Технология WiMax: принцип работы, оборудование, области применения

Существует большое количество различных технологий, позволяющих обеспечивать связь между разными субъектами. Одни более мобильные, другие обладают мощностью. А есть и средние по параметрам, такие как технология WiMax. Это относительно новая разработка и довольно слабо известная. Что она собой представляет? Где применяется? Какими характеристиками обладает? По каким принципам работает? Какие у неё есть перспективы использования?

Общая информация

Первоначально давайте познакомимся с полным названием – Worldwide Interoperability For Microwave Access. Именно так и расшифровывается WiMax. Это довольно молодая технология, первый стандарт которой был выпущен в 2004 году. В повседневный мир она начала проникать только сейчас. Следует знать, что первоначально технология WiMax позиционировалась как представитель четвертого поколения из-за своей новизны и скорости передачи. Но в 2008 году было остаточно решено отнести её к 3G. Что, впрочем, не мешает различным персонажам позиционировать её как беспроводной интернет 4G.

Что она собой представляет? Технология WiMax описана в спецификации 802.16d, которая появилась в 2004 году, где предусматривалось, что абонентские устройства не перемещаются на значительные расстояния, но одновременно обеспечивается работоспособность на пятьдесят километров от базовой станции. В 2005 году вышла спецификация 802.16e, более известная как Mobile WiMax. Эта технология может функционировать в частотном диапазоне 2-6 ГГц. Наиболее удобно использовать 2,3-2,7. Но на них проблематично получить разрешение. Поэтому в оборудовании часто применяется 3,4-3,6 ГГц, что по праву считается золотой срединой. Ведь если подходить слишком близко к 6 ГГц, то возникает ряд проблем, связанных с проникновением волн и обходом имеющихся препятствий. В таких случаях необходимо обеспечить, чтобы абонентские устройства располагались в зоне прямой видимости рабочей базовой станции.

Эта технология используется, чтобы решать проблему, известную как «последняя миля». Также она используется для обеспечения интернетом офисных и районных сетей. Кстати, вот последняя миля ею решается очень эффективно. Но обо всём по порядку.

Как она устроена?

Вот мы и разобрали, что собой в общих чертах представляет технология WiMax. Принцип работы у неё следующий: есть абонентское устройство, настроенное на сеть оператора, у которого в диапазоне доступности есть базовая станция. Она отправляет запрос на выделение радиоресурсов. В случае успешного ответа идёт аутентификация. Запрос перенаправляется ААА-серверу, который решает, разрешить или отклонить его. В случае если аутентификация была успешно осуществлена, то модему назначается адрес, режим работы и иные параметры. Вот, в общем-то, и всё – устройство готово к выполнению манипуляций со стороны пользователя. Так выглядит простейшая схема.

Дополнительно сюда ещё можно включить WiMax оборудование, задачей которого является установление связей между базовыми станциями, поставщиками сервисов и интернетом. Кстати, чтобы установить соединение может быть использован широкий диапазон от 1,5 до 11 ГГц. При идеальных условиях может быть обеспечена скорость передачи данных в 70 Мбит/с. Хотя если говорить о базовых станциях, то здесь ситуация немного другая. Так, для соединения и обмена данными ими используются частоты в диапазоне 10-66 ГГц. А скорость обмена данными между ними может достигать значения 120 Мбит/с. При этом необходимо проследить, чтобы как минимум одна базовая станция была подключена к сети провайдера посредством классического проводного соединения. В целом чем их больше, тем выше скорость передачи данных.

Также растёт в целом и надежность сети. В целом сеть WiMax весьма схожа с традиционными GSM. Базовые станции работают на значительные расстояния, которые могут составлять десятки километров. Чтобы их установить, вышки не обязательно строить, можно обойтись установками на крышах домов. Но при этом необходимо соблюдать условия прямой видимости. Иначе WiMax-оборудование не будет работать с требуемой эффективностью (если вообще будет функционировать).

Технические моменты

Как обеспечивается надёжность работы? Для этого используется:

1. TDD. Эта составляющая технологии позволяет использовать одну и ту же полосу для передачи и приёма данных, что позволяет оптимизировать работу сети.
2. CP. Позволяет предотвращать интерференции отраженного и прямого сигнала.
3. CC&CTC. Используются для кодировки символов.
4. AMC. Занимается преобразованием цифровых сигналов в аналоговые. Специфика работы зависит от уровня шума и силы передачи данных. Чем лучшие по качеству сигналы поступают, тем более высокая модуляция выбирается, и мы получаем высшую скорость передачи данных.
5. HARQ. Этот механизм используется для отслеживания ошибок, а в случае проблем отправляет запрос на осуществление повторной передачи.
6. MIMO. Позволяет во время приёма/передачи обмениваться данными с несколькими антеннами.
7. AAS. Это антенная система, что меняется в зависимости от перемещений абонентских устройств.

Конечно, это не все технические моменты, которыми обладает беспроводной интернет на этой технологии. Но всего вышеперечисленного с лихвой достаточно для ознакомления.

Целесообразность использования

Особенно актуальна WiMax в случае решения задачи последней мили. В последнее время появилось довольно много технологий, которые предлагают свои ответы на этот вызов. И перед оператором стоит задача выбора такой конфигурации, что позволит оптимально решить задачу доставки данных абонентам. Универсального решения здесь ещё не придумали. Поэтому каждая технология имеет свою область применения, недостатки и преимущества. На конечный выбор влияет множество факторов, среди которых:

1. Размер требуемых инвестиций и срок их окупаемости.
2. Время, нужное для запуска сети и последующего начала предоставления услуг.
3. Уже существующая сетевая инфраструктура, а также ресурсы, что нужны для её поддержки в работоспособном состоянии.
4. Выбранная стратегия оператора, его целевая аудитория, предлагаемые и планируемые в ближайшем времени услуги.
5. Прочие факторы.

В каких же случаях используется технология WiMax? Описание ответа на этот вопрос выглядит следующим образом:

1. Когда необходимо обеспечить беспроводной широкополосной доступ в качестве альтернативы DSL и выделенным линиям.
2. Создать точки доступа, не привязанные к географическому положению.
3. Нужно предоставить высокоскоростные сервисы телекоммуникационных услуг и передачи данных.
4. Соединить между собой и другими сегментами мировой сети точки доступа Wi-Fi.

Итак, WiMax используются в роли магистральных каналов. Благодаря ему можно создавать высокоскоростные сети в масштабах целого города.

Почему технология привлекательна для телекоммуникационных компаний?

На это есть несколько причин:

1. WiMax является более эффективной с экономической точки зрения при предоставлении услуг и доступа в сеть для клиентов (сравнительно с проводными технологиями). Она позволяет клиентам работать даже с труднодоступных территорий. А это позитивно сказывается и на количестве абонентской базы, и предоставляемом спектре услуг.
2. Также необходимо отметить большую простоту в использовании (нежели работа с традиционными проводными каналами). WiMax можно легко развернуть, и при необходимости она легко поддаётся масштабированию. Это её свойство является чрезвычайно полезным, когда нужно обеспечить работу большой сети за незначительный срок. Для лучшего понимания этого её свойства приведем небольшой пример. В декабре 2004 г. в Индонезии произошло сильное цунами. И чтобы помочь выжившим, была развернута WiMax. Ведь на тот момент коммуникационная инфраструктура целой области вышла из строя. А необходимо было оперативно восстановить связь.

Всё это позволяет снижать цену на качественные услуги как для бизнеса, так и для отдельных граждан. Отдельно стоит сказать про пользовательское оборудование. В случае его использования внутри помещения устанавливается устройство, которое по размеру соответствует обычному DSL-модему. Его можно использовать и вне здания, в таком случае оно немного возрастает в размерах и уже напоминает ноутбук. Размещение внутри помещения является более выгодным вариантом, что не требует профессиональных навыков. Но, увы, у него более значительные требования к максимальному расстоянию, на котором могут находиться базовая и абонентская станции.

Архитектурные особенности

В WiMax на этом уровне определено множество различных аспектов, таких как аутентификация, распределение сетевых адресов, взаимодействие с иными сетями и многими другими моментами. Следует отметить, что в данном случае архитектура не привязывается к определённой конфигурации, благодаря чему она обладает высоким уровнем гибкости и масштабности. При работе в данном случае используется алгоритм планирования.

Как это выглядит на практике? Допустим, что у нас есть большое количество пользовательских станций, что в режиме реального времени хотят осуществить передачу данных через точку доступа. В таком случае устройству достаточно просто подключиться к ней, как для него уже будет создан определённый слот, на который не смогут влиять другие абоненты. Благодаря этому достигается стабильность передачи данных, что позитивно сказывается на общем функционировании сети и её надежности.

Сравнение WiMax и Wi-Fi

Как бы это странно ни звучало, но для многих граждан эти технологии ничем не отличаются. Что, конечно, совершенно не так. Возможно, их часто сопоставляют из-за созвучности названия. Возможно, потому, что и стандарт технологии WiMax, и Wi-Fi начинается с «802.». Свою долю в это заблуждение вносит и использование беспроводного соединения для подключения к каналу обмена данными. Но, несмотря на такую поверхностную схожесть, они всё же различны.

Так, WiMax является системой дальнего действия, которая используется для обеспечения связи на километры пространства. При этом может использоваться как мобильный, так и фиксированный подходы. В чем их разница? При использовании мобильного подхода передача данных не привязана к определённому местоположению абонента. Фиксация предусматривает ситуацию, когда хотя и используется беспроводная сеть, пользователь должен находиться в конкретной точке.

Wi-Fi же является системой более короткого действия. Обычно она покрывает сотни или десятки метров, используя для себя нелицензированные диапазоны частот с целью обеспечения доступа. Эта технология используется, как правило, для создания локальной сети, которая не обязательно должна быть подключена к интернету.

Собственно, WiMax можно сравнить с мобильной связью, тогда как Wi-Fi - со стационарным беспроводным телефоном. Также есть определённая разница и в стоимости использования. Тот же Wi-Fi является более дешевым, что позволяет использовать его в рамках (относительно) небольших организаций вроде отелей, кафе, вокзалов и аэропортов. Пускай даже для покрытия более-менее значительных территорий и приходится обеспечивать работу нескольких точек.

Сравнение WiMax и эфирного интернета

Для страны с большой территорией актуальным является обеспечение связи из любой точки. WiMax для этой цели безусловно хорош, если речь идёт, к примеру, про десять километров. А если абонент находится на расстоянии 50 или даже 80 км? Что ж, такую дальность WiMax не может обеспечить, не нарушив санитарных правил работы сети (помним, что её дальность зависит от мощности, которая при выходе за определённые рамки негативно влияет на людей).

В таких случаях на помощь приходит эфирный интернет. Это технология, которая использует для передачи данных те же частоты, что и телевизионные каналы. Благодаря этому можно без значительных трат пользоваться довольно неплохим (до 3 Мбит/с) интернетом на значительном удалении. Так, связь можно иметь даже в случаях, когда эфирная башня находится на удалении 80 километров. Такая дальность возможна исключительно благодаря относительно небольшой скорости, которой всё же достаточно для взаимодействия с миром. Эта технология радиосвязи позволит пользоваться интернетом везде, где можно принять радиоволны: дача, машина, загородный пикник и даже чистое поле. Для подключения достаточно иметь стандартную дециметровую телевизионную антенну и соответствующие настройки компьютера.

Правда, здесь есть и определённый недостаток. Так, для передачи и приёма данных используется два разных канала, что сказывается на продуктивности. Но, с другой стороны, эта технология является довольно дешевой. Вместе со значительным диапазоном это позволяет её рассматривать как довольно удобный и неприхотливый способ обмена данными. Но, увы, за это приходится платить. По сравнению с тем же WiMax скорость передачи ниже в десятки раз. Хотя благо при простом посещении Интернета (а не скачивании огромных игр или длительных фильмов) разница не очень заметна.

Сравнение WiMax и LTE

А вот это наиболее интересно. Хотя бы потому, что эти технологии рассматриваются как прямые конкуренты. Поэтому сравнительный анализ сети LTE и WiMax позволит лучше раскрыть свойства последней. LTE впервые была упомянута в стандарте Rel-8. На момент её появления в ней использовалось почти то же самое, что и в WiMax. И если сравнить их с технической стороны, то можно увидеть, что отличия минимальны.

Так, они обе используют протокол ІР, что позволяет минимизировать капитальные затраты и обеспечить гибкое предоставление сервисов. Также это способствует простой интеграции различных объектов и упрощает управление сетью. Обладают они и похожей структурой сетей, где используются аналогичные по функциональному назначению основные элементы, такие как клиентское устройство, базовая станция, шлюзы, центральный узел, транспортная сеть (протокол IP/MPLS), система управления.

Также эти технологии не имеют принципиальных отличий по своим основным характеристикам. В лабораторных условиях были достигнуты практически одинаковые показатели. Но реальная ситуация немногим отличается. Как правило, низшей скоростью работы. Хотя существуют у LTE определённые проблемы со свободными частотами. В случае с WiMax ситуация немногим лучше. Но конечный выбор делается провайдером, тогда как для пользователей разница между WiMax и LTE в качестве их работы незаметна.

Использование

Как видите, WiMax является весьма прогрессивной технологией, что позволяет её успешно использовать. Вполне вероятно, что со временем она будет применена для обеспечения беспроводной связи в небольших городах или же для агломераций крупных поселений, например Москвы или Санкт-Петербурга. Дешевизна этой технологии и одновременно её высокая эффективность позволит получить людям доступ к высококачественным услугам связи и не отставать от процесса урбанизации. Её вполне хватает для работы с обычными данными, которые мы пересылаем: фотографиями, видео, текстами. Скорости работы вполне достаточно.

Возможно, в будущем технология WiMax уступит своё место чему-то другому. Например, представителям 5G. Но не факт и не везде. Ту же 5G имеет смысл использовать только в том случае, если количество абонентов в радиусе одного километра приближается к числу в один миллион активных устройств. А для сельской местности и небольших городов, вполне вероятно, ещё десятилетиями не будет ничего лучше, нежели WiMax. Хотя следует признать, предугадать будущее весьма сложно, и вполне вероятно, что эти слова уже через несколько лет потеряют свою актуальность.

Заключение

Вот и была рассмотрена технология WiMax, её принцип работы, схема построения и даже чаще всего упоминаемые смежные разработки. Возможно, в будущем она будет доработана, и её характеристики существенно улучшатся, что подарит ей новые шансы на завоевание аудитории. До тех пор её можно считать оптимальным решением, перспективы которого сконцентрированы в небольших городах и агломерациях, что растут вокруг наших гигантов. Возможно и то, что она выступит базисом для чего-то более прогрессивного, как технологии ранних поколений используются для создания всё лучших способов передачи данных. Но пока она удовлетворяет наши потребности, давайте использовать то, что уже есть, и одновременно работать над чем-то более совершенным.