افسانه دشتي‌


ايجاد امكان دسترسي به اينترنت پرسرعت به صورت بي‌سيم، سال‌هاست كه مد نظر ارائه‌دهندگان سرويس در سراسر جهان مي‌باشد. معمولاً در حوزه هاي تحت پوشش اپراتورها مناطقي وجود دارد كه ارائه خدمات ارتباطي به‌صورت سنتي امكان پذير نمي‌باشد و يا هزينه بالايي در بر دارد. اين مناطق معمولاً در حومه شهرها قرار داشته و جمعيت كمي دارند. درنتيجه ايجاد زيرساخت‌هاي سيمي براي اين نقاط مقرون‌به‌صرفه نمي‌باشد. استفاده از تكنولوژي WiMAX راه‌حل بهينه‌اي است كه از جانب اپراتورها با استقبال زيادي روبه رو شده است. در شماره 50 ماهنامه شبكه درباره استاندارد IEEE 802.16 كه با نام تجاري WiMAX شناخته مي‌شود و استاندارد شبكه‌هاي بي‌سيم شهري است، مطالب مفصلي ارائه گرديده است. در اين شماره در نظر است با مروري كلي بر عملكرد اين استاندارد، نحوه پياده سازي شبكه هاي مبتني بر آن بيان شود.


مروري بر ساختار استاندارد IEEE 802.16
همان‌طور كه در مقالات قبلي اشاره گرديد، اين استاندارد باندهاي فركانسي مختلفي را در محدوده‌هاي با‌مجوز و بدون‌مجوز متناسب با ساختار خود تحت پوشش قرار مي‌دهد و استاندارد امكان ارائه خدمات بي‌سيم را به صورت ثابت و متحرك فراهم مي نمايند.

شرح

استاندارد 

Fixed / Mobile

Bit Rate

فرکانس

 

Fixed (NLoS)

32-134 Mbps at 28MHz

2-11 GHz 

802.16a 

Fixed (NLoS)

32-134 Mbps at 128 MHz

5 , 6 GHz

802.16b 

Fixed (LoS)

32-134 Mbps at 128 MHz

66 -10 GHz

802.16c

Fixed (NLoS)

Up to 75 Mbps at 20 MHz

2-11 GHz

802.16d

Mobile (NLoS)

Up to 15 Mbps at 5 MHz

802.16e

جدول 1



 بخش‌هايي از اين استاندارد در سال 2004 به رسميت شناخته شد و در حال حاضر محصولات متعددي بر پايه آن ساخته و وارد بازار شده‌اند، اما بخش‌هايي مانند IEEE 802.16e كه در شبكه‌هاي موبايل كاربرد دارد، هنوز به عنوان يك استاندارد رسمي معرفي نشده است و درنتيجه هنوز هيچ تجهيزاتي مبتني‌بر اين استاندارد به توليد انبوه نرسيده است.
 
در جدول يك مقايسه‌اي بين استانداردهاي مختلف و فركانس كاري و نرخ بيتي آن‌ها ديده مي‌شود.
مطالعات اخير در زمينه ميزان رشد تقاضا براي استفاده از اين تكنولوژي نشان مي‌دهد كه تنها در چند سال گذشته تعداد خطوط نصب‌شده، از 57 ميليون در سال 2002 به 80 ميليون در سال 2003 افزايش يافته است.

اين ميزان رشد، صعودي باورنكردني دارد و پيش‌بيني مي‌شود تعداد اين خطوط تا سال 2008 مطابق نمودار 1 رشد نمايد.  

هزينه هاي سرمايه گذاري تجهيزات

نوع سرمايه گذاري 

نحوه تاثير بر بازگشت سرمايه     

 تجهيزات لايه هسته و توزيع

 سرمايه گذاري به صورت يكباره براي پوشش كليه نقاط شبكه انجام مي پذيرد

APEX كلي بين مشتركين تقسيم مي گردد. مثلاً در مناطق پرجمعيت به ازاي هر كاربر كمتر از 10 دلار در نظر گرفته مي‌شود.

تجهيزات Base Station 

اين سرمايه گذاري به صورت فازبه‌فاز متناسب با پيشرفت پروژه انجام مي‌شود.  

APEX در اين قسمت بين هر 1000 مشترك تقسيم مي‌شود. به طور معمول CAPEX به ازاي هر مشترك كمتر از 100 دلار براي هر BS در ماكزيمم ظرفيت در نظر گرفته مي‌شود.  

تجهيزاتCPE 

اين سرمايه گذاري نيز به‌صورت فازبه‌فاز انجام مي‌شود. ميزان سرمايه متناسب با نيازهاي مشتركين متغير مي‌باشد. 

بازگشت سرمايه در اين قسمت متناسب با نحوه ارائه خدمات مي‌باشد. به طور مثال بيشترين بازگشت سرمايه زماني است كه تجهيزات CPE  به مشتركين اجاره داده مي‌شوند و كمترين بازگشت سرمايه زماني است كه مشتركين تجهيزات سمت خود را خريداري مي‌نمايند.  

 جدول 2


روش‌هاي دسترسي مبتني بر DSL) WDSL بي‌سيم) در مقايسه با دسترسي از طريق خطوط DSL از هزينه كمتري برخوردارند، در نتيجه به سرعت در مكان‌هايي كه امكان ارائه خدمات ارتباطي وجود ندارد و يا تراكم جمعيت به اندازه‌اي است كه ايجاد زيرساخت سيمي مقرون به صرفه نمي‌باشد جايگزين روش‌هاي موجود مي‌شوند. بدنه رگولاتوري دولت‌ها نيز از اين تكنولوژي به عنوان ابزاري براي از بين بردن فاصله ديجيتالي بهره مي‌برند.
 

شكل 1- دامنه كاربرد بخش‌هاي مختلف استانداردهاي IEEE 802.16

براي مشاهده تصاوير در ابعاد بزرگ روي آنها كليك كنيد.

به اين منظور اقدام به بازنگري در فركانس‌هاي موجود در باندهاي با مجوز و بدون‌مجوز نموده‌اند تا به‌واسطه آن بتوانند از طيف‌هاي فركانسي مطرح در اين تكنولوژي پشتيباني نمايند.

از نقطه‌نظر بازگشت سرمايه نيز اين فناوري قابل تامل است. همان‌طور كه در نمودار 2 مشاهده مي‌شود، شروع 232 ميليون دلاري و تخمين رشد تا 75/1 ميليارد دلار در سال 2006 براي بازگشت سرمايه در اين فناوري، يك رشد قابل‌ملاحظه اقتصادي است كه مشوق اصلي اپراتورها در ايجاد شبكه‌هاي مبتني‌بر اين تكنولوژي محسوب مي‌شود.

هر يك از تجهيزات مورداستفاده در اين تكنولوژي شامل تجهيزات سمت مشترك، تجهيزات Base Station و تجهيزات لايه هسته و توزيع هر كدام به تنهايي در ايجاد هزينه‌هاي پياده‌سازي سهيم مي‌باشند. جدول 2 نوع سرمايه گذاري  براي هر يك از تجهيزات را نشان مي دهد.

نمودار 1

با استفاده از اين تكنولوژي سرويس‌هاي متعددي را مي‌توان در نواحي حاشيه‌اي شهرها و مناطق تجاري ارائه نمود. جدول 3 سرويس‌هاي قابل‌ا‌رائه در مناطق روستايي و حومه شهرها و درآمد ماهيانه براي پياده‌سازي اين سرويس‌ها با پهناي باند مشخص را نشان مي‌دهد.

نمودار 2

سرويس‌هايي كه با استفاده از اين تكنولوژي در مناطق تجاري قابل‌پياده‌سازي مي‌باشد، عبارتند از: سرويس‌هاي عمومي كه شامل دسترسي به اينترنت، سرويس‌هاي صوتي، تصويري و از اين قبيل مي‌باشد و سرويس‌هاي تجاري كه عموماً با تجارت‌الكترونيكي مرتبط است و داراي ويژگي‌هاي خاص خود از لحاظ امنيتي و كيفيت مي‌باشد.
اين سرويس‌ها با توجه به ماهيتشان، غالباً از پهناي باند بالايي استفاده مي‌كنند. در نتيجه درآمد ناشي از ارائه آن‌ها نيز براي اپراتورها قابل‌ملاحظه مي‌باشد.

پياده سازي WiMAX 
فناوري WiMAX داراي مزاياي زيادي است كه آن‌را بر ساير تكنولوژي‌هاي موجود در زمينه شبكه‌هاي بي‌سيم ارجح مي‌سازد. اين مزايا عبارتند از:

● كيفيت سرويس

● كارآيي بالا

● ساختار استاندارد

● پشتيباني از آنتن هاي هوشمند

شكل 1

تجهيزاتي كه براي پياده‌سازي شبكه‌هاي شهري مورداستفاده قرار مي‌گيرند در سه لا‌يه تجهيزات سمت
مشترك (CPE) تجهيزات مربوط به Base Station‌ها و تجهيزات لا‌يه هسته شبكه مي‌باشد. تجهيزات مربوط به سمت مشترك به‌طور كلي به‌گونه‌اي پيكربندي مي‌شوند تا بتوانند كليه اطلا‌عات مربوطه را با فركانس‌هاي راديويي به نزديكترين Base Station انتقال ‌دهند.
 

 نوع سرويس‌

پهناي باند 

ضريب
Overbooking

متوسط درآمد ماهانه از مشتركين روستايي 

دسترسي به اينترنت‌

348 Kbps

40:1

15$ 

سرويسVoIP

128Kbps

4:1

 5 $  

 جدول 3

مرحله بعدي در ايجاد شبكه شهري بي‌سيم ايستگاه‌هاي ارائه‌دهنده سرويس است كه به POP يا CO معروفند، اين ايستگاه‌ها بايد به‌گونه‌اي طراحي شوند كه امكان تخصيص پهناي باند حداقل Mbps1 را براي هر مشترك تضمين نمايند. هرگونه ارتباطي با شبكه ساير ارائه‌دهندگان سرويس از طريق اين نقاط صورت مي‌پذيرد.

ساختار اين تكنولوژي به‌‌گونه‌اي است كه مي‌توان آن‌را در هر قسمت از شبكه مورداستفاده قرار داد، اما بهينه‌سازي نحوه استفاده از اين تكنولوژي به هزينه آن نيز بستگي دارد. همان‌گونه كه در بررسي‌هاي اقتصادي انجام‌شده ديده مي‌شود، اين فناوري در لا‌يه دسترسي قابل‌جايگزيني براي ساير تكنولوژي‌هاي مطرح در زمينه بي‌سيم مي‌باشد.

نوع سرويس‌

 پهناي باند 

ضريب
Overbooking

متوسط درآمد ماهانه از مشتركين تجاري

سرويس هاي عمومي‌

512Kbps 

4:1

75  $

سرويس هاي تجاري‌

1Mbps

4:1

100 $ 

   جدول 4

 با استفاده از اين تكنولوژي مي‌توان در لايه توزيع (Backhaul) و دسترسي (Last Mile) با صرف هزينه پايين، كارآيي بالايي ايجاد نمود. از WiMAX براي مجتمع‌سازي WiFi نيز استفاده مي‌شود.

 در‌حال حاضر براي بهينه‌سازي شبكه‌هاي بي‌سيم، توصيه مي شود با بهره‌گيري از قابليت‌هاي هريك از تكنولوژي‌هاي مطرح در زمينه ايجاد‌ شبكه‌هاي بي‌سيم از هر دو تكنولوژي WiMAX و WiFi در كنار يكديگر استفاده شود. به اين ترتيب مي‌توان از قابليت هاي هر يك به صورت بهينه بهره برد.


شكل 3

شكل 2 استفاده از اين دو تكنولوژي را در كنار يكديگر نشان مي‌دهد. همان‌گونه كه مشاهده مي‌شود در شبكه‌هاي محلي و Campus از همبندي Mesh تكنولوژي WiFi استفاده شده است و براي لايه توزيع (Backhaul) نيز WiMAX مورداستفاده قرار گرفته است.

انجمن WiMAX اين استاندارد را براي پياده‌سازي ارتباطات نقطه به نقطه (P2P) و يك نقطه به چند نقطه (P2MP) در مناطق روستايي و حومه شهرها كه از تراكم جمعيت بالايي برخوردار نمي‌باشند، توصيه مي‌كند. (شكل 3)

همچنين درصورت نياز به ارائه كيفيت سرويس براي Application‌هايي نظير

شكل 4

ويدئوكنفرانس، VoIP و ... از اين فناوري در سطح (Last Mile) استفاده مي‌شود. ساختار استاندارد اين تكنولوژي نيز در زماني كه چندين محصول ساخت سازنده‌هاي مختلف در شبكه مورد نياز است، آن را از ساير تكنولوژي هاي مطرح در شبكه هاي بي سيم مجزا مي سازد.   

در آينده‌اي بسيار نزديك با توجه به رشد نيازهاي كاربران و سرويس‌هايي كه مي‌توان ازطريق اين شبكه‌ها ارائه نمود، مطابق آنچه در شكل 4 نشان داده شده است، از اين تكنولوژي در كليه قسمت‌هاي شبكه اعم از توزيع و دسترسي استفاده مي‌شود. يعني WiMAX به علت امكان برقراري ارتباط با تجهيزات مبتني بر WiFi مي‌تواند در هر قسمت مورد استفاده قرار گيرد. به طور مثال در برخي از قسمت‌ها لازم است از باندهاي فركانسي داراي مجوز استفاده نمود كه به جاي تكنولوژي WiFi از WiMAX استفاده مي‌شود همچنين در نقاطي كه كيفيت سرويس در شبكه مدنظر مي‌باشد نيز مي‌توان از اين تكنولوژي استفاده نمود.   

نمونه شبكه هاي پياده سازي شده
بزرگترين شبكه‌اي كه با توجه به اين تكنولوژي به صورت آزمايشي پياده‌سازي شده‌است، توسط يك اپراتور شبكه در انگلستان به كمك دانشگاه كنت ايجاد شده است. اپراتور Telabria كه يكي از معتبرترين اپراتورهاي شبكه‌هاي بي‌سيم مي‌باشد، در فواصل 15 مايلي اقدام به نصب آنتن براي ارائه سرويس نقطه به نقطه نموده است. كاربران اين شبكه اكثراً در رده SOHO و SME‌هاي شهر كانتربري مي‌باشند و سرويس را به صورت آزمايشي 90‌روزه از اپراتور مذكور دريافت مي‌نمايند.
 
پهناي باندي كه توسط اين اپراتور به مشتركان ارائه مي‌شود، در حدود 45Mbps مي‌باشد. لايه هسته و توزيع شبكه ايجاد‌شده مبتني‌بر استاندارد IEEE 802.16d است و مشتركان انتهايي با استفاده از WDSL‌ها به شبكه متصل مي‌گردند. تقارن در سرويس‌هاي دسترسي ارائه‌شده محدويت‌هاي ارسال و دريافت را براي مشتركان كاهش مي‌دهد. 

يكي ديگر از شبكه‌هاي پياده‌سازي‌شده مبتني‌بر اين استاندارد توسط شركت WTC، برگزار‌كننده مسابقات جهاني مردان آهنين، راه‌اندازي شده است. اين مسابقات در مسافتي در حدود 140 مايل در سه رشته شنا به مسافت 4/2 مايل، دوچرخه سواري به مسافت 112 مايل، و دوي ماراتن به مسافت 2/26 مايل انجام مي شود و شبكه مذكور به منظور ايجاد امكان ارسال تصاوير زنده رقابت‌ها براي تماشاچيان و همچنين پخش اين مسابقات به صورت مستقيم از طريق تلويزيون و اينترنت پياده‌سازي شده است.    

WTC از ارتباطات پرسرعت جهت ارسال تصاوير و ساير اطلاعات استفاده نموده است. كليه تجهيزاتي كه از اين استاندارد پشتيباني مي‌نمايند، نظير Laptop‌ها، PDA‌ها و ساير وسايل ارتباطي، مي‌توانند با اتصال به سايت مربوطه از روند رقابت به صورت زنده مطلع گردند.

پياده‌سازي اين شبكه به‌علت وجود رطوبت و دماي بالا در محوطه برگزاري بازي، با دشواري‌هاي فراواني روبه‌رو بود. زيرساخت شبكه بي‌سيم مذكور با استفاده از تجهيزات ساخت شركت Airspan و از سري AS 3030 ايجاد شده است. ظرفيت Backbone ايجاد‌شده براي اين شبكه به گونه‌اي است كه مي تواند پهناي باند 8Mbps مورد نياز دوربين‌هاي تصوير‌برداري را تامين نمايد. ايستگاه اصلي (Base Station) بر روي يك ساختمان بلند نصب شده است و كل محوطه را تحت پوشش قرار مي‌دهد. نكته قابل اشاره در طراحي اين شبكه، ماهيت سنگ‌هاي آتشفشاني است كه امواج ارسالي را به شدت جذب مي‌نمايند. براي طراحي اين شبكه رله‌هايي در مناطق مرتفع و در اطراف جاده‌ها و ساختمان‌ها نصب شده است تا بتوانند سيگنال‌هاي تضعيف‌شده را تقويت نمايد.

تكنولوژي WiMAX با توجه به ساختار خود به‌صورت ضمني مي‌تواند كيفيت سرويس تضمين‌شده‌اي را براي برنامه‌هاي كاربردي مختلف ارائه نمايد و در نتيجه براي ارسال صوت و تصوير مي‌تواند مورداستفاده قرارگيرد.  شبكه ديگري كه منطبق با اين تكنولوژي ايجاد شده است، براي پخش زنده رخدادهاي جشنواره فيلم ساندنس مورداستفاده قرار گرفته است.

اين شبكه حدود 55 مايل از سالت‌ليك تا  پارك‌سيتي در ايالت يوتا را به صورت نقطه به نقطه (P2P) تحت پوشش قرار مي دهد.