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
FTP
pro přenosy, kterým nevadí větší přenosové zpoždění, např.
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
