2. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα Πρόσβασης
(WLANs)
Ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο (Wireless Local Area Network-
WLAN) είναι ένα επικοινωνιακό σύστημα που
χρησιμοποιείται ως επέκταση ή εναλλακτική λύση ενός
κοινού ενσύρματου τοπικού δικτύου (Ethernet) και
επιτρέπει στον κινητό χρήστη την ασύρματη μετάδοση και
λήψη δεδομένων
Τα WLANs προσφέρουν ασύρματη πρόσβαση ανάμεσα σε
PCs, φορητούς υπολογιστές αλλά και άλλες προσωπικές
συσκευές όπως Palmtops και PDAs.
3. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Πού συναντά κανείς WLANs???
Μικρές ομάδες εργασίας για τον διαμοιρασμό πληροφοριών
Εργαστήρια πανεπιστημίων
Ιστορικά κτήρια - όπου η εγκατάσταση καλωδίων είναι δύσκολη ή
αδύνατη
Μεγάλες βιομηχανικές μονάδες με τεράστιες ανάγκες καλωδίωσης
Σημεία πρόσβασης (hot spots) περιορισμένης έκτασης π.χ. σε
εμπορικά κέντρα / αεροδρόμια / καφετέριες / πλατείες / κτλ.
Ασύρματη πρόσβαση σε ένα σπίτι/διαμέρισμα
Τα WLANs αποτελούν σίγουρα σημαντική εξέλιξη, αλλά.....
περιορίζονται στην γεωγραφική έκταση κάλυψης.
4. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX – Βασικότερα γενικά χαρακτηριστικά
Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)
Γνωστό και ως WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Υιοθετήθηκε από την ΙΕΕΕ το 2001 (ΙΕΕΕ 802.16)
Λειτουργεί σε μια ευρεία μπάντα συχνοτήτων (2 - 66 GHz)
Παρέχει ρυθμούς μετάδοσης που αγγίζουν τα 70 Mbps στον αέρα
Παρέχει κάλυψη που μπορεί να φτάσει τα 50Km στην περίπτωση
επικοινωνίας σημείου προς σημείο
Παρέχει συνδέσεις σημείων, είτε σε συνθήκες οπτικής επαφής (Line of
Sight, LOS) είτε σε συνθήκες μη οπτικής επαφής (Non-Line of Sight, NLOS)
Παρέχει δυνατότητα επικοινωνίας σημείου προς σημείο (Point to Point)
και σημείου προς πολλαπλά σημεία (Point to Multipoint)
5. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Χρήσεις του WiMAX
Σύνδεση μεταξύ των WiFi Hot Spots και σύνδεση αυτών με το διαδίκτυο
Χρήση στο δίκτυο κορμού των κυψελωτών δικτύων κινητής τηλεφωνίας
Παροχή τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών και υπηρεσιών δεδομένων
υψηλών ταχυτήτων (ευρυζωνικών υπηρεσιών)
Παροχή ευρυζωνικότητας κατ’ απαίτηση (Broadband on Demand) για
σταθερούς, νομαδικούς ή κινητούς χρήστες
Επαρκής εναλλακτική λύση για την ευρυζωνική πρόσβαση στο
τελευταίο μίλι (last mile), αντικαθιστώντας επάξια το DSL και μάλιστα με
τα πλεονεκτήματα της ασύρματης σύνδεσης (Ινδονησία Δεκ. 2004,
Tsounami)
6. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Βασικές τοπολογίες του WiMAX
Σημείο προς Σημείο (Point to Point)
Όταν το WiMAX χρησιμοποιείται ως «Δίκτυο Κορμού»
Σημείο προς Πολλαπλά Σημεία (Point to Multipoint)
Όταν το WiMAX χρησιμοποιείται ως «Δίκτυο Πρόσβασης»
7. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Βασικές τοπολογίες του WiMAX
Σημείο
Πρόσβασης
`
Wi-Fi
Ethernet
Ethernet
Τηλεφωνική Γραμμή
Κέντρο Συνδρομητή
WiMAX
Σημείο προς
πολλαπλά σημεία
WiMAX ΙΕΕΕ
802.16-2004
Σταθμός Βάσης WiMAX
Σταθμός Βάσης WiMAX
Σημείο προς σημείο
Internet
Πελάτης (Σπίτι, Γραφείο, Εταιρία, Hot-Spot)
8. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX (Ρυθμοί Μετάδοσης vs. Απόσταση)
Σημείο προς Σημείο (Point to Point)
Σημείο προς Πολλαπλά Σημεία (Point to Multipoint)
9. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Χαρακτηρισμός καναλιού WiMAX
Ζεύξη με οπτική επαφή (Line of Sight)
Ζεύξη με οπτική επαφή αλλά χωρίς Fresnel zone clearance (Optical
Line of Sight)
Ζεύξη χωρίς οπτική επαφή (Non Line of Sight)
10. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Line of Sight
Σε μια ζεύξη σημείων που βρίσκονται σε οπτική επαφή, το ηλεκτρομαγνητικό
κύμα κατευθύνεται απευθείας από την κεραία του πομπού στην κεραία του
δέκτη χωρίς να υποστεί κάποια ανάκλαση από γειτονικά εμπόδια
Αυτό συμβαίνει όταν είναι ελεύθερη από εμπόδια μια περιοχή του
ασύρματου καναλιού μεταξύ των δύο σημείων επικοινωνίας, το οποίο
ονομάζεται ελλειψοειδές του Fresnel (Fresnel Zone)
Η ζώνη Fresnel υπολογίζεται από τον τύπο:
όπου Fn είναι η ακτίνα της ζώνης Fresnel (σε μέτρα),
n είναι ο αριθμός της ζώνης (πχ για n=1 έχουμε την 1η ζώνη Fresnel… κτλ),
λ είναι το μήκος κύματος του προς μετάδοση σήματος
και d1, d2 είναι οι αποστάσεις των δύο κεραιών από το εμπόδιο
12. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Optical Line of Sight και Non-Line of
Sight
Optical Line of Sight
Αν και υπάρχει οπτική επαφή, η ζώνη Fresnel περιέχει εμπόδια
Non - Line of Sight (NLOS)
Δεν υπάρχει οπτική επαφή
13. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX Φυσικό Επίπεδο
Χρήση OFDM
LOS: single carrier
NLOS: OFDM 256 subcarriers ή OFDMA 2048 subcarriers
Χρήση FDD ή TDD για τον διαμοιρασμό του εύρους ζώνης
Χρήση Προσαρμοστικής Διαμόρφωσης στο περιβάλλον μετάδοσης
Π.χ. Επιλογή μεταξύ QAM-64, QAM-16, QPSK (ανάλογα με την απόσταση από τον
σταθμό βάσης)
Χρήση FEC (Forward Error Correction)
Κώδικας διόρθωσης σφαλμάτων
Χρήση CRC (Cyclic Redundancy Check)
Εγγύηση στην αποστολή των ψηφιακών δεδομένων
14. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX Φυσικό Επίπεδο - OFDM
Σε ένα κλασικό FDM σύστημα παράλληλης μετάδοσης δεδομένων η
συνολικά διαθέσιμη μπάντα συχνοτήτων διαιρείται σε έναν αριθμό
μη επικαλυπτόμενων υποκαναλιών
Στο OFDM τα υποκανάλια είναι επικαλυπτόμενα
Το μέγιστο στο φάσμα του κάθε υποκαναλιού συμπίπτει με τα
φασματικά μηδενικά των 2 γειτονικών του υποκαναλιών
15. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX Φυσικό Επίπεδο - OFDM
Μικρό κομμάτι πληροφορίας μεταδίδεται σε διαφορετικά
υποκανάλια, αντί όλος ο όγκος της πληροφορίας να
μεταδίδεται στο βασικό κανάλι
16. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX Φυσικό Επίπεδο – Διαχωρισμός Εύρους
Ζώνης
Αμφιδρόμηση με Διαίρεση Συχνότητας (Frequency Division Duplex, FDD)
Μονόδρομα Υποκανάλια (άλλο υποκανάλι για uplink και άλλο για downlink)
Αμφιδρόμηση με Διαίρεση Χρόνου (Time Division Duplex, TDD)
Αμφίδρομα Υποκανάλια (το ίδιο υποκανάλι και για uplink και για downlink),
και διαχωρισμός βάσει TDM
17. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX Φυσικό Επίπεδο - Πλεονεκτήματα
OFDM
Αντιμετωπίζει αποτελεσματικά το φαινόμενο της πολυδιόδευσης
(multipath)
Εξοικονόμηση εύρους ζώνης σε σχέση με τα συστήματα μονής
φέρουσας
Υποστήριξη NLOS συνδέσεων
Είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στην παρεμβολή στενού φάσματος
διότι τέτοιου είδους παρεμβολή επηρεάζει μόνο ένα μικρό
ποσοστό των υποκαναλιών
18. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Κωδικοποίηση στο περιβάλλον μετάδοσης
Εξαρτάται από την απόσταση του δέκτη από τον σταθμό βάσης WiMAX
Υψηλό SNR (κοντά στον σταθμό βάσης) QAM-64 high data rate
Χαμηλό SNR (μακριά από τον σταθμό βάσης) QPSK lower data rate
Σταθμός Βάσης WiMAX
QAM-64 (6 bits/boud)
QAM-16 (4 bits/boud)
QPSK (2 bits/boud)
19. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX MAC Layer – Στόχος κατά τη
σχεδίαση
Αποφυγή των βασικότερων μειονεκτημάτων του αντίστοιχου MAC Layer των
WLANs
Στα WLANs, οι σταθμοί ανταγωνίζονται μεταξύ τους για το ποιος θα έχει πρόσβαση
στο μέσο για να μεταδώσει τα δεδομένα
Ευνοούνται οι σταθμοί που βρίσκονται κοντά στο Access Point, οι οποίοι μπορεί να
διακόπτουν διαρκώς τη μετάδοση των πιο απομακρυσμένων – από το Access Point –
σταθμών
Η παροχή ευαίσθητων - σε QoS - υπηρεσιών (π.χ. VoIP, IPTV) περιορίζεται από τον
αριθμό των χρηστών στο WLAN ενώ από έναν αριθμό χρηστών και άνω, είναι
αδύνατη η παροχή τέτοιου είδους υπηρεσιών
Παροχή υψηλών ρυθμών δεδομένων με δεδομένο SLA (Service Level
Agreement)
Παροχή υπηρεσιών πραγματικού χρόνου, οι οποίες είναι ευαίσθητες στην
καθυστέρηση και στη διακύμανση της καθυστέρησης (jitter)
20. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
WiMAX MAC Layer
Το WiMAX υλοποιεί σε επίπεδο MAC έναν scheduling algorithm για τον τρόπο
ανταγωνισμού μεταξύ των σταθμών μόνο μία φορά
Δηλ. στην αρχή, για την πιθανή ταυτόχρονη εισαγωγή 2 ή περισσότερων σταθμών στο
δίκτυο
Εφόσον ο χρήστης εισαχθεί στο δίκτυο, η πρόσβαση στο μέσο γίνεται βάσει
TDMA
Γίνεται δηλ. ανάθεση μίας “μεταβλητής” χρονοθυρίδας ανά χρήστη
Η χρονοθυρίδα μπορεί να μεγαλώσει ή να μικρύνει σε διάρκεια (virtually)
Ουσιαστικά γίνεται ανάθεση περισσότερων της μίας “σταθερών” χρονοθυρίδων/χρήστη
Σίγουρα όμως ο κάθε χρήστης έχει ένα minimum timeslot/frame
Ο διαμοιρασμός των χρονοθυρίδων γίνεται από τον Σταθμό Βάσης, ο οποίος
βάσει του scheduling algorithm μοιράζει χρονοθυρίδες στους χρήστες βάσει των
υπερκείμενων προσφερόμενων υπηρεσιών
Απαιτητικές σε εύρος ζώνης και QoS υπηρεσίες περισσότερες χρονοθυρίδες
21. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Πρότυπα του WiMAX (IEEE 802.16-
2004)
Η ένωση των υποπροτύπων ΙΕΕΕ 802.16a και ΙΕΕΕ 802.16d
Δεν υποστηρίζεται κινητικότητα χρηστών (IEEE 802.16a)
Υποστήριξη κινητικότητας εντός του Σταθμού Βάσης (IEEE 802.16d)
Δεν υποστηρίζεται διαπομπή (handover) μεταξύ Σταθμών Βάσεων
(δεδομένου ότι οι χρήστες δεν μετακινούνται)
OFDM σε φυσικό επίπεδο
Όλα τα υποκανάλια ανατίθενται σε έναν χρήστη
22. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Πρότυπα του WiMAX (IEEE 802.16-
2005)
Η ένωση των υποπροτύπων ΙΕΕΕ 802.16d και IEEE 802.16e
Υποστήριξη κινητικότητας εντός του Σταθμού Βάσης (IEEE 802.16d)
Δεν υποστηρίζεται διαπομπή (handover) μεταξύ Σταθμών Βάσεων
(δεδομένου ότι οι χρήστες δεν μετακινούνται εκτός εμβέλειας του
Σταθμού Βάσης)
Yποστηρίζεται κινητικότητα χρηστών (IEEE 802.16e)
Yποστηρίζεται διαπομπή (handover) μεταξύ Σταθμών Βάσεων
(δεδομένου ότι οι χρήστες μετακινούνται)
OFDMΑ σε φυσικό επίπεδο
Τα υποκανάλια δεν ανατίθενται όλα σε έναν χρήστη, αλλά μοιράζονται σε
περισσότερους χρήστες
23. Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Δίκτυα Ευρείας Ζώνης
Πρότυπα του WiMAX
`
WiFi hotspot
Σταθερή πρόσβαση
εξωτερικού χώρου
ΣΤΑΘΕΡΗ
ΠΡΟΣΒΑΣΗ
Νομαδική
κινητικότητα ή
κινητικότητα
πεζών
`
Σταθερή πρόσβαση
εσωτερικού χώρου
Πολύ μικρά δίκτυα εταιρειών
ή πανεπιστημίων
ΦΟΡΗΤΟΤΗΤΑ
ΜΕ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ
ΚΙΝΗΤΙΚΟΤΗΤΑ
Κινητά
δεδομένα
ΠΛΗΡΗΣ
ΚΙΝΗΤΙΚΟΤΗΤΑ
ΙΕΕΕ 802.16-2004 ΙΕΕΕ 802.16-2005