بخشی از زیر ساخت فیزیکی مورد نیازWiMAX و تجربه مرتبط، مناسب ترین گزینه ها برای حضور در بازارهای وسیع WiMAXهستند. برای مثال شرکت Clearwire Sprintآمریکا در نظر دارد با ایجاد یک شبکه پهن باند بزرگ در سرتاسر آمریکا تا سال 2008 با 100 میلیون مشترک زیر ساخت شبکه را گسترش دهد. هرچند که در حال حاضر فقط هزینه دارد و هیچ درآمدی کسب نمی کند. مثالی از گسترش شبکه در تایوان یکی از اهداف مهم به منظور تقویت برنامه در ساختارICT تایوان و سزویسهایی برای فراهم آوردن محیطی با دسترسی باند پهن بیسیم با یک کلاس جهانی برای کاربران اینترنت است. برای دسترسی به این هدف دولت با حمایت از همه شرکت ها برای همکاری با کمپانیهای بین المللی نه تنها برای پروژه های داخلی بلکه همچنین برای دستیابی به توافقات جهانی، خصوصاً : -افزایش ساختارهای ICT : کاهش تقسیم دیجیتال با دسترسی به پوشش باند پهن بیسیم در مناطق شهری تا 80%-90% و در مناطق روستایی تا 30-40% -بهبود امکانات ظرفیت تجهیزات مخابراتی : دسترسی به بیش از 50 درصد سودمندی تجهیزات بومی -ایجاد زیر ساختهای صنعتی سرویس داده سیار: دایر کردن سرویسهای داده سیار داخلی -ساخت یک محیط صنعتی سیار قابل رقابت: با انتصاب شبکه ثابت 3-2 اپراتور برای آزمایش و ایجاد سرویس های داده مجتمع ویدئو و IPTV برنامه شرکت مخابرات سیار تایوانM-T برای تهیه سرویس موبایل مجتمع از این قرار است. این شبکه ها به یک آزمایش بزرگ برای آزمایش گسترش تکنولوژی جدید و سرویس های کاربردی ترتیب خواهند داد. برای دسترسی به این اهداف استرا تژی بعدی با گسترش برنامه های M-T و پروژه های WiMAXمرتبط تطبیق داده می شود: -ایجاد یک اکوسیستم WiMAXکه شامل chipset ,CPE,ایستگاه مرکزی، عناصر شبکه ای، سیستم مجتمع کاربردها و عملکردی تماس است. -توسعه کاربردهای متفاوت همانند پخش تلوزیونی و رادیوییIPTV تحت WiMAX -طراحی یک شبکهWiMAX/WiFi برای نفوذ و تغییر نسبیت صنعت در تایوان -استفاده از تحقیقات مورد حمایت دولت و گسترش پروژه ها برای تکنولوژیهای پایه همانند پروژه (WiMAX acceleration) -شرکت در فعالیتهای استانداردهای بین المللی و همبستگی با سازمانها یا نقش آفرینان بین المللی برای شتاب بخشیدن به توسعه محصولات کارخانه ها و توسعه تجاری محمد شکوری رییس بخش بازاریابی اتحادیة WiMAX می‌گوید:"رسیدن به این اهداف، به تلاش و کار بسیاری نیاز دارد اما همه، از اپراتورهای شبکه تا سازندگان تجهیزات، منتظر تحقق این اهداف هستند استانداردهای WiMAX و WiFi? سبب توسعه و پیشرفت قابلیت interoperable بین شبکه‌ها شده‌ است. این مسئله مخصوصاً در کشور تایوان که اخیراً شبکه WiMAX با قابلیت پشتیبانی از طرح‌های کاربردی سیار و پرتابل و ثابت را در گسترة ملی راه‌اندازی کرده است بیشتر خود را نشان می‌دهد. شکوری می‌گوید: "تایوانی‌ها شبکه‌های WiMAX و WiFi? را نصب کرده‌اند و نشان داده‌اند که چگونه می‌توان با این دو تکنولوژی فعالیت کرد و بین آنها تعامل ایجاد کرد. طبق گفته و نظر حامیان WiMAX، از آنجا که WiMAX سیار نتوانسته است به خوبی با پرتابل تعامل کند، در راه‌اندازی همة شبکه‌ها اعم از ثابت یا سیار زیاد مورد نظر واقع نشده است شرکت Intel قصد دارد تا سال آینده از قابلیت‌های WiMAX در گسترة بسیار عظیم‌تری چه در حوزة خدمات سیار و چه خدمات پرتابل، استفاده کند. . ارتباط سرویسهای ماهواره و WiMAX: ایجاد اشتراک بین سرویسهای وای مکس و ماهواره سخت است که تفاوت در سطح توان مورد استفاده در این سرویس ها، وجود سرویسهای یک نقطه به چند نقطه و وجود کاربران سیار و غیر ثابت را از جمله دلایل این امر می توان برشمرد. توضیح دقیقتر در این زمینه بابیان خصوصیات مذکور بدین شرح است: _ سیگنالهای وای مکس تقریباً 1000 برابر بزرگتر از سیگنالهای ماهواره هستند به نحوی که سیگنالهای توان بالا ی سیگنالهای ماهواره را محو می کنند. _ سیگنالهایDown ilnk ماهواره از نظر توان پایین هستند، زیرا ماهواره ها در ارتفاع 36000 کیلومتری بالای زمین WiMAXقرار گرفته اند. _ برد سیگنالهای WiMAXتنها ده ها مایل بوده و توان بالایی دارند. سرویسهای میکرو زمینی کنونی نقطه به نقطه هستند (با یک مرکز فرستنده ویک ایستگاه گیرنده) و از آنتن های مستقیم (direct) استفاده زیادی می کنند. در حالیکه گسترش WiMAXدر باند فرکانسی 5/3 با کاربردهای یک نقطه به چند نقطه روبرو می شوند. پرتو های عریضWiMAX با افزایش در پهنای پرتو ها میزان تداخل در این سیگنالها را کاهش می دهند. _ سرویسهای استفاده کننده ازWiMAX غیر ثابت بوده در حالیکه سرویسهای زمینی مورد هدف ماهواره ثابت هستند بنابراین اشتراک غیر ممکن است. اتحادیه رادیو تلوزیون آسیا – اقیانوسیه (ABU)هشدار داده است اگرWiMAX در باند فرکانسی یکسان دان لینک ماهواره پیاده سازی شود، ممکن است عملکرد ماهواره در تمام این باند (باند C) غیر عملی گردد. این باندها جزو پرکاربردترین باند های فرکانسی برای مخابرات ماهواره ای در آسیا هستند. به هر حال وجود تداخل سیگنالهایWiMAX و ماهواره وجود دارد. و روش کاهش و یا جلو گیری از تداخل این امواج از این قرار است: -رعایت فاصله کافی بین فرستندهWiMAX و ایستگاه دریافت ماهواره -شیلد ایستگاههای زمینی برای محافظت از WiMAX بر طبق گزارش کنفرانس اروپایی اداره مخابرات و پست(cept) حداکثر فاصله لازم برای ایستگاههای مرکزیBWA بین km270 تا km320 است که ضرورت وجود این فواصل تا حداقل 10 کیلومتر واضح است و اهمیت استفاده از تکنیکهای خاص برای سیستمهای BWA برای کاهش فواصل تفکیک قابل اثبات است. این در حالیست که انجمن جهانیWiMAX اجازه اشتراک این شبکه را در باند C ، سرویس ثابت(FSS) ماهواره را صادر کرده است. در حالیکه عملاً در جایی که ماهواره از این بانداستفاده می کند عملی نیست. اپراتورهایFSS و وای مکس که به طور طبیعی در توسعه ساختار ICT هم پیمان هستند: 1-ایجاد امکانات لازم برای اتصال زمینی به ایستگاههای مرکزی WiMAX 2-ارتباط در راههای باریک روستایی و یا با تراکم جمعیت کمتر 3-ماهواره می تواند شبکهWiMAX را گسترش دهد 4-شبیه به آنچه که ارتباط سلولی از ماهواره برای اتصال به برجهای ایستگاههای مرکزی از آن استفاده می کنند ماهواره می تواندWiMAX را در اتصال بهBS های شبکه یاری رساند.