PTP – PMP (Με κριτήριο την τοπολογία του δικτύου)

Αρχιτεκτονική Δικτύου

4.1 PTP – PMP (Με κριτήριο την τοπολογία του δικτύου)

Τo πρότυπο IEEE 802.16 σχεδιάστηκε τόσο για λειτουργίες ζεύξης σημείο προς σημείο (point-to-point - (PTP)) όσο και για πολυσημειακές (point-to-multipoint - (PMP)) λειτουργίες. H πολυσημειακή ανάπτυξη δικτύου προϋποθέτει μια κυψελοειδούς μορφής αρχιτεκτονική, με την κάθε περιοχή κυττάρων να καλύπτει μια ακτίνα μέχρι πέντε ή έξι μίλια και να χειρίζεται μέχρι αρκετές εκατοντάδες συνδρομητές. Ενώ η μέγιστη απόσταση που καλύπτει η τεχνολογία επεκτείνεται λίγο πάνω από 30 μίλια, είναι απίθανο να χρησιμοποιηθεί, με εξαίρεση μερικές back-haul PTP εφαρμογές.
Κάθε ασύρματο δίκτυο λειτουργεί πλήρως σε ένα κοινό μέσο και υπό αυτήν τη μορφή. Αυτό απαιτεί έναν μηχανισμό που να ελέγχει την πρόσβαση των μονάδων συνδρομητών στο μέσο. Το πρότυπο 802.16a, όπως αναφέρουμε και παραπάνω, χρησιμοποιεί ένα slotted πρωτόκολλο TDMA, που σχεδιάζεται από το σταθμό βάσης για να προσδιορίσει τις δυνατότητες των συνδρομητών σε μια point-to-multipoint (PMP) τοπολογία δικτύων.
Ζεύξεις σημείου προς σημείο μπορούν να επιτευχθούν καλύπτοντας μεγάλες αποστάσεις και μεγάλους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Ο Πίνακας 5 δείχνει ενδεικτικές αποστάσεις επικοινωνίας σε Οπτική Επαφή (LOS) µε Fresnel Zone Clearance, το οποίο αναλύεται και παρακάτω, όπως επίσης και τους αντίστοιχους ενδεικτικούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Ο Πίνακας 6 απεικονίζει τις αποστάσεις και τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων σε PMP ανάπτυξη δικτύου.



Μια συχνή επιλογή για την τοπολογία επικοινωνίας συνδρομητή με συνδρομητή στο πρότυπο 802.16 και στην περίπτωση μη οπτικής επαφής (NLOS) είναι η τοπολογία πλέγματος (Mesh mode). Συμπεριλαμβάνεται στο πρότυπο για να επιτρέψει υπέρθετα δίκτυα στο φάσμα συχνοτήτων χωρίς άδεια και να επεκτείνει τα άκρα του βεληνεκούς του WMAN με χαμηλό κόστος. Η υποστήριξη της τοπολογίας πλέγματος έχει επεκταθεί πρόσφατα και στις εξουσιοδοτημένες ζώνες.
Αν και έχει ιδιαίτερα σύνθετη τοπολογία και τρόπο αποστολής μηνυμάτων, η τοπολογία πλέγματος είναι μια καλή εναλλακτική λύση στη συνηθισμένη περίπτωση μη οπτικής επαφής, δεδομένου ότι κλιμακώνεται καλά και διαχειρίζεται την παρέμβαση που στερείται άδειας. Επιτρέπει σε μία κοινότητα να έχει πυκνές συνδέσεις WiMAX με χαμηλότερο κόστος, με δυνατές επικοινωνίες καθώς υπάρχουν πολλαπλές πορείες για να ακολουθήσει η κίνηση.



4.2 LOS – NLOS - OLOS
Το WiMAX μπορεί να παρέχει δύο είδη ασύρματων υπηρεσιών:
• Υπάρχει η περίπτωση non-line-of-sight (NLOS), ένα είδος υπηρεσίας σαν το WiFi, όπου μία μικρή κεραία στον προσωπικό υπολογιστή συνδέεται σε έναν πύργο. Σε αυτή την περίπτωση, το WiMAX χρησιμοποιεί ένα φάσμα χαμηλότερης συχνότητας -- 2 GHz με 11 GHz (παρόμοιο με το WiFi). Μεταδόσεις χαμηλότερης κυματομορφής δεν είναι τόσο εύκολο να διακοπούν από φυσικά εμπόδια – μπορούν πολύ πιο εύκολα να διαθλαστούν ή να παρακάμψουν εμπόδια.
• Υπάρχει και η δυνατότητα εξυπηρέτησης της περίπτωσης line-of-sight (LOS), όπου μία σταθεροποιημένη κεραία δείχνει απευθείας στον πύργο WiMAX από κάποια στέγη ή άλλο υπερυψωμένο σημείο. Η LOS σύνδεση είναι πιο δυνατή και σταθερή και για αυτό μπορεί να μεταδίδει σημαντικό μέγεθος δεδομένων χωρίς πολλά λάθη.
Όταν ζητείται η ασύρματη ζεύξη μεταξύ δύο σημείων είναι βασικό να γνωρίζουμε αν τα σημεία αυτό βρίσκονται σε συνθήκες οπτικής επαφής (LOS) ή όχι (NLOS). Σε μια ζεύξη σημείων που βρίσκονται σε οπτική επαφή, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα κατευθύνεται απευθείας από την κεραία του πομπού στην κεραία του δέκτη χωρίς να υποστεί κάποια ανάκλαση από γειτονικά εμπόδια. Απαραίτητη προϋπόθεση για να συμβαίνει το παραπάνω είναι να είναι ελεύθερη από εμπόδια μια περιοχή του ασύρματου καναλιού μεταξύ των δύο σημείων προς επικοινωνία που ονομάζεται ελλειψοειδές του Fresnel (Fresnel Zone). Η ζώνη Fresnel υπολογίζεται από τον παρακάτω τύπο:



Όταν ένα εμπόδιο βρίσκεται μέσα στη πρώτη ζώνη του fresnel τότε το κανάλι χαρακτηρίζεται σαν OLOS (Optical Line of Site). Το πρότυπο ΙΕΕΕ 802.16 μπορεί να παρέχει επικοινωνία και σε σημεία τα οποία βρίσκονται σε συνθήκες OLOS κάτι που ο προκάτοχος του (ΙΕΕΕ 802.11) δύσκολα μπορούσε να πετύχει. Η χρήση της διαμόρφωσης OFDM επιτρέπει στο πρότυπο να εξασφαλίζει σταθερές και αξιόπιστες συνδέσεις ακόμα και σε συνθήκες µη οπτικής επαφής (Non Line of Sight – NLOS - Σχήμα 107).Η τεχνική OFDM υποστηρίζει μετάδοση µε πολλαπλές φέρουσες προσδίδοντας στο πρότυπο ανθεκτικότητα στη μετάδοση των δεδομένων και πολύ καλές επιδόσεις σε ότι αφορά το φαινόμενο της πολυδιόδευσης (multipath fading). Επιπλέον η χρήση κωδίκων διόρθωσης σφαλμάτων όπως οι FEC (Forward Error Correction) και CRC (Cyclic Redundancy Check) προσδίδει στο πρότυπο τη δυνατότητα αξιόπιστης μετάδοσης κρατώντας σε χαμηλά επίπεδα την ισχύ εκπομπής και λήψης.


Η ομάδα εργασίας IEEE 802.16 έχει αναπτύξει τo point-to-multipoint ευρυζωνικό ασύρματο πρότυπο πρόσβασης για συστήματα στα φάσματα συχνότητας 10-66 GHz. Το πρότυπο καλύπτει τόσο το επίπεδο MAC όσο και το φυσικό επίπεδο (PHY). Διάφορες εκτιμήσεις PHY λήφθηκαν υπόψη για το περιβάλλον στόχων. Στις υψηλότερες συχνότητες, το LOS είναι απαιτούμενο. Αυτή η απαίτηση διευκολύνει την επίδραση πολυδιόδευσης, επιτρέποντας στα κανάλια μεγάλου πλάτους, χαρακτηριστικά μεγαλύτερα από 10 MHz στο εύρος ζώνης.