Ασύρµατη ευρυζωνικότητα µέσω τεχνολογίας Wimax

Transcript

1 Ασύρµατη ευρυζωνικότητα µέσω τεχνολογίας Wimax Γεώργιος Αγαπίου, PhD. Μέλος Ειδικής Επιστηµονικής Επιτροπής Θεµάτων Τηλεπικοινωνιακών Συστηµάτων ΤΕΕ

2 Εισαγωγή Πολλοί ήταν αυτοί που περίµεναν την έλευση του Wimax, της τεχνολογίας που υπόσχεται την υλοποίηση ευρυζωνικών Ασύρµατων Μητροπολιτικών ικτύων (WΜΑΝ). Ήδη τα πρώτα επίσηµα εµπορικά προϊόντα έχουν κάνει την εµφάνισή τους και σε πολλές χώρες έχει αρχίσει η εγκατάσταση τέτοιων δικτύων. Η πρόσφατη προτυποποίηση του e, της έκδοσης δηλαδή του Wimax που θα υποστηρίζει και κινητικότητα χρηστών, δείχνει το τεράστιο ενδιαφέρον.όσον αφορά την τεχνολογία, τις προοπτικές αλλά και τις προκλήσεις που ανοίγονται στο µέλλον. Κάποια πρώτα συµπεράσµατα και παρατηρήσεις µπορούν να διατυπωθούν σχετικά µε την απόδοση του συγκεκριµένου συστήµατος που υλοποιεί το πρότυπο για σταθερές ζεύξεις µεταξύ του Σταθµού Βάσης και του τερµατικού του χρήστη. Σύντοµη περιγραφή της τεχνολογίας Τα συστήµατα Wimax παρέχουν τη δυνατότητα προσφοράς υπηρεσιών Σταθερής Ευρυζωνικής Πρόσβασης στη συχνότητα των 3,5 GHz. Θα λέγαµε ότι αποτελούν έναν εναλλακτικό ως προς άλλες ενσύρµατες ευρυζωνικές τεχνολογίες, όπως το xdsl, και συµπληρωµατικό ως προς άλλους (, όπως το Wi-Fi), ασύρµατους τρόπους µετάδοσης φωνής και δεδοµένων. To Wimax θεωρείται η ασύρµατη έκδοση του Ethernet ως εναλλακτική τεχνολογία της ενσύρµατης τεχνολογίας (π.χ. xdsl), µε στόχο να παρέχει ασύρµατη ευρυζωνική πρόσβαση. Η µετάδοση στον αέρα βασίζεται στο πρωτόκολλο Ethernet το οποίο µπορεί να µεταδώσει παραδοσιακή (TDM) τηλεφωνία (σε κανάλια που δεσµεύονται για φωνή) και επιπλέον µπορεί να παράσχει άλλες υπηρεσίες µέσω Ethernet (VoIP, video, data κ.α.). Η τεχνολογία στηρίζεται στο πρότυπο IEEE και στο µέλλον θα υποστηρίζει το πρότυπο IEEE e (περίπου τέλη του 2006 µε αρχές του 2007) για εφαρµογές κινητότητας (βλέπε [1]). Τα συστήµατα Wimax βασίζονται στην τεχνολογία OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) που επιτρέπει ζεύξεις τόσο µε οπτική επαφή (LOS) όσο και µε µερική οπτική επαφή (OLOS). Τέλος υποστηρίζει και ζεύξεις χωρίς καθόλου οπτική επαφή (NLOS). Η επιλογή διαµόρφωσης γίνεται αυτόµατα µέσω µηχανισµού αυτόµατης διαµόρφωσης. Η πολυπλεξία πραγµατοποιείται τόσο στο χρόνο (TDD) όσο και στο πεδίο της συχνότητας (FDD). Στο Σχήµα 1 παρουσιάζεται η ασύρµατη πρόσβαση του τερµατικού του χρήστη από το Σ.Β. Wimax (βλέπε [2]).

3 Σχήµα 1. Ασύρµατη πρόσβαση σε Σ.Β. Wimax Επίδοση εξοπλισµού Η επίδοση του εξοπλισµού Wimax εξαρτάται από την απόσταση του Σταθµού Βάσης (BS) από τo τερµατικό του χρήστη (CPE) και από το είδος της ζεύξης δηλ. LOS, OLOS ή NLOS. Μπορούν να επιτευχθούν LOS ζεύξεις άνω των 35 km για Point to Multipoint (PMP) και άνω των 75 Km για Point to Point (PTP). Για NLOS ζεύξεις, τα νούµερα γίνονται αντίστοιχα 3.5 Km για PMP και 6.5 Km για PTP. Ως προς το throughput, αυτό εξαρτάται από το εύρος ζώνης καναλιού που χρησιµοποιείται, συνήθως 1,75 MHz, 3.5 MHz, 7 MHz ή 14 MHz, και το µέγιστο που παρέχεται είναι περίπου 50 Mbps συνολικά για συνολική κίνηση και για εύρος καναλιού των 14 MHz. Τέλος, υποστηρίζεται Ποιότητα Υπηρεσιών (QoS) µέσω διαφόρων µηχανισµών. Τα συστήµατα παρουσιάζουν αντοχή σε παρεµβολές και καλή απόκριση σε υπηρεσίες που απαιτούν υψηλό εύρος ζώνης όπως Video Streaming. Επιπλέον το Wimax συνεργάζεται µε άλλες τεχνολογίες και δίκτυα όπως το ADSL και το PSTN και µπορούν να πραγµατοποιηθούν τηλεφωνικές κλήσεις VoIP µεταξύ Wimax χρηστών αλλά και κλήσεις από Wimax τερµατικό προς απλό αναλογικό τηλέφωνο POTS ή ψηφιακό ISDN. Στο Σχήµα 2 απεικονίζεται ο ρυθµός µετάδοσης για LOS και NLOS ζεύξεις αντίστοιχα (βλέπε [3]).

4 Σχήµα 2. Επίδοση (throughput) Σ.Β. Wimax για LOS και NLOS ζεύξεις αντίστοιχα Συµπεράσµατα Το Wimax αποτελεί ένα µεγάλο βήµα στην υλοποίηση του Wireless MAN και την ασύρµατη παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών. ε θα πρέπει να παραµεληθεί ακόµα µια πιθανή χρήση του ως bachhauling, ειδικά από συστήµατα που διαθέτουν εύρος καναλιού 14 MHz κανάλι και διεπαφή Ε1. Όσο αφορά τη διασύνδεση του Wimax µε άλλες τεχνολογίες, και εφόσον γίνουν οι σωστές ρυθµίσεις, ένα Wimax σύστηµα είναι «διαφανές» στα πρωτόκολλα ανώτερων επιπέδων. Tο VLAN tagging, και το PPPoE service negotiation µε ένα BRAS router µπορούν να υλοποιηθούν. Η υλοποίηση συστηµάτων που ακολουθούν το πρότυπο e, και η ανάπτυξη ασύρµατων καρτών Wimax για laptop δείχνει ότι τόσο η σταθερή ασύρµατη ευρυζωνική πρόσβαση όσο και η κινητή, δεν είναι µακριά. Συντοµογραφίες LOS Line of Sight Οπτική Επαφή OLOS Optical Line of Sight Ηµι-Οπτική Επαφή NLOS Non Line of Sight Μη Οπτική Επαφή ADSL Asynchronous Digital Subscriber Ασύγχρονη Ψηφιακή Γραµµή Συνδροµητή Line CINR Carrier to Interference Noise Ratio Λόγος Θορύβου Φέρουσας προς Παρεµβολή BRAS Broadband Radius Access Server Ευρυζωνικός Εξυπηρετητής Ασφάλειας Πρόσβασης POTS Public Old Telephony System ηµόσιο ίκτυο Τηλεφωνικών Υπηρεσιών BER Bit Error Rate Λόγος υφιακών Σφαλµάτων PPPoE Point to Point Protocol over Σηµειο-σηµειακό πρωτόκολλο πάνω από Έθερνετ Ethernet OFDM Orthogonal Frequency Division Ορθογωνική Πολυπλεξία µε Πολυπλεξία

5 Multiplexing Συχνότητας VLAN Virtual Local Area Network Νοητό Τοπικό ίκτυο WMAN Wide Metropolitan Area Network Μητροπολιτικό ίκτυο Ευρείας Περιοχής CPE Customer Premises Equipment Εξοπλισµός Χρήστη TDM Time Division Multiplexing Πολυπλεξία µε ιαίρεση Χρόνου TDD Time Division Duplex Χρονοδιαιρετική Αµφίδροµη Επικοινωνία FDD Frequency Division Duplex Συχνοδιαιρετική Αµφίδροµη Επικοινωνία Bιβλιογραφία [1] [2] G. Agapiou, D. Vali, D. Charalambakis, P. Georgiadis, E. Plakidis, P. Roris, K.Ioannou, A.Garmpis, Experimental Performance Evaluation Of The Emerging WiMAX Technology, WSEAS TRANSACTIONS ON INFORMATION SCIENCE and APPLICATIONS, Issue 2, Volume 3, February 2006, PP [3] G. Agapiou, D. Vali, D. Charalambakis, P. Georgiadis, E. Plakidis, P. Roris, K.Ioannou, A.Garmpis, High Throughput Performance and Quality Issues of a Wimax System Accepted for Publication to 4th WSEAS International Conference on INFORMATION SECURITY, COMMUNICATIONS and COMPUTERS (ISCOCO '05), Invited Symposium: WIRELESS, OPTICAL, SPACE and MOBILE COMMUNICATIONS (WOSM'05)