При переходе к созданию систем широкополосного радиодоступа с интеграцией услуг стало понятно, что основополагающие принципы, заложенные в беспроводные системы на предыдущих этапах, нуждаются в существенной корректировке. На сигнальном уровне первостепенное значение приобрело оптимальное использование спектрального ресурса радиоканала при любых соотношениях Їскорость - помехоустойчивость. На уровне протоколов стало необходимым обеспечивать заданный уровень качества обслуживания каждому абоненту сети.

Беспроводные сети связи городского масштаба WiMAX активно развиваются на протяжении уже 10 лет, развернутые решения создают конкуренцию другим решениям проблемы предоставления широкополосного доступа, эквивалентного технологии xDSL. Основным преимуществом сетей WiMAX по сравнению с другими технологиями, призванными решать аналогичные задачи, является относительно быстрое развертывание систем на достаточно больших территориях без проведения работ по прокладке кабеля и предоставление конечным пользователям каналов связи в единицы Мбит/с, что особенно актуально для мест с неразвитой сетевой инфраструктурой (например, новые загородные районы, исторические центры городов и т.п.). Заметим, что основным конкурентом сетей WiMAX являются системы связи четвертого поколения LTE E UTRA.

На сегодняшний день беспроводные сети городского масштаба представлены следующими стандартами:

· IEEE 802.16e-2005, 2009 (WiMAX);

· ETSI HiperMAN;

· IEEE 802.20 (WBWA).

Рабочая группа IEEE 802.16 была создана в 1999 г. Через два года (в декабре 2001 г.) был принят первый стандарт беспроводных сетей связи городского масштаба IEEE 802.16. Первоначально он был ориентирован на частотный диапазон 10-66 ГГц, что подразумевало прямую видимость между приемником и передатчиком и являлось существенным недостатком в городских условиях. Стандарт IEEE 802.16a (принят в январе 2003 г.) предусматривал использование частотного диапазона 1-10 ГГц и был лишен указанного недостатка.

В 2004 году появился стандарт беспроводного широкополосного доступа IEEE 802.16-2004. Тогда казалось, что мир вот-вот шагнет в новую реальность, где пользователю практически в любой точке Земли будут доступны средства высокоскоростного информационного обмена, от передачи данных до телефонной связи и телевидения. Но вскоре выяснилось, что стандарт - это еще не все. Необходимо выделение частотного ресурса, построение инфраструктуры сетей, немалые усилия по интеграции уже существующих услуг, в конце концов, привлечение к новой технологии создателей контента для конечных пользователей.

Изменить ситуацию был призван утвержденный в конце 2005 года документ IEEE Std 802.16е-2005 (опубликован 28 февраля 2006 года), который называют «стандартом IEEE 802.16е». Такое наименование не совсем точно, поскольку IEEE 802.16е - это набор исправлений существующего стандарта 802.16-2004 и дополнения «Физический и МАС-уровни для совместной мобильной и фиксированной работы в лицензируемых диапазонах». Именно эти «дополнения» (из-за которых стандарт IEEE 802.16е называют «мобильный WiMAX») и открывают путь стандарту 802.16 в безграничный мир мобильных приложений

В июле 2005 г. вышел стандарт IEEE 802.16e, являющийся дополнением к стандарту IEEE 802.16-2004. Акцент в стандарте сделан на поддержку мобильности конечного пользователя.

Осенью 2009 г. вышел окончательный на сегодняшний день стандарт беспроводных сетей городского масштаба IEEE 802.16-2009, объединивший в себе предыдущие версии стандартов (Рис. 3).

Европейский институт телекоммуникационных стандартов ETSI и рабочая группа BRAN (Broadband Radio Access Networks) разработали стандарт HiperMAN. В основу HiperMAN на физическом уровне положен стандарт IEEE 802.16-2004. Некоторые различия наблюдаются на канальном (MAC) и сетевом уровнях. Основное внимание ETSI уделяет типам приложений и качеству услуг.

Спустя четыре года после создания рабочей группы IEEE 802.16 появился форум WiMAX, образованный фирмами Nokia, Harris Corp., Ensemble и Crosspan. К маю 2005 г. форум объединял уже 230 участников, а на сегодняшний день форум включает в себя более 400 различных производителей, лабораторий и поставщиков телекоммуникационного оборудования.

1.3.1 Стандарт 802.16: стек протоколов

Набор протоколов, используемый стандартом 802.16, показан на Рис. 1.2. Общая структура подобна другим стандартам серии 802, но больше Подуровней. Нижний подуровень занимается физической передачей данных. Используется обычная узкополосная радиосистема с обыкновенными схемами модуляции сигнала. Над физическим уровнем находится подуровень сведения (с ударением на второй слог), скрывающий от уровня передачи данных различия технологий.

Уровень передачи данных состоит из трех подуровней. Нижний из них относится к защите информации, в которых передача Данных осуществляется в эфире, физически никак не защищенном от прослушивания. На этом подуровне производится цифрация, дешифрация данных, а также управления ключами доступа.

Рис. 1.2. Стандарт 802.16: стек протоколов

Затем следует общая часть подуровня МАС. Именно на этом уровне иерархии располагаются основные протоколы - в частности, протоколы управления каналом. Здесь станция контролируют всю систему. Она очень эффективно распределяет очередность передачи входящего трафика абонентам, немалую роль играет и в управлении исходящим трафиком (от абонента к базовой станции). От всех остальных стандартов 802.x МАС подуровень стандарта 802.16 отличается тем, что он полностью ориентирован на установку соединения. Таким образом, можно гарантировать определенное качество обслуживания при предоставлении услуг телефонной связи и при передаче мультимедиа.

1.3.2 Стандарт 802.16: физический уровень

Широкополосным беспроводным сетям необходим широкий частотный спектр, который можно найти только в диапазоне от 10 до 66 ГГц. Миллиметровые волны обладают одним интересным свойством, которое отсутствует у более длинных микроволн: они распространяются не во всех направлениях (как звук), а по прямым линиям (как свет). Следовательно, на базовой станции должно быть установлено множество антенн, покрывающих различные секторы окружающей территории, как показано на Рис. 1.3. В каждом секторе будут свои пользователи. Секторы не зависят друг от друга, чего не скажешь о сотовой радиосвязи, в которой сигналы распространяются сразу по всем направлениям.

Рис. 1.3. Оперативная среда передачи данных сетей 802.16

Поскольку мощность сигнала передаваемых миллиметровых волн сильно уменьшается с увеличением расстояния от передатчика (то есть базовой станции), то и соотношение сигнал/шум также понижается. По этой причине 802.16 использует три различных схемы модуляции в зависимости от удаления абонентской станции. Если абонент расположен недалеко от БС, то применяется QАМ-64 с шестью битами на отсчет. На среднем удалении используется QФМ-16 и 4 бита/бод. Если абонент расположен далеко, то работает схема QРSК с Двумя битами на отсчет. Например, при типичной полосе спектра 25 МГц QAМ-64 дает скорость 150 Мбит/с, QАМ-16 - 100 Мбит/с, а QPSК - 50 Мбит/с. Таким образом чем дальше находится абонент от базовой станции, тем ниже скорость передачи данных. Фазовые диаграммы всех трех методов были показаны на Рис. 1.4.

Рис. 1.4. Фазовые диаграммы применяемых методов

Стандарт 802.16 обеспечивает гибкость распределения полосы пропускания. Применяются две схемы модуляции: FDD (дуплексная связь с частотным разделением) и ТDD (дуплексная связь с временным разделением). Последний метод показан на Рис. 1.5. Базовая станция периодически передает кадры, разделенные Иа временные интервалы. Первая часть временных интервалов отводится под входящий трафик. Затем следует защитный интервал (разделитель), позволяющий станциям переключать режимы приема и передачи, а за ним - интервалы исходящего трафика. Число отводимых тактов может динамически меняться, что позволяет подстроить пропускную способность под трафик каждого из направлений.

Рис. 1.5. Дуплексная связь с временным разделением; кадры и временные интервалы

Входящий трафик разбивается на временные интервалы базовой станцией. Она полностью контролирует это направление передачи. Исходящий трафик от абонентов управляется более сложным образом и зависит от требуемого качества обслуживания. Мы еще вернемся к распределению временных интервалов, когда будем обсуждать подуровень МАС.

Еще одним интересным свойством физического уровня является его способность упаковывать несколько соседних кадров МАС в одну физическую передачу. Это дает возможность повысить эффективность распределения спектра путем уменьшения числа различных преамбул и заголовков, столь любимых физическим уровнем.

Для непосредственного исправления ошибок на физическом уровне используется код Хэмминга. Все сетевые технологии просто полагаются на контрольные суммы и обнаруживают ошибки с их помощью, запрашивая повторную передачу испорченных фрагментов. Но при широкополосной беспроводной связи на больших расстояниях возникает много ошибок, что их обработкой приходится заниматься физическому уровню, хотя на более высоких уровнях и применяется метод контрольных сумм. Основная задача коррекции ошибок на физическом уровне состоит в том, чтобы заставить канал выглядеть лучше, чем он есть на самом деле (точно так же компакт-диски кажутся столь надежными носителями только лишь благодаря тому, что больше половины суммарного числа бит отводится под исправление ошибок на физическом уровне).

1.3.3 Стандарт 802.16 протокол подуровня МАС

Уровень передачи данных разделен на три подуровня, как показано на рис 8. Кадры МАС всегда занимают целое число временных интервалов физического уровня. Каждый кадр разбит на части, первые две из которых содержат карту распределения интервалов между входящим и исходящим трафиком. Там находится информация о том, что передается в каждом такте, а также о том, какие такты свободны. Карта распределения входящего потока содержит также разнообразные системные параметры, которые важны для станций, только что подключившихся к эфиру.

Канал входящего трафика состоит из базовая станция, которая определяет, что разместить в каждой части кадра. Исходящий канал имеет конкурирующие между собой станции, желающие получить доступ к нему. Его распределение тесно связано с вопросом качества обслуживания. Определены четыре класса сервисов:

1. Сервис с постоянной битовой скоростью;

2. Сервис реального времени с переменной битовой скоростью;

3. Сервис, работающий не в реальном масштабе времени, с переменной битовой скоростью;

4. Сервис с обязательством приложения максимальных усилий по предоставлению услуг.

Все предоставляемые стандартом 802.16 сервисы ориентированы на соединение, и каждое соединение получает доступ к одному из приведенных ранее классов сервиса.

Сервис с постоянной битовой скоростью предназначен для передачи несжатой речи, такой, какая передается по каналу Т1. Здесь требуется передавать предопределенный объем данных в предопределенные временные интервалы. Это реализуется путем назначения каждому соединению такого типа своих интервалов. После того как канал оказывается распределенным, доступ к временным интервалам осуществляется автоматически, и нет необходимости запрашивать каждый из них по отдельности.

Сервис реального масштаба времени с переменной битовой скоростью применяется при передаче сжатых мультимедийных данных и других программных приложений реального времени. Необходимая в каждый момент времени пропускная способность может меняться. Та или иная полоса выделяется базовой станцией, которая опрашивает через определенные промежутки времени абонента с целью выявления необходимой на текущий момент ширины канала.

Сервис, работающий не в реальном масштабе времени, с переменной битовой скоростью предназначен для интенсивного трафика - например, для передачи файлов большого объема. Здесь базовая станция тоже опрашивает абонентов довольно часто, но не в строго установленные моменты времени. Абонент, работающий с постоянной битовой скоростью, может установить в единицу один из специальных битов своего кадра, тем самым предлагая базовой станции опросить его (это означает, что у абонента появились данные, которые нужно передать с новой битовой скоростью).

Сервис с обязательством приложения максимальных усилий используется для всех остальных типов передачи. Никаких опросов здесь нет, а станции, желающие захватить канал, должны соперничать с другими станциями, которым требуется тот же класс сервиса. Запрос пропускной способности осуществляется во временных интервалах, помеченных в карте распределения исходящего потока как доступные для конкуренции. Если запрос прошел удачно, это будет отмечено в следующей карте распределения входящего потока. В противном случае абоненты-неудачники должны продолжать борьбу. Для минимизации числа коллизий используется взятый из Еsегпеt; алгоритм двоичного экспоненциального отката.

Стандартом определены две формы распределения пропускной способности: для станции и для соединения. В первом случае абонентская станция собирает вместе все требования своих абонентов (например, компьютеров, принадлежащих жильцам здания) и осуществляет коллективный запрос. Получив полосу, она распределяет ее между пользователями по своему усмотрению. В последнем случае базовая станция работает с каждым соединением отдельно] 3 [.

1.4 Виды стандарта 802.16

Сети WiMAX предназначены для предоставления сервисов как неподвижным и подвижным пользователям. WiMAX поддерживает следующие виды мобильности:

1. Фиксированный (fixed). В этом случае с оператором согласовывается положение пользователя, в котором он получает обслуживание, н-р, конкретная сота. Для этого хорошо подходят пользовательские терминалы с закрепленной снаружи здания антенной, направленной на базовую станцию.

2. Блуждающий (nomadic), т.е. с изменяемым местоположением. Пользователь имеет возможность подключиться к сети оператора из любого места, где оператор предоставляет покрытие. В течение одной сессии пользователь должен быть неподвижен.

3. Передвижной (portable). Пользователь имеет возможность передвигаться со скоростью до 5 км/ч без потери установленной сессии, в том числе (опциональная возможность сети) переходить из одной соты в другую (handover). Во время handover допускаются перерывы в передаче данных (вплоть до значения, максимального для обслуживания текущей TCP/IP сессии), до 2 с. Допускаются потери данных во время handover, заданное качество обслуживания, QoS, восстанавливается только после завершения handover.

4. Ограниченная мобильность (simple mobility). Пользователь может передвигаться, в том числе переходить из соты в соту, со скоростью до 60 км/ч без ухудшения качества обслуживания, и до 120 км/ч с допускаемым постепенным ухудшением качества обслуживания. Для приложений нереального (non-real time) времени (работа с e-mail, c Интернет, просмотр видео с буферизацией данных, передача файлов по FTP, IPsec/VPN) качество обслуживания гарантируется. Время handover не должно превышать 1 с при переключении между IP подсетями и 150 мс в пределах одной подсети, время прерывания передачи данных не превышает 150 мс. Обязательна поддержка ждущего (idle), спящего (sleeping) режимов работы пользовательских терминалов, а также вызовов пользователя (paging), см. соответствующие разделы.

5. Полная мобильность (full mobility). Пользователь может передвигаться, в том числе переходить из соты в соту, со скоростью до 120 км/ч без ухудшения качества обслуживания. Гарантируется качество обслуживания для приложений реального времени (VoIP, видео-телефония, просмотр видео без буферизации) и нереального времени (см. ограниченная мобильность). Время handover не превышает 50 мс, время прерывания передачи данных не более 5 мс (или не более длительности одного кадра) [4].

2. Обзор современных систем беспроводного абонентского доступа

В рамках рынка, основная конкуренция WiMAX приходит из существующих, широко развернуты беспроводные системы, такие как UMTS и CDMA2000, а также ряд интернет-ориентированных систем, таких как HiperMAN и большой дальности мобильного Wi-Fi Mesh и сетей [5].

Основные стандарты сотовой связи в настоящее время развивались так называемые 4G, высокой пропускной способностью и низкой латентностью, все IP-сетей с голосовыми услугами построены на вершине. Во всем мире перейти на 4G для GSM/UMTS и AMPS/TIA (включая CDMA2000) является 3GPP Long Term Evolution усилий. Планируется замена CDMA2000 называемых, Ultra Mobile Broadband была прекращена. Для 4G систем, существующих интерфейсов воздуха, выбрасываемых в пользу OFDMA по нисходящей и различные OFDM методик по Uplink, похожие на WiMAX.

В некоторых районах мира, широкая доступность UMTS и общее стремление к стандартизации означает спектр не были выделены на WiMAX: в июле 2005 года ЕС-широким распределением частот для WiMAX была заблокирована.

Одним из значительных преимуществ передовых беспроводных систем, таких как WiMAX является спектральной эффективности. Например, 802.16-2004 (фиксированный) имеет спектральную эффективность 3,7 (бит / с) / Hertz, а другие 3,5-4G беспроводных систем предлагают спектральной эффективности, которые схожи с точностью до десятых долей процента. Заметным преимуществом WiMAX исходит от объединения SOFDMA со смарт-технологии антенны. Это увеличивает эффективную спектральной эффективности за счет многократного использования и смарт-топологиях развертывания сети. Прямое использование частот организация домена облегчает проекты с использованием MIMO-AAS по сравнению с CDMA / WCDMA методами, в результате чего более эффективных систем.

Сравнение основных поставщиков Интернет ресурса

2.2 Сравнение ключевых технологий WiMAX и LTE

Следующим шагом эволюции систем 3GPP, являются системы Long Term Evolution (LTE). Их отличает технология OFDMA в нисходящем канале и SC-FDMA - в восходящем. Модуляция - до 64-QAM, ширина канала - до 20 МГц, дуплексирование TDD и FDD. Применены адаптивные антенные системы, гибкая сеть доступа. Сетевая архитектура полностью IP - сеть. В системе LTE применяются технологии и методы, уже применяемые в мобильном WiMAX, поэтому следует ожидать схожей эффективности систем LTE (таблица 2-2).

Сравнение параметров реальных систем LTE и мольного WiMAX (релиз 1.5) в одинаковых частотных условиях при FDD с полосами 2х20 МГц

Системы LTE - это революционное улучшение 3G. LTE представляет переход от систем CDMA к системам OFDMA, а также переход к полностью IP - системе к коммуникацией пакетов. Поэтому внедрение этой технологии на существующих сетях сотовой связи означает необходимость новых радиочастотных ресурсов для получения преимущества от широкого канала. Для обеспечения обратной совместимости необходимы двухрежимные абонентские устройства. Поэтому плавный переход от систем 3G к LTE весьма сложен.

Сравнение ключевых параметров LTE и WiMAX Таблица 2.3

Рис. 2.1. Сравнение средней спектральной эффективности

Отметим, что преимущество в спектральной эффективности означает выигрыш в стоимости развертывания сети (в том числе в удельной стоимости по отношению к пропускной способности сети). Кроме того, возрастает канальная емкость, что позволяет операторам вводить дополнительные сервисы. Мобильный WiMAX представляет гладкую IP-сеть, сеть LTE более сложна (Рис. 2.2).

Рис. 2.2. Сравнение системных архитектур сетей WiMAX и LTE

Если сеть WiMAX основывается полностью на IP-протоколах IEEE, то сеть LTE более сложна, включает больше протоколов, в том числе проприетарные протоколы 3G. Немаловажно, что интеллектуальная собственность в области технологий WiMAX, соответствующие патенты распределены среди многих компаний, создан открытый патентный альянс, что позволяет снижать цены абонентских устройств.

Выводы сравнения WiMAX и LTE:

· WiMAX, и LTE отвечают целям IMT-Advanced;

· Спецификации IMT-Advancedеще не полностью определены;

· Стандарт IEEE802.16m будет полностью отражать спецификации и требования IMT-Advanced;

· Мобильный WiMAX релиз 1.5 и LTE имеют похожие характеристики. В обоих на линии от базы используется OFDMAс многоуровневой модуляцией и кодированием. Пиковые скорости практически одинаковы при одинаковых кратностях модуляции и скоростях корректирующего кода. В обоих используется и FDD, и TDD дуплексированиепри ширине канала до 20 МГц. В обоих используется MIMO большой кратности и уменьшение задержки;

· Мобильный WiMAX имеет двухлетний выигрыш по времени выхода на рынок и гладкую e2e IP архитектуру сети;

· Пропускная способность и спектральная эффективность мобильного WiMAX по релизу 2.0 имеет лучшие параметры, чем LTE;

· Мобильный WiMAX релиз 2.0 совместим с релизами 1.0 и 1.5;

· Инвестиции для преобразования сетей из 2G/3Gв LTEи в мобильный WiMAX примерно одинаковы;

· И для сетей LTE, и для сетей WiMAX необходим новый спектр;

· Для обоих сетей нужны многорежимные абонентские приборы;

2.3 Сравнение ключевых технологий WiMAX и Wi-Fi

WiMAX использует спектр, чтобы доставить «точка-точка подключения к Интернету. Различные 802,16 стандарты предусматривают различные виды доступа с портативных коммутаторов (по аналогии с беспроводным телефоном) для фиксированного (альтернатива проводного доступа, где беспроводные точки подключения конечных пользователей зафиксирована в регионе.)

Wi-Fi использует нелицензионное спектр для предоставления доступа к сети. Wi-Fi более популярна в устройствах конечных пользователей.

WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно различные качества обслуживания (QoS) механизмов. WiMAX использует механизм, основанный на связи между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на конкретных алгоритмов планирования. Wi-Fi имеет механизм QoS аналогичные фиксированной Ethernet, где пакеты могут получать различные приоритеты на основе их тегов.

Wi-Fi работает на Media Access Control 'S CSMA / CA протокол, который не гарантирует доставку и утверждения основаны, в то время как WiMAX работает ориентированный на соединение ПДК.

WiMAX профили определения размера канала, TDD / FDD и другими необходимыми атрибутами для того, чтобы иметь Inter-операционных продуктов. Нынешний фиксированный профили определяются как для FDD и TDD профилей. На данный момент, все мобильные профиль TDD только. Профили имеют фиксированные размеры канала 3,5 МГц, 5 МГц, 7 МГц и 10 МГц. Мобильные профили 5 МГц, 8,75 МГц и 10 МГц. (Примечание: 802,16 стандарт позволяет гораздо более широкий круг каналов, но только выше подмножества поддерживаются профили WiMAX.)

Ожидается, что WiMAX сможет обеспечить высокоскоростной беспроводной доступ проще и дешевле, чем существующие технологии сотовой связи. Эта технология также имеет возможности масштабирования, благодаря которым можно организовать недорогой широкополосный доступ по всей Индии. Беспроводная инфраструктура WiMAX может расширяться, чтобы обеспечить поддержку карманных и мобильных устройств, которые появятся в будущем. Это дает дополнительные преимущества для стран с развивающейся экономикой, подобным Индии, которые пока не имеют развитой широкополосной инфраструктуры.

Благодаря тому, что технология WiMAX основана на стандартах, она допускает положительный эффект масштаба, который сможет уменьшить стоимость широкополосного доступа, обеспечить возможность взаимодействия и упростить реализацию. В случае отсутствия стандартов производители специализированного оборудования предлагают полный комплекс аппаратных и программных компонентов, и из-за ограничительного лицензирования увеличиваются расходы. Поставщикам услуг выгоднее работать со стандартной продукцией, т. к. совместимость различных устройств и большие объемы выпуска позволяют сократить стоимость оборудования [5].

3. Обоснование элементов сети связи

3.1 Структура сети связи

WiMAX NWG (network working group - группа разработки сети) разработала RP (reference points - стыки и интерфейсы), т.е. концептуальные соединения между различными функциональными элементами: ASN, СSN, АС, БС. Стыки не всегда являются физическими соединениями, а только в тех случаях, когда функциональны элементы расположены в разных местах, т.е. в различных физических устройствах. Следует отметить, что WiMAX Forum продолжает работу по совместимости разработанных RP на основе специфицированных нормативных протоколов c целью обеспечения максимальной пропускной способности сети. В таблице. 3.2 представлены разработанные RP.

Таблица 3.2.

Архитектура сети WiMAX похожа на архитектуру многих IP сетей доступа, где инфраструктуру уровня L2 (уровня соединений) используют при концентрации трафика индивидуальных пользователей, где находятся элементы, которые обеспечивают конечные пользовательские устройства IP адресами для доступа к приложениям и услугам. В данном случае ASN представляет собой инфраструктуру канального уровня, обеспечивающую концентрацию каналов, а CSN предоставляет абонентам адреса IP и обеспечивает доступ к IP приложениям [7].

Рис. 3.4. Логическое представление архитектуры WiMAX.

WiMAX Forum предлагает два варианта протокольного обмена в транспортной сети (рис. 3.5, рис. 3.6). Различие между решениями состоит в организации интерфейса R6 в пользовательской плоскости (плоскости передачи данных). В любом варианте данные между БС и шлюзом ASN передают на основе туннельного протокола GPE (Generic Routing Encapsulation). На рис. 18 поверх него следует протокол IP-Ethernet, а на рис. 19 возможны любые другие технологии передачи IP пакетов. Отличия состоят в том, что перед передачей пакетов по радиоинтерфейсу организуют конвергенцию (обработку заголовков) либо на уровне Ethernet, либо непосредственного на уровне IP. На интерфейсе R3 при передаче данных используют локальную маршрутизацию на основе IP протоколов, используя технологию IP-over-IP.

Рис. 3.5. Стек протоколов передачи информации в транспортной сети WiMAX, с использованием Ethernet.

Рис. 3.6. Стек протоколов передачи информации в транспортной сети WiMAX, с использованием IP протоколов

3.3 Подключение к сети (Network Entry)

Процедура подключения к сети - это первый шаг, который должен быть выполнен абонентской станцией (АС, Mobile Subscriber Station), желающей осуществлять прием / передачу информации в сети IEEE 802.16. Отметим, что каждый узел в сети IEEE 802.16 имеет уникальный идентификатор, в качестве которого используется MAC адрес устройства (48 бит).

Процедура подключения к сети может быть разбита на следующий набор шагов:

Сканирование радио канала и установка синхронизации с базовой станцией (БС)

Получение параметров передачи (из сообщения UCD, Uplink Channel Descriptor)

Рейнжинг (Ranging)

Обсуждение базовых возможностей

Авторизация АС и обмен ключами шифрования

Регистрация АС на БС

Установление возможности создания IP соединений

Установка времени дня

Передача параметров работы

Установка и настройка соединений

Шаги e), g), h) и i) стандарт определяет как опциональные, то есть не обязательные. Рассмотрим некоторые из обязательных процедур более подробно.

Синхронизация и получение параметров приема / передачи.

Синхронизация на MAC уровне (Media Access Control, УДС) считается установленной как только АС успешно приняла и декодировала сообщение DL-MAP. Это сообщение содержит информацию о расписании передач в нисходящем канале, то есть расписание передач от БС к АС. Также АС принимает сообщение DCD (Downlink Channel Descriptor), которое содержит информацию о различных параметрах нисходящего канала (используемые схемы кодирования и моделирования и т.д.). После установления MAC синхронизации АС ждет приема UCD сообщения, в этом сообщении содержатся необходимые параметры для передачи первого сообщения от АС

к БС.

Рейнжинг (Ranging).

Стандарт IEEE 802.16e определяет 3 различных типа рейнжинга: начальный (initial), периодический (periodic) и рейнжинг во время хендовера (handover). Описываемая ниже процедура рейнжинга предполагает, что в качестве физического уровня используется OFDMA (Orthogonal Frequency DivisionMultipleAccess).

АС должна выполнить процедуру начального рейнжинга как минимум один раз. Эта процедура нужна для более точной синхронизации АС по времени, частоте и мощности передачи. Во время процедуры рейнжинга АС посылает CDMA код к БС. Для этого АС случайным образом выбирает номер кадра, в котором будет осуществляться передача CDMA кода. И после приема и декодирования сообщения UL-MAP для выбранного кадра и получения информации о расположении рейнжинг интервала (ranging interval), АС случайным образом выбирает частотный подканал, OFDM символ и CDMA код и осуществляет передачу. Начальный рейнжинг занимает, как правило, большее число OFDM символов, чем остальные виды рейнжинга.

Для каждого типа рейнжинга, а также для передачи запроса на использование радио ресурса (BW Request), отводятся не пересекающиеся множества CDMA кодов. БС в сообщении UCD передает информацию о том какие CDMA коды следует использовать при том или ином типе рейнжинга, а какие при запросе ресурса для передачи информации. В результате все множество CDMA кодов разбивается на 4 подмножества (initial ranging, periodic ranging, HO ranging, BWRequest).

После передачи CDMA кода, АС ожидает ответа от БС в виде RNG-RSP сообщения или аллокации (выделении части ресурса для передачи информации от АС). Если переданный CDMA код был успешно принят БС и никакие дополнительные подстройки со стороны АС не нужны, БС с помощью CDMA Allocation выделяет АС ресурс для передачи сообщения RNG-REQ, в котором содержится MAC адрес АС. После передачи RNG-REQ сообщения АС ожидает передачи сообщения RNG-RSP от БС. В сообщении RNG-RSP содержится информация о состоянии рейнжинг процедуры. БС может выставить одно из следующих состояний:

Отмена (Abort)

Успех (Success)

Подстройка (Continue)

В случае, когда БС сообщает об отмене рейнжинг процедуры, АС должна прекратить какую-либо передачу на данном частотном канале и начать сканирование других частотных каналов.

В случае, когда БС выставляет состояние «подстройка» (continue), в сообщении RNG-RSP содержатся значения, на которые АС должна поменять свои параметры по частоте, времени, мощности передачи. После применения этих значений, АС должна еще раз осуществить передачу CDMA кода. В этом случае используется механизм периодического рейнжинга.

В случае, когда БС определяет состояние рейнжинг процедуры как «успех» (success), это значит, что процедура начального рейнжинга успешно завершена. И в сообщении RNG-RSP содержатся значения Basic и Primary CID (Connection IDentifier). Эти значения (CIDs) определяют управляющие соединения БС с АС (в системе IEEE 802.16 каждое соединение имеет свой идентификатор, CID). Отметим, что все аллокации выдаются на определенный CID. Так как на момент выделения ресурса для передачи RNG-REQ сообщения абонентской станции еще не выделены Basic и Primary CIDs используется CDMA Allocation. Во время этой аллокации БС указывает номер кадра, частотного подканала и OFDM символа, в которых осуществлялась передача CDMA кода, а также номер самого кода. В этом случае, АС «понимает», что эта аллокация адресована ей для передачи RNG-REQ.