802.16 - bezprzewodowe miasto

MAC można podzielić na wyraźne trzy podwarstwy:

  • Interfejs dla warstw wyższych ściśle związany z rodzajem usługi. Został zdefiniowany w dwóch wersjach, tj. odpowiedniej dla ATM i dla ruchu pakietowego (IPv4, , Ethernet, VLAN). Jego zadania to: właściwa klasyfikacja usługi, zachowanie QoS i alokacja pasma. Ponadto może zwiększyć wykorzystanie łączą radiowego przez pozbawianie i rekonstruowanie nagłówka danych użytecznych.

  • Część odpowiedzialną za realizację standardowych funkcji. Zawiera m.in. mechanizmy żądania przydziału pasma i QoS. Ze względu na to, iż 802.16 MAC jest zorientowany na transmisje połączeniowe, podwarstwa ta musi przystosować odpowiednio usługi bezpołączeniowe.

  • Część odpowiedzialną za bezpieczeństwo transmisji.
Standard 802.16 definiuje 48-bitowy adres MAC, który służy praktycznie jedynie do identyfikacji sprzętu, gdyż połączenia są rozróżniane dzięki 16-bitowemu numerowi CID (Connection Identifiers Data), umieszczonemu w nagłówku ramki. W czasie inicjowania każdej stacji zawsze są przyporządkowane trzy dwustronne połączenia reprezentujące różny QoS właściwy dla używanego protokołu zarządzania. Pierwsze z nich służy do transmisji krótkich, wrażliwych na czas wiadomości, takich jak polecenia podwarstwy kontroli kanału radiowego (Radio Link Control). Drugie pozwala przekazywać dłuższe i bardziej tolerancyjne na opóźnienia komendy związane z uwierzytelnianiem. Ostatnie jest używane przez dobrze znane standardowe protokoły zarządzające, tzn. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) oraz SNMP (Simple Network Management Protocol). Ponadto MAC może zarezerwować w łączu w dół pasmo wykorzystywane do rozgłaszania i odpytywania stacji abonenckich o ich potrzeby przydziału pasma.

Ramka MAC zawiera jeden z dwóch rodzajów nagłówków - ogólny, po którym następuje pole danych użytecznych o zmiennej długości, lub specjalny, który jest związany z żądaniem przydziału pasma (wówczas ładunkiem są wiadomości zarządzające). Różnią się one ustawieniem pola HT (Header Type). Ponadto pole Type informuje o sposobie umieszczenia jednostek warstw wyższych w ramce MAC (np. o fragmentacji lub zespoleniu).

Bezpieczeństwo

802.16 - bezprzewodowe miasto

Stos protokołów IEEE802.16

Zła sława protokołu WEP (Wired Equivalent Privacy) sprawiła, iż organizacja IEEE dokłada wielu starań, aby sieci WMAN były bezpieczne. Procedura rejestracji w sieci jest poprzedzona uwierzytelnianiem opartym na: cyfrowych certyfikatach X.509 instalowanych fabrycznie oraz określających daną stację i jej producenta, 48-bitowym adresie MAC oraz publicznym kluczu RSA. Wszystkie te dane są wysyłane do stacji bazowej, która po weryfikacji odsyła zakodowany klucz uwierzytelniający używany do zabezpieczenia dalszych transmisji sygnalizacji. Do szyfrowania ruchu jest stosowany 128-bitowy 3DES z innym dla każdej ramki wektorem inicjalizującym. Oczywiście, rozważa się użycie mocniejszych algorytmów kryptograficznych, np. AES (Advanced Encryption Standard), który jest także postrzegany jako rozwiązanie dla 802.11.

WiMAX

802.16 - bezprzewodowe miasto

Budowa ogólnego nagłówka ramki MAC

W obawie przed niekompatybilnością rozwiązania IEEE 802.16 z projektami organizacji ETSI - HIPERMAN i HIPERACCESS w kwietniu 2003 r. powstało zrzeszenie producentów sprzętu i podzespołów telekomunikacyjnych o nazwie WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum -http://www.wimaxforum.org ) W jego skład weszli tacy giganci, jak Intel, Nokia, Thomson, Agilent Technologies oraz National Institute of Standards and Technology (NIST). Działalnością przypomina powołaną do promocji WLAN 802.11 grupę Wi-Fi Alliance. Współpracując z ETSI, stara się przygotować odpowiednie produkty spełniające wymagania jak najszerszego grona operatorów, różnicując parametry pracy, takie jak szerokość kanału. Dlatego standard 802.16 przewiduje zarówno tryby TDD, jak i FDD oraz zmienne szerokości kanałów (od 3.5 do 28 MHz dla Europy). Ponadto WiMAX czuwa, aby rozwiązania różnych firm mogły ze sobą działać. Organizacja ma w przyszłości certyfikować takie produkty.

Podsumowanie

Obecnie trudno prognozować przyszłość standardu 802.16, w tym także pracującego w pasmie poniżej 11 GHz. Obsługiwana topologia sieci i oferowane przez nią przepływności wydają się bardzo obiecujące. Działalność WiMAX zmierzająca do profilowania systemu nawet pod konkretnego operatora, możliwość sektoryzacji stacji bazowych, zapowiadana obsługa inteligentnych anten - wszystko to przemawia na korzyść nowej technologii. Producenci szacują koszty pojedynczej stacji tylko na ok. 20 tys. USD. Ponadto obecnie prowadzone prace mają na celu umożliwienie funkcjonowania użytkownikom ruchomym (rozszerzenie 802.16e) i powstanie analogicznych do hot spotów, tzw. hot zone. Przeszkodą, z którą obecnie mierzą się producenci, jest znalezienie właściwej baterii do urządzeń przenośnych, a także spełnienie wymagań kompatybilności elektromagnetycznej.

Według zapowiedzi Intel wprowadzi odpowiednie chipy do sprzedaży w trzecim kwartale 2004 r. Następnie planuje wzbogacenie procesora Centrino w obsługę 802.16e po jego zatwierdzeniu. W dalszej perspektywie jest opracowanie układu będącego w stanie wybrać najlepszą w danej chwili i miejscu sieć bezprzewodową (Bluetooth, 3G, Wi-Fi, WirelessMAN). Podobne prace już teraz prowadzi Nokia, która stara się opracować wielosystemowe urządzenie.

SERIA IEEE 802.16

  • 802.16 - oryginalny standard opublikowany w kwietniu 2001 r. Zawiera definicję MAC i kilku rodzajów warstw fizycznych. Pozwala na adaptacyjną zmianę schematu modulacji i kodowania. Przewidziany do zastosowania w zakresie 10-66 GHz. Pracuje w trybie FDD lub TDD wykorzystując modulacją z jedną nośną.

  • 802.16a - rozszerzenie promowane przez WiMAX Forum, które zostało zaaprobowane przez IEEE w 2003 r. pozwalające na pracę w zakresie 2-11 GHz, wykorzystujące modulację z pojedynczą nośną, 256 OFDM lub OFDMA. Nie wymaga bezpośredniej widoczności anten. Zasięg 10-50 km w zależności od warunków propagacyjnych. Osiągana przepływność ok. 100 Mb/s przy kanale 20 MHz.

  • 802.16b - standard do pracy w paśmie UNII (5-6 GHz) z szerokością kanału 20 MHz. Wykorzystuje 256 OFDM i wielowartościowe QAM. Cechuje go zmniejszone zużycie energii ze względu na wykorzystanie nielicencjonowanego pasma.

  • 802.16c - procedury testujące zgodność i poprawność implementacji 802.16.

  • 802.16d - profile 802.16a i testy określające możliwość zastosowania określonej warstwy fizycznej.

  • 802.16e - nieukończone rozszerzenie 802.16a pozwalające na obsługę ruchomych stacji abonenckich.

  • 802.16.2 - dokument mówiący o koegzystencji WMAN w paśmie 10-66GHz.

  • 802.16.2a - nieukończony dokument mówiący o koegzystencji w paśmie 2-11GHz.

Pierwsze produkty i usługi

W trakcie targów CeBIT 2004 mieliśmy okazję zobaczyć pierwsze urządzenia zgodne ze standardem 802.16a. Kanadyjska firma Redline Communications zaprezentowała rozwiązanie spełniające wszelkie wymagania WiMAX Forum. Jego podstawą jest węzeł dostępowy (Access Node) AN-100, który pracuje w zakresie 3,6-3,8 GHz, dysponując kanałem o szerokości 3, 5, 7 lub 14 MHz. Dodatkową zaletą jest praca w trybie TDD lub FDD. Umożliwia to dostosowanie produktu do potrzeb i możliwości operatora. Dzięki wysokiej efektywności widmowej (wynoszącej 5 bitów/Hz), którą uzyskano stosując interfejs zgodny z WirelessMAN-OFDM, szybkość transmisji dochodzi do 70 Mb/s. Bezpieczeństwo gwarantuje m.in. sprzętowo realizowane szyfrowanie DES (ruch) i 3DES (wymiana kluczy). Najbardziej interesującym parametrem jest zasięg, który dla propagacji z bezpośrednią widocznością anten przekracza 70 km. Bez takiej widoczności promień komórki jest prawie dziesięciokrotnie mniejszy. Wnioski takie wyciągnięto na podstawie dotychczasowych badań pilotażowych instalacji w Ameryce Południowej. Należy pamiętać, że dotychczas nie ma taniego systemu, który na dystansie 7-8 km w środowisku miejskim zapewni transfer ponad 30 x E1.

Drugim producentem oferującym sprzęt kompatybilny z 802.16a był izraelski Alvarion, znany z rozwiązań BreezeACCESS pracujących w zakresie 5,8 GHz (UNII) i wykorzystujących OFDM z 64 nośnymi. W marcu przedstawił on stacje bazowe i abonenckie BreezeMAX, których parametry są zbliżone do wspomnianego AN-100.

Produktem Alvariona jest zainteresowany Siemens ICN, który planuje wprowadzenie BreezeMAX do swojej oferty jeszcze w tym roku. Alcatel, Lucent i pozostali giganci rynku telekomunikacyjnego czekają, aż Intel wprowadzi do sprzedaży odpowiednie moduły, które według zapewnień Margaret LaBrecque (dyrektora marketingu Intela i jednocześnie prezesa WiMAX Forum) są obecnie testowane.

Technologią WiMAX zainteresowany jest m.in. operator British Telecommunications (BT), który testuje stałe połączenia standardu 802.16a w Szkocji, Walii i Irlandii. BT zamierza przetestować w przyszłym roku systemy oparte na standardzie 802.16e (przewidywany termin ratyfikacji tego standardu - 2005 r.), dzięki któremu z usług sieci WiMAX będą mogli korzystać mobilni użytkownicy.

Rodzime firmy telekomunikacyjne nie pozostają w tyle i 20 kwietnia wystąpiły do Urzędu Regulacji Telekomunikacji i Poczty o rezerwację częstotliwości w pasmie 3,6-3,8 GHz. Wśród oferentów zainteresowanych świadczeniem usługi bezprzewodowego cyfrowego dostępu abonenckiego w stacjonarnych sieciach telekomunikacyjnych znaleźli się: Polska Telefonia Cyfrowa, NASK, E-internets oraz Innova Capital. Obecnie URTiP bada, czy nie istnieją przesłanki odmowy dokonania rezerwacji. Z pewnością WiMAX ułatwi i przyśpieszy rozwój hot spotów Wi-Fi. Czy usługi oparte na 802.16a trafią do oferty komercyjnej i będą dostępne dla małych i średnich przedsiębiorstw jeszcze w tym roku? Bardzo możliwe.


TOP 200