وایمکس چیست؟

معرفی وایمکس :  WiMAX، مخفف عبارت «World Wide Interoperability for Microwave Access» و به معنای قابلیت تبادل و استفاده از اطلاعات در سطح جهانی، با دسترسی به امواج ماکروویو (امواج الکترو مغناطیسی در طیف فرکانسی رادیویی) می باشد.وایمکس یک سازمان تجاری صنعتی است و مشابه Wi-Fi می باشد.

اما با سرعتی بالاتر که در مسافت های طولانی تر و با تعداد بیشتری از کاربران،کاربرد دارد.وایمکس توانایی ارائه خدمات در مناطقی که دارای محدودیت های فیزیکی از جمله زیر ساخت های سنتی سیمی هستند را دارا می باشد.وایمکس یک نسخه استاندارد از اترنت است که به عنوان یک جایگزین برای فن آوری هایی همچون مودم های کابلی DSLو لینک T1/E1در نظر گرفته شده است.در دوره آموزش نتورک پلاس و معرفی تکنولوژی های WAN به وایمکس هم اشاره می کنیم.

چگونگی نامگذاری وایمکس
انجمن وایمکس که در سال ۲۰۰۱برای ارتقای هم نوایی وهمکنش پذیری استاندارد IEEE802.16 تاسیس شد،نام وایمکس را به عنوان یک فناوری برپایه ی این استاندارد انتخاب نمودند.

وایمکس و استاندارد های آن
نسخه اولیه استاندارد وایمکس که توسط IEEE 802.16برای فناوری حلقه های محلی بی سیم یا (WLL) که در طیف رادیویی ۱۰.66GHZعمل می کرد صادر شده است IEEE802.16aدر سال ۲۰۰۴با افزودن مشخصاتی برای محدوده ی ۲تا۱۱ گیگاهرتز به نام ۲۰۰۴-IEEE802.16 به روز رسانی شد.که این استاندارد نیز درسال ۲۰۰۵ مجدداً به ۲۰۰۵-IEEE802.16 اصلاح گردید .نسخه ی فعلی وایمکس بر پایه ی استاندارد 2005IEEE802.16e- است که در واقع اصلاح شده ی استاندارد ۲۰۰۴-IEEE802.16e می باشد.این اصلاحیه به شرح زیر است:

افزودن پشتیبانی از سیار بودن وایمکس ،سیستم آنتن سازگار پذیر(Adaptive Antenna system)و فناوری (MIMO)،معرفی Turbo coding-افزودن یک کلاسQOSبرای کاربردهای VOIP،طرحهای گوناگون آنتن و…
استاندارد پایه wimax IEEE802.16 می باشد که از استانداردIEEE802.16d بعنوان وایمکس ثابت و از IEEE802.16e بعنوان وایمکس سیار نام می برند.سیستم wimax امکان دسترسی با نرخ داده ی 40Mbps را عرضه می کند که با استاندارد IEEE802.16 سرعت انتقال داده تا 1Gbps افزایش می یابد.

سیستم WiMax از دو بخش تشکیل شده است :

1. WiMax Tower: برج وایمکس که مشابه برج‌های مخابراتی است و قادر به پوشش تا شعاع ۳۰۰۰۰ مایل مربع است . (تقریباً ۸ هزار کیلومتر مربع).
2. WiMax Receiver : شامل آنتن گیرنده امواج مایکروویو، که میتواند برحسب موقعیت گیرنده از یک قطعه کوچک گیرنده Wi-Fiدر یک لپ تاپ تا گیرنده فرستنده داخلى در یک اداره متفاوت باشد. ایستگاه WiMax Tower به طور مستقیم به اینترنت باند پهن بالا از طریق اتصال سیمی متصل می‌شود. ونیز قادر است به یک WiMax Tower دوم(که اغلب Backhaul گفته می‌شود) متصل شود. از آنجایی که یک Tower منفرد تا ۳۰۰۰۰ مایل مربع پوشش میدهد، موجب پوشش تمام مناطق دور افتاده و روستایی بوسیله Wimax شده است.

ویژگی‌ها و مزایای فنی WiMax:
رنج فرکانس از 2GHZ تا 66GHZ
پهنای باند از۱.5GHZ تا 20MGHZ
نرخ تبادل اطلاعات تا 70Mbps
تحت پوشش قرار دادن محدوده‌ای به شعاع 50Km
تبادل اطلاعات بین فرستنده و گیرنده به صورت line-of-sight و non-line-of-sight
امکان اتصال به لینک‌های کابلی DSL و T1/E1
قابلیت سازگاری با تکنولوژی‌هایی مانند Wi-Fi
پشتیبانی از توپولوژی‌های تحت استاندارد IEEE مانند Token Ring و نیز ساختارهایی خارج از استاندارد IEEE مانند LLC
انواع مودم‌های ایستگاه کاربر
مودم‌هایی که ایستگاه‌های کاری WiMAX می‌توانند از آنها برای ارتباط با شبکه استفاده کنند یا ,(CPE) به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

مودم‌های Indoor که در محل کار و منازل قابل استفاده اند.
مودم‌های Outdoor که در بلندترین محل‌های ساختمان، خارج از محیط کار و یا منزل، بر روی یک میله یا دکل نصب و استفاده میشود.
تفاوت عمده این دو نوع مودم در قدرت فرستنده و گیرنده RF آنها است.
مودم‌های Indoor توان کمتری نسبت به مودم‌های Outdoor دارند بنابراین استفاده از آنها در داخل منزل بلا مانع است.
طبقه بندی تجهیزات وایمکس
تجهیزات WiMAX را بر اساس سطوح مختلف شبکه همچون کاربران، شبکه دستیابی رادیویی و شبکه هسته به شکل زیر طبقه بندی می کنند :

تجهیزات کاربران: این تجهیزات را CPE )Customer Premises Equipment ) می نامند و در بردارنده ی تجهیزات ارتباطی داخلی (Indoor)، تجهیزات ارتباطی بیرونی (Outdoor)، تجهیزات USB و تراشه های قابل نصب در کامپیوترها و لپ تاپ ها میباشد.
تجهیزات دسترسی شبکه رادیویی:این دسته از تجهیزات موجب ارتباط کاربران با هسته شبکه شده و شامل نقاط دسترسی و ایستگاههای پایه (BS) می شوند که مدیریت منابع رادیویی را برعهده دارند. یک ایستگاه پایه WiMAX شامل سخت افزار کنترلی ،آنتن ها، دکل WiMAX و کابلهای تغذیه است.
تجهیزات هسته شبکه:این بخش شامل سیستم های مدیریتی شبکه، تجهیزات مربوط به نظارت بر کاربران، روترها و واسط های خاص جهت ارتباط با شبکه های مختلف است. بخش هسته در شبکه WiMAX، بخشی است مابین ایستگاه پایه WiMAX و زیرساخت صوت یا داده شبکه که در آن ترافیک مشترکان WiMAX از طریق روترها و سوییچ ها انتقال داده میشود . طراحی مناسب شبکه IP و مهندسی مناسب این تجهیزات، خدمات با کیفیت بسیار بالایی را برای کاربران نهایی تضمین می کند و موجب سادگی عملیات برای ارائه دهندگان WiMAX می شوند.
انواع سرویس های وایرلس وایمکس
WiMax می‌تواند دو نوع سرویس Wireless را مهیا کند:

None-line-of-sight:شبیه به سرویس Wi-Fi، در جاییکه یک آنتن کوچک روی کامپیوترتان به برج متصل شود. در این حالت، WiMax رنج فرکانسی پایین 2GHZ تا 11GHZ(شبیه به Wi-Fi )استفاده می‌کند. موانع فیزیکی باعث شده که انتقالات طول موج کوتاه به راحتی شکسته نشوند. آنها قادر به خمیدگی و انکسار در اطراف مانع هستند. در این نوع دستیابی به شعاع ۴ تا ۶ مایلی(۲۵ مایل مربع یا ۶۵ کیلومتر مربع) را پوشش می‌دهد.
Line-of-sight:هنگامیکه یک آنتن ثابت از بالای تیر یا بام به طور مستقیم به WiMax Tower اشاره می‌کند. اتصال line-of-sight قوی‌تر و پایدارتر است. بنابراین توانایی فرستادن مقدار زیادی اطلاعات با خطای کمتر را دارد. انتقالات line-of-sight فرکانس‌های بالا با رنج ممکن 66GHZ رااستفاده می کند. بوسیله آنتن‌های line-of-sight قوی‌تر، ایستگاه فرستنده WiMax اطلاعات را به کامپیوترها و روترهایی با قابلیت WiMax که در شعاع ۳۰ مایلی فرستنده هستند، می‌فرستد.(۳۶۰۰ مایل مربع یا ۹۳۰۰کیلو مترمربع را پوشش می دهد).
عوامل مؤثر بر کیفیت WiMax
عوامل محیطی همچون پوشش گیاهی منطقه، ارتفاع درختان، وجود کوه‌ها، دره‌ها و حتی سطح آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها باعث ایجاد انعکاس و چند مسیرگی‌های رادیویی می‌شوند.
شرایط آب و هوایی
معماری مختلف شهرها، حتی در بهترین طراحی‌ها نیز ممکن است نقاط کوری را ایجاد کند.
آلودگی‌های فرکانسی در پهنای باند مورد استفاده نیز سطح سیگنال دریافتی را تخریب می‌کند.
مقایسه ی وایمکس باWi-Fi
Wi-Fiتحت استاندارد IEEE802.11می باشد.به کمک وایمکس سرعت داده هایی مانند Wi-Fiپشتیبانی می شود وموضوع تداخل امواج نیز کاهش می یابد.یکی از ویژگی های این تکنولوژی عدم نیاز به دید مستقیم بین مشترکان ودکل های BTSاست
Wi-Fi به طور معمول دسترسی به شبکه ی محلی در اطراف یک یا چند صدپایی با سرعت 54Mbpsرا فراهم می کند اما یک آنتن وایمکس دارای برد تا۴۰کیلومتر با سرعت 70Mbpsاست.
Wi-Fiبرای برنامه های کاربردی شبکه LANبرای هر دستگاه CPE از ۱ تا ۱۰ کاربر مشترک در نظر می گیرد.
در Wi-Fi (اندازه ی کانال ثابت20MHZاست) اما وایمکس از(۱.5MHZتا20MHZ) میباشد.
سرویس وایمکس به منظور پهنا رسانی در محدوده ی MANبوده وشبکه هایی با مقیاس بزرگ را در بر می گیرد.ولی Wi-Fiبرای شبکه های LANکاربرد دارد.در واقع بیشترین تفاوت میان Wi-Fi و WiMax سرعت نیست بلکه فاصله است, WiMax مایل‌ها جلوتر از Wi-Fi است.
دامنه Wi-Fi در حدود ۱۰۰ فوت(۳۰ متر) است در حالیکه WiMax دستیابی بی سیم را تا شعاع ۳۰ مایلی پوشش می‌دهد.
سیستم Wi-Fiبا بهره گیری از الگوریتم های WEPوWPA وپسوردهای ۶۴و۱۲۸ بیتی ،امنیتی به نسبت قابل قبول ارائه می دهد.حال آن که وایمکس با روش های مختلف رمز گذاری نظیر CCMو CBCوCTR امنیت شبکه را فراهم می کند.
پهنای باند در سیستم وایمکس بیشتر از Wi-Fiاست.به طوری که پهنای باند تا حد اکثر برابر54Mbps میباشد.که دلیل این تفاوت در موج های این دو سرویس است.همچنین با خرید و اتصال یک Access pointشخصی به خط PSLخود قادر خواهیم بود اینترنت را به صورت Wi-Fiاستفاده کنیم .در حالی که خرید چنین تجهیزاتی برای وایمکس ممکن نیست.
ساختار شبکه Wimax
ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺑﻪ ﻛﺎر رﻓﺘﻪ در ﺷﺒﻜﻪی WiMAX را ﻣﻲﺗﻮان ﺑﻪ دو ﻗﺴﻤﺖ ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ ﻛﺎرﺑﺮ و ﺗﺠﻬﻴﺰات اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻛﺮد.

۱- ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ ﻛﺎرﺑﺮ : ﺑﻪ دو ﻗﺴﻤﺖ ﺗﺠﻬﻴﺰات داﺧﻠﻲ(IDU)و ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺧﺎرﺟﻲ(ODU)ﺗﻘﺴﻴﻢ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﻛﺎﺑﻞ اﺗﺮﻧﺖ Cat 5 ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. IDU و ODU ﻫﻤﺎن واﺣﺪﻫﺎی دﺳﺘﺮﺳﻲ WiMAX ﻫﺴﺘﻨﺪ.IDUﺷﺎﻣﻞ ﻣﻮدم و دﻳﮕﺮ ﻗﻄﻌﺎﺗﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ وﻇﻴﻔﻪ ﺑﺮﻗﺮاری ارﺗﺒﺎط ﺷﺒﻜﻪی ﺑﻲﺳﻴﻢ و ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﭘﻬﻨﺎی ﺑﺎﻧﺪ را ﺑﺮ ﻋﻬﺪه دارد. ﺳﻪ ﻧﻮعIDU دارﻳﻢ ﻛﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از:

ﭘﻞ داده ی ﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ
دروازه ی ﺻﺪا
دروازه ی ﺷﺒﻜﻪ
ODU، ﻳﻚ وﺳﻴﻠﻪی ﺗﻮان ﺑﺎﻻ و ﭼﻨﺪﺣﺎﻣﻠﻲ اﺳﺖ، ﻛﻪ ﺑﻪ ﻳﻚ آﻧﺘﻦ ﺧﺎرﺟﻲ ﻣﺘﺼﻞ ﻣﻲﺷﻮد. اﻳﻦ وﺳﻴﻠﻪ موجب ﺗﻘﻮﻳﺖ ﺳﻴﮕﻨﺎل و ﺗﻮان ارﺳﺎل ﺑﺎﻻ و داﺷﺘﻦ ﺣﺪاﻗﻞ ﺗﺪاﺧﻞ ﻃﺮاﺣﻲ ﺷﺪه اﺳﺖ و ﺳﺎﺧﺘﺎر آن ﺑﻪ شکلی اﺳﺖ ﻛﻪ اﺧﺘﺸﺎش ﻛﻤﺘﺮ بر آن تاثیر میگذارد. از ﻣﺰاﻳﺎی آن ﭘﺸﺘﻴﺒﺎﻧﻲ ازﻋﻤﻠﻴﺎت ﭼﻨﺪ ﻛﺎﻧﺎﻟﻪ، ﭘﺸﺘﻴﺒﺎﻧﻲ از ﭘﻬﻨﺎی ﺑﺎﻧﺪ ﺑﺎﻻی14MHZ و ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ اﺗﺼﺎل ﺑﻪ واﺣﺪ دﺳﺘﺮﺳﻲ داﺧﻠﻲو ﺧﺎرﺟﻲاﺳﺖ.

CPEﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺛﺎﺑﺖ(SS) و ﻳﺎ ﻣﺘﺤﺮک (MS)ﺑﺎﺷﺪ.

۲- ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺳﻤﺖ اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از :
اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪی ﭘﺮﺗﺮاﻛﻢ: دارایﻳﻚ واﺣﺪ ﭘﺮدازﻧﺪه ی ﺷﺒﻜﻪ، ﻣﺎژول واﺣﺪ ﭘﺮدازﻧﺪه ی ﭼﻨﺪﮔﺎﻧﻪ، ﻣﻨﺒﻊ ﺗﻮان و ﻣﺎژول ﺗﻐﺬﻳﻪ ﺗﻮان اﺳﺖ. ﺗﻤﺎﻣﻲ ﻗﻄﻌﺎت آن در ﺣﻴﻦ ﻛﺎر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻌﻮﻳﺾ ﻫﺴﺘﻨﺪ، اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪی ﻛﻮﭼﻚ ،ﻛﻪ اﻳﻦ وﺳﻴﻠﻪ ﻳﻚ ﺳﺮوﻳﺲ ﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ ﻣﺆﺛﺮ وارزانﻗﻴﻤﺖ را در ﻣﻨﺎﻃﻖ روﺳﺘﺎﻳﻲ ﻛﻢﺗﺮاﻛﻢ اراﺋﻪ ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺷﺎﻣﻞ ﻳﻚ ﻣﺎژول ﻣﺴﺘﻘﻞ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺎ واﺣﺪ رادﻳﻮﻳﻲ ﺧﺎرﺟﻲ ﺷﺒﻴﻪ ﺧﻮدارﺗﺒﺎط ﺑﺮﻗﺮار ﻣﻲﻛﻨﺪ و از ﻃﺮﻳﻖ ﻣﻨﺒﻊ AC و DC ﺗﻐﺬﻳﻪ ﻣﻲﺷﻮد.
واﺣﺪ ﭘﺮدازش ﺷﺒﻜﻪ: ﻛﻪ ﻗﻠﺐ اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ است و ﺑﻪ ﻋﻨﻮان واﺣﺪ ﭘﺮدازﻧﺪه ی ﻣﺮﻛﺰی، ﺗﺠﻬﻴﺰات اﻳﺴﺘﮕﺎه ﭘﺎﻳﻪ و ﺗﻤﺎم ﻣﺸﺘﺮﻛﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ آن ﻣﺘﺼﻞاﻧﺪ را ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ ﻣﻲﻛﻨﺪ.
ﻛﻨﺘﺮلﻛﻨﻨﺪه ی ﻧﻘﻄﻪی دﺳﺘﺮﺳﻲ WiMAX: از وﻇﺎﻳﻒ آن، اﻋﺘﺒﺎر دادن ﺑﻪ راﺑﻄﻪی ﺑﻴﻦ ﻗﻄﻌﺎت و ﻛﺎرﺑﺮان ﺑﺎ ﺳﺮوﻳﺲدﻫﻨﺪه اﺻﻠﻲ، ﺗﻮاﺑﻊ اﻣﻨﻴﺘﻲ ﺑﺮای ﻛﻠﻴﺪﻫﺎی اﻋﺘﺒﺎری، ﻛﻨﺘﺮلﻛﻨﻨﺪهﻫﺎی ﺻﻔﺤﻪﺑﻨﺪی، ﻧﻘﻄﻪی ﺗﺼﻤﻴﻢﮔﻴﺮی ﺳﻴﺎﺳﺖﻫﺎی ﻛﻴﻔﻴﺖ ﺳﺮوﻳﺲ، ﻛﻨﺘﺮل ورودی ﭼﺮﺧﺸﻲ ﺑﺎ اﻧﺘﻘﺎل اﻳﺴﺘﮕﺎه، ﻛﻨﺘﺮل دﺳﺘﺮﺳﻲ و ﻧﻘﻄﻪی ﺗﺼﻤﻴﻢﮔﻴﺮی اﻧﺘﻘﺎل اﻳﺴﺘﮕﺎه است.
مدلهای عملیاتی wimax

1. توپولوژی PTP:یکﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی point to pint از ﻳﻚ ﻣﺴﺎﻓﺖ ﻃﻮﻻﻧﻲ و ﻳﻚ ﭘﻴﻮﻧﺪ wireless ﺑﺎ ﻇﺮفیتی ﺑﺎﻻ ﺑﻴﻦ دو ﺳﺎﻳﺖ بوجود می آید .ﻣﻌﻤﻮﻻ، ﺳﺎﻳﺖ ﻣﺮﻛﺰی ﻣﻴﺰﺑﺎن ( BS Base Station) و ﺳﺎﻳﺖ راه دور ﻣﻴﺰﺑﺎن(SS (Subscriber Stationاﺳﺖ. BS ارﺗﺒﺎﻃﺎت و ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی اﻣﻨﻴﺘﻲ را ﺑﺮای اﻳﺠﺎد ﭘﻴﻮﻧﺪ ﺑﺎ SS ﻛﻨﺘﺮل ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی PTP ﺑﺮای ﺳﺮوﻳﺲﻫﺎی backhaul ﺑﻲ ﺳﻴﻢ ﺑﺎ ﭘﻬﻨﺎی ﺑﺎﻧﺪ ﺑﺎﻻ در ﻳﻚ ﻣﺤﺪوده ی وﺳﻴﻊ ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ (در ﺣﺪود ۴۸ ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ )ﺑﻪ ﺻﻮرت ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل (LOS (Line Of Site ﻳﺎ (NLOS (None Line Of Site اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد.
2. توپولوژی PMP:ﻳﻚ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی ﻳﻚ ﻧﻘﻄﻪ ﺑﻪ ﭼﻨﺪ ﻧﻘﻄﻪ از ﻳﻚ BS ﻣﺮﻛﺰی ﻛﻪ ﭼﻨﺪﻳﻦ SS را حمایت ﻣﻲﻛﻨﺪ، بوجود آمده و امکان دﺳﺘﺮﺳﻲ ﺑﻪ ﺷﺒﻜﻪ را از ﻳﻚ ﻣﻜﺎن ﺑﻪ ﭼﻨﺪ ﻣﻜﺎن دﻳﮕﺮ ﻓﺮاﻫﻢ ﻣﻲﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺑﺮای ﻣﻮارد زﻳﺮ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﺷﻮد:

دﺳﺘﺮﺳﻲ ﭘﻬﻦﺑﺎﻧﺪ ﻓﻮاﺻﻞ دور
اﺗﺼﺎل ﺧﺼﻮﺻﻲ ﺑﺮای دﻓﺎﺗﺮ راه دور ﻛﻪ از اﻫﻤﻴﺖ ﺧﺎﺻﻲ ﺑﺮﺧﻮردار اﺳﺖ
ﺳﺮوﻳﺲﻫﺎی backhaul (خطی با پهنای باند بالا بین BS و SS) ﺑﻲﺳﻴﻢ ﺑﺎ ﻣﺤﺪوده ی ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ وﺳﻴﻊ ﺑﺮای ﭼﻨﺪﻳﻦ ﺳﺎﻳﺖ
ﺷﺒﻜﻪی PMP ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از اﻧﺘﻘﺎل LOS و NLOS ﻛﺎر ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﻫﺮ BS در PMP ﻳﻚ ﻣﺤﺪوده ی ﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ در ﺣﺪود ۸ ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ دارد.

3. توپولوژی Multi Hop Relay: اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی ﺗﻮﺳﻂ IEEE 802.16j-2009 ﺗﻌﺮﻳﻒ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﺪف آن ﺗﻮﺳﻌﻪی ﻣﺤﺪوده ی ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BS ﺑﺎ اﺟﺎزه دادن ﺑﻪ SSﻫﺎﺑﺮای ﺑﺎزﭘﺨﺶ ﺗﺮاﻓﻴﻚ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان (RS(Relay Stationاﺳﺖ. دادهﻫﺎی ﺑﺎزﭘﺨﺶ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ RSﻫﺎی ﻣﺠﺎور ﺑﻪ ﻳﻚ SS در ﺧﺎرج از ﻣﺤﺪوده ی BS ﻓﺮﺳﺘﺎدهﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. ﻳﻚ RS ﻓﻘﻂ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺗﺮاﻓﻴﻚ را ﺑﻪ ﺳﻤﺖ RS/SSﻫﺎﻳﻲ ﻫﺪاﻳﺖ ﻛﻨﺪ ﻛﻪ در ﻣﻨﻄﻘﻪی امنیتیRSﻗﺮار دارﻧﺪ. ﻳﻚ (SZ(Security Zone، ﻣﺠﻤﻮﻋﻪای از ارﺗﺒﺎﻃﺎت ﻣﻄﻤﺌﻦ ﺑﻴﻦ ﻳﻚ BS و ﮔﺮوﻫﻲ از RSﻫﺎ اﺳﺖ. دادهﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ در ﺧﺎرج از ﻣﺤﺪوده ی ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ ﺟﺮﻳﺎن ﭘﻴﺪا میﻛﻨﻨﺪ، روی ﭼﻨﺪﻳﻦ RS ﺑﺎزﭘﺨﺶ ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ و ﻧﺎﺣﻴﻪی ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ ﺟﻐﺮاﻓﻴﺎﻳﻲ ﻛﻠﻲ ﺷﺒﻜﻪ اﻓﺰاﻳﺶ ﭘﻴﺪا ﻣﻲﻛﻨﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی ﻣﻌﻤﻮﻻ از ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل NLOS اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺑﻪ اﻳﻦ دﻟﻴﻞ ﻛﻪ ﻫﺪف، ﭘﻮﺷﺶ ﻣﺤﺪوده ی ﺟﻐﺮاﻓﻴﺎﻳﻲ ﺑﺰرﮔﻲ ﻛﻪ ﺷﺎﻣﻞﭼﻨﺪﻳﻦ ﻣﺎﻧﻊ RF اﺳﺖ، ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎ اﻳﻦ ﺣﺎل اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ از ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل LOS ﻧﻴﺰ اﺳﺘﻔﺎده ﻛﻨﺪ. ﺑﻴﺶﺗﺮﻳﻦ ﻣﺤﺪوده یﻋﻤﻠﻴﺎﺗﻲ ﺑﺮای ﻫﺮ ﮔﺮه، ﺗﻘﺮﻳﺒﺎ ۸ ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ اﺳﺖ.
4. توپولوژی Mobile:ﻳﻚ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی Mobile مشابه یک شبکه ﺳﻠﻮﻟﻲ اﺳﺖ. زیرا ﭼﻨﺪﻳﻦ BS ﺟﻬﺖ ﺗﺄﻣﻴﻦ ارﺗﺒﺎﻃﺎت ﻳﻜﭙﺎرﭼﻪ ﺑﺮای BS و MSﻫﺎ(Mobile Station) روی ﻳﻚ ﺷﺒﻜﻪی ﺗﻮزﻳﻊ ﺷﺪه ﺑﺎ ﻫﻢ ﻛﺎر ﻣﻲﻛﻨﻨﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی ﻧﻮاﺣﻲ ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BSﻫﺎ را ﺑﻪ ﻫﻢ ﭘﻴﻮﻧﺪ ﻣﻲدﻫﺪ و در بردارنده اﻗﺪاﻣﺎﺗﻲ برای سهولت ﻋﺒﻮر ﻳﻚ MS ﺑﻴﻦ ﻧﻮاﺣﻲ ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BSﻫﺎ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. اﻳﻦ ﺗﻮﭘﻮﻟﻮژی از ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژی ﺳﻴﮕﻨﺎﻟﻴﻨﮓ RF ﭘﻴﺸﺮﻓﺘﻪ ﻛﻪ ﺑﺮای ﻋﻤﻠﻜﺮد Mobile ضروری اﺳﺖ، اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﻫﺮ ﻣﺤﺪوده ی ﺗﺤﺖ ﭘﻮﺷﺶ BS ﺗﻘﺮﻳﺒﺎ ۸ ﻛﻴﻠﻮﻣﺘﺮ اﺳﺖ. WiMAX ﻣﺘﺤﺮک(Mobile) ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﭘﺨﺶ ﺳﻴﮕﻨﺎل NLOS روی ﻣﺤﺪوده ی ﻓﺮﻛﺎﻧﺴﻲ ۲تا۶ گیگاهرتزﻛﺎر ﻣﻲﻛﻨﺪ.
5. طیف(spectrum): قادر است روی هر دو طیف بامجوز و بدون مجوز مستقر شود.
6. توپولوژی RAN: این توپولوژی از دسترسی به شبکه های مختلف رادیویی پشتیبانی میکند.
7. اتصال به IP: ترکیبی از IPV4 و IPV6 است که شبکه ی اتصالات را در سرورهای مشتریان و برنامه های کاربردی پشتیبانی می کند.

لایه فیزیکی wimax
پایین ترین لایه ی WiMAX لایه ی فیزیکی یا PHY است در این لایه از مدولاسیونهای اثبات شده ای چون: TDD2 ،OFDM،FDD،QPSK،QAM استفاده شده است تا سیگنالها با قابلیت اطمینان %۹۹۹/۹۹ به دورترین نقاط و با بالاترین توان عملیاتی فرستاده شوند با توجه به نام این لایه ، هدف ، انتقال فیزیکی داده ها است. این لایه بر اساس تقسیم چند گانه ی متعامد فرکانس (OFDM) است OFDM طرحی از انتقال اطلاعات با سرعت بالا ،ویدیو، ارتباطات چند رسانه ای که علاوه بر WIMAX توسط انواع سیستمهای تجاری Broad band نظیر DSL ، Wi-Fi و رسانه FLOمورد استفاده قرار میگیرد و طرحیست ظریف و کارامد برای نرخ انتقال بالای داده در محیطهای چند مسیره و یا مسدود شده ی رادیویی.

محدوده ی فرکانسی مورد استفاده توسطWIMAX

1. فرکانس با مجوز در محدوده ۱۰ تا ۶۶ گیگاهرتز: به دلیل طول موج کوتاه در این فرکانس، عملیات در محیطهای LOS انجام می شود. حداکثر سرعت در این باند فرکانسی20Mbps است . در این محدوده فرکانسی، از مدولاسیون تک حامل (SC (Single Carreir استفاده میشود.
2. فرکانس با مجوز و بدون مجوز در محدوده ی ۲تا ۱۱گیگاهرتز: در این باند ، دو نوع فرکانس بدون مجوز و با مجوز وجود دارد. فرکانس های ۲.5GHZ و۳.5GHZ دارای مجوز و فرکانس ۵.8GHZبدون مجوز هستند.به دلیل طول موج بیشتر این محدوده فرکانسی ، می توان در محیطهای NLOS نیز عمل کرد. در واقع بیش تر قابلیت های مفید لایه ی فیزیکی IEEE802.16 در این محدوده ی فرکانسی وجود دارد. عملیات در فرکانس بدون مجوزمستلزم تحمل تداخل های زیاد می باشد.
3. مدولاسیون های SC,OFDM و OFDMA : باتوجه به نام مدولاسیون تک حامل ، این مدولاسیون تنها از یک سیگنال حامل برای ارسال سیگنال های مدیریتی و یا داده ها بهره میبرد. مدولاسیون OFDM نوع تغییر یافته ی FDM است همان طور که در شکل مشاهده می کنید، در مدولاسیون FDM سیگنال های حامل با یک فاصله فرکانسی مطمئن بصورت موازی ارسال می شوند. اما در مدولاسیون OFDM سیگنال های حامل به قدری به هم نزدیک شده اند که واقعاً با هم تداخل دارند. اما عملاً این تداخل به وسیله تعامد برطرف شده است. به این معنی که سیگنال های متداخل به لحاظ ریاضی بر هم عمود هستند. علت این فشردگی این است که از حداقل محدود ه ی فرکانسی ممکن استفاده شود. OFDM از ۲۵۶ سیگنال حامل استفاده می کند. از ۱۹۲ سیگنال برای داده،۸ سیگنال به عنوان سیگنال های کنترلی و ۵۶ حامل باقی مانده خالی و برای حفاظت از باند فرکانسی استفاده می شود.

شکل بالا : مدولاسیون FDM با ۵ سیگنال حامل موازی

شکل بالا: استفاده از زیر حامل ها به صورت فشرده و متعامد درOFDM

مدولاسیونOFDMA از روش مدولاسیون OFDM استفاده می کند اما در آن میتوان سیگنا لهای حامل را به کاربران مختلف نسبت داد. در OFDMA از ۴۰۹۶ سیگنال حامل استفاده می شود.در شکل ۳ مشاهده میکنید که باند فرکانسی OFDMA به NE زیر حامل تقسیم شده است که توسط pilot ها از هم جدا شده اند.

شکل بالا :باند فرکانسی OFDMA و OFDM

داده های مربوط به کاربران مختلف در این زیر حامل ها پخش شده است (زیر کانال ها).به عملی که درOFDMA در مقایسه با OFDM انجام میشود ،Sub-channelization گفته شده که در UL انجام می شود.

4. مدولاسیون سازگار (QAM،QPSK، BPSK): مدولاسیون های تعیین شده در (UL DL (Up Down Link عبارتند از: BPSK،QPSK،QAM-16و QAM-64 که بسته به سرعت ارسال سیگنالها و همچنین فاصله ی SS از BS از این سه استفاده میشود. در شکل ۴ مبنای انتخاب هر یک از این مدولاسیونها را مشاهده می کنید. درنزدیکی های (BS،SNR (Signal to Noise Ratio بالاست بنابراین از مدولاسیون های سطح بالاتر مثل QAM-16 استفاده می شود تا بازده زیاد شود. ولی وقتی SS در در مرز سلول واقع شده است، از مدولاسیون های سطح پایین تر استفاده می شود تا کیفیت و ثبات اتصال حفظ شود.

شکل بالا – مدولاسیون استفاده شده به تناسب فاصله ازBS

از آنجا که لایه فیزیکی وایمکس کاملا انعطاف پذیر است، عملکرد سرعت داده ها ، بر اساس پارامترهای عملیاتی متفاوت است .پارامترهایی که تاثیر بسزایی در سرعت داده ها در لایه فیزیکی، پهنای باند کانال و مدولاسیون و طرحهای کدگذاری شده دارند. در جدول زیر نرخ داده ها ی لایه فیزیکی در پهنای باند کانال های مختلف، و همچنین طرح های مدولاسیون و کدگذاری شده ارائه شده است:

بررسی لایه MACدر wimax
لایه یMAC از سه زیرلایه ی همگرایی، جزء مشترک و امنیت تشکیل شده است که وظایف لایه ی MAC بین این سه زیر لایه تقسیم شده است .

MAC دارای ویژگی های مختلف، مناسب برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در میزان مختلفی از تغییرات، است:

پخش و پشتیبانی چندپخشی.
قابلیت اداره دستورات اولیه.
سرعت بالای تحویل و توانایی تغییر در اطلاعات اولیه.
سه سطح مدیریتی:۱-عملیات عادی ۲-غیرفعال ۳-بی اهمیت.
سرکوب سربرگ(header)، بسته بندی و قطعه قطعه شدن برای استفاده موثر از طیف.
مدیریت حفظ حریم خصوصی کلیدها (PKM) برای امنیت لایه MAC . نسخه ۲ PKMشامل پشتیبانی برای EAP است
کاربرانی که از شبکه ی Wimax استفاده می کنند، بر روی یک پروتکل انتقال توافق کرده اند. این پروتکل، مباحثه بین کاربران را کنترل می کند و سرویس را متناسب با تأخیر و نیازمندیهای پهنای باند هر یک از برنامه های کاربر تحویل می دهد. این کار از طریق چهار نوع متفاوت از مکانیزم های زمان بندی UL انجام می شود. این مکانیزم ها با استفاده از اهدای پهنای باند درخواست نشده، سرکشی و رویه های مباحثه پیاده سازی می شود. لایه ی MAC در Wimax برای انواع مختلف برنامه هایی که ممکن است در شبکه های Wimax عمل کنند، QOS های متفاوتی را فراهم میکند.MAC چهار نوع مختلف از کلا سهای سرویس(مکانیزم های زمانبندی UL) را به همین منظور مشخص میکند:

سرویس امتیاز درخواست نشده (UGS) از سرویس نرخ بیت ثابت پشتیبانی می کند. مثل تقلید T1/E1 و VOIP بدون حذف سکوت.
سرویسهاش سر کشی بلادرنگ (rtPS) :از سرویس های بلادرنگ پشتیبانی می کند که اندازه های مختلف بسته های داده را تولید می کند، مثل ویدئوی MPEG یا VOIP با حذف سکوت.
سرویس های سرکشی غیر بلادرنگ (nrtPS): از سرویس های غیر بلادرنگ پشتیبانی می کند.
سرویسهای BS: این سرویس ها عموماً توسط اینترنت برای مو ج سواری در وب فراهم شده اند.
این ویژگی ها همراه با OFDMA 802.16 برای داده های با سرعت بالا و IP های سلسله مراتبی و یا هم زمان از برنامه های کاربردی چند رسانه ای مناسب است.

(پشتیبانی از QOS بخشی اساسی از طراحی لایه MAC وایمکس است. وایمکس برخی از ایده های اولیه طراحی QOSرا از استاندارد مودم کابلی DOCSIS به امانت میگیرد.)

با وجود لایه های کم استاندارد در WIMAX ،این استاندارد از جهات زیادی از تکنولوژی های قبل از خود بهتر است. بسیاری از تمهیدات امنیتی که در استانداردهای پیش از آن لحاظ نشده بود در این استاندارد در نظر گرفته شده است.. همچنین این استاندارد از مدولاسیو نهای آزمون شده و کارآمد در لایه ی فیزیکی استفاده می کند که باعث برتری آن نسبت به سایر تکنولوژی های قبل از آن شده است.

توابع امنیتی WIMAX
با درک موانع موجود در می یابیم که مسئله امنیت در پذیرش گسترده و جهانی خدمات بی سیم باند پهن بسیار حائز اهمیت است. IEEE و Wimax Forumدر تلاشند تا محیطی بسیار امن و قابل اطمینان بوجود آورند. استانداردهای امنیتی Wimax شامل روشهایی برای اطمینان از داده های خصوصی کاربر و جلوگیری از دسترسیهای غیر مجاز با بهینه سازی پروتکلهای الحاقی برای mobility است.حفظ امنیت توسط زیر لایه خصوصی در MAC وایمکس صورت میگیرد،جنبه های کلیدی امنیت Wimax عبارتند از:

پشتیبانی برای حفظ حریم خصوصی: اطلاعات کاربر با استفاده از طرحهای رمزنگاری نیرومند اثبات شده در زمینه فراهم آوردن یک محیط خصوصی ،رمزنگاری میشوند.دو استاندارد AES(استاندارد رمزگذاری پیشرفته)و 3DES (استاندارد سه گانه رمزگذاری داده ها)این عملیات را پشتیبانی می کنند.
دستگاه / تأیید هویت کاربر: Wimax راهکارهایی انعطاف پذیر برای ایستگاههای احراز هویت مشترک و جلوگیری از استفاده ی غیر مجاز کاربران فراهم می کند. .چارچوب احراز هویت براساس گروه ضربت مهندسی اینترنت IETF) EAP)، است که از انواع اعتبارات، از جمله: نام کاربری ، رمز عبور، گواهی دیجیتال، و کارت های هوشمند پشتیبانی می کند.دستگاههای ترمینال Wimax براساس گواهی نامه دیجیتال X.509 که شامل کلید های عمومی و MAC Addressاست ساخته شده اند.اپراتورهای Wimax میتوانند ازاین گواهی برای احراز هویت دستگاهها با بهره گیری از نام کاربری / رمز عبور و یا کارت هوشمند تأیید هویت استفاده کنند.
پروتکل مدیریت – کلید انعطاف پذیر:نسخه دوم پروتکل مدیریت کلید و حفظ حریم خصوصی (PKMv2) ،برای انتقال ایمن مواد اصلی رمز از ایستگاه اصلی به ایستگاه موبایل مورد استفاده قرار میگیرد.
محافظت از پیام های کنترل:برای محافظت پیامها ازاستانداردهای AES مبتنی بر CMAC و یا MD5 مبتنی بر HMACاستفاده میشود.

• و…

مزایای عمده Wimax
سازندگان تجهیزات:نوآوری با سرعت بیشتر به دلیل وجود یک استاندارد پایه،یک پلت فرم پایدار مبتنی بر این استانداردها که با سرعت بالایی قابلیتهای جدید را اضافه می کند.دیگر نیازی به توسعه هر قطعه بوسیله راه حل (end-to-end) نیست.

1. اپراتورها:یک پلت فرم مشترک که همواره هزینه تجهیزات و شتاب افزایش قیمت را پائین می آورد وبهبودعملکردهای غیر قابل حصول را با روشی خاص ممکن می سازد.

درآمد زایی با پر کردن شکاف دسترسی به اینترنت پر سرعت.
سرعت ارائه سطحT1/E1 “بهنگام درخواست”و ارتقاء خدمات حاشیه ای پهنای باند.
کاهش خطرات ناشی از دلار با استقرار تجهیزات با هزینه کمتر با توجه به مقیاس اقتصادی.

2. مصرف کنندگان:

فرصتهای بیشتر برای دسترسی به پهنای باند به ویژه در مناطقی که یک نارسایی وجود دارد:همچون مراکز شهری در سراسر جهان که دسترسی به ساختمان درآن دشوار است و در مناطق حومه که مشترکان از دفاتر مرکزی بسیار دور هستندوهمچنین در مناطق روستایی و کم جمعیت که زیر ساخت ضعیفی دارند.
ایجاد رقابت برای دسترسی به پهنای باند بالا با حداقل پرداخت حق اشتراک ماهیانه.