Technologie IEEE 802.16 WiMAX ROMAN WYKA
WiMAX (Worldwide interoperability for Microwawe Access) Bezdrátová technologie definovaná v řadě norem IEEE 802.16 Komunikace mezi BS (Base Station) a SS (Subscriber Station) Definovaná pro PtP (Point to Point) spoje PtMP (Point to Multipoint) spoje Využívá spojovou komunikaci Navázání spojení, přenos, ukončení spojení Definuje dvě vrstvy OSI RM PHY fyzická vrstva MAC část spojové vrstvy
WiMAX - historie IEEE 802.16 Navržena v roce 2001, pro kmitočty 10-66 GHz Nutná přímá viditelnost LOS (Line of Sight) 2001 zřízeno WiMAX Forum s cílem podporovat technologii WiMAX a uvádět ji do praxe (certifikovat zařízení) IEEE 802.16-2004 Rozšíření o kmitočty 2-11 GHz Není nutná přímá viditelnost NLOS IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) Rozšíření o mobilní podporu (do rychlosti 150km/h) Kmitočty 2-6 GHz První zařízení certifikováno 17. 4. 2008 (2.3 GHz)
PHY frekvence Využívá frekvencí 2.4 GHz nelicencované (nepoužíváno v ČR) 3.5 GHz licencované 5.4 GHz nelicencované 5.8 GHz nelicencované Zařízení umožňují využívat FDD (frekvenční duplex) i TDD (časový duplex) Používá šířku pásma 3.5/7/14/20 MHz
PHY - 3.5 GHz Nejvyužívanější frekvence pro WiMAX Podle společnosti Maravedis 2/3 provozovatelů na celém světě využívá pásmo 3.3-3.8 GHz Pásmo 3.5 GHz rozděleno na 20 kanálů s šířkou kanálu 3.5 MHz. Všeobecná oprávnění ČTU nepřipouští v tomto pásmu TDD Kanály 15-20 již zabrány celoplošnými operátory Kanály 1-14 volné pro lokální operátory Poplatek ČTU za jeden kanál cca 25-30tisíc Kč/rok
PHY modulace a kódování Používá OFDM modulaci Rozděluje jeden širokopásmový kanál do více úzkopásmových kanálů (nosných) 256 nosných (802.16-2004) 512 nosných (802.16e) 1024 nosných (802.16e) Spolu s daty se do kanálu vkládají kontrolní (ochranné) bity kódování FEC (Forward Error Correction) 1/2 (1/2 pro každé 2 bity 1 bit data, 1 bit FEC) 2/3 (2/3 pro každé 3 bity 2 bity data, 1 bit FEC) 3/4 (3/4 pro každé 4 bity 3 bity data, 1 bit FEC)
PHY - modulace Nosné se pak modulují v závislosti na parametru odstup signálu od šumu (SNR) 2 QAM (BPSK) 4 QAM (QPSK) 16 QAM 64 QAM
MAC přístupová metoda Použito centrální plánování TDM/TDMA BS předává SS čas na vysílání (sloty), je použito sdílení přenosové kapacity v čase TDMA (Time Division Multiple Access) Pro komunikaci od BS k SS je použit TDM (Time Division Multiplex), kde na vstupy SS přichází tok od BS a každá stanice si vybere dávku, která je jí adresovaná
MAC - adresace a spojení MAC vrstva je spojově orientovaná BS vytváří pro každou SS dva druhy spojení Řídící spojení Základní - použito pro krátké a naléhavé řídící zprávy (např. reset SS, nastavení parametrů rad. spojení) Primární použito pro nenaléhavé MAC zprávy (např. autentizace, nastaveni modulace, vytvoření transportního spojení) Sekundární vytvořeno na požádání pro zapouzdření IP zpráv (např. DHCP, TFTP) Transportní spojení Spojení pro sjednané služby, pro přenos dat (parametry QoS) Každému spojení je přiřazeno 16 bitové CID (Connection ID)
Kvalita služby parametry QoS Parametry QoS (uplink i downlink spojení) Minimální rezervovaná přenosová rychlost (MRPR) Maximální trvalá přenosová rychlost (MTPR) Tolerovaný rozptyl (TR) Maximální latence (ML) Priorita přenosu (PP) Místo definice každého parametru jsou použity servisní třídy Aplikace se pak odkazují na třídy pomocí jména třídy BS pak může předvídat provoz v síti
Třídy QoS UGS (Unsolicited Grand Services) Pro data je vyhrazena přenosová kapacita. SS nežádá o její přidělení. Vhodné pro VoIP RTPS (Real-Time Polling Services) BS se pravidelně dotazuje SS. Vhodné pro komprimovaný zvuk a obraz NRTPS (Non-Real-Time Polling Services) Určena pro přenosy, kterým nevadí větší přenosové zpoždění, např. FTP BE (Bestt Effort) např. HTTP ERT-VR (Extended Real-Time Variable Rate Services) Garance latence, ne však přenosové rychlosti Definováno v IEEE 802.16e
Třídy QoS parametry Třídy QoS MRPR MTPR TR ML PP UGS NE ANO ANO ANO NE RTPS ANO ANO NE ANO NE NRTPS ANO ANO NE NE ANO BE NE ANO NE NE NE ERT-VR ANO ANO NE ANO NE
Kvalita služby BS udržuje seznam parametrů QoS pro všechny třídy a všechny SS Pokud potřebuje SS přenášet data, požádá BS o vytvoření spojení (toku) BS odpoví zprávou s QoS parametry pro daný tok SS zprávu potvrdí a tím vytvoří transportní spojení Zprávy se přenášejí primárním spojením
Bezpečnost autentizace BS autentizuje SS na základě digitálního certifikátu X.509 Stanice tento certifikát obdrží od výrobce Certifikát obsahuje veřejný klíč a MAC adresu Na základě úspěšné autentizace dostane autorizační klíč, kterým se stanice autorizuje Stanice se pak musí pravidelně reautorizovat Neautentizuje se však BS
Bezpečnost - šifrování Pro šifrování přenášených dat se používá algoritmus DES (Data Encryption Standart) Klíče pro DES se vyměňují s použitím 168 bitového 3DES Z důvodů rychlosti se však šifrují pouze uživatelské datové rámce, nikoliv rámce určené pro management
Rozšíření IEEE 802.16e Handover - přechod uživatele (SS) mezi různými BS Povinný handover HHO (Hard Handover) Na základě zpráv od BS může SS skenovat okolí a měřit parametry signálu, které od stanic přijímá. Je-li některý ze signálů silnější, než u dosavadní BS je prováděn handover Nepovinný FBSS (Fast Base Station Switching) Nepovinný MDHO (Macro Diversity handover) Řízení spotřeby SS, který má dva režimy Bdící režim přijímá a odesílá data, při přechodu do režimu spánku informuje BS Režim spánku - má dvě okna, mezi kterými SS přepíná Spánkové okno vypnuté všechny obvody Naslouchací okno synchronizuje downlink na jehož základě může vystoupit z režimu spánku
Budoucnost WiMAX ITU (International Telecommunication Union) zařadil Mobilní WiMAX do sady globálních telekomunikačních standardů IMT-2000, jako je např. CDMA-2000. IEEE 802.16m (předpoklad 2010) Rozšíření IEEE 802.16e Zvýšení propustnosti WiMAX Mobilní uživatel 100 Mbit/s Stacionární uživatel 1 Gbit/s
Praktická ukázka Jednoduchá síť s BreezeMAX 3500
Schéma testované sítě
Tabulka teoretických přenosových rychlostí využitelná přenosová rychlost je cca 70%, šířka pásma 3.5 MHz
Graf závislosti přenosové rychlosti na vzdálenosti, změřeno na zařízení BreezeMAX 3500
Nastavení služeb na BreezeMAX 3500 QoS Profil Name stahovani1 QoS Type NRT CT (Commited Time) Medium (100ms) CIR (kbps) 10000 MIR (kbps) 12000 Priority Classifiers Name - TEL Priority Type DSCP Uplink Upper Priority Limits 63 Uplink QoS Profile stahovani1 Downlink Upper Priority Limits 63 Downlink QoS Profile stahovani1
iperf Diagnostický nástroj pro měření propustnosti sítě běžící na portu 5001 Na PC připojeným k SS běží iperf server IP adresa PC 1.1.1.6 Spuštění serveru příkazem: iperf s Na PC připojeným k BS spustíme iperf klienta IP adresa PC 1.1.1.5 Spuštění: iperf c 1.1.1.6 -t60 w64k -i1 P4 -t60 čas v testování v sekundách -w64k velikost TCP okna -i1 sledování po 1s -P4 pro větší vytížení linky 4 streamy současně
Děkuji za pozornost