Bezprzewodowe Sieci Dostępowe (BSD) wykład 7: WiMAX Wprowadzenie dr hab. inż. Andrzej Bęben pok. 336a (abeben@tele.pw.edu.pl) Zespół Architektur i Zastosowań Internetu

Wprowadzenie (1) IEEE 802.16 – BWA (Broadband Wireless Access) Standard WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Forum (http://www.wimaxforum.org) Standaryzacja BSD 2017

Wprowadzenie (2) Ewolucja bezprzewodowych systemów dostępowych BSD 2017

Architektura systemu WiMAX Zasięg: maksymalnie do 50 km (LoS); typowo 3 - 7 km (NLoS) BSD 2017

Częstotliwości WiMAX Forum proponuje trzy pasma częstotliwości: - 3,5GHz i 2,5GHz (wymaga licencji), - 5,8GHz (bez licencji) Podstawowy standard (IEEE 802.16) 10 – 66 GHz (LoS) Rozszerzony standard (IEEE 802.16a) 2 – 11 GHz (NLoS, OFDM) W Polsce wykorzystywane są dwa pasma: 3.5 GHz (wymaga licencji), 5.8 GHz (bez licencji, ograniczona maksymalna moc) BSD 2017

Główne cechy IEEE 802.16 scentralizowana architektura (transmisja zarządzana przez stację bazową) standaryzacja obejmuje warstwę fizyczną, łącza danych, adaptacji wykorzystuje komutację pakietów z protokołem dostępu zorientowanym połączeniowo, każda stacja użytkownika musi zarejestrować się w systemie i zestawić połączenie określając jego parametry, np. przepływność oferuje pięć usług sieciowych umożliwiających różnicowanie obsługi pakietów zasoby transmisyjne są przydzielane dynamicznie (request/grant mechanism) przez stację bazową zastosowano adaptacyjne metody modulacji i kodowania zabezpieczającego przed błędami BSD 2017

Warstwa zapewnienia bezpieczeństwa (uwierzytelnienie, szyfrowanie,..) Stos protokołów Warstwa adaptacji umożliwia dopasowanie formatu danych do formatu stosowanego w warstwie MAC Warstwa dostępu do medium (MAC) zarządza połączeniami, steruje transmisją stacji (przydziela zasoby, …) Warstwa zapewnienia bezpieczeństwa (uwierzytelnienie, szyfrowanie,..) Warstwa fizyczna zastosowano adaptację modulacji oraz kodowania zabezpieczającego BSD 2017

Zasada działania MAC (1) Metoda dostępu: TDMA + OFDMA Dwukierunkowość transmisji zapewniona przez TDD (Time Division Duplex) lub FDD (Frequency Division Duplex) UL subframe DL subframe Contention initial ranging Contention BW Req UL burst from SubS #m UL burst from SubS #1 Preamble FCH DL burst #1 DL burst #k DL-MAP, UL-MAP, DCD, UCD MAC PDUs MAC PDUs Specified by the UL-MAP Contains DL_Frame_Prefix (BPSK) BSD 2017

Zasada działania MAC (2) Przydział zasobów transmisyjnych jest realizowany w sposób scentralizowany przez stację bazową: W kierunku „w górę” Przydział stałych zasobów na podstawie kontraktu ruchowego (Unsolicited Bandwidth Grants) Przydział „na żądanie” wysłanie żądania (a stand-alone Bandwidth Request) wysłanie żądania w przesyłanych danych (PiggyBack Request) Przydział przez „zapraszanie” (polling) Indywidualnych stacji (unicast polling) Grupy stacji (Multicast / Broadcast) – dostęp do przydzielonych zasobów jest realizowany na zasadzie rywalizacji W kierunku „w dół” Na podstawie kontraktu oraz liczby pakietów, bajtów oczekujących w buforach BSD 2017

Usługi sieciowe WiMAX definiuje 5 usług sieciowych Unsolicited Grant Service (UGS) Extended Real-time Polling Service (ertPS) Real-time Polling Service (rtPS) Non-real-time Polling Service (nrtPS) Best Effort (BE) BSD 2017

UGS (Unsolicited Grant Service) Przeznaczona do obsługi ruchu o stałej szybkości bitowej (CBR), np. emulacja łącza E1/T1, przekaz głosu Zapewnia transmisję ustalonej ilości danych (liczba bajtów) w stałych odstępach czasu Zapewnia gwarancje dotyczące: przepływności, opóźnienia i jego zmienności Korzysta ze stałego przydziału zasobów BSD 2017

rtPS (Real-time Polling Service ) Przeznaczona do przekazu danych o zmiennej szybkości bitowej wymagającej obsługi w czasie zbliżonym do rzeczywistego, np. VoIP, telekonferencja Zapewnia możliwość przesłania żądania zasobów (a potem je przydziela) w sposób cykliczny w czasie zbliżonym do rzeczywistego Zapewnia gwarancje dotyczące: minimalnej oraz granicznej wartości średniej przepływności, opóźnienia i jego zmienności Korzysta z „zapraszania” i „przydziału na żądanie” BSD 2017

ertPS (Extended Real-time Polling Service ) Przeznaczona do przekazu VoIP z detekcją ciszy Zapewnia możliwość przesłania żądania zasobów (a potem je przydziela) w sposób cykliczny w czasie zbliżonym do rzeczywistego Zapewnia te same gwaracje co UGS Korzysta z „zapraszania” i „przydziału na żądanie” BSD 2017

nrtPS(Non-real-time Polling Service) Przeznaczona do przekazu danych o zmiennej szybkości bitowej nie wymagającej obsługi w czasie zbliżonym do rzeczywistego, np. gwarantowany przekaz danych Zaprasza indywidualne stacje do przesłania żądania zasobów (a potem je przydziela) w sposób cykliczny Zapewnia gwarancje dotyczące: minimalnej oraz granicznej wartości średniej przepływności Korzysta z „zapraszania” i „przydziału na żądanie” , ale umożliwia też przesłania żądania za zasadzie rywalizacji BSD 2017

BE (Best Effort) Przeznaczona do przekazu danych nie wymagających zapewnienia gwarancji przekazu danych Umożliwia ograniczenie maksymalnej przepływności Korzysta z „przydziału na żądanie” oraz przekazu danych na zasadzie rywalizacji BSD 2017

Usługi sieciowe Standard nie definiuje jak zrealizować usługi: Standard 802.16 definiuje usługi sieciowe, wymagania, oraz mechanizmy sygnalizacji Standard nie definiuje jak zrealizować usługi: Szeregowanie pakietów (konstrukcja ramki) Algorytmy przyjmowania nowych połączeń Algorytmy nadzorowania profili ruchowych BSD 2017

Specyfikacja strumienia Service flow a MAC transport service that provides unidirectional transport of packets, characterized by a set of QoS Parameters Service Flow (SFID – Service Flow Id) Parametry QoS: Max sustained traffic rate [b/s] Max burst size [bytes] Min reserved rate [b/s] Tolerated jitter [ms] Maximum latency [ms] Traffic priority [0..7] Usługa sieciowa BSD 2017

Podsumowanie WiMAX zapewnia bezprzewodowy dostęp do sieci, tzw. ostatnia mila (bezprzewodowy xDSL) „umożliwia” zapewnienie gwarancji jakości przekazu danych -> różne usługi pracuje w paśmie wymagającym licencji wielu dostawców urządzeń, np. Alcatel, Alvarion, Ericsson, Intel, Lucent, Motorola, Redline, Samsung, Siemens, ... BSD 2017