Комп’ютерні мережі архітектури WiMAX (стр. 4 из 8)
Для додатків, у яких періодичність і розмір пакетів фіксовані (наприклад, у телефонії шина E1), передбачений механізм доступу до каналу без вимоги (UGS). У цьому випадку БС із заданим періодом надає АС для передачі даних інтервали фіксованого розміру, що відповідають швидкості потоку даних. Якщо в ході роботи АС потрібно змінити умови доступу, вона робить це за допомогою спеціального MAC-підзаголовка керування наданням каналу. У цьому підзаголовку є спеціальний прапор «опитай мене», установивши який, АС просить у БС інтервал для запиту нової смуги. Істотно, що в згаданому підзаголовку є спеціальний біт індикації переповнення вихідного буфера передавача АС, що приводить до втрати даних. БС може відреагувати на появу цього сигналу, наприклад, збільшивши смугу для даної АС.
Стандарти групи ІEEE 802.16 включали три основних документи – властиво стандарт ІEEE 802.16–2001, що описує загальні принципи мережі і зосереджуються на діапазоні 10–66 ГГЦ, і два доповнення – ІEEE 802.16c-2002 (особливості роботи в діапазоні 10–66 ГГЦ) і ІEEE 802.16a-2003 – мережі в діапазоні 2–11 Ггц. Всі три документи – ІEEE 802.16–2001, ІEEE 802.16a й ІEEE 802.16c – фактично являли собою набір виправлень і доповнень до базового стандарту ІEEE 802.16. Зрозуміло, працювати із трьома документами замість одного незручно. Крім того, відразу ж після публікації стандартів стали з'являтися численні виправлення й доповнення.
Врахування виправлення й доповнення взяла на себе робоча група ІEEE 802.16d. Безпосередньо по роботі зі створення єдиного документа, з урахуванням всіх виправлень вона приступила з 11 вересня 2003 року. 24 червня 2004 року був офіційно затверджений новий стандарт – ІEEE 802.16–2004, що заміняє собою документи ІEEE 802.16–2001, ІEEE 802.16c-2002 й ІEEE 802.16a-2003. Дата його публікації – 1 жовтня 2004 року.
Новий документ – це компіляція вже існуючих стандартів, однак з досить серйозними змінами й уточненнями в окремих главах. Головним чином вони торкнулися глав, що входили раніше в ІEEE 802.16a. Стандарт описує принципи побудови мереж регіонального масштабу в діапазонах до 66 ГГЦ – точніше, їх фізичний і канальний рівні. Для цього передбачено п'ять режимів (таблиця 2). З них тільки WіrelessMAN-SC призначений для роботи в діапазоні 10–66 Ггц. Він орієнтований на магістральні мережі («точка-точка», «точка-багатоточка»), що працюють у режимі прямої видимості, з типовими швидкостями потоку даних 120 Мбіт/с і шириною каналу порядку 25 Мгц. Це фактично описаний у документі ІEEE 802.16–2001 радіо інтерфейс широкополосного доступу з модуляцією однієї несучої на канал (SC), що розглядався вище.
Таблиця 2. Основні режимі в стандарті IEEE 802.16–2004
| Режим | Частотний діапазон, ГГц | Опції | Метод дуплексування |
| WirelessMAN-SC | 10–66 | TDD/FDD | |
| WirelessMAN-SCa | <11 | AAS/ARQ/STC | TDD/FDD |
| WirelessMAN-OFDM | <11 | AAS/ARQ/STC/Mesh | TDD/FDD |
| WirelessMAN-OFDMA | <11 | AAS/ARQ/STC | TDD/FDD |
| WirelessHUMAN | <11 | DFS/AAS/ARQ/Mesh/STC | TDD |
Інші режими розроблені для діапазонів менш 11 Ггц. Один з них – WіrelessMAN-SCa – це «низькочастотна» варіація WіrelessMAN-SC (з рядом додаткових механізмів, зокрема допускається 256-позиційна квадратурна модуляція 256-QAM). Інший, WіrelessHUMAN, призначений для роботи в без ліцензійних діапазонах (США і Європа). Зате два останніх режими – WіrelessMAN-OFDM і WіrelessMAN-OFDMA – це принципово нові стосовно ІEEE 802.16–2001 методи.
Принципово, що істотна увага в стандарті ІEEE 802.16–2004 приділено якості обслуговування (Qo), а також механізмам захисту даних і з'єднань. З огляду на, що ІEEE 802.16 принципово орієнтований на роботу в ліцензованих діапазонах, а також його фактичне загальносвітове визнання (у Європі він прийнятий ETSІ під ім'ям HіperMAN) і підтримку ведучих виробників устаткування (що об'єдналися в WіMAX Forum), можна з великою впевненістю припустити, що в найближчі роки нас очікує нова хвиля «бездротової революції».
Стандарт ІEEE 802.16 регламентує роботу на фізичному й канальному рівнях. Для підтримки протоколів верхнього рівня (ATM, ІP і т.д.) передбачений підрівень «перетворення сервісу», основне завдання процедур якого – розпізнати й класифікувати тип даних для ефективної їхньої передачі через мережі ІEEE 802.16. Для оптимізації трансльованих потоків передбачений спеціальний механізм видалення повторюваних фрагментів заголовків PHS пакетів або ATM-осередків верхніх рівнів. Механізм PHS дозволяє позбутися від передачі надлишкової інформації: на передавальному кінці пакети додатків відповідно до певних правил перетворяться в структури даних канального рівня ІEEE 802.16, на прийомному – відновлюються.
Весь потік даних у мережах ІEEE 802.16 – це потік пакетів. На основному підрівні канального рівня формуються пакети даних (MAC PDU), які потім передаються на фізичний рівень, інкапсулюється у фізичні пакети й транслюються через канал зв'язку. Пакет PDU включає заголовок і поле даних (його може й не бути), за яким може випливати контрольна сума CRC. Заголовок PDU займає 6 байт і може бути двох типів – загальний і заголовок запиту смуги пропущення. Загальний заголовок використається в пакетах, у яких є присутнім поле даних. У цьому заголовку вказується ідентифікатор з'єднання (CІ), тип і контрольна сума заголовка, а також приводиться інформація про наявність у поле даних підзаголовків і повідомлень ARQ.
Заголовок запиту смуги (також 6 байт) застосовується, коли АС просить у БС виділити або збільшити їй смугу пропущення в спадному каналі. При цьому в заголовку вказується CІ і розмір необхідної смуги (у байтах, без обліку заголовків фізичних пакетів). Поля даних після заголовків зі смуги немає.
Поле даних може містити: підзаголовки MAC, що управляють повідомлення й властиво дані додатків верхніх рівнів, перетворені на CS-підрівень. МАС-подзаголовки можуть бути п'яти типів – упакування, фрагментації, керування наданням каналу, а також підзаголовок каналу швидкого зворотного зв'язку.
Керуючі повідомлення – це основний механізм керування системою ІEEE 802.16. Усього зарезервовано 256 типів керуючих повідомлень, з них використаються тільки 48. Формат керуючих повідомлень просте – поле типу повідомлення (1 байт) і поле даних (параметрів) довільної довжини.
Доступ до каналу надається винятково базовою станцією по попередньому запиті. Початкова ініціалізація АС і запит каналу відбуваються на основі механізму конкурентного доступу в спеціально відведені для цього тимчасових інтервалах. БС призначає АС час і тривалість доступу до каналів залежно від типів даних і пріоритетів. Канальний ресурс конкретної АС може змінюватися за допомогою опитування з боку БС або спеціальних керуючих повідомлень із боку АС при черговій передачі даних.
На фізичному рівні стандарт ІEEE 802.16 передбачає три принципово різних методи передачі даних: метод модуляції однієї несущої (SC, а в діапазоні нижче 11 ГГЦ – SCa), метод модуляції за допомогою ортогональних несучих OFDM і метод множинного доступу за допомогою ортогональних несучих OFDMA.
Режим OFDM – це метод модуляції потоку даних в одному частотному каналі (шириною 1–2 МГЦ і більше) із центральною частотою. Розподіл же на канали, як й у випадку SC – частотне. При модуляції даних за допомогою ортогональних несучих у частотному каналі виділяються
поднесущих так, що 
, де 
- ціле число із діапазону 
(в даному випадку 
). Відстань між ортогональними несущими 
, де 
– довжина передачі в символі.Дані OFDM-символу включає захисний інтервал довжиною
, так що загальна довжина OFDM-символу 
. 
Рисунок 9 – Захисний OFDM-символ
Інтервал являє собою копію закінченого фрагменту символу. Його тривалість
може складати 1/4, 1/8, 1/16 і 1/32 .Кожний символ модулюється незалежно, за допомогою квадратурної амплітудної модуляції. Загальний сигнал обчислюється методом швидкого перетворення Фур'є (ОБПФ):
,де
- комплексне подання символу квадратурної модуляції (QAM-символу). Комплексне подання зручне, оскільки генерація радіосигналу відбувається за допомогою квадратурного модулятора відповідно до вираження: 
,де
і 
– синфазне й квадратурне (цілого і допустиме) значення комплексного символу.