Беспроводные технологии: Wi-Fi и WiMAX
К концу 2000-х годов многим российским пользователям стали доступны две популярные беспроводные технологии: Wi-Fi и WiMAX. Первая появилась чуть раньше и сейчас распространена более широко, вторая - чуть позже и развивается преимущественно в крупных городах России. Рассмотрим их по порядку, обратив внимание на особенности применения, плюсы и минусы, сходства и различия. Мы не будем рассматривать стандарты существующих мобильных беспроводных сетей - это тема для отдельной статьи. Зато вкратце расскажем о перспективах развития Wi-Fi и WiMAX.
Начнем с преимуществ и недостатков беспроводных сетей по сравнению с традиционными. Главный плюс, что явствует из названия, - отсутствие проводов. Значит, не нужно прокладывать кабели, сверлить стены, монтировать каналы и короба и т. п. Сеть легко расширяется в отличие от проводных, где ограничением служит количество свободных портов в маршрутизаторах и концентраторах (хабах). Немаловажна и быстрота подключения нового абонента. Но больше всего в беспроводных сетях людей привлекает мобильность. К примеру, в настоящее время можно в течение получаса развернуть в квартире или офисе локальную сеть на базе Wi-Fi и обеспечить всем устройствам выход в Интернет.
Минусы тоже присутствуют. Во-первых, это проблемы со стабильностью связи. Стандартные домашние Wi-Fi-маршрутизаторы имеют радиус действия порядка нескольких десятков метров в помещении и до 100-200 метров снаружи. Однако некоторые электронные устройства (СВЧ-печь), различные препятствия (железобетонные стены), а также погодные явления (дождь) ослабляют уровень сигнала Wi-Fi- и WiMAX-сетей. Таким образом, будет сложно или даже невозможно обеспечить связь между абонентами, находящимися в соседних зданиях или на разных этажах. Для Wi-Fi-сетей можно купить мощный передатчик, но устройства мощностью свыше 100 мВт по российским законам нельзя использовать без регистрации в соответствующих надзорных органах. Так мы приходим ко второму минусу - юридическим аспектам использования частотного диапазона и параметров передатчиков/приемников беспроводных сетей, которые различны в разных странах.
Существует и проблема безопасности, в частности Wi-Fi-сетей. Дело в том, что популярный стандарт шифрования WEP относительно легко взламывается, а более совершенные протоколы WPA и WPA2 не поддерживают многие старые точки доступа. Четвертый минус - это достаточно высокое энергопотребление устройств при использовании Wi-Fi и WiMAX-сетей. Тем не менее плюсы в целом перевешивают минусы.
Wi-Fi (Wireless Fidelity/"беспроводная точность") - это торговая марка для беспроводных сетей, созданных на базе семейства стандартов IEEE 802.11. Начало протоколу было положено в Нидерландах в 1991 году, когда одна фирма представила беспроводные системы кассового обслуживания WaveLAN со скоростью передачи данных от 1 до 2 Мбит/с.
С тех пор IEEE 802.11 сильно эволюционировал. К примеру, популярный ныне стандарт протокола IEEE 802.11n, утвержденный 11 сентября 2009 года, позволяет передавать данные на теоретической скорости до 600 Мбит/с при одновременном использовании четырех антенн или 150 Мбит/с - при одной антенне. Реальная скорость, разумеется, оказывается в два-три раза меньше. При этом можно задействовать один из двух рабочих диапазонов частот - 2,4 или 5 ГГц. Кроме того, для 802.11n разработчики сохранили обратную совместимость с устаревшими стандартами 802.11a и 802.11b/g.
Работает сеть Wi-Fi следующим образом. Первым делом устанавливается Wi-Fi-передатчик или, по-другому, точка доступа (хотспот), к которому любым доступным способом подводится Интернет (кабель, спутник, WiMAX, мобильный Интернет). Далее точка доступа сама становится источником раздачи Интернета устройствам-клиентам: компьютерам, ноутбукам, нетбукам, смартфонам и другим мобильным устройствам. Единственное, они все должны иметь встроенный либо внешний W-Fi-адаптер (приемник).
Wi-Fi-приемники уже давно встраиваются в ноутбуки и многие мобильные устройства. Для стационарных ПК либо устаревших моделей ноутбуков придется купить специальный модуль. Это может быть плата под слоты PCI, MiniPCI, PCMCIA или USB-адаптер. Встречаются и миниатюрные приемники размером с карту памяти формата SD. Стоят такие Wi-Fi-адаптеры всего несколько сотен рублей. Модули могут быть встроены в другие устройства, например медиаплееры. Стоимость Wi-Fi-передатчиков (маршрутизаторов) начинается от одной тысячи рублей, некоторые интернет-провайдеры предоставляют подобное оборудование бесплатно.
Интернет в Wi-Fi-сетях делится между всеми абонентами, поэтому при большом количестве подключенных устройств скорость передачи данных будет снижена. Сами сети подразделяются на публичные и частные. Первые создаются в местах общественного пользования (вокзалы, гостиницы, кафе, парки и т. п.) и обычно не требуют идентификации для подключения. В ряде зарубежных городов публичные беспроводные Wi-Fi-сети объединяют в общие и они покрывают почти всю городскую территорию.
Частные сети используются в личных или корпоративных целях ограниченной группы лиц и защищаются паролем или ключом. Однако из-за неопытности администраторов сетей, забывающих установить пароль, к ним может подключиться любой. Существуют даже подпольные карты подобных точек, благодаря которым в крупных городах найти халявный Интернет несложно.
В настоящее время разрабатываются стандарты IEEE 802.11ac и IEEE 802.11ad. Первая технология позволяет раздавать Интернет параллельными потоками более чем трем пользователям на скорости в несколько гигабит в секунду каждому в диапазоне 5 ГГц, вторая - одному абоненту до 7 Гбит/с в диапазоне 60 ГГц, что ограничивает область покрытия до масштаба одного помещения.
Кроме того, разрабатывается стандарт IEEE 802.22 WRAN. В так называемом Super Wi-Fi обещается скорость до 22 Мбит/с в радиусе до 100 км от ближайшего передатчика. При этом данные будут передаваться на незанятых частотах телевизионного вещания (VHF/UHF). В перспективе стандарт 802.22 должен обеспечить Интернетом малонаселенные территории и развивающиеся страны.
Кроме Wi-Fi, существует другой стандарт беспроводной связи - WiMAX, который развивается не менее быстрыми темпами, но во многом от него отличается.
WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) базируется на стандарте IEEE 802.16. Сеть на базе этой технологии строится из базовых и абонентских станций и оборудования, связывающего между собой базовые станции с поставщиком Интернета и других сервисов. Используемый диапазон частот - от 1,5 до 13,6 ГГц. Радиус действия - 6-10 км для "статичных" абонентов и 1-5 км - для "мобильных", передвигающихся на скорости до 120 км/ч. Скорость передачи данных может достигать 40-75 Мбит/с. WiMAX создавался в качестве универсальной беспроводной связи для широкого спектра устройств (от ПК и ноутбуков до мобильных телефонов и планшетов), действующей на больших расстояниях.
Следует сразу отметить, что под названием WiMAX объединяются два стандарта - 802.16d (фиксированный WiMAX) и 802.16e (мобильный WiMAX), разработчикам их так и не удалось объединить. Каждая спецификация имеет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала и другие характеристики. Потому WiMAX-системы, основанные на различных версиях стандарта IEEE 802.16, практически несовместимы.
В стандарте 802.16d (он же 802.16-2004) используются стационарные модемы и PCMCIA-карты для ноутбуков. Связь возможна только с неподвижными абонентами. При этом могут достигаться следующие характеристики: скорость до 75 Мбит/с, дальность связи - 25-80 км, используемый диапазон частот - 1,5-11 ГГц (чаще применяются 3,5 и 5 ГГц).
Стандарт 802.16e (802.16-2005) оптимизирован для работы с мобильными пользователями. Характеристики таковы: скорость до 40 Мбит/с, дальность связи - 1-5 км, используемый диапазон частот - 2,3-13,6 ГГц (чаще - 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ГГц). Также 802.16e применяется и для обслуживания фиксированных пользователей. Именно его чаще всего предлагают пользователям различные провайдеры.
Таким образом, мобильный WiMAX является конкурентом современным мобильным технологиям, а фиксированный WiMAX - проводному широкополосному доступу DSL. Конечные абоненты, желающие подключиться к сетям WiMAX, должны в первую очередь выбрать провайдера и заключить договор. После этого они получат USB-модем, ExpressCard-модем либо аналогичное устройство. WiMAX-приемник можно купить самостоятельно, кроме того, ряд мобильных устройств и ноутбуков уже имеют встроенную поддержку технологии WiMAX.
В будущем на смену двум спецификациям должен прийти единый стандарт 802.16m (WiMAX 2). Он будет производительнее, быстрее (скорость до 100 Мбит/с у мобильного варианта и до 1 Гбит/с - у фисированного). Также появится поддержка новейших коммуникационных технологий.
Напоследок рассмотрим качественные различия Wi-Fi и WiMAX. Wi-Fi - система короткого действия (десятки метров), с ее помощью удобно создавать локальные сети, необязательно подключенные к Интернету. WiMAX - система дальнего действия (километры), соединяющая провайдера и конечного пользователя. Домашнюю сеть на ее базе построить сложнее, зато сеть, охватывающую большие пространства, - проще. При сравнении часто применяется такая аналогия: WiMAX сравнивается с мобильной связью, а Wi-Fi - со стационарным беспроводным телефоном.
Если вы являетесь ярым сторонником беспроводных сетей, для вас оптимальным вариантом будет следующая схема (см. рисунок выше): в качестве магистрального канала от провайдера использовать WiMAX, а далее распределять Интернет между потребителями на основе локальной Wi-Fi-сети.
На сегодняшний день технология беспроводной связи «WiMAX» является наиболее передовой из всех существующих. Появившись в далеком 2003 году, она была направлена на удовлетворение рынка широковещательных устройств.
По всему миру большое количество операторов начали создавать сети беспроводной связи. Такие сети существуют сейчас в США, Японии, Корее, России и многих других. Если принять во внимание слова ведущих аналитиков в сфере коммуникаций, то в «WiMAX» в скором времени общее количество пользователей сети составит больше 100 миллионов человек.
На сегодняшний день можно смело сказать, что у «WiMAX» нет альтернативной технологии, что и делает ее передовым продуктом. В этой статье мы подробно рассмотрим особенности данной технологии, ее преимущества и недостатки.
Что это такое?
«WiMAX» («Международное взаимодействие для микроволнового доступа») – технология, разработанная в 2003 году, целью которой является предоставление беспроводной связи для рабочих станций, стационарных компьютеров, портативных компьютеров и мобильных устройств. Базируется на стандарте связи «IEEE 802.16».
Какие задачи решает «WiMAX»:
- обеспечение широкополосной связи, взамен выделенным линиям и «DSL/ADSL»;
- обеспечение системами удаленного мониторинга;
- создание точек удаленного доступа, которые не имеют привязки к географическому местоположению;
- обеспечение точек доступа «Wi-Fi» и соединение их друг с другом, а также других зон интернет сети.
Также хочется кратко рассказать о основных этапах разработки данной технологии:
Область и целесообразность применения
На сегодняшний день перед разработчиками всего мира остро стоит проблема «последней мили» (канала, который соединяет конечное оборудование пользователя с узлом доступа провайдера). К счастью, сейчас появилось много разновидностей технологии «последней мили», благодаря чему каждый провайдер может решить задачу выбора этой технологии.
На сегодняшний день проблема последней мили не имеет четкого и универсального решения. Абсолютно у каждой существующей технологии есть своя область применения, плюсы и минусы.
На выбор определенной технологи и могут влиять большое количество факторов и вот основные из них:
- способ достижения намеченных целей, эффективное использование ресурсов, целевая аудитория,
- выделение инвестиций, которые впоследствии пойдут на развитии сети;
- наличие и работоспособность имеющийся сетевой инфраструктуры, а также определенные ресурсы, которые будут направлены на поддержку технической эксплуатаций сети.
Каждый из вышеперечисленный факторов играет особую роль в выборе технологического решения.
Также хочется отметить, сравнивая Wi-Fi и WiMAX, что последний позволяет пользователям осуществлять выход в интернет на достаточно высокой скорости. Покрытие территории сетей WiMAX значительно больше, чем у Wi-Fi.
видео: WiMax технология
Варианты технологии
Все семейство технологии WiMAX обладает достаточно широким спектром достоинств, которые имеют определенные различия друг от друга. Разработчики технологии WiMAX пытались найти наиболее целесообразный вариант, предназначенный для мобильного и фиксированного использования.
Однако стоит отметить тот факт, что совмещение требований в рамках одного стандарта по-прежнему не решенная задача. Стандартные требования имеют полную схожесть между собой, но при этом каждая технология имеет определенную нацеленность на различные сферы рынка. Поэтому это стало толчком к тому, чтобы создать две обособленные версии стандарта.
Фото: технология стандарта IEEE 802.16 e и d
Каждая спецификация WiMAX имеет свои технические характеристики: мощности излучения, частоты, доступ и передача, повторное использование радиочастот. И именно из-за данных особенностей системы-WiMAX, находящихся на базе стандарта IEEE 802.16 e и d, практически не имеют совместимости.
- 802.16-2004 — была утверждена в 2004 году. При работе используется частотное мультиплексирование. Ко всему прочему имеется поддержка так называемого фиксированного доступа в тех зонах, где отсутствует и присутствует прямая видимость. В большинстве случаев используются частоты 3,5 и 5 ГГц.
- 802.16-2005 — была утверждена в 2005 году. Новая версия является большим шагом в эволюции фиксированного доступа. Новая версия получила поддержку мобильных абонетов, а ее отличительной чертой является поддержка ряда особых функций, таких как: «Idle mode», «Handover».
Отличительными чертами между двумя спецификациями является то, что за счет фиксированного WiMAX (802.16-2004) работают исключительно статичные абоненты, а при работе 802.16-2005 (мобильного WiMAX) работают абоненты, которые передвигаются со скоростью до 110 километров в час.
Также хочется отметить то, что за счет мобильности обеспечиваются все функции роуминга и так называемое «бесшовное подключение» между основными рабочими станциями в то время, когда абонент находится в движении. Также существуют исключительные случаи, когда 802.16-2005 может достаточно хорошо использоваться при обслуживании статичных абонентов.
Также хочется отметить то, что большинство компаний отдают свое предпочтение именно WiMAX, предоставляя услуги высокоскоростной связи.
И на это есть свои причины:
- в первую очередь 802.16 эффективен с экономической точки зрения при предоставлении своим клиентам доступа в сеть, а также расширении услуг и охватывании новых территорий;
- во-вторых – это простота в использования в отличии от проводных каналов. WiMAX и Wi-Fi достаточно просты в использовании, развертывании и, конечно же, масштабировании. Довольно удобный способ при создании достаточно крупной сети в кротчайшие сроки.
WiMAX абонентское оборудование
В настоящее время оборудование для использования сетей WiMAX можно устанавливать в помещениях (такие устройства обычно не превышают своими размерами традиционные DSL модемы), так и на улицах (устройства размером с ноутбук).
Устройства для работы внутри помещений более удобны в использовании, но могут работать только на небольших расстояниях от базовой станции.
Из-за этого оборудование, которое устанавливается внутри помещений, нуждается в более крупных инвестициях, так как для обеспечения качественной работы потребуется большое количество точек доступа.
Принцип работы и понятия
WiMAX состоит из следующих элементов: станции (базовые и клиентские), оборудование, которое является связующим между станциями, интернет-сеть. Для соединение базовой станции и клиентской используются частоты от 2 до 11 ГГц.
Между базовыми станциями, как правило, устанавливается прямая видимость и при этом используется рабочий диапазон частот от 10 до 66 ГГц. Прямая видимость между рабочими станциями и диапазон частот позволяют добиться скорости обмена данными до 120 Мбит/сек. Но при этом необходимо одну из рабочих станций подключить к сети провайдера используя стандартный метод проводного соединения.
Стандарты IEEE 802.16 имеет структуру GSM сети. Дальность действия базовых станций в несколько километров и возведение каких-либо дополнительных вышек, усиливающих сигнал, совершенно не требуется.
Режимы
В стандарт wimax 802.16e-2005 входят все версии, которые выходили ранее:
MAC / канальный уровень
В сетях 802.16 MAC применят так называемый алгоритм планирования. Принцип действия данного алгоритма основывается на следующем: абсолютная любая клиентская станция может подключиться к точке доступа и после подключения для нее автоматически будет созданный отдельный слот непосредственно на точке доступа. Ко всему прочему остальные пользователи не могут оказывать влияние на это и таким образом это исключает обрыв связи.
WiMAX Архитектура
На WiMAX Forum была создана спецификация архитектуры, благодаря которой является возможный определить огромное количество нюансов работы. В это число входит распределение сетевых адресов, взаимодействие с другими сетями, аутентификация.
Хочется отметить, что архитектура сетей не имеет строгой привязки к той или иной отдельной конфигурации, поэтому обеспечивается довольно высокая гибкость и масштабируемость.
Преимущества и недостатки
К преимуществам относится:
К недостаткам относитс я:
- дефицит устройств частот;
- неподготовленность законодательной базы;
- сложности при внедрении новой технологии, из-за чего на данный момент отсутствует возможность обеспечения качественной связи по низкой стоимости.
В данной статье мы подробно рассмотрели WiMAX. Можно с уверенностью сказать, что на данный момент WiMAX является передовой технологией беспроводной связи. На сегодняшний день она приобрела довольно широкую популярность в современном мире.
В современном мире происходит настоящая информационная революция. Технологии беспроводной связи активно развиваются, постоянно появляются новые виды связи, которые заменяют друг друга. Это объясняется тем, что к технологиям передачи данных выдвигаются определенные требования – высокая скорость передачи данных, надежность и мобильность. Эти требования и заставляют разработчиков постоянно работать, создавая новые виды соединений, превосходящие все старые технологии. На сегодняшний день данным требованиям наилучшим образом соответствует технология WiMax. Но что это такое?
1. Описание технологии WiMax
Прежде всего, необходимо ответить на вопрос, что это такое? ТехнологияWiMax (от англ.World wide Interoperability for Microwave Access) – это технология беспроводной передачи данных. Главная цель разработки такой технологии заключается в том, чтобы предоставлять пользователям универсальную мобильную связь на достаточно больших расстояниях для наиболее широкого списка устройств – от целых станций и персональных компьютеров, до мобильных телефонов и планшетов.
Технология ВайМакс основывается на протоколе IEEE 802.16, который имеет название Wireless MAN. Современное название технология получила благодаря WIMAX Forum. Это специальная организация, которая была основана именно для продвижения и развития нового вида связи. Форум представляет новый вид мобильной связи WiMax как технологию, предоставляющую высокоскоростной доступ к беспроводным сетям, который является альтернативой выделенным линиям и DSL.
Если говорить просто, то это новый вид мобильной связи, который по скорости и качеству не уступает проверенным кабельным соединениям с выделенными линиями. Более того, новая технология даже превосходит старые.
1.1. Область применения технологии WiMax
Данное соединение открывает перед пользователями новые возможности. Такую технологию можно применять для выполнения следующих задач:
- Соединение разных точек доступа Wi-Fi меду друг другом и с другими сегментами сети интернет;
- Предоставление мобильного широкополосного соединения с высокой скорость, как альтернатива выделенным линиям и DSL;
- Возможность операторам предоставления новых видов услуг, требующих наличие высокоскоростного интернет-подключения;
- Создание точек доступа к интернету, не привязанных к географическому расположению.
Технология ВайМакс открывает возможность выполнять выход в высокоскоростной интернет. При этом радиус действия таких сетей гораздо больше, чем у технологии Wi-Fi. Это в свою очередь позволяет использовать связь в качестве неких магистральных каналов, которые могут переходить в обычные выделенные и DSL-линии, либо локальные сети. Таким образом, данная технология позволяет создавать целые сети в городских масштабах. При этом пользователи получают высокую скорость передачи данных.
2. Сравнение WiMax и LTE
Для того, чтобы выполнить объективное сравнение этих технологий, необходимо более подробно рассмотреть оба вида соединений. Это позволит наглядно увидеть отличие WiMax от LTE и понять, что лучше, и какая из технологий имеет больше перспектив.
Стоит отметить, что технология WiMax появилась несколько раньше, чем LTE. Изначально она разрабатывалась как альтернатива выделенным линиям, и первым ее применением стали неподвижные терминалы и стационарные модемы. В теории скорость передачи данных в современной беспроводной сети WiMax составляет 1 Гбит/с, однако на практике эта цифра существенно меньше.
Не лучше дела обстоят и с технологией LTE, которая также обещает пользователям высокую скорость соединения, достигающую 1 Гбит/с, но на практике предоставляет максимальную скорость около 20-30 Мбит/с. Это объясняется тем, что обе технологии являются относительно новыми и активно развиваются. Кроме этого мобильные операторы только начинают строить сети четвертого поколения, которым относятся обе технологии.
2.1. Стандарт WiMax
Технология ВайМакс также известна как IEEE-стандарт 802.16 – беспроводная широкополосная связь. Можно сказать, что WiMax является неким расширением всем известной технологии Wi-Fi, которое ориентировано на рынки мобильных коммуникаций. Кроме этого WiMax поддерживает технологию Multiple Input/Multiple Output (MIMO), что крайне важно для возможности одновременной работы множества пользователей.
Данная технология позволяет сотням пользователей подключаться к одной базовой станции, что обеспечивает отличную мобильность пользователям, переключаясь с одной станции, на другую в одном коммуникационном цикле. Помимо этого радиус действия каждой станции достигает нескольких километров.
2.1.1. Отличие Wi-Fi от WiMax
Технологии WiMax и Wi-Fi сопоставляются достаточно часто. Возможно это потому, что их названия созвучны, а также схожи названия стандартов, которые являются основой эти технологий – оба они начинаются с «802». Кроме этого оба вида связи используются для выхода в интернет. Однако, несмотря на схожесть, данные технологии имеют различия и направлены на выполнения разных задач.
WiMax – это технология дальнего действия, которая способна покрывать целые километры. Для работы WiMax использует исключительно лицензированные частоты. Также существуют разные стандарты семейства 802.16, которые способны предоставлять разные виды доступа – от мобильного, схожего с технологиями передачи данных с мобильных телефонов, до фиксированного, выполняющего роль альтернативы обычным выделенным линиям.
В свою очередь технология Wi-Fi является системой малого радиуса действия. Как правило, такая сеть способна покрыть до нескольких сотен (чаще десятков) метров. Для работы такой сети используются нелицензированные спектры частот. В подавляющем большинстве случаев Wi-Fi используется для создания частной локальной сети, к примеру, в домашних условиях или в офисах. Такая сеть может работать как автономно (без подключения к глобальной сети), так и с выходом в интернет.
Если сравнивать WiMax и Wi-Fi, то первую технологию можно сравнить с мобильной связью, а вторую – с обычным стационарным беспроводным телефоном, который используется только в пределах дома или квартиры. Эти технологии имеют различный принцип Quality of Service (QoS). К примеру, WiMax работает по принципу, основанному на установлении соединения между базовой станцией и мобильным устройством пользователя. Каждое такое соединение основывается на специальном алгоритме планирования, который гарантирует параметр QoS. То есть каждое соединение получает одинаковый приоритет, и, как следствие, одинаковую стабильную скорость передачи данных.
В свою очередь технология Wi-Fi основывается на механизме QoS, который подобен тому, что используется в Enternet. То есть пакеты получают различный приоритет. Это означает, что при таком соединении нет гарантий одинакового QoS для каждого соединения.
Благодаря дешевизне технологии и простоте установки Wi-Fi роутера такое соединение часто используется в кафе и других общественных заведениях, а также в частных целях (для создания домашней сети). WiMax в свою очередь является более глобальной технологией, которая используется мобильными операторами.
3. Mobile WiMAX от YOTA: Видео
3.1. Стандарт LTE
Технология LTE, так же как и WiMax предоставляет беспроводной широкополосный выход в интернет, отличающийся высокой скоростью. И хотя он поддерживается сетями третьего поколения (3G), он все же отвечает всем требованиям четвертого поколения связи. Построена эта технология на базе IP-технологий, что и обеспечивает повышенную скорость передачи информации.
Технология LTE уже сегодня активно внедряется в действующие сети. Именно она имеет наибольшие перспективы. Однако это всего лишь переходная технология, которая позволяет плавно и незаметно для потребителей перейти к сетям четвертого поколения (4G).
3.2. Отличие WiMax от LTE
Итак, в чем же заключаются отличия этих технологий? Стоит отметить, что изначально технология WiMax внедрялась с целью плавного перехода от 3G к LTE. Однако на сегодняшний день, несмотря на активную интеграцию технологии LTE, WiMax также продолжает использоваться и развиваться.
Главное различие между технологиями заключается в скорости передачи данных, а также в стоимости тарификации. К примеру, нынешние тарифы в сетях LTE обеспечивают скорость передачи данных от 500 Кбит/с до 20 Мбит/с, при этом стоимость услуг колеблется соответственно от 400, до 1400 рублей.
Для сравнения тарифы в сетях WiMax предоставляют выбор скорости от 284 Кбит/с, до 10 Мбит/с, стоимость услуг соответственно от 500, до 1400 рублей. Кроме этого отличие WiMax от LTE заключается в используемых частотах. Таким образом, мобильные телефоны, которые поддерживают WiMax не смогут работать в сетях LTE.
Если вы не знаете что такое WiMAX как оно работает, то вы действительно много потеряли.
Это очень высококачественная технология связи (расшифровывается как ), которая предоставляет беспроводную связь.
Cодержание:
Возможно, вы когда-то слышали о таких понятиях, как GSM, UMTS и так далее.
Так вот, здесь речь идет о такой же технологии, которая активно используется в самых разных устройствах и системах. Ее можно увидеть в рабочих станциях, ПК и мобильных телефонах.
При этом она достаточно скоростная и мобильная, но между этими двумя характеристиками найден идеальный баланс. На рисунке 1 это показано на графике.
Другими словами, WMAX обеспечивает одновременно , передачу информации и услуги телефонной связи.
Есть в мире и другие решения данной задачи, но такая технология является наиболее простым и удобным из них.
А теперь мы будем более подробно рассматривать различные характеристики и принципы работы Wireless MAX.
Краткая история развития технологий связи
Чтобы больше понимать, как работает WMAX, необходимо разобрать, каким образом она вообще появилась. Поэтому вот вам небольшой экскурс в историю:
Сначала появляется AMPS , стандарт, который позволяет связываться с другими абонентами с помощью простого приемника. Это первое поколение. От приемов, используемых в нем, уже давно отказались.
Затем появляется GSM , которым все мы пользуемся для осуществления звонков по мобильному телефону. Также в то же время появляется CDMA, который уже давал возможность получать интернет услуги. Это второе поколение.
Сочетание GSM и CDMA позволило создать GPRS, а потом и . Наверняка, многие из нас помнят, как в середине 2000-х мы начали заходить на различные сайты со своих сотовых аппаратов. Тогда это было настоящей сенсацией, но страницы были сильно сжаты и адаптированы под такие телефоны. Со временем мы начали видеть страницы такими же, как они представлены на компьютерах. Это благодаря тому, что появились сильно переработанные версии GPRS и CDMA – HSUPA, CDMA 2000 1x и впоследствии CDMA EVDO.
Так вот, Wireless MAX можно отнести к третьему поколению. Вместе с ним появляется и LTE.
Что касается истории самой рассматриваемой нами технологии, то там все развивалось следующим образом:
- В 2004 году появляется самая первая версия. Основной ее особенностью было то, что сигнал передавался на расстояния до 50 км. Но сами устройства для передачи и приема были достаточно громоздкими и неудобными. Их было очень сложно перемещать.
- В 2005 году появляется MobileWiMAX, которая используется и по сей день. Слово «Mobile» в названии свидетельствует не о том, что данное понятие используется в мобильных телефонах, а то, что сама технология стала более мобильной. Это означает, что устройства для приема и передачи стали мобильнее - их стало легче перемещать и управлять ими.
- Со временем разработчики придумывают preWiMAX , который работает на частотах в 6 ГГц или около того. MobileWiMAX же работает на частоте 2-5 ГГц. При этом в preWiMAX между устройствами приема и передачи недопустимы какие-либо помехи, к примеру, здания. Они должны находиться в видимости друг у друга.
Для сравнения: GSM-сети работают на частоте 0,8-1,9 ГГц, а CDMA – 0,45 ГГц. Поэтому они несколько мобильнее – устройствам необязательно находиться в прямой видимости.
И тем не менее Wireless MAX обрел огромную популярность и сегодня используется очень активно. Связано это с предназначением и характеристиками.
Разница с Wi-Fi и 3G
Важно! Сравнение WiMAX с 3 G или даже Wi - Fi совершенно некорректно. Они предназначены для разных нужд и относятся к разным отраслям технической деятельности. Сравнивать их можно разве что по скорости, пропускной способности и некоторым другим характеристикам. Но они все равно не используются в одних местах.
Если быть более конкретными, то Wireless MAX используется только в беспроводных сетях масштаба города , называемых WMAN.
Приблизительное наглядное представление таких сетей можно видеть на рисунке 2.
Как видим, сигнал интернета попадает не от одного устройства к другому, а . Другие здания принимают его сигнал благодаря соответствующим устройствам.
В принципе, картина та же, что и в Wi-Fi, но выполняемые задачи в Ваймакс совершенно разные. Эта технология обеспечивает передачу огромных потоков данных в городах.
Вай фай же передает информацию на небольшие расстояния.
То же касается и 3G. Эта технология также имеет большие передатчики, но сигнал от них попадает на смартфоны, планшеты и другие аппараты с SIM-картами , которые могут ловить такой сигнал. А вот в Worldwide Interoperability for Microwave Access интернет ловят специальные приемники.
Более подробно о том, где используется
Итак, рассматриваемая технология применяется для передачи интернет-сигнала в масштабах города. То есть вы можете передавать такой сигнал в здание, которое находится на большом расстоянии.
Если говорить более конкретно, то Ваймакс подойдет для таких задач:
1 Альтернатива выделенным линиям, а также DSL. Таковые обычно представляют собой проводные технологии, которые в большинстве случаев используются для обеспечения телефонной связи. Так вот, Wireless MAX может заменить их, причем без использования проводов.
2 Передача данных и общий доступ в интернет. Здесь имеется в виду стандартный пользовательский доступ во всемирную сеть для работы, учебы, просмотра видео, нахождения в социальных сетях и так далее. Хотя ресурсов для таких задач у Ваймакс даже слишком много.
3 Соединение точек доступа, а также создание таковых. При этом точки доступа не будут привязаны к физическому местонахождению (как у роутера). Что касается соединения, то можно взять, к примеру, несколько устройств Wi-Fi и соединить их с различными сегментами сети или друг с другом. Это полезно, когда их радиуса действия не хватает для связи.
4 Системы типа «monitoring» , в рамках которых происходит наблюдение за какими-либо параметрами сетей и их контроль. В крупных фирмах всегда есть такие системы.
А вообще, Worldwide Interoperability for Microwave Access – это чрезвычайно высокоскоростная и универсальная технология, поэтому вовсе неудивительно, что сейчас ее применяет все больше людей.
Основные характеристики Wireless MAX
Вот список особенностей данной технологии:
- для приема и передачи сигнала применяется несколько антенн;
- чтобы преобразовать цифровой сигнал в аналоговый, применяется формула Фурье (чем лучше сигнал, тем );
- благодаря TDD отпадает необходимость выполнения лишней операции в виде выбора частоты для приема и передачи;
- на данный момент работа регламентируется стандартом IEEE 802.16;
- благодаря некоторым технологиям есть возможность работать даже в плотно застроенных районах;
- стоимость оборудования выше , чем при Wi-Fi, а тем более 3G.
Конечно, это далеко не все, что можно было бы сказать, но даже из этого видно, что у WMAX есть огромное количество преимуществ перед другими технологиями связи.
WiMAX (W orldwide I nteroperability for M icrowave A ccess ) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).
Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).
Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость - до 1 Гбит/сек на ячейку.
Область использования
WiMAX подходит для решения следующих задач:
- Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
- Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
- Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
- Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.
- Создания систем удалённого мониторинга (monitoring системы), как это имеет место в системе SCADA.
WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.
Целесообразность использования WiMAX как технологии доступа
Проблема последней мили всегда была актуальной задачей для связистов. К настоящему времени появилось множество технологий последней мили, и перед любым оператором связи стоит задача выбора технологии, оптимально решающей задачу доставки любого вида трафика своим абонентам. Универсального решения этой задачи не существует, у каждой технологии есть своя область применения, свои преимущества и недостатки. На выбор того или иного технологического решения влияет ряд факторов, в том числе:
- стратегия оператора, целевая аудитория, предлагаемые в настоящее время и планируемые к предоставлению услуги,
- размер инвестиций в развитие сети и срок их окупаемости,
- уже имеющаяся сетевая инфраструктура, ресурсы для её поддержания в работоспособном состоянии,
- время, необходимое для запуска сети и начала оказания услуг.
У каждого из этих факторов есть свой вес, и выбор той или иной технологии принимается с учётом всех их в совокупности.
Фиксированный и мобильный вариант WiMAX
Набор преимуществ присущ всему семейству WiMAX, однако его версии существенно отличаются друг от друга. Разработчики стандарта искали оптимальные решения как для фиксированного, так и для мобильного применения, но совместить все требования в рамках одного стандарта не удалось. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на разные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами). Каждая из спецификаций WiMAX определяет свои рабочие диапазоны частот, ширину полосы пропускания, мощность излучения, методы передачи и доступа, способы кодирования и модуляции сигнала, принципы повторного использования радиочастот и прочие показатели. А потому WiMAX-системы, основанные на версиях стандарта IEEE 802.16 e и d, практически несовместимы. Краткие характеристики каждой из версий приведены ниже.
802.16–2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 году. Используется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), поддерживается фиксированный доступ в зонах с наличием либо отсутствием прямой видимости. Пользовательские устройства представляют собой стационарные модемы для установки вне и внутри помещений, а также PCMCIA-карты для ноутбуков. В большинстве стран под эту технологию отведены диапазоны 3,5 и 5 ГГц. По сведениям WiMAX Forum, насчитывается уже порядка 175 внедрений фиксированной версии. Многие аналитики видят в ней конкурирующую или взаимодополняющую технологию проводного широкополосного доступа DSL. 802.16–2005 (известен также как
802.16e и мобильный WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 году. Это - новый виток развития технологии фиксированного доступа (802.16d). Оптимизированная для поддержки мобильных пользователей версия поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, idle mode и роуминг. Применяется масштабируемый OFDM-доступ (SOFDMA), возможна работа при наличии либо отсутствии прямой видимости. Планируемые частотные диапазоны для сетей Mobile WiMAX таковы: 2,3–2,5; 2,5–2,7; 3,4–3,8 ГГц. В мире реализованы несколько пилотных проектов, в том числе первым в России свою сеть развернул «Скартел». Конкурентами 802.16e являются все мобильные технологии третьего поколения (например, EV-DO, HSDPA).
Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.
Wi-Fi и WiMAX
Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость - термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты разработаны IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.
| Технология | Стандарт | Использование | Пропускная способность | Радиус действия | Частоты |
|---|---|---|---|---|---|
| Wi-Fi | 802.11a | WLAN | до 54 Мбит/с | до 300 метров | 5,0 ГГц |
| Wi-Fi | 802.11b | WLAN | до 11 Мбит/с | до 300 метров | 2,4 ГГц |
| Wi-Fi | 802.11g | WLAN | до 54 Мбит/с | до 300 метров | 2,4 ГГц |
| Wi-Fi | 802.11n | WLAN | до 450 Мбит/с (в перспективе до 600 Мбит/с) | до 300 метров | 2,4 - 2,5 или 5,0 ГГц |
| WiMax | 802.16d | WMAN | до 75 Мбит/с | 25–80 км | 1,5–11 ГГц |
| WiMax | 802.16e | Mobile WMAN | до 40 Мбит/с | 1–5 км | 2.3–13.6 ГГц |
| WiMax | 802.16m | WMAN, Mobile WMAN | до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN) | н/д (стандарт в разработке) | н/д (стандарт в разработке) |
| Bluetooth v. 1.1 | 802.15.1 | WPAN | до 1 Мбит/с | до 10 метров | 2,4 ГГц |
| Bluetooth v. 2.0 | 802.15.3 | WPAN | до 2.1 Мбит/с | до 100 метров | 2,4 ГГц |
| Bluetooth v. 3.0 | 802.11 | WPAN | от 3 Мбит/с до 24 Мбит/с | до 100 метров | 2,4 ГГц |
| UWB | 802.15.3a | WPAN | 110–480 Мбит/с | до 10 метров | 7,5 ГГц |
| ZigBee | 802.15.4 | WPAN | от 20 до 250 Кбит/с | 1–100 м | 2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (один канал) |
| Инфракрасный порт | IrDa | WPAN | до 16 Мбит/с | от 5 до 50 сантиметров, односторонняя связь - до 10 метров |
WiMAX это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).
Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.
WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.
Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в некоторых кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.
Принцип работы
Основные понятия
В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей: базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.
Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приёмником.
Как уже говорилось выше, WiMAX применяется как для решения проблемы «последней мили», так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.
Между базовыми станциями устанавливаются соединения (прямой видимости), использующие диапазон частот от 10 до 66 ГГЦ, скорость обмена данными может достигать 140 Мбит/c. При этом, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Однако, чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надёжность сети в целом.
Структура сетей семейства стандартов IEEE 802.16 схожа с традиционными GSM сетями (базовые станции действуют на расстояниях до десятков километров, для их установки не обязательно строить вышки - допускается установка на крышах домов при соблюдении условия прямой видимости между станциями).
Режимы работы
MAC / канальный уровень
В Wi-Fi сетях все пользовательские станции, которые хотят передать информацию через точку доступа (АР), соревнуются за «внимание» последней. Такой подход может вызвать ситуацию, при которой связь для более удалённых станций будет постоянно обрываться в пользу более близких станций. Подобное положение вещей делает затруднительным использование таких сервисов как Voice over IP (VoIP), которые очень сильно зависят от непрерывного соединения.
Что же касается сетей 802.16, в них MAC использует алгоритм планирования. Любой пользовательской станции стоит лишь подключиться к точке доступа, для неё будет создан выделенный слот на точке доступа, недоступный другим пользователям.
Архитектура
WiMAX Forum разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX сетей: взаимодействия с другими сетями, распределение сетевых адресов, аутентификация и многое другое. Приведённая иллюстрация даёт некоторое представление об архитектуре сетей WiMAX.
WiMAX Форум WiMAX Архитектура
- SS/MS: (the Subscriber Station/Mobile Station)
- ASN: (the Access Service Network)
- BS: (Base station), базовая станция, часть ASN
- ASN-GW: (the ASN Gateway), шлюз, часть ASN
- CSN: (the Connectivity Service Network)
- HA: (Home Agent, часть CSN)
- NAP: (a Network Access Provider)
- NSP: (a Network Service Provider)
ASN (Access Service Network) - сеть доступа.
ASN Gateway - предназначен для объединения трафика и сообщений сигнализации от базовых станций и дальнейшей их передачи в сеть CSN.
BS (Base Station) - базовая станция. Основной задачей является установление, поддержание и разъединение радио соединений. Кроме того, выполняет обработку сигнализации, а также распределение ресурсов среди абонентов.
CSN (Connectivity Service Network) - сеть обеспечения услуг.
HA (Home Agent) - элемент сети, отвечающий за возможность роуминга. Кроме того, обеспечивает обмен данными между сетями различных операторов.
Следует заметить, что архитектура сетей WiMax не привязана к какой-либо определённой конфигурации, обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.