802.16 - bezprzewodowe miasto
- Marcin Suszkiewicz,
- 01.06.2004
Bezprzewodowe lokalne sieci komputerowe, a także punkty dostępu do Internetu (hot spoty) oparte na serii standardów 802.11powoli przestają zadziwiać. Zakończenie prac nad wersją ''g'' pozwoliło im zaoferować przepływność ok. 54 Mb/s. Wysiłki stowarzyszenia WPA zaowocowały znaczną poprawą bezpieczeństwa transmisji. Największe wady, mogłoby się wydawać, odeszły w przeszłość. Niestety, nadal pozostał problem często bardzo drogiego połączenia z siecią dostawcy usług.
Bezprzewodowe lokalne sieci komputerowe, a także punkty dostępu do Internetu (hot spoty) oparte na serii standardów 802.11powoli przestają zadziwiać. Zakończenie prac nad wersją 'g' pozwoliło im zaoferować przepływność ok. 54 Mb/s. Wysiłki stowarzyszenia WPA zaowocowały znaczną poprawą bezpieczeństwa transmisji. Największe wady, mogłoby się wydawać, odeszły w przeszłość. Niestety, nadal pozostał problem często bardzo drogiego połączenia z siecią dostawcy usług.
Prace nad rozwiązaniem tego problemu zostały podjęte przez organizację standaryzacyjną IEEE już pod koniec 1998 r. Zaowocowały one opracowaniem standardu 802.16. Dokument, opublikowany w kwietniu 2001 r., zawierał dokładną definicję warstwy fizycznej i protokołów dostępu do medium (Media Access Control) dla bezprzewodowych sieci metropolitalnych (WirelessMAN - Wireless Metropolitan Area Networks).
Przewiduje on m.in. pracę w pasmie dostępnym w przeważającej części świata, tj. 10-66 GHz, i przepływności nawet większe niż 100 Mb/s. Tak wysokie częstotliwości stwarzają jednak wiele problemów, z których części dotychczas nie udało się rozwiązać. Działające w tym zakresie urządzenia praktycznie zawsze wymagają bezpośredniej widoczności między antenami nadawczą a odbiorczą. Warunek ten, często trudny do spełnienia (np. w mieście), znacznie ograniczył potencjalne zastosowania. Dlatego zdecydowano się rozszerzyć specyfikację 802.16 na niższe częstotliwości. Opracowana i zatwierdzona w kwietniu 2003 r. wersja 802.16a obejmuje licencjonowane i niewymagające zezwoleń pasma znajdujące się w zakresie 2-11 GHz (przepływności do ok. 70 Mb/s).
Zastosowanie
Potencjalne zastosowania standardu IEEE 802.16 i 802.16a
Do najczęściej wskazywanych należą:
1. Zapewnienie połączeń stacji bazowych telefonii komórkowej z siecią operatora. W mieście, gdzie większość masztów jest lokalizowana na dachach budynków, trudno doprowadzić niezbędne łącze często będące wielokrotnością E1. Stosuje się inne rozwiązania, takie jak horyzontowe linie radiowe czy LMDS. Niestety, większość z nich nie będzie w stanie przenieść stale rosnącego ruchu generowanego przez nowe usługi udostępniane użytkownikom. Sytuacja jeszcze bardziej się skomplikuje w momencie uruchamiania UMTS, który ma zaoferować znacznie wyższe przepływności niż GSM/GPRS.
2. Przyspieszenie rozwoju sieci LAN w domach i małych przedsiębiorstwach przez umożliwienie im taniej, szybkiej i skalowalnej łączności z Internetem.
3. Uzupełnienie pokrycia technologią xDSL, której zasięg wynosi jedynie kilka kilometrów, oraz dostępu opartego na telewizji kablowej, który nie zawsze jest możliwy.
4. Pokrycie terenów słabo zaludnionych, także w ramach bezprzewodowej pętli abonenckiej.
5. Umożliwienie stałej łączności bezprzewodowej nawet poza zasięgiem 802.11.
Warstwa fizyczna
Potencjalne zastosowania standardu IEEE 802.16 i 802.16a
Zdecydowanie inaczej wyglądają podstawy interfejsu radiowego w niższym pasmie, tj. 2-11 GHz. Rozszerzenie 802.16a uwzględniło nie tylko propagację wielodrogową, lecz również częsty brak bezpośredniej widoczności anten. Opracowano trzy specyfikacje:
- WirelessMAN-SC2 - używający modulacji z jedną nośną.
- WirelessMAN-OFDM - wykorzystujący multipleksację kodami ortogonalnymi, z podziałem kanału na 256 węższych pasm. Zwielokrotnienie następuje w dziedzinie czasu (TDMA). Proponowane zastosowanie tego rozwiązania to zakresy niewymagające licencji.
- WirelessMAN-OFDMA - także korzystająca z kodów OFDM, również w zwielokrotnieniu (użytkownikowi jest przypisywany jeden z 2048 kodów). Zalecana dla pasm licencjonowanych.
Struktura ramki łącza w dół
Efektywność transmisji podnosi specjalna podwarstwa występująca na styku warstw fizycznej i łącza danych, tzw. Transmission Convergence (TC) sublayer, odpowiedzialna za umieszczanie zawartości (poprzez np. fragmentację) jednostek protokołu MAC (o zmiennej długości) w blokach warstwy fizycznej o stałej długości.
Dostęp do medium
Sieć o strukturze siatki
Stworzone rozwiązanie jest kompromisem pomiędzy standardem DOCSIS a proponowanym przez grupę Ensemble Communication (znaną także jako Adaptix) współtworzoną przez Nokię. Budową i własnościami przypomina ATM, choć nie brak w nim nowości, np. usługa o gwarantowanej przepływności ramkowej (GFR - Guaranteed Frame Rate). Przepustowość 802.16 MAC szacuje się na 268 Mb/s (w obie strony).