كاربردهاي WIMAX
فناوري WiMaxبا هدف ارائة يك فناوري دسترسي كه با DSL، كابل و يا خطوط T1 قابل مقايسه باشد به وجود آمده است. توسعه اين فناوري با سرعت زيادي كه شاهد آن هستيم بيش از همه براي استفاده در بخش بكهال كه به علت توسعة نقاط تحت پوشش Wi-Fi روزبهروز ترافيك سنگينتري را متحمل ميگردد، مفيد است.در اين مطلب، كاربردهاي كلان فناوري WiMax را مورد بررسي قرار ميدهيم.
مقدمه
WiMax يك تكنولوژي دسترسي بيسيم شهري (MAN) است كه از نظر حجم شبكه، بين فناوري شبكههاي بيسيم محلي (LAN) همچون 802.11 و شبكة بيسيم جهاني (WAN) همچون شبكههاي سلولي قرار ميگيرد. معمولاً پهناي باند با افزايش ابعاد در اين نوع شبكهها كاهش مييابد. طرفداران WiMax معتقدند كه اين فناوري ميتواند در كاربردهايي همچون بكهال شبكههاي سلولي كه در آنها تكنولوژيهاي مايكروويو به عنوان تكنولوژيهاي غالب مطرحاند و يا در بكهال شبكههاي Wi-Fi به كار گرفته شود.
WiMaxخدماتي را كه بسياري از فناوريهاي بيسيم مشابه ارائه ميدهند در برگرفته و در عين حال تنها محدود به شبكههاي MAN، بكهال سلولي، بكهال نقاط تحت پوشش شبكههاي Wi-Fi خوشهاي، تكنولوژي دسترسي باند وسيع، جايگزيني براي تلفنهاي معمولي، سيستمهاي پاسخگويي اتوماتيك (ATM)، كاربردهاي امنيتي و VOIP بيسيم نميشود.
امروزه اين خدمات عموماً با روشهايي اختصاصي و گرانقيمت ارائه ميشوند. WiMaxبهمنظور ايجاد يك ارتباط بيسيم با پهناي باند زياد كه در عين حال ارزان، با كيفيت بالا و انعطافپذير باشد، گسترش يافته است كه در آن از تجهيزات سازندگان مختلف كه با يكديگر قابليت همكاري دارند، استفاده ميشود. از آنجايي كه WiMAX براساس فرايندي مشخص تست شده و يك تكنولوژي بر مبناي سيليكون است، هزينهها را كاهش ميدهد و جايگزين خوبي براي بسياري از فناوريهاي سيمي پيش از خود است؛ چرا كه بسياري از همة مشكلات مرتبط با پيادهسازي آنها را رفع كرده است. از جمله:
• ايجاد پوشش منطقهاي وسيع در اطراف ايستگاه مركزي (ايجاد ناحية موسوم به hot zones) و ارائة خدمات اينترنت به صورت گسترده و نيز ايجاد امكان دسترسي متقاضيان 802.16 با استفاده از يك ساختار نقطهبهچندنقطه (P2MP)؛
• ايجاد يك دسترس انتهايي با اتصال مشتركان تجاري و مسكوني به ايستگاه مركزي توسط ساختار نقطهبهچندنقطه؛
• به عنوان بخش بكهال، در نقش ارتباطدهنده پايگاههاي مشتركان به يكديگر و نيز به پايگاه مركزي توسط ساختار P2MP .
اكنون به بررسي هر كدام از كاربردهاي WiMaxو نيز جنبههاي اقتصادي هركدام از آنها ميپردازيم.
1. شبكههاي شهري (MAN)
آنچه WiMaxرا به يك فناوري مطلوب تبديل ميكند پتانسيل فوقالعادة آن براي ايجاد ارتباط بيسيم با پهناي باند زياد بين نقاط شهري و نيز نقاط دورافتاده و محلهاي كوچك در سراسر دنياست. افرادي كه تاكنون توانايي داشتن يك ارتباط با پهناي باند زياد را نداشتند، اكنون توسط اين تكنولوژي ميتوانند به اين امكان دستيابي پيدا كنند. WiMaxميتواند يك منطقة وسيع را در مدت كوتاهي تحت پوشش خود قرار دهد. (شكل 2)
امروزه شبكههاي شهري به روشهاي گوناگون و متنوعي همچون نصب كابل و فيبر در تونلهاي زيرزميني و يا برقراري ارتباط باند وسيع از طريق سيستم انتقال قدرت شهري(BPL) پيادهسازي ميشوند. همگام با اين شيوهها، تقاضا براي تكنولوژيهاي بيسيم كه دستاوردهاي مشابهي نسبت به روشهاي قديمي دارند و در عين حال دشواريهاي استفاده از محيط فيزيكي بر روي انتقال دادهها را همچون كابل مسي و فيبر نوري ندارند، روزبهروز در حال افزايش است.
امروزه شبكههاي بيسيم شهري (WMAN) به طور غير قابل انكاري بهعنوان يك راهحل ماندني براي دسترسي به پهناي باند بالا در حال ظهور هستند و در اين جهت حركت ميكنند تا بتوانند منطقهاي را به وسعت يك شهر بزرگ تحت پوشش خود قرار دهند.
شبكههاي شهري بيسيم شامل يك زيرساختار ثابت براي ارتباط بيسيم بوده تا بتواند محلهاي مختلف در يك منطقه جغرافيايي وسيع را به هم وصل كند. عليرغم چالشهاي موجود شيوههاي گوناگون ارتباط بيسيم در حال تحقيق و بررسي است و اين به دليل صرفهجويي اقتصادي و انعطافپذيري اين روشها نسبت به روشهاي مشابه سيمي است. در صورت استفاده از روشهاي ارتباط بيسيم ميتوان از مزاياي زير بهره برد:
• ISPهاي بيسيم ميتوانند سرويسهاي باند وسيع را به نقاطي همانند مناطق روستايي كه قبلاً از اين نظر با چالش و كمبود مواجه بودهاند، ارائه دهند.
• با استفاده از اين تكنولوژي دولتها قادرند امكان دسترسي رايگان براي اماكن تجاري و يا خدمات اضطراري شهري (مانند پليس و آتشنشاني) را فراهم كنند.
• با استفاده از اين فناوري مراكز آموزشي ميتوانند خدمات خود را در هر زمان از طريق اينترنت ارائه دهند. و به اين ترتيب، در توسعة آموزش الكترونيكي پيشرفت مهمي حاصل ميشود.
• مراكز شبكههاي بزرگ خصوصي ميتوانند در مدت كوتاهي با يكديگر و ديگر كاربران ارتباط برقرار كرده و فعاليتهاي زنجيرهاي خود را كنترل كنند.
ISPهاي بيسيم ميكوشند تا بتوانند تكنولوژيهاي بيسيم را براي دسترسي به اينترنت را گسترش دهند. اتصال به مناطق دوردست با تكنولوژيهاي قديمي سيمي بسيار دشوار و گرانقيمت است و به تكنولوژي جديد و شيوهاي متفاوت نياز دارد. دليل عمدة گسترش روشهاي بيسيم، دسترسي گستردة مناطق مسكوني و تجاري به ارتباط باند وسيع است.
ارتباط با پهناي باند زياد به صورت بيسيم باعث ايجاد ظرفيت بالاي دسترسي و در عين حال قيمت كمتري نسبت به فناوريهاي DSL و كابلي ميشود.
اين شيوه ارتباط همچنين ميتواند سيستمهاي چندرسانهاي و اينترنت با سرعت بالا را در مراكز تجاري و مسكوني تحت پوشش خود قرار دهد. اما ارتباط بيسيم تا چند وقت پيش به دليل فقدان استانداردي و بعد كمتر به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفت و در عمل عقب نگاه داشته شد.
هر چند در ابتدا روشهاي استفاده و ارائه اين شبكهها روشهايي كاملاً خصوصي بود، اكنون با ايجاد استاندارد IEEE 802.16 پتانسيلهاي استفاده از ارتباط باند وسيع بيسيم افزايش يافته است كه براي نمونه ميتوان اين موارد را نام برد:
• ارتباط بيسيم در آينده از ارزش بيشتري نسبت به ارتباط سيمي باند وسيع برخوردار خواهد بود؛
• گسترش ابعاد ارتباط Wi-Fi، در نتيجة تحقق ارتباط بيسيم در تمام نقاط شهري و ايجاد جايگزين يا مكملي براي فناوري نسل سوم (3G)؛
• ايجاد يك زيرساختار ماندني با صرفة اقتصادي براي توسعه و پيشرفت كشورها و ايجاد ارتباط موبايل در نقاطي كه شبكة موبايل داراي اشكال است در جوامع توسعهيافته.
• استاندارد IEEE 802.16 استانداردي است كه بر مبناي آن ارتباط بين يك سرويسدهنده و يك كاربر تجاري يا مسكوني در يك زيرساختار مخابراتي تعريف ميشود. امروزه در مناطق مسكوني به صورت غالب از سيستمهاي سيمي مانند خطوط مسي تلفن و يا كابلهاي كواكسيال مورد استفاده براي تلويزيون (شبكة تلويزيون كابلي) براي ارتباطات مخابراتي استفاده ميشود. در مناطق شهري در مناطقي كه تمركز مراكز تجاري در آنها زياد است، امروزه شبكههاي مخابراتي سيمي اغلب متشكل از سيستمهاي ظرفيت بالاي ساختهشده از فيبرهاي نوري و شبكههاي نوري و با تكنولوژيT3 (با سرعت mbps45) و نيز خطوط انتقال مسي بر مبناي تكنولوژي T1 (با سرعت mbps1.5) هستند. معمولاً اين شيوههاي ارتباط براي مشتريان با جمعيت كم و متوسط و كاربران خانگي با محدوديت پهناي باند مواجه است.
به طور معمول، فقط مراكز تجاري بزرگ ميتوانند ماهيانه 1000دلار به ازاي استفاده از يك ارتباط با سرعت Mbps45 پرداخت كنند. در اين حال، فروش سيستمهاي با تكنولوژي T1 با قيمت ماهيانه 300 دلار يكي از گزينههاي برونرفت از اين مشكل براي مراكز تجاري كوچك و مصرفكنندگان خانگي است كه البته براي اين دو گروه مبلغ زيادي است. علاوه بر اين كاربران خانگي با گزينههاي بسيار محدودي براي دسترسي به اينترنت بهجز شيوة سنتي Dail up، براي ايجاد ارتباط مواجه هستند. هركجا كه دسترسي به اينترنت با پهناي باند زياد توسط DSL و مودم كابلي امكانپذير است، راهحلي ممكن براي ارسال داده وجود دارد؛ اما اين تكنولوژيها براي نصب و پيادهسازي بسيار وقتگير و دشوار هستند و پهناي باند در آنها با افزايش مسافت كاهش مييابد. همچنين در اين حالت سرويسهاي مكالمه نيز بايد به طور گسترده با اين تكنولوژيها پيادهسازي شوند. مهمتر اينكه در مناطق روستايي و حومة شهرها ممكن است خطوط سيمي نيز وجود نداشته باشند.
تكنولوژي WiMax استانداردي است كه در آن محيط انتقال هوا است و يك شبكة شهري بيسيم بر مبناي آن ميتواند بنا نهاده شود. اين شبكه كه ساختار آن بسيار مشابه شبكههاي معمولي است شامل يك ايستگاه مركزي است كه ارتباط بين نقاط مختلف شبكه از طريق ارتباط هر يك از اين نقاط با اين ايستگاه مركزي صورت ميپذيرد. تمام نقاط مختلف شبكه در اطراف اين پايگاه مركزي به فواصل مختلف و تا چندين كيلومتر به صورت شعاعي قرار گرفتهاند. وسعت منطقة تحت پوشش اين پايگاه به فركانس و قدرت ارسال فرستنده و نيز توانايي گيرنده بستگي دارد. در مناطق پرجمعيت، بيشتر، محدوديت ظرفيت شبكة مطرح بوده و محدوديت پهناي باند در مرتبة دوم اهميت قرار دارد. پايگاههاي مركزي به طور معمول توسط فيبر يا با ارتباط نقطهبهنقطه توسط لينكهاي مخابراتي مايكروويو به هسته اصلي شبكه متصل ميشوند.
از سوي ديگر حوزة پوشش و نيز توانايي ارسال در ديد غيرمستقيم (NLOS) تكنولوژيWiMax آن را به يك تكنولوژي مطلوب و با صرفه در محيطهاي مختلف تبديل كرده است. از ابتدا به اين فناوري به ديدة يك فناوري كه قادر به ايجاد بخش دسترسي براي ايجاد يك شبكة شهري بيسيم باند وسيع، با كيفيتي قابل مقايسه و يا بهتر از سيستمهاي متداول DSL، كابل و يا تكنولوژيهاي T1/E1 باشد، نگريسته ميشد.
2. ايجاد دسترسي به اينترنت با سرعت بالا
اپراتورهاي DSL، از آنجا كه در ابتدا توجه خود را فقط به مناطق پرجمعيت شهري معطوف كرده بودند اكنون با چالش ايجاد سرويسهاي باند وسيع در مناطق روستايي و حومة شهرها كه در آنها مراكز تجاري جديد در حال گسترشاند مواجه شدهاند. دولتها نيز استفاده از ارتباط باند وسيع را به منظور غلبه بر مشكل"شكاف باند وسيع " به صورت يك فشار سياسي بر تمام شهروندان تحميل كردهاند. اين مشكل تحت عنوان "شكاف ديجيتالي " نيز شناخته شده است.
• مراكز و موسسات اقتصادي بزرگ و متوسط
ارتباط اينترنتي باند وسيع مسألة بسياري از مراكز تجاري است و اين مطلب آن قدر مهم است كه اين مراكز و سازمانهاي جديد ممكن است واقعاً در محلهايي احداث شوند كه دسترسي به اين منابع آسان باشد. امروزه تنها 5درصد از ساختار تجارتي در سراسر جهان از شبكههاي فيبري كه شيوة اصلي براي بزرگترين سازمانهاي اقتصادي براي دسترسي به پهناي باند زياد و سيستمهاي چندرسانهاي است، استفاده ميكنند. شبكههاي سيمي كه توسط كابل و سيستمهاي DSL مناطق تجاري و مسكوني را تحت پوشش قرار ميدهند، به دليل نياز به ايجاد تغييرات در زيرساختارها، روشهاي گراني هستند. شبكههاي DSL به طور معمول با سرعتي بين Kbps128 تاMbps1.5 كار ميكنند. همچنين ايجاد تغييرات محلي براي پيادهسازي يك خط با تكنولوژي T1 براي استفاده تجاري در محلهاي كه اين سرويس از قبل موجود نباشد، به طور معمول حداقل 3ماه طول ميكشد.
ساختمانهاي قديميتر در مناطق شهري براي دسترسي به يك ارتباط باند وسيع نيازمند سيمكشيهاي بسيار پيچيده است كه ايجاد آن امري بسيار دشوار است. مراكز اقتصادي با انتخاب WiMaxبه جاي فناوري T1 فقط 10درصد از هزينه قبل را پردخت ميكنند. استاندارد IEEE 802.16 مراكز ISP را توانا ميسازد تا بتوانند خدمات خود را با سرعتي قابل مقايسه با شبكههاي سيمي ارائه كنند. همچنين مزاياي زياد IEEE 802.16، همچون عدم نياز به تجهيزات ديد مستقيم ، پهناي باند زياد، انعطافپذيري ذاتي و نيز هزينة كم آن موجب غلبه اين روش بر روشهاي قديمي سيمي و تكنولوژيهاي بيسيم خصوصي (غيراستاندارد) شده است.
• مراكز تجاري كوچك و متوسط
مراكز تجاري كوچك و متوسط در بسياري موارد از مناطقي كه در آنها رقابتهاي شديد اقتصادي انجام ميشود، دور هستند و تحت پوشش باند وسيع قرار نميگيرند. براي بسياري از مراكز تجاري كوچك كه در مناطق تحت پوشش DSL قرار ندارند و زيرساختهاي كابلي نيز در آنها وجود ندارد، IEEE 802.16 روشي آسان و ارزان براي دسترسي به پهناي باند زياد است. با تكنولوژي WiMaxميتوان تجهيزات لازم جهت ارتباط باند وسيع در مناطق تجاري كوچك و متوسط با قيمتي ارزان نصب كرد و جايگزيني مناسب و نسبتاً ارزان براي DSLو خطوط اجارهاي به مشتريان ارائه داد.
• اينترنت سريع در مناطق مسكوني و ادارات كوچك
يك جايگزين ارزان ميتواند رقابت بيناپراتورهاي كابلي و ADSL را پايان بخشد و انقلابي در دسترسي به اينترنت در مناطق مسكوني ايجاد كند (شكل 4). امروزه اين بخش از بازار بستگي به دسترسي و يا عدم دسترسي به DSL و تكنولوژيهاي سيمي در منطقه مورد نظر دارد. در برخي مناطق، سرويسهاي موجود ممكن است نتوانند انتظارات كاربر را از نظر كارايي و كيفيت جلب كنند يا در صورت تأمين خواستههاي كاربر، بسيار گران تمام ميشوند. از بسياري از مناطق روستايي و حومة شهرها كاربران با كم بودن سرعت سرويسهاي اينترنتي كه با استفاده از خطوط تلفن كار ميكنند، مواجه هستند. در كشورهاي در حال توسعه، در بسياري از مناطق دسترسي به اينترنت امكانپذير نيست. تحليلها نشان ميدهد كه ارائة تكنولوژي WiMax در شرايط مختلف در مناطق متفاوت از نظر جمعيتي ميتواند به حرفهاي پرسود تبديل شود.
• مناطق خارج از محدودة شبكه
پرسودترين كار براي ارائهدهندگان سرويس باند وسيع بيسيم، فعاليت در مناطق دوردست و به ويژه در كشورهاي در حال توسعه و نيز در مناطق دورافتاده ايالات متحدة آمريكا است؛ مناطقي كه زيرساختهاي سلولي و سيمي در آنها وجود نداشته و هيچگونه سياستگذاري در اين رابطه در مورد آنها صورت نميپذيرد. مهمترين جايگزين براي شركتهاي ارائهدهندة سرويسهاي باند وسيع بيسيم (BWA)، سيستمهاي ماهوارهاي است كه البته مدت زيادي از توسعة كاربرد آن در ارائة سرويسهاي ديتاي باند وسيع نميگذرد و پتانسيل زيادي بر روي تركيب با WiMax است. سرويسهاي ماهوارهاي داراي محدوديتهاي زيادي از نظر ارسال بالاسو ، پهناي باند و طيف قابل دسترسي هستند و همچنين داراي تاخير زيادتري نسبت به ساير فناوريها هستند.
يك منطقة خارج از محدودة شبكه، شامل مناطق روستايي و حتي مناطق جديد توسعهيافته در حومة شهرها و يا هر جاي ديگر است. در اين مناطق اغلب به دلايل اقتصادي، خطوط با سرعت زياد و نيز زيرساختهاي شبكة بيسيم هيچ گاه در آنها پيادهسازي نشده است.
دليل اصلي براي عدم دسترسي يك مركز تجاري به سرويسهاي ارتباطي، عدم توانايي كافي در توسعة طرحي قاطع براي ايجاد اينگونه سرويسها است كه خوشبختانه، بودجة دولتي نقشي بارز در پر كردن خلاءهايي موجود ايفا ميكند.
نحوة ساختاربندي، نياز به پهناي باند و سرماية يك مجموعه عوامل تأثيرگذار بر استفاده از سرويس باند وسيع و بهترين تكنولوژي موجود براي آن است.
• ارتباط پهن باند متناسب با تقاضا
يكي از خواص بسيار مفيد و جالب استاندارد IEEE 802.16كه آن را به عنوان استانداردي مطلوب براي سرويسدهندگان و كاربران تبديل ميكند، امكان ارائة سرويس در سطوح مختلف است. براي مثال، يك ايستگاه پايه (BS) كه ميتواند مجموع سرعت Mbps75 را به صورت اشتراكي ارائه كند، قادر است به مشتركان تجاري خود با سرعت حداقل Mbps2 (معادل سرعت يك خط E1) به صورت تضمينشده سرويس دهد؛ همانطور كه ميتواند با سرعتهاي كمتر و به صورت اشتراكي ارائه سرويس نمايد.
با توجه به درخواستها و مشتريان گوناگون و نيازهاي منطقهاي، اين امكان بايد براي سرويسدهندگان وجود داشته باشد كه بتوانند سرويسهاي مختلف و متنوعي را ارائه كنند. با ايجاد يك سرويس انعطافپذير WiMax كه توانايي ارائه خدمات با سرعت گوناگون متناسب با كاربران مختلف را دارد، خواستههاي مختلف تمام كاربران توسط فقط يك پايگاه داده تأمين ميشود.
پارامتر كليدي تكنولوژي WiMaxتوانايي آن در ارائة سرويسهاي گوناگون است. سطح كيفيت سرويس (QoS) Wimax اين امكان را به عملكرد NLOS ميدهد تا بدون تأثيرپذيري قابل ملاحظهاي ناشي از ساختمانها، آب و هوا، وسائل نقليه، موانع و.... به فعاليت خود ادامه دهند. همچنين اين شيوه سرويسدهي اين امكان را فراهم ميكند تا ترافيك ايجادشده را بتوان به صورت هوشمند كنترل كرد.
امكان كنترل نحوة دسترسي به رسانه (در لايه MAC) با كيفيتهاي مختلف به منظور پاسخگويي به نيازهاي گوناگون كاربران به وجود آمده است. براي مثال، صدا و تصوير براي ارسال بايد تأخير زماني كمي داشته باشند؛ ولي وجود مقداري خطا در آنها اشكالي ايجاد نميكند. اين در حالي است كه اكثر كاربردها بايد از خطا مبرا باشد در حاليكه سيستم ميتواند مقدار بيشتري تأخير زماني داشته باشد. استانداردي كه اين شيوههاي مختلف ارسال را پشتيباني ميكند، با استفاده از مشخصههاي مناسب است كه در لايه MAC تعبيه شدهاند كه پربازدهتر از كنترل نحوة ارسال توسط قسمتهاي كنترلي قراردادهشده بر روي MAC است.
بسياري از سيستمها در دهه گذشته از يك مدولاسيون ثابت استفاده ميكردهاند كه انتخاب نوع اين مدولاسيون بر اساس مصالحهاي بين مدولاسيونهاي مراتب بالا براي ارسال اطلاعات با سرعت زياد و در ازاي نياز به لينكهاي بهينهتر و يا استفاده از مدولاسيونهاي مراتب پايينتر (سرعت پايينتر) بوده است.
IEEE 802.16 يك نوع مدولاسيون وفقي و سازگارشونده را پشتيباني ميكند كه بر اساس موازنه بين سرعتهاي مختلف ارسال اطلاعات و ظرفيت كانال و تنظيم نوع مدولاسيون به صورت همزمان براي ارسال بهينه اطلاعات عمل ميكند و كارآمدترين استفاده از پهناي باند را امكانپذير ميسازد. براي مناطق روستايي كه فاصله بين كاربران مختلف از هم زياد است، مدولاسيون وفقي اين امكان را فراهم ميآورد تا در مواقع ضروري با كاهش توان عملياتي، حوزة فعاليت به صورت اتوماتيك افزايش يابد.
در يك ايستگاه پايه، مدولاسيونهاي مراتب بالاتر (مانند64QAM) توان عملياتي بيشتري اما در حوزة فعاليت كوچكتر دارند. در مقابل، مدولاسيونهاي مراتب پايينتر (مانند16QAM) سرعت داده كمتر اما گسترة سرويسدهي بيشتري دارند.
نحوة مدولاسيون به صورت پويا توسط ايستگاه مركز بر اساس فاصله تا كاربر، وضعيت آب و هوايي، تداخل سيگنالها و ساير عوامل تعيين ميشود. اين انعطافپذيري شبكه اين قابليت را براي ISPها ايجاد ميكند تا بتوانند فناوري مورد نياز مشتريان را مهيا كرده و با استفاده از WiMax سرويسدهي سودمندي براي كاربران مناطق مختلف و تودههاي جمعيتي متفاوت ارائه دهد.
مرجع:
1."The Business of WiMAX" Deepak Pareek ,2006 John Wiley & Sons, Ltd