وایمکس

[محمدرضا علیزاده]

پردیس فناوری کیش - طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت- گروه فناوری اطلاعات و ارتباطات :http://kishindustry.com/
معرفی اولیه

WiMAX يك روش بى سيم فوق العاده سودمند در زمينه دسترسى تمامى كاربران )در هر سطحى) به اينترنت است. اين نام از حروف اول كلمات Worldwide InteroPerability for Microwave Access   گرفته شده و همانگونه كه از نام آن پيدا است، راه حلى براى دسترسى به اينترنت از طريق امواج مايكروويو است. طراحان و مهندسان اين روش برآن هستند تا در آينده اى نزديك، دسترسى بى حد و مرز به اينترنت را براى تمامى كاربران تا حد دسترسى به تلفن همراه آسان كنند و همانگونه كه اكنون در اغلب كشورهاى جهان، داشتن و استفاده از يك تلفن قابل حمل، به پديده اى معمولى بدل شده است، دسترسى آسان و نامحدود به مكان به اينترنت، براى همگان حاصل شود.
WiMAX در آينده بسيار نزديك، اينترنت را در كنار شبكه مخابراتى قرار خواهد داد و چنان انقلابى را در اين زمينه به وجود خواهد آورد كه روشن كردن اكثر كامپيوترهاى قابل حمل، خانگى و يا خاص، مساوى با اتصال آنها به اينترنت باشد. اين استاندارد از طرف IEEE معتبر شناخته شده و كد ۸۰۲.۱۶ از طرف اين سازمان به آن اختصاص يافته است.

WiMAX در حالت ایده آل اجازه می دهد که پهنای باندی در حدود Mbps 70 میان کاربران و نقطه مرکزی بصورت اشتراکی استفاده شود. استانداردهای دسترسی به اینترنت و شبکه نشان می دهد که چنین پهنای باندی برای حدود 60 شرکت که همزمان نیاز به ارتباطی معادل 1.544Mbps داشته باشند کافی خواهد بود.

 

طرز كار :

WiMAX از نظر استفاده از امواج مايكروويو براى دسترسى مستقيم كاربران به اينترنت، تا حدود زيادى شبيه واى فاى است، با اين تفاوت كه سرعت آن بسيار بالاتر و برد آن به طور چشمگيرى وسيع تر است به طورى كه سرعت آن را مى توان با خطوط پرسرعت با پهناى باند وسيع نظير  DSL مقايسه كرد و برد امواج آن را با تلفن همراه.
 از نظر فراگيرى شبكه نيز با هيچ كدام از مقياس هاى شناخته شده شبكه قابل مقايسه نيست و حتى از مقياس MAN كه براى شبكه هاى  شهرى به كار مى رود و در حال حاضر بزرگترين مقياس شبكه هاى يكپارچه است هم به مراتب وسيع تر است.

اين سيستم از دو بخش كلى تشكيل مى شود: اول برج (WiMAX tower) WiMAX كه بيشترين شباهت را به برج هاى مخابراتى دارد و قادر است تا شعاع ۸ هزار كيلومتر مربع را تحت پوشش خود بگيرد. دوم گيرنده (WiMAX receiver)  WiMAX   شامل آنتن گيرنده امواج مايكروويو كه مى تواند برحسب موقعيت گيرنده متفاوت باشد.
برج WiMAX مى تواند به طور مستقيم و با يك پهناى باند بالا با اينترنت در ارتباط باشد و امواج را به كاربران و يا برج بعدى انتقال دهد. با توجه به گستره بالاى هر برج (۸ هزار كيلومتر مربع) با ايجاد برج هاى متعدد در انتهاى محدوده تحت پوشش يك برج ديگر، مى توان محدوده قابل توجهى را ( مشابه با سيستم تلفن همراه غير ماهواره اى ) تحت پوشش قرار داد.

  
WIMAX می تواند دو نوع متفاوت از سرویس بیسیم را ارائه دهد:
 1- سرویس بدون دید مستقیم :
 همانند سرویس WI-FI ، در این سرویس می توان با یک آنتن کوچک به شبکه متصل شد . در این روش ، کاربران WIMAX از فرکانسهای پایین در رنج 2 تا 11 گیگاهرتز استفاده می کنند ( مانند WiFI) . ارسال موج کوتاه این امکان را فراهم می کند که امواج از موانع به راحتی عبور کنند و موانع شهری در ارسال امواج تاثیر کمتری می گذارد.
 2- سرویس با دید مستقیم : 
 در این روش یک آنتن در دید مستقیم دکل WIMAX قرار دارد . این روش نسبت به روش قبلی قویتر و پایدار تر است و داده ها را با خطای کمتری ارسال می کند . این روش از فرکانسهای بالاتری برای ارسال داده ها استفاده می کند و می تواند تا رنج 66 گیگاهرتز را برای ارسال استفاده کند . فرکانسهای بالاتر امکان ارائه پهنای باند بالاتر را فراهم می کند . 
سرویس بدون دید مستقیم در شعاع 6 تا 9 کیلومتری پوشش می دهد ( حدود 65 کیلومتر مربع تقریبا همانند محدوده تحت پوشش موبایل ) سرویس با دید مستقیم شعاع 50 کیلومتری را پوشش می دهد ( حدود 9300 کیلومتر مربع ) که این محدوده بسیار وسیع است .

 چرا  WiMAX؟

 دسترسى به «اينترنت بى سيم» هم اكنون از طريق تكنولوژى واى فاى ميسر است و ممكن است اين سئوال به نظر برسد كه چه لزومى به ابداع يك تكنولوژى ديگر در اين زمينه است. اگر فقط مشكل برخى از اشكالات سيستم واى فاى است، نمى توان با بهسازى اين سيستم به همان چيزى كه WiMAX مدعى آن است دست يافت؟نگاهى به تفاوت هاى WiMAX و واى فاى نشان مى دهد كه به رغم تشابه اين دو روش در استفاده از امواج مايكروويو براى تامين دسترسى اينترنت براى كاربران، WiMAX و واى فاى دو سيستم جداگانه هستند.

تفاوت اصلی بین WIFI و WIMAX در سرعت نیست بلکه در محدوده تحت پوشش است . WIFI محدوده 30 متری را پوشش می دهد  در حالى كه در WIMAX صحبت از اتصال بى سيم دست كم در حد يك شهركوچك است (چيزى در حدود هشت هزار كيلومتر مربع). گذشته از سریعترین ارتباط WIFI سرعت Mbps 54  را فراهم می کند . این درحالی است که WIMAX می تواند پهنای باند Mbps 70 را فراهم کند که این پهنای باند بین کاربران مختلف که از این سرویس استفاده می کنند تقسیم می شود.

تفاوت عمده ديگر WiMAX با واى فاى و نيز روش هاى دسترسى با پهناى باند بالا، ارزان بودن آن است كه هرچند تا رسيدن به اين مولفه مهم راه زيادى مانده است ولى يكى از اهداف طراحان آن است. «ارزان بودن» يا حتى زياد گران نبودن چيزى است كه برآورده شدن آن مى تواند تمام تكنولوژى هاى رقيب WiMAX را از ميدان به در كند.

کاربردهای عملی وایمکس
پوشش وسیع و پهنای باند بالای وایمکس آن را برای کاربردهای زیر مناسب می سازد:
[list]
[*]امکان اتصال پهن باند بی سیم در میان شهرها و کشورها از طریق طیف متنوعی از دستگاهها
[*]ارائه جایگزینی برای دسترسی پهن باند دی اس ال و کابلی
[*]ارائه سرویسهای داده، مخابراتی(VOIP) و تلویزیون اینترنتی
[/list]پهن باند(Broadband)
شرکتهای متعددی در حال به کارگیری وایمکس برای ارائه اتصال پهن باند به هر دو صورت سیار و خانگی در سراسر نقاط شهرها و کشورهای مختلف هستند. در بسیاری از موارد این موضوع سبب بروز رقابت در بازار هایی که پیش از این تنها از فناوریهای دی اس ال و مشابه آن استفاده می کردند شده است.
علاوه بر این هزینه نسبتا پایین پیاده سازی یک شبکه وایمکس (در مقایسه با جی‌اس‌ام، فیبرنوری و دی اس ال) امکان دسترسی پهن باند را در مناطقی که از لحاظ اقتصادی امکانپذیر نبوده اند را فراهم می سازد.
سرویس سه گانه(Triple-Play)
اپراتور وایمکس می تواند علاوه بر دسترسی پهن باند سریع به اینترنت، سرویسهای VOIP و IPTV را نیز به مشتریان عرضه کند.
شبکه های بانکی
بانکهای بزرگ می توانند برای اتصال شعبه ها و دستگاههای خودپرداز به یکدیگر از شبکه های خصوصی وایمکس استفاده کنند. این بانکها معمولا در نواحی وسیعی گسترده شده اند و نیاز به امنیت و پهنای باند بالا دارند که ویژگیهای ذاتی وایمکس این نیاز را برطرف می سازد.
علاوه بر این ها وایمکس می تواند در بسیاری از شبکه های خصوصی و عمومی دیگر مانند محوطه دانشگاهها، محیط های آموزشی، شبکه های ایمنی عمومی (مانند آتش نشانی و پلیس) نیز به کاررود.
اتصال به وایمکس
دستگاههای متعددی در بازار وجود دارند که امکان اتصال به شبکه وایمکس را فراهم می کنند. به این دستگاهها «تجهیزات سوی مشتری» (CPE) یا «واحد اشتراکی» (Subscriber Unit) می گویند.
تمرکز بر روی واحدهای سیار در حال افزایش است. از جمله این واحدهای سیار تلفن های همراه هوشمند، و دستگاههای تعبیه شده در لپ تاپ ها هستند که امکان اتصال به اینترنت سیار را عرضه      می کنند.
دروازه های وایمکس
دروازه های وایمکس به دو صورت بیرونی و خانگی ساخته می شوند. بیشتر دستگاههایی که توسط شرکتهای مختلف مانند Zyxel و Motorolla تولید می شوند از نوع خانگی بوده و به راحتی توسط مشتریان نصب می شود و معمولا دارای ویژگیهای زیر می باشند:
[list]
[*]یک نقطه دسترسی وای فای تعبیه شده که از طریق آن دستگاههای مختلف بتوانند به وایمکس متصل شوند
[*]پورت های اترنت RJ45 برای اتصال مستقیم با کابل شبکه به رایانه
[*]پورتهای تلفن RJ11 برای اتصال به شبکه تلفن و بهره گیری از امکانات VoIP
[/list]اگرچه استفاده و نصب دستگاههای خانگی آسان است اما به دلیل تضعیف امواج رادیویی نیاز دارند که به میزان قابل توجهی از دستگاههای بیرونی به ایستگاه پایه نزدیکتر باشند.
اندازه دستگاههای بیرونی تقریبا برابر با اندازه یک لپ تاپ است و نصب آنها شبیه به نصب دیشهای ماهواره می باشد.

 مودم های یو اس بی قابل حمل
مودم های یو اس بی فراوانی در بازار موجود است که امکان اتصال به شبکه وایمکس را فراهم می کنند. معمولا این مودم ها آنتن های چند سویه ای هستند که دریافت ضعیفتری نسبت به سایر دستگاهها دارند و در نقاطی که پوشش مناسبی داشته باشند قابل استفاده اند.
[/url]
تلفن های همراه وایمکس
شرکت [url=http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%DA%86%E2%80%8C%D8%AA%DB%8C%E2%80%8C%D8%B3%DB%8C]اچ‌تی‌سی اولین تلفن همراه وایمکس را به نام «Max 4G» در 12 نوامبر 2008 روانه بازار کرد. این تلفن تنها در بازارهای محدودی در روسیه عرضه می شد.

اچ تی سی دومین تلفن همراه با قابلیت وایمکس را به نام «Evo 4G» در کنفرانس CTIA در لاس وگاس در 23 مارس 2010 ایجاد نمود که از تاریخ 4 ژوئن 2010 در دسترس عموم قرار گرفت. این گوشی از قابلیت اتصال 3G و وایمکس 4G را به همراه امکان ارتباط داده ای و صوتی همزمان برخوردار است. اکنون گوشیهای وایمکس متعددی از شرکتهایی مانند Siemens، Ericsson Sony و Samsung موجود است.

اطلاعات فنی
نسخه فعلی وایمکس بر پایه استاندارد IEEE802.16e -2005  است که در دسامبر 2005 تصویب شد و خود درواقع متمم استاندارد IEEE 802.16a -2004  است.
استاندارد IEEE802.16e-2005 با اصلاحیات زیر IEEE802.16a-2004 را بهبود داده است :
·[font=Times New Roman]        [/font]افزودن پشتیبانی از سیار بودن. این یکی از مهمترین جنبه های IEEE802.16e-2005 است و زیر بنای وایمکس سیار است
 
·[font=Times New Roman]        [/font]مقیاس کردن تبدیل سریع فوریه (FFT) با پهنای باند کانال برای ثابت نگه داشتن فاصله بندی حامل در میان پهنای باندهای متفاوت کانالها. ثابت نگه داشتن فاصله بندی حامل سبب افزایش کارایی طیف فرکانسی در کانالهای پهن و کاهش هزینه در کانالهای باریک می شود. به این شیوه «OFDMA مقیاس پذیر» نیز می گویند . (OFDMA عامل دسترسی چند گانه‌است .MHZ ۸۷۵ پهنای باند کانال به شمار می‌رود. این سیستم محدودیت نرخ داده‌ای دارد و می‌تواند به اینترنت دست یابد.)
 
·[font=Times New Roman]        [/font]طرحهای گوناگونی آنتن (Antenna Diversity Schemes) پیشرفته و درخواست تکرار اتوماتیک مرکب (HARQ)
 
·[font=Times New Roman]        [/font]سیستم آنتن سازگارپذیر (Adaptive Antenna System) و فناوری مایمو (MIMO)
 
·[font=Times New Roman]        [/font]زیرکانالسازی چگالتر و در نتیجه بهبود نفوذ در فضای بسته
 
·[font=Times New Roman]        [/font]معرفی کدگذاری توربو (Turbo coding) و بررسی توازن کم چگال (Low-Density Parity Check)
 
·[font=Times New Roman]        [/font]افزودن یک کلاس QoS برای کاربردهای VoIP
لایه فیزیکی
نسخه اولیه استانداردی که وایمکس برآن بنا شد،  802.16IEEE  بود که لایه فیزیکی آن در دامنه 10 تا 66 گیگاهرتز عمل می کرد. IEEE802.16a در سال 2004 با افزودن مشخصاتی برای محدوده 2 تا 11 گیگاهرتز به نام IEEE802.16-2004 به روز رسانی شد. IEEE802.16-2004 نیز به نوبه خود در سال 2005 به IEEE802.16e-2005 به روزرسانی شد که در آن به جای استفاده از OFDM با 256 حامل(که از 200 تای آنها استفاده می شد) از SOFDMA مقیاس پذیر استفاده شد. نسخه های پیشرفته تر شامل IEEE 802.16e پشتیبانی از آنتن های چندگانه را با استفاده از MIMO مقدور می سازند که این امر منافع بالقوه ای در جهت پوشش، نصب شخصی، مصرف الکتریسیته، استفاده مجدد از فرکانس و کارایی پهنای باند را در بر دارد.
 
لایه کنترل دسترسی به رسانه ( پیوند داده)
لایه کنترل دسترسی به رسانه (MAC) در وایمکس از یک الگوریتم زمانبندی استفاده می کند که در آن هر ایستگاه مشترک نیاز دارد که تنها یک بار برای ورود اولیه به شبکه به رقابت بپردازد. پس از اینکه اجازه ورود به شبکه داده شد یک چاک (slot) دسترسی به ایستگاه پایه برای ایستگاه مشترک تخصیص می یابد. چاک زمانی ممکن است بزرگتر یا کوچکتر شود اما همواره در اختیار ایستگاه مشترک باقی می ماند و سایر مشترکین نمی توانند از آن استفاده کنند.
وضعیت کنونی وایمکس در جهان
تا تاریخ ژوئن 2010، در مجموع 593 شبکه وایمکس در ۱۴۹ کشور دنیا پیاده سازی شده اند که از این میان 117 مورد در آفریقا،117 مورد در امریکای لاتین و مرکزی، 113 مورد در آسیا و اقیانوسیه، 86 مورد در اروپای غربی، 78 مورد در اروپای شرقی، 53 مورد در امریکا و کانادا و 29 مورد در خاورمیانه صورت گرفته است.بنا به گزارشات تا پایان سال 2009 میلادی کاربران وایمکس در سراسر دنیا 621 میلیون نفر می باشد.
وایمکس در ایران
در ایران برندگان مزایده وایمکس شرکت‌های صنایع ارتباطی پایا و مبین نت در ۳۰ استان، ایرانسل (اپراتور تلفن همراه سراسری) در استان‌های تهران، آذربایجان شرقی، اصفهان، خراسان رضوی، فارس و خوزستان، اسپادان (اپراتور تلفن همراه اصفهان) در استان اصفهان و رایانه دانش گلستان در استان گلستان می باشند.
بنا به گزارش خبرگزاری ایسانا تا پایان سال ۱۳۸۹ ، طی یک قرارداد ۵۰ میلیون دلاری کل تهران تحت پوشش وایمکس قرار خواهد گرفت که در این سرویس نیز همانند سرویس ADSL پهنای باند محدود خواهد بود.