معرفی کامل تکنولوژی وایمکس (Wimax)

امروزه دسترسی به اینترنت در بیشتر موارد به سه طریق زیر امکان پذیر است :

1) دسترسی باند پهن (Broad Band):
دسترسی خانگی معمولا از طریق DSL یا مودمهای کابلی صورت می گیرد. در ادارات معمولا از خطوط E1 یا E3 استفاده می کنند .

2) دسترسی WIFI:
در منزل ممکن است شما یک روتر WIFI راه اندازی کرده باشید که به شما اجازه می دهد از Laptop در حین حرکت استفاده کنید . در جاده ها شما میتوانید در رستورانها , هتلها , کافی شاپها , یا کتابخانه ها نقاط دسترسی WIFI را پیدا کنید و با لپ تاپ یا تلفن همراه مجهز به این فناوری از اینترنت استفاده کنید.

3) دسترسی Dial Up:
اگر شما هنوز از Dial Up استفاده می کنید یا شانس دسترسی به اینترنت پرسرعت را ندارید یا فکر می کنید دسترسی اینترنت پر سرعت خیلی گران است .
مشکل اصلی دسترسی به اینترنت پر سرعت قیمت بالای آن و دسترسی نداشتن در تمام نقاط می باشد .
مشکل اصلی دسترسی از طریق WIFI محدودهء کوچک تحت پوشش آن است .

● چه تکنولوژی جدیدی می تواند تمام این مشکلات را حل نماید؟

این تکنولوژی جدید باید موارد زیر را فراهم کند:

سرعت بالای سرویس باند پهن
سیستم بی سیم به جای سیستم کابلی که باید نسبت به DSL یا مودمهای کابلی بسیار ارزانتر باشد و خیلی راحتتر باشد که به حومه و مناطق روستایی گسترش داده شود .
محدودهء تحت پوشش بزرگ مانند شبکه تلفن سلولی به جای محدودهء کوچک دسترسی WIFI
این سیتم در حال حاضر ایجاد شده و Wimax نامیده می شود.
Wimax مخفف World Wide Interoperability for Microwave Access و نام استاندارد IEEE آن 802.16 میباشد.

● WIMAX چیست؟
WIMAX تقریبا مانند WI FI عمل می کند با این تفاوت که در سرعت بالاتر ، در محدوده بیشتر و برای کاربران بیشتر طراحی شده است. WIMAX امکان سرویس دهی در حومه شهرها و روستا ها و نقاطی که دسترسی به اینترنت پر سرعت به دلیل عدم وجود امکانات مخابراتی و تلفنی امکان پذیر نیست را به آسانی  فراهم می کند.

WIMAX شامل دو قسمت عمده است:

1) دکل WIMAX که همانند دکلهای BTS های موبایل می باشد . یک دکل WIMAX حداکثر می تواند 8000 کیلومتر مربع را پوشش دهد.
2) گیرنده WIMAX : گیرنده و آنتن آن می بایست در اندازه های کوچک طراحی شده اند و حتی مدلهای PCMCI آن جهت نصب در لپتاپ ها وجود دارد .

● شکل دکل WIMAX:
دکلهای WIMAX با سرعت بالایی بصورت مستقیم به اینترنت متصل می شوند . اتصال دکلهای به اینترنت می تواند از طریق ارتباطات با سیم مانند لینکهای E1 یا DSL صورت پذیرد و یا اینکه از طریق ارتباطات بیسیم و مایکروویو انجم شود.

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 تا در میزان و کیفیت امواج خللیایجاد نگردد.
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 .

● WIMAX چطور کار می کند؟
WIMAX بر اساس همان قاعده WIFI کار می کند . WIMAX داده ها را به وسیله امواج رادیویی بین کامپیوترها منتقل می کند . یک کامپیوتر که به تجهیزات WIMAX مجهز شده است ، داده ها را از یک فرستنده WIMAX دریافت می کند . ممکن است داده های ارسال شده جهت امنیت بالا و جلوگیری از دسترسی سایرین رمز گزاری شده باشند.
سریعترین ارتباط WIFI سرعت 54Mbps را فراهم می کند . این درحالی است که WIMAX می تواند پهنای باند 70Mbps را فراهم کند که این پهنای باند بین کاربران مختلف که از این سرویس استفاده می کنند تقسیم می شود طوری که سرعت برای کاربر انتهایی تقریبا مانند سرعت ADSL است .

تفاوت اصلی بین WIFI و WIMAX در سرعت نیست بلکه در محدوده تحت پوشش است . WIFI محدوده 30 متری را پوشش می دهد در حالیکه WIMAX می تواند تا شعاع 50 کیلومتری سرویس دهد. البته این محدوده در بهترین حالت به دست می آید و آب و هوا و شرایط جوی و شکل زمین و همچنین ساختمانهای بلند در شعاع تحت پوشش WIMAX تاثیر دارند.

مشخصات IEE 802.16:

شعاع تحت پوشش هر دکل حداکثر 50 کیلومتر
سرعت 70Mbps
عدم نیاز به دید مستقیم بین کاربر و دکل WIMAX
فرکانس مورد استفاده بین 2 تا 11 گیگاهرتز و 10 تا 66 گیگاهرتز (دید مستقیم و غیر مستقیم )

● تعریف شده بر روی هر دو لایه MAC و PHY:
در پیاده سازی WIMAX معمولا کل یک شهر تحت پوشش سرویس اینترنت آن قرار نمی گیرد . چرا که هزینه استفاده از سرویسهای بیسیم به نسبت سایر سرویسهای موجود بسیار بالاتر و گران تر  است .

اما استفاده یک ایستگاه WIMAX در یک شهر بسیار قابل قبول تر از راه اندازی ایستگاههای فراوان WIFI جهت استفاده کاربران سیار می باشد . اما در برخی از شهرها که راه اندازی سرویسهای بر روی کابل هزینه های بالایی را می طلبد ، شرکتهای ارائه دهنده به استفاده از این تکنولوژی روی آورده اند  و از آن استفاده می کنند.
تکنولوژی WIMAX این امکان را به کاربران می دهد که از اینترنت خود به صورت سیار استفاده کنند . علاوه بر این در برنامه های آینده این تکنولوژی استفاده از سرویسهایی همچون VOIP نیز گنجانده شده است که ممکن است این تکنولوژی را به یکی از رقبای سیستم موبایل کلاسیک تبدیل کند .

● سناریوی یک ارتباط WIMAX:
برای دسترسی به یک سرویس WIMAX باید کامپیوتر شما امکان دسترسی به شبکه WIMAX را داشته باشد . معمولا این دستگاهها از سوی شرکتهای ارائه دهنده خدمات به کاربران ارائه می شوند .
نکته مهم  دیگر فاصله شما از ایستگاه سرویس دهنده است . چرا که شما تنها در محدوده تحت پوشش شبکه می توانید از خدمات مورد نظر خود استفاده کنید و به اینترنت دسترسی داشته باشید.

برای راه اندازی سرویس هم شما می بایست هزینه های مربوطه را پرداخت کنید و همچنین کدهای رمز دریافت و ارسال روی دستگاه شما تنظیم شده باشد . حال به راحتی می توانید از اینترنت پرسرعت سیار خود استفاده کنید.

● ورود WIMAX به نوتبوکها :
حداکثر تا دوسال آینده تکنولوژی WIMAX در نوتبوکهای CEntrino تعبیه خواهد شد و به این ترتیب از سال 2008 باید منتظر تغییرات گسترده ای در شکل دسترسی به اینترنت باشیم.شاید با ورود وایمکس به لپ تاپ ها شکل دسترسی ما هم به اینترنت تغییر پیدا کند.

● مقیاس شبکه ها :
کوچکترین سایز شبکه ها شبکه های شخصی می باشند (personal area network (PAN) ) . PAN این امکان را فراهم می کند که دستگاهها در فواصل کوتاه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند .

مرحله بعدی شبکه های محلی (local area network (LAN) ) است . LAN امکان می دهد که منابع دستگاهها بین یکدیگر تقسیم شوند ولی LAN ها محدود به فواصل کوتاهی هستند . یکی از استاندارهای شبکه های LAN که به صورت بیسیم سرویس دهی می کند WIFI نام دارد .
WIMAX سایز بعدی شبکه ها است که در مقیاس شهری metropolitan area network (MAN) کار می کند . این نوع از شبکه ها در محدوده یک شهر سرویس دهی می کنند   

رقابت WIMAX با WLAN

WiMax بابردی برابر 50 کیلومتر و سرعت دسترسی معادل 70 مگا بیت بر ثانیه،‌ در حال تکامل بخشیدن به فناوری ADSL است .

نقطه ضعف بزرگ فناوری های باند پهن فعلی آن است که به دلیل نیاز به سیم کشی، نمی توانند همه مناطق را پوشش دهند. زیرا امکان سیم کشی در همه جا وجود ندارد. فناوری WiMax آمده تا این مشکل را مرتفع کند WiMax می تواند امکان دسترسی به باند پهن را برای مشترکان معمولی و تجاری به صورت بی سیم فراهم کند.

البته WiMax رقیب LAN بی سیم نیست. اما انحصار آن را به چالش می کشد. WiMax اینترنت را با سرعت 70 مگا بیت بر ثانیه و در محدوده ای 50 کیلومتری به مجتمع ها و ساختمان ها می رساند و از آن جا به بعد، ایستگاه های کاری از طریق Wlan یا شبکه سیمی به اینترنت متصل می شوند.

بالاتر، سریعتر،‌بیشتر:
نباید سریعا تحت تاثیر اعداد و ارقامی که نشان دهنده سرعت بالای دسترسی و مسائلی از این قبیل است، قرار گرفت . این پارامترها تنها در شرایط آزمایشگاهی حاصل می شوند و در شرایط واقعی، این ظرفیت بین مشترکان به اشتراک گذاشته می شوند.

به عنوان مثال، اگر50 مشترک وجود داشته باشند، به هر کدام از آن ها تنها 1.44 مگا بیت بر ثانیه می رسد و در محدوده 50 کیلومتری حتما این تعداد مشترک وجود دارد. طبق گفته سازندگان ،‌ WiMax هزینه نصب کمی دارد. البته گران تر از Wlan است ، اما ارزان تر از ایستگاه های سلولی GSM تما می شود. این بدان معناست که اپراتورهای WiMax می توانند با هزینه کمتر، سطح بیشتری از شهر را پوشش دهند.
در آینده باید بتوان به جای نصب پردردسر دکل ها در مناطق مرتفع ، به راحتی آنتن ها را در سقف خانه ها و ساختمان نصب کرد.

شبکه های بی سیم در سطح شهر:
اولین نسخه استاندارد WiMax که در آوریل 2002 روانه بازار شد، یک سیستم یک نقطه به چند نقطه بود که در بازه فرکانسی 10 تا 66 گیگا هرتز کار می کرد. انتقال داده در این فرکانس، نیازمند دید مستقیم بود و این که امکان آن در بسیاری از شهرها و مناطق وجود نداشت،نقطه ضعفی برای آن به شمار می آمد.

به همین جهت، در نسخه اصلاح شده این استاندارد، IEEE802.16a که در ژانویه 2003 منتشر شد، مشخصه فرکانسی به محدوده 2 تا 11گیگا هرتز انتقال داده شده تا نیاز به داشتن دید مستقیم در ارتباطات رفع شود.
مشترکان و نقاط دسترسی WiMax در دو باند فرکانسی کار می کنند: 5 گیگا هرتز و 3.5 گیگا هرتز باند 5 گیگا هرتز نیاز به مجوز ندارد و می توان تا توان 100 میلی وات سیگنال ارسال کرد. با این توان امکان پوشش دادن محدوده 30 متری درون محل های بسته و محدود وسیع تری در خارج آن وجود دارد .

اما کار در باند 3.5 گیگا هرتز نیاز به مجوز دارد و با توانی در حدود یک وات، می توان به برد 50 کیلومتر، که در ابتدا بدان اشاره شد، رسید. میزان توان مورد استفاده در این سیستم، به نوع مجوز استاندارد سیستمی که در محل به کار گرفته شده است، بستگی دارد.

پرکاربردترین پیکربندی 802.16a، شامل یک ایستگاه پایه است که از طریق یک PMP، به نقاط دسترسی داخل ساختمان متصل می شود. شعاع سلول ها ، عموما بین شش تا ده کیلومتر است که در این محدوده، کاربردهای دید مستقیم به صورت بهینه کار نمی کنند. همچنین حداکثر شعاعی که از نظر تئوری قابل دسترسی است ، به کار گرفته نشده است. از دیگر کاربردهای 802.16، برقراری ارتباط بین Wlan ها و نقاط تجاری، و اتصال آنها به اینترنت است. در این کاربرد، محل های تجاری می توانند WiMax را در جایی نصب کنند که امکان سیم کشی وجود ندارد.

امنیت بالا:
WiMax تاکنون شامل DES یا Triple DES به همراه یک کلید 16 بیتی بوده است. در زمانی که WiMax بخواهد به صورت رسمی به بازار عرضه شود، از AES یا استاندارد پیشرفته امنیتی استفاده نمی کند که دارای بالاترین ضریب امنیتی در بین الگوریتم های موجود است . این استاندارد ، پایه ای برای روش های امنیتی بعدی سیستم نیز خواهد بود.

این فناوری کجا از WLAN جدا می شود؟
از نظر تئوری، WiMax و WLAN می توانند با هم تداخل کاری داشته باشند. زیرا در برخی کشورها شبکه های WLAN از هیمن محدوده فرکانسی استفاده می کنند. اما زیمنس اطمینان داده است که WiMax از محدود فرکانسی 2.4 تا 2.834 گیگا هرتز به منظور استفاده در WLAN استفاده نکند.

آنتن های هوشمند:
در 802.16 به منظور افزایش محدوده تحت پوشش و بالا بردن بازدهی، امکان استفاده از آنتن های هوشمند نیز فراهم شده است . یعنی به جای یک آنتن از چهار آنتن استفاده می شود. هر یک از این چهار آنتن، در بازه های زمانی معینی، عملیات ارسال و دریافت داده را انجام می دهند. این آنتن ها یا سیگنال های مختلفی را ارسال می کنند یا جریان داده اضافی می فرستند. این تکنیک آخر، برای استفاده در WiMax یک روش ایده آل است. زیرا باعث می شود علی رغم موانع مختلفی که در مسیر ارتباطی وجود دارد، مانند ساختمان ها و درختان ، حداقل یک سیگنال ، شانس رسیدن را بیاید و دیگر نیازی به ارسال مجدد نباشد.

طبق بررسی اینتل، بازدهی این آنتن های چهارگانه که به MI-MO یا چند ورودی- چند خروجی معروفند، چهار برابر آنتن های تکی است . برای رسیده به توان مشابه در آنتن های معمولی، باید میلیون ها بار توان بیشتری مصرف کرد. البته، سیستم هایی که از آنتن های MI-MO استفاده می کنند، برای مدیریت صحیح سیگنال ها نیاز به پردازش بیشتری دارند.

اینتل بر این باور است که این آنتن ها در سیستم های انتقال داده آینده، حتما مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین می توان بدون پرداخت هزینه بالا، از این آنتن ها در pcها و نوت بوک ها استفاده کرد، زیرا هزینه تمام شده هر آنتن ، کمتر از یک دلار خواهد بود.

IEEE802.16 علاوه بر استفاده از آنتن های هوشمند ، از شبکه های Mesh نیز، که برای تحت پوشش قراردادن مناطق گسترده تر کاربرد دارند، پشتیبانی می کند. در شبکه های Mesh تلفن های همراه ،‌PDAها، نوت بوک ها ، بازی های الکترونیکی، و pcها به عنوان نقاط تقویت سیگنال شبکه مورد استفاده قرار می گیرند تا به این ترتیب، دامنه تحت پوشش شبکه به میزان زیادی گسترش‌ یابد. ویژگی این شبکه ها در این است که ادوات به کار رفته، ارسال را با توان پایین انجام می دهند تا نیاز به مصرف انرژی زیادی وجود نداشته باشد. این ویژگی در شبکه هایی که ادوات به کاررفته در آن ، مانند تلفن های همراه یا PDAها، از باتری استفاده می کنند،‌ بسیار مهم است .

اینتل که خود از پشتیبانان این نوع شبکه بی سیم است، محصولات نیمه هادی مربوط به آن را در سال 2004 به بازار عرضه کرد. این قطعات مناسب ادوات سمت مشترک است که نقاط دسترسی WiMax می باشند. زیمنس تمایل دارد ایستگاه های پایه را در نیمه سال 2005 ارائه کند.

محصولات کاربر نهایی سازگار با 802.16 در سال 2006 و تلفن های همراه و PDAها با قابلیت کار با WiMax در سال بعد از آن آماده عرضه می شوند. اگر این محصول در حوزه MAN یا شبکه های شهری چنان موفق باشد که WLAN در صنعت بوده است، آینده خوبی در انتظارش خواهد بود. WLAN به خاطر تبعیت از یک استاندارد جهانی، گسترش خوبی پیدا کرده است و می توان هرجا از آن استفاده کرد.

Paul Otellini، قائم مقام اینتل، پیش بینی می کند که طی دو تا چهارسال ، WiMax به همان جایگاهی برسد که WLAN در حال حاضر قرار دارد. اولین نوت بوک با قابلیت کاربا WiMax در 2006 در بازار خواهد بود و بنا به گفته Otellini، می توان در سال بعد منتظر تلفن همراه و PDA آن بود.