Tehnologia WiMAX: studiul calității serviciului (QoS) folosind mediul de [625838]

Universitatea “Politehnica” din București
Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

Tehnologia WiMAX: studiul calității serviciului (QoS) folosind mediul de
simulare OPNET

Proiect de diplomă

prezentat ca cerință parțială pentru obținerea titlului de
Inginer în domeniul Inginerie electronică și telecomunicații
programul de studii de licență Tehnologii si Sisteme de Telecomunicații

Conducător științific Absolvent: [anonimizat]. Ion MARGHESCU Eduardo -Haniel MELO

Anul 201 6

Cuprins

Listă figuri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 9
Listă tabele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 11
Listă acronime ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 13
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 17
1 Comunicații de bandă largă fără fir. Standardul 802.16 ………………………….. ……………………….. 19
1.1 Evolu ția comunicațiilor de bandă largă fără fir ………………………….. ………………………….. ……. 19
1.1.1 Sisteme de comunicații de bandă îngustă fără fir cu buclă locală ………………………….. ……. 20
1.1.2 Prima generație de sisteme de comunicații de bandă largă cu linie de vizibilitate (LOS) …. 21
1.1.3 A doua generație de sisteme de comunicații de bandă largă fără linie de vizibiltate (NLOS)
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 23
1.1.4 Sisteme de comunicații de bandă largă fără fir bazate pe standarde ………………………….. … 23
1.2 Standardul 802.16 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 24
1.2.1 Scur t istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 24
1.2.2 Evoluția standardelor IEEE 802.16 ………………………….. ………………………….. ……………….. 25
1.3 WiMAX mobil ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 27
1.3.1 Noțiuni ge nerale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 27
1.3.2 Procesul de transfer în WiMAX mobil ………………………….. ………………………….. ……………. 29
1.4 Aspecte finale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 30
2 Nivelul fizic și nivelul MAC. Arhitectura WiMAX ………………………….. ………………………….. …….. 31
2.1 Nivelul fizic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 31
2.1.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 31
2.1.2 Aspecte de bază OFDM ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 32
2.1.3 Avantaje și dezavantaje OFDM ………………………….. ………………………….. …………………….. 34
2.1.4 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ………………………….. …………… 35
2.1.5 Parametri OFDM și OFDMA în WiMAX ………………………….. ………………………….. ………… 38
2.1.6 Utilizarea subcanalelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 40
2.1.7 Structura segmentelor și a cadrelor ………………………….. ………………………….. ……………….. 42
2.2 Nivelul MAC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 45
2.2.1 Noțiuni in troductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 45
2.2.2 Mecanisme de accesare a canalului ………………………….. ………………………….. ……………….. 46

2.2.3 Calitatea serviciului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 47
2.2.4 Caracteristici de economisire a energiei ………………………….. ………………………….. ………… 50
2.2.5 Mobilitatea ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 51
2.2.6 Funcții legate de securitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. 53
2.2.7 Servicii multidestinație și de difuzare ………………………….. ………………………….. …………….. 54
2.2.8 Cererea de repetare automată (ARQ) ………………………….. ………………………….. …………….. 55
2.2.9 Cererea de repetare automată hibridă (HARQ) ………………………….. ………………………….. .. 57
2.3 Arhitectura ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 59
2.3.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 59
2.3.2 Modelul de referință al rețelei ………………………….. ………………………….. ………………………. 59
2.3.3 Stațiile mobile ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 60
2.3.4 Rețe aua de acces la servicii (ASN) ………………………….. ………………………….. ………………… 60
2.3.5 Stația de bază ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 61
2.3.6 Poarta de acces a rețelei (ASN Gateway) ………………………….. ………………………….. ……….. 61
2.3.7 Rețeaua serviciului de conectivitate (CSN) ………………………….. ………………………….. ……… 61
2.4 Aspecte finale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 63
3 Evaluarea calității serviciului pentru tehnologia WiMAX folosind mediul de simulare OPNET … 65
3.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 65
3.2 Prezentarea mediului de simulare OPNET v.14.5 ………………………….. ………………………….. …. 65
3.3 Implementarea mecanismului QoS pentru tehnologia WiMAX ………………………….. …………….. 66
3.3.1 Noțiuni introductive ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 66
3.3.2 Modelarea rețelei ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 67
3.3.3 Optimizarea performențelor rețelei prin intermediul mecanismelor QoS ………………………. 68
3.3.4 Primul scenariu analizat ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 69
3.3.5 Implementarea mecanismului UGS cu scopul de a îmbunătăți performanțele ………………… 74
3.3.6 Implementarea mecanismului ertPS pentru îmbunătățirea performanțelor ……………………. 80
3.3.7 Analiza performanțelor după modificarea priorității traficului aplicației HTTP …………….. 84
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 89
Referințe bibliografice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 91
Anex ă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 93

Listă figur i

Figura 1: Logo WiMAX ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 17
Figura 1 -1: Configurația WLL -adaptată după [4] ………………………….. ………………………….. ………….. 21
Figura 1 -2: Antenă MMDS[6] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 22
Figura 1 -3: Modelul de referință OSI -adaptat după [8] ………………………….. ………………………….. ….. 25
Figura 1 -4: Modul de funcționare PMP -adaptată după [9] ………………………….. ………………………….. 28
Figura 1 -5: Modul de funcționare mesh -adaptată după [10] ………………………….. ………………………… 28
Figura 2 -1: Plasarea nivelului fizic în s tiva de protocoale 802.16m –adaptată după [2] ………………. 31
Figura 2 -2: Ilustrarea ideei din spatele OFDM -adaptată după [8] ………………………….. ……………….. 33
Figura 2 -3: Generarea semnalului OFDM -adaptată după [8] ………………………….. ……………………… 34
Figura 2 -4: Alocarea subpurtătoarelor în OFDMA[12] ………………………….. ………………………….. ….. 35
Figura 2 -5: OFDM reprezentat în domeniul timp și frecvență -adaptat după [14] ………………………… 36
Figura 2 -6: Prezentare comparativă a alocării subpurtătoarelor în OFDM și OFDMA[12] ………….. 37
Figura 2 -7: Transmisia OFDMA a unei serii QPSK de simboluri[15] ………………………….. ……………. 38
Figura 2 -8: Maparea zonelor în cadrul OFDMA WiMAX[13] ………………………….. ……………………… 42
Figura 2 -9: Structura cadrului OFDMA[2] ………………………….. ………………………….. …………………… 43
Figura 2 -10: Structura subcadrului de DL pentru TDD -adaptată după referință[16] ……………………. 44
Figura 2 -11: Structu ra subcadrului de UL pentru TDD -adaptată după referință[16] ……………………. 45
Figura 2 -12: Exemple de cadre MAC -adaptată dupa referință[2] ………………………….. …………………. 46
Figura 2 -13: Schema transferului prin FBSS[11] ………………………….. ………………………….. …………… 52
Figura 2 -14: Schema ransferului prin MDHO[11] ………………………….. ………………………….. …………. 53
Figura 2 -15: Ilustrarea funcționării mecanismelor ARQ -adaptată după referință[8] ……………………. 56
Figura 2 -16: Ilustrarea modului de funcționare al celor două tipuri de HARQ[8] ………………………… 58
Figura 2 -17: Modelul de referință al rețelei [13] ………………………….. ………………………….. …………… 59
Figura 2 -18: Structura WiMAX bazată pe protocolul IP[13] ………………………….. ………………………… 62
Figura 3 -1: Interfața grafică OPNET v14.5 ………………………….. ………………………….. ………………….. 65
Figura 3 -2: Etapele de lucru pentru analiza și simularea unei rețele în OPNET -adaptat după
referință[17] ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 66
Figura 3 -3: Topologia rețelei ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 69
Figura 3 -4: Performanța globală a aplicației de voce: ………………………….. ………………………….. ……. 71
Figura 3 -5: Performanța globală a aplicației HTTP: ………………………….. ………………………….. ……… 72
Figura 3 -6: Performanța generală a rețelei: ………………………….. ………………………….. …………………. 73
Figura 3 -7: Modificarea tipului de serviciu și a fluxului de serviciu pentru aplicația de voce …………. 75
Figura 3 -8: Selectarea tipului de serviciu pentru aplicația HTTP ………………………….. …………………. 75
Figura 3 -9: Modificarea tipului de planificator și al clasei de serviciu ………………………….. …………… 76
Figura 3 -10: Performanța globală a aplicației de voce pentru al doilea scenariu: ……………………….. 77
Figura 3 -11: Performanța globală a aplicației HTTP pentru al doilea scenariu: …………………………. 78
Figura 3 -12: Performanța generală a rețelei pentru al doilea scenariu: ………………………….. ………… 79
Figura 3 -13: Performanța globală a aplicației de voce pentru al treilea scenariu: ……………………….. 81
Figura 3 -14: Performanța globală a aplicației HTTP pentru al treilea scenariu: …………………………. 82
Figura 3 -15: Performanța globală a rețelei pentru al treilea scenariu: ………………………….. ………….. 83

Figura 3 -16: Promovarea traficului HTTP la Interactive Multimedia ………………………….. ……………. 84
Figura 3 -17: Performanța generală a aplicației de voce pentru al patrulea scenariu:: ………………….. 85
Figura 3 -18: Performanța generală a aplicației HTTP pentru al patrulea scenariu: …………………….. 86
Figura 3 -19: Performanța generală a rețelei pentru al patrulea scenariu: ………………………….. ……… 87

Listă tabele

Tabelul 1 -1: Date importante despre evoluția comunicațiilor de bandă largă fără fir [2]….. ………. ……19
Tabelul 1 -2: Standarde 802.16 [2]………………………………… ……….. …………………..… ……….. .……26
Tabelul 2 -1: Parametri OFDM și OFDMA în Wi MAX -adaptat după [2]…….. ……………. ………….. ………39
Tabel 3 -1: Parametri de măsură cu cerințele QoS [20]……………………………………… .………. .….…67
Tabel 3 -2: Coresepondența între Prioritatea Utilizatorului și Categoria de acces [11] …. …………… …..76

Listă acronime

Acronime Semnificația in limba engleză Echivalentul în limba română
3DES Triple Data Encryption Standard Standard de criptare triplă a datelor
3GPP 3rd Generation Partnership Project Proiectul de parteneriat pentru a treia
generație
AAA Authentication. Authorization, Accounting Autentificare, autorizare,
contabilitate
ACK Acknowledgment Mesaj de confirmare
AES Advanced Encryption Standard Standard avansat de criptare
AMC Adaptive Modulation and Coding Codare și modulare adaptiv e
ARQ Automatic Repeat Request Cerere de repetare automată
ASN Access Service Network Rețeaua de acces la servicii
ASN -GW Access Service Network -Gateway Poarta de acces a rețelei
ATM Asynchronous Transfer Mode Mod asincron de transfer
BPSK Binary Phase Shift Keying Modulație cu deplasare binară de
fază
BS Base station Stație de bază
CDMA Code -Division MultipleA access Acces multiplu prin diviziune în cod
CID Connection Identifier Identificator de conexiune
CMAC Cipher -Based Message Authentication
Code Cod de autentificare prin mesaje
bazate pe codare
CP Cyclic Prefix Prefix ci clic
CPE Customer Premises Equipment Echipamentul din sediul clientului
CQICH Channel -Qualit y Indicator Channel Canal de ind icare a calității
CRC Cyclic Redundancy Check Verificare ciclică a redundanței
CSN Connectivity Service Network Rețeaua serviciului de conectivitate
DCD Dowlink Channel Descriptor Descriptor de canal în legătură
descendentă
DECT Digital Enhanced Cordless
Telecommunications Telecomunicații digitale
îmbunătățite fără fir
DL Downlink Legătură descendentă
DOCSIS Data Over Cable Service Interface
Specification Specificarea interfeței serviciului de
date transmise prin cablu
DSL Digital Subscriber Line Linii digitale de abonat
DVB -H Digital Video Broadcast -Handheld Difuzare video digital -portabile
ERT -VR Extended real -time variable -rate service Servicii cu rată variabiă în timp real
extins
ETSI European Telecomm unications Standards
Institute Institutul European pentru Standarde
în Telecomunicații
FBSS Fast Base Station Switching Comu tare rapidă a stației de bază
FCC Federal Communications Commission Comisia Federală de Comunicații
FCH Frame Control Header Antet de control al cadrului
FDD Frequency -division duplexing Duplexare cu diviziune în frecvență

FEC Frame Error Check Controlul cadrelor pentru erori
FIPS Federal Information Processing Standard Standard Fedederal de Procesare a
Informației
FTP File Transfer Protocol Protocolul de transfer de fișiere
FTT Fast Fourier Transform Transformata Fourier Rapid ă
FUSC Full Usage of Subcarriers Utilizarea totală a subpurtătoarelor
GMH Generic MAC Header Antet generic MAC
GPC Grant Per Connection Garantarea resurselor pe conexiune
GPSS Grant Per Subscriber Station Garantarea resurselor pe stație de
abonat
HARQ Hybrid Automatic Request Repeat Cerere de repetare automată hibridă
HHO Hard Handover Transfer de salvare
HIPERMAN High -Performance Metropolitan Ar ea
Network Rețele metropolitane cu performanțe
înalte
HMAC Hash -Based Message Authentication Code Cod de autentificare prin mesaje
bazate pe combinări
HTTP Hypertext Transfer Protocol Protocolul de Transfer de Text cu
Hyperlink
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Transformata Fourier Discretă
Inversă
IEEE Institute of Electrical and Electronics
Engineers Institutul Inginerilor Electrotehniști
și Electroniști
IEEE -SA Institute of Electrical and Electronics
Engineers – Standards Association Asociaț ia de Standarde a Institutului
Inginerilor Eletrotehniști și
Electroniști
IFFT Inverse Fast Fourier Transform Transformata Fourier Rapidă Inversă
IMT
Advanced International Mobile Telecommunications –
Advanced Telecomunicații Mobile
Internaționale Avansate
IP Internet Protocol Protocol Internet
ISI Intersymbol Interference Interferență intersimbol
ITU-R ITU Radiocommunication Sector Sectorul de radiocomunicații ITU
LAN Local Area Network Rețea locală
LLC Logical Link Control Controlul logic al legăturii
LMDS Local Multipoint Distribution Service Serviciul de distribuție locală către
mai multe puncte
LOS Line-Of-Sight Linia de vizibilitate
MAC Medium Access Control Controlul accesului la mediu
MAN Metropolitan Area Network Rețea metropolitan
MAP Medium Access Protocol Protocol de acces la mediu
MBS Multicast Broadcast Service Serviciu de tip multidestinație și de
difuzare
MD5 Mesage Digest 5 Sistematizarea mesajelor 5
MDHO Macrodiversity Handover Transfer prin macrodiversitate
MMDS Multichannel Multipoint Distribution
Service Serviciu de distribuție către mai
multe puncte prin mai multe canale
MOS Mean Opinion Score Scor al opiniei medii
MPDU MAC Protocol Data Unit Unitate de date de protocol MAC

MPLS Multiprotocol Label Switching Comutarea multiprotocol prin
etichetare
MSDU MAC Service Data Unit Unitate de date de serviciu MAC
NACK Negative -Acknowledgement Mesaj de infirmare
NAP Network Access Provider Furnizorul de acces la rețea
NLOS Non-Line-Of-Sight Fără linie de vizibilitate
nrtPS Non-real-time polling services Servicii ce nu sunt în timp real cu
interogare
NSP Network Service Provider Furnizorul de servicii oferite de rețea
NWG Network Working Group Gruparea de lucru a rețelei
OFDM Orthogonal Frequency -Division
Multiplexing Multiplexarea cu diviziune în
frecvență ortogonală
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple
Access Acces multiplu prin diviziune în
frecvență ortogonală
OFUSC Optional Full Usage of Subcarriers Utilizarea totală a subp urtătoarelor în
mod opțional
OPUSC Optional Partial Usage of Subcarriers Utilizarea parțială a subpurtătoarelor
în mod opțional
OSI Open Systems Interconnection Interconectarea sistemelor deschise
PAR Peak -To-Average Ratio Raport vârf -la-medie
PCS Personal Communications Services Servicii de comunicații personale
PHY Physical Layer Nivelul fizic
PKM Privacy and Key Management Administrarea Intimității și a Cheii
PMP Point -to-Multipoint Punct către mai multe puncte
PSTN Public Switched Telephone Network Rețeaua publică de telefoane
PUSC Partial Usage of Subcarriers Utilizarea parțială a subpurtătoarelor
QAM Quadrature Amplitude Modluation Modulație de amplitdine în
cuadratură
QoS Quality of Service Calitatea serviciului
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Modulație cu deplasare de fază în
Cuadratură
RF Radio Frequency Radio Frecvență
RRM Radio Resource Management Gestionarea resurselor radio
rtPS Real-time polling services Servicii în timp real cu interogare
SFID Service Flow Identifier Identificatorul fluxului de serviciu
SLA Service Level Agreement Înțelegerea pentru nivelul de servicii
SPID Subpacket Identifier Identificatorul subpachetului
SS Subscriber station Stație de abonat
TCP Transmission Control Protocol Protocol de control al transmisiei
TDD Time -division duplexing Duplexare cu diviziune în frecvență
TDM Time -Division Multiplexing Multiplexare cu diviziune în timp
TUSC Tile Usage of Subchannels Utilizarea subcanalelor sub formă de
plachete
UCD Uplink Channel Descriptor Descriptor de canal în legătură
ascendentă
UGS Unsolicited Grant Services Servicii garantate fără solicitare
UL Uplink Legătură ascendentă

VAD Voice Activity Detection Detectarea activității vocale
VoIP Voice over IP Voce peste IP
WiBro Wireless Broadband Bandă largă fără fir
Wi-FI Wireless Fidelity Fidelitate radio
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave
Access Interoperabilitate la nivel mondial
pentru accesul prin microunde
Wireless
MAN -SC Wireless Metropolitan Area Network –
Signal Carrier Purtătoare pentru rețelele
metropolitane fără fir
WLL Wireless Local -Loop Buclă locală fără fir

17
Introducere

Lucrarea de față are ca scop analiza calității serviciilor multimedia în cazul tehnologiei
WiMAX. Această tehnologie a devenit un standard în rețelele globale mobile, fiind utilizat în toată
lumea. Întrucât utilizatorul dorește ca serviciile multimedia s ă îi fie livrate la o calitate înaltă (să aibă
un nivel crescut QoS -ului), se va face o trecere în revistă a parametrilor QoS prin intermediul
programului OPNET v1 4.5. Vor fi analizați parametri ca întârzierea, pierderea de pachete sau jitter -ul.

Figura 1: Logo WiMAX
Comunicațiile de bandă largă f ără fir se află la confluența a două dintre cele mai remarcabile
povești de creștere ale industriei de telecomunicații. Atât comunicațiile fără fir, cât și cele de bandă
largă au fost adoptate de către piață în mod rapid de către piața telecomunicațiilor pent ru un număr
foarte mare de aplicații . Servicii le mobile fără fir au crescut de la 11 milioane de abonați la nivel
mondial în 1990, la m ai mult de 2 miliarde în 2005 . În curs ul aceleiași perioade, Internet ul a crescut de
la a fi un instrument academic interesant la situația de a fi folosit de către miliarde de utilizatori .
Această creștere copleșitoare a Internetului duce la cereri de viteză mai mare în ceea ce privește
accesarea serviciilor furnizate prin Internet, aspect care implică, în paralel, adoptarea comunicațiilor de
bandă largă la o scară mare . În mai pu țin de un deceniu, abonații ce utilizează comuni cațiile de band ă
largă la nivel mondial a u crescut de la aproape z ero la peste 200 de milioane. Din cele enunțate
anterior, se pare că soluția ideală pentru o bun ă transmitere a serviciilor către utilizatori ar fi să se
utilizeze comunicațiile fără fir pentru a transmite aplicații și servicii de bandă largă de interes pentru
utilizatori.
Discutând despre tehnologiile de a cces de bandă largă, să facem o scurtă trecere in revistă a
liniilor digitale de abonat (DSL -Digital Subscriber Line), care furnizează servicii de banda largă peste
perechi torsa date de cabluri telefonice. Această tehnolo gie oferă, de obicei, viteze de cațiva megabiți pe
secundă pentr u fiecare utilizator, iar progresele continue oferă posibilitatea atingerii unor viteze de zeci
de megabiți pe secundă. Din moment ul implementării ei la sfârșitul anilor 1990, acest serviciu a
cunoscut o creștere considerabilă. În Statele Unite erau mai mult de 50 de milioane de abonați la
serviciile de bandă largă, inclusiv mai mult de jumătate din tre utilizatorii de Internet din lume .
Disponibilitatea unei soluții fără fir pentru band a largă ar putea accelera această creștere . [1]

18
În acest punct, se poate pune întrebarea: ce se înțelege prin comunicații de bandă largă fără fir ?
Acestea se referă la a aduce experiența comunicațiilor de bandă largă într -un context fără fir, care oferă
utilizatorilor confort si beneficii unice. Există două tipuri fundamentale diferite de servicii de bandă
largă fără fir . Primul tip încearcă să ofere un set de servicii similare cu liniile fixe de bandă largă, dar
folosind aerul ca mediu de transmisiune , purtând numele de comun icații fixe de bandă largă fără fir .
Acesta poate fi considerată o alternativă competitivă la DSL. Al doilea tip de comunicații de bandă
largă fără fir, numit comunicații mobile de bandă largă, oferă beneficii suplimentare, cum ar fi
portabilitate, nomad ism (posibilitatea de conectare la rețea din diferite locuri prin intermediul a stații de
bază diferite), și mobilitate. Comunicațiile mobile de b andă largă încearcă să aducă aplicații de bandă
largă la utilizatori pentru experiențe noi la nivelul utilizatorilor . Tehnologia WiMAX (interoperabilitate
la nivel mondial pentru acces prin microunde), este proiectat ă pentru a se potrivi atât pentru aplicații
fixe, cât și mobile de bandă largă. [2]
Lucrarea de față este împărțită în trei secțiuni:
În cadrul primei părți se va face o trecere în revistă în ceea ce privește comunicațiile de bandă
largă fară fir . Vor fi abordate premisele inițiale, analizându -se evoluția acestor sisteme de comunicații
etapă cu etapă, detaliindu -se ce s -a adus nou în fiecar e stadiu, făcându -se astfel trecerea către
tehnologia WiMAX. De asemenea, se va face o discuție referitoare la standardul 802.16 , care a stat la
baza dezvoltării tehnologiei.Vor fi abordate și schimbările care au fost aduse cu trecerea timpului.
Partea a doua a lucrării oferă informații referitoare la nivelurile fizic și MAC, dar și la
arhitectura pe care o presupune tehnologia WiMAX. Ca subiecte sunt tratate aspectele de bază ale
tehnologiei OFDM, avantajele pe care le oferă aceasta și informații legate de structura segmentelor și a
cadrelor. Se discută și despre mecanisme de accesare a canalelor de utilizator, a subcanalelor, ofer indu-
se și informații legate de mobilitate , dar și despre mecanismele QoS oferite de către WiMAX pentru
furnizarea serviciilor la nivel înalt . Vor fi prezentate și principalele noduri care constituie topologia
WiMAX, detaliindu -se și rolul pe care îl are fiecare pentru buna funcționare a rețelei.
Ultima parte reprezintă partea practică a acestei lucrări, pentru care s -a folosit mediul de
simulare OPNET. Pentru a înțelege mai bine comportarea rețelei în diferite situații, s -au imaginat patru
scenarii. Pentru fiecare dintre aceste scenarii se vor analiza parametrii QoS, observându -se
îmbunătățirile care au loc atunci când se imple mentează noi mecanisme de prioritizare a traficului. În
acest sens, în cadrul simulărilor realizate vom observa comortamentul traficului de voce și a l celui
HTTP.

19
1 Comunicații de bandă largă fără fir. Standardul 802.16
1.1 Evolu ția comunicaț iilor de band ă largă fără fir

Istoria comunicațiilor de bandă largă fără fir din punctul de vedere al tehnologiei WiMAX poate
fi interpretată ca o încercare de a găsi o soluție alternativă pe măsura tehnologiilor de acces bazate pe
cabluri.
De-a lungul timpului, s-au dezvoltat câteva sisteme de acces fără fir , mai ales de către
companiile mici, motivate fiind de potențialul major al comunicațiilor fără fir . Aceste sisteme au variat
foarte mult în ceea ce privește performanța , protocoale le utilizate , spectrul de f recvenț e utilizat,
aplicațiile suportate și o serie de alți parametri. Unele sistem e au fost exploatate comercial, dar,
ulterior, au fost scoase din func țiune mai târziu. Implementările de succes au fost limitat e la câteva
aplicații d e nișă . În mod clar, apariția tehnologiei WiMAX ca un standard industrial este de așteptat să
schimbe această situație. [2]
Câteva evenimente importante în ceea ce privește evoluția benzii largi fără fir pot fi observate
în tabelul ce urmează:

Data Evenimentul
Februarie 1997 AT&T anunță dezvoltarea unei tehnologii fără fir
de livrare serviciilor fixe, cu numele de cod Project
Angel
Februarie 1997 FCC licitează pentru un spectru de 30 MHz în
banda de 2.3 GHz pentru servicii de comunicație
fără fir
Septembrie 1997 American Tel ecasting(achiziționată mai tarziu de
către Sprint) anunță servicii Internet accesibile fără
fir în banda MMDS, oferind viteze de până la 750
kbps
Septembrie 1998 FCC ameliorează restricțiile pentru banda MMDS
pentru a permite comunicația bidirecțională
Aprilie 1999 MCI și Sprint achiziționează cațiva operatori care
oferă servicii fără fir pentru a obține accesul la
spectrul MMDS
Iulie 1999 Prima întâlnire a grupului 802.16
Martie 2000 AT&T lansează primele servicii fixe transmise fără
fir, de mare viteză, dupa ani îndelungați de teste
Mai 2000 Sprint lansează prima implementare MMDS în
statele Phoenix, Arizona, folosind prima generație
de sisteme de bandă largă cu linie de vizibilitate
(LOS)
Iunie 2001 Se formează Forumul WiMAX
Octombrie 2001 Sprint oprește implementările MMDS

20
Decembrie 2001 AT&T întrerupe serviciile fixe transmise fără fir
Decembrie 2001 Standardul IEEE 802.16 complet pentru frecvențe
mai mari de 11 GHz
Februarie 2002 Coreea de Sud alocă spectru în banda de 2.3 GHz
pentru tehnologia de bandă largă fără fir
Ianuarie 2003 Standardul IEEE 802.16a complet
Iunie 2004 Standardul IEEE 802.16 -2004 complet și aprobat
Septembrie 2004 Intel începe să producă primele chip -uri pentru
WiMAX, denumite Rosedale
Decembrie 2005 Standardu l IEEE 802.16e completat și aprobat
Ianuarie 2006 Primul produs certificate de către Forumul WiMAX
pentru aplicații fixe
Iunie 2006 Serviciile WiBro lansate în Coreea de Sud
August 2006 Sprint Nextel anunță planuri de implementare a
WiMAX -ului în Statele Unite

Tabelul 1 -1: Date importante despre evoluția comunicațiilor de bandă largă fără fir -adaptat după [2]
Tehnologia WiMAX a cunoscut patru etape, care nu au fost neapărat precis diferențiate și nici
nu au avut loc secvențial:
I. sisteme de comunicații de bandă îngustă fără fir cu buclă locală
II. prima generație de sisteme de comuniații de bandă largă cu linie de vizibilitate (LOS)
III. a doua generație de sisteme de comunicații de bandă largă fără linie de vizibilitate(NLOS)
IV. sisteme de comunicații de bandă largă fără fir bazate pe standarde

1.1.1 Sisteme de comunicații de bandă îngustă fără fir cu buclă locală

Cum era de așteptat, prima aplicație pentru care s -a dezvoltat și s -a implementat tehnologia fără
fir a fost telefonia. Aceste sisteme, intitulate bucle locale fără fir (Wireless Local -Loop -WLL), au avut
succes în țări în curs de dezvoltare, precum China, Indonezia sau Rusia, țări în care serviciile de
telefon ie nu puteau fi livrate folosind infrastructura existentă. De fapt, sistemele WLL bazate pe DECT
și CDMA încă mai există în aceste state.
În țările in care exista o infrastructură robustă de buclă loc ală pentru deservirea telefoniei,
sistemele WLL trebuiau sa vină cu ceva nou pentru a putea rămâne in competiție. În urma extinderii
numărului de utilizatori ai Internetului în anul 1993, cererea pentru acces la Internet a început s ă
crească vertiginos. Re zolvarea acestei probleme de acces la Internet de mare viteză a fost considerat ă
de către mulți drept o posibilitate de afirmare pentru sistemele de comunicații fără fir. Un bun
exemplu în acest sens ar fi compania AT&T care , în anul 1997, a a nunțat că a dezvoltat un sistem de
acces fără fir pentru serviciile de comunicații personale (PCS -personal communications services),
operând la banda de 1900 Mhz, putând livra două linii de voce și conexiuni de date pentru abonați de
128 kbps. Acest sistem, dezvoltat sub numele de cod "Project Angel ", a avut, de asemenea, distincția

21
de a fi unul dintre primele sisteme de comunicații fără fir comerciale care a utilizat tehnologia
antenelor adaptive . După c âteva studii efectuate pe teren, AT&T a sistat folosirea acestui serviciu
întrucât s -a dovedit a fi costisitor și numărul de clienț i nu a fost satisfăcător pentru amortizarea
investițiilor.
Alte companii au mai încercat s ă implementeze sisteme similare de a oferi accesul la Internet
folosind sisteme de comunicații fără fir. Aceștia ofereau serviciu l folosind benzile de 900 MHz și 2.4
GHz. Dezava ntajul era reprezentat de faptul că trebuiau să fie plasate antene în aproprierea locuinței
clienților, în general, pe acoperișurile clădirilor. Aceste sisteme inițiale ofereau viteze de până la cateva
sute de kilobiți pe secundă. [3]
În figura 1 -1 este prezentată configurația WLL:

Figura 1-1: Configurația WLL -adaptată după [4]

1.1.2 Prima generație de sisteme de comunicații de bandă largă cu linie de
vizibilitate (LOS)

Cum tehnologia DSL începea s ă fie implementată, sistemele de comunicații fără fir au trebuit să
evolueze astfel încât să poate lucra la viteze mai mari pentru a putea fi un bun competitor. Sistemele au
început să fie dezvoltate pentru a putea lucra la frecvențe m ai mari, cum ar fi benzile de 2.5GHz și
3.5GHz. Sisteme de viteză foarte mare, numite sisteme de distribuție local ă către mai multe puncte
(LMDS), ajungând până la câteva sute de megabiți pe secundă, s -au dezvoltat, de asemenea, în benzile
de frecvență cum ar fi cele de 24GHz si 39GHz. Servicii le bazate pe LMDS au fost d estinate
corporațiilor și la sfârșitul anilor 1990 s -a bucurat de un succes rapid, dar de scurtă durată. Problema
obținerii permisiunii de a instala antene pe acoperișuri impreună cu distanțele mici de transmisie au
contribuit la dispariția sa.

22
La sfârșitul anilor `90, una dintre cele mai importante implementări de comunicații de bandă
largă fără fir s -a dezvoltat în banda de 2.5 GHz, denumită și servici ul de distribuție multicanal și
multipunct (MMDS). Banda MMDS a fost utilizat ă pentru a furni za servicii video folosind
comunicațiile fără fir , în special în zonele rurale, unde serviciile de televiziune prin cablu nu erau
dispon ibile. Apariția televiziunii prin satelit a pecetluit această afacere de furnizare a serviciilor de
televiziune , iar operatorii au căutat modalități alternative de a utiliza acest spectru. Câțiva operatori au
început să ofere accesul la Internet utilizând comunicațiile fără fir pentru transmisia într -un sens, iar
pentru celălalt sens se utilizau liniile telefonice . Ulterior, Comisia Federală de Comunicații (FCC) a
devenit mai puțin restrictivă în ceea ce privește MMDS, iar in Statele Unite ale Americii a devenit
posibilă comunicația în ambele sensuri .
Prima generație a acestor soluții de comunicații de bandă la rgă fără fir pentru serviciile fixe au
fost desfășurate folosind aceleași turnuri care au servit abonații care beneficiau de televiziune prin
tehnologia fără fir. Aceste turnuri aveau, de obicei, câteva zeci de metri înălțime si au permis
acoperirea liniilor de vizibilitate la distanțe de până la 50 de kilometri, folosind emițătoare de mare
putere. Prima generație de sisteme MMDS nec esita ca abonații să își plaseze antena din aproprierea
locuinței la o înălțime adecvată și orientată către turnul unde se află transmițătorul pentru a asigura un
LOS cl ar pentru o transmisiune ideală. [5]
MMDS a fost utilizat de către companii precum Sprint sau MCI, dar antena din aproprierea
abonatului și necesitățile legate de aliniere s -au dovedit a fi un adevărat impediment în dezvoltarea la
scară largă. În plus, o suprafață destul de mare era deservită de către un singur turn, asta ducând la o
scădere a capacității acestor sisteme.
În figura 1 -2 se poate observa o antenă MMDS:

Figura 1-2: Antenă MMDS[6]

23
1.1.3 A doua generație de sisteme de comuni cații de bandă largă fără linie de
vizibiltate (NLOS)

A doua generație de sisteme de comunicații fără fir de bandă largă au putut rezolva problemele
întâmpinate de LOS și au putut oferi o capacitate mai bună. Acest lucru a fost realizat prin utilizarea
unei arhitecturi celulare și implementarea unor tehnici avansate de procesare de sem nal pentru a
îmbunătăți legătura și performanța sistemului în condiții le existenței mai multor căi . Majoritatea
sistemelor noi puteau obține performanțe bune în absența liniei de vizibilitate , antenele abonaților fiind
plasate sub streșini sau chiar la înă lțimi mai joase. Mulți au rezolvat problema NLOS prin utilizarea
unor tehnici ca multiplexarea cu diviziune în frecvenț ă ortogonal ă (OFDM) sau multiplexa rea cu
diviziune în cod (CDMA) . Unele sisteme, cum ar fi cele dezvoltate de către SOMA Networks și Navini
Networks , au dovedit performanțe satisfăcătoare din punctul de vedere al legăturilor care atingeau peste
3 kilometri până ajungeau la calculatoarele personale ale abonaților, neavând nevoie de o antenă
montată în exterior . Odată cu implementarea sis temelor de comunicații de bandă largă fără fir pentru
serviciile fixe , au posibile rate de transmisie cu succes de câțiva megabiți pe secundă de-a lungul unei
celule cu raza de câțiva kilometri. [2]

1.1.4 Sisteme de comunicații de bandă largă fără fir bazate pe standarde

În anul 1998, IEEE a creat un grup intitulat 802.16 , cu scopul de a dezvolta un standard pentru
rețelele metropoli tane fără fir . Inițial, această grupare s -a concentrat pe dezvoltarea soluțiilor în banda
de la 10 GHz la 66 GHz, prin cipala datorie a acestora fiind s ă ofere conexiuni de mare viteză
corporațiilor care nu aveau acces la fibră pentru a obține servicii de calitate corespunzătoare . Aceste
sisteme, precum LMDS, au fost concepute astfel încât sa se conecteze cu inelele de fibră ș i să distribuie
acea bandă printr -o configurație punct la multipunct pentru corporațiile care necesitau LOS . Grupul
IEEE 802.16 a produs un standard care a fost aprobat în decembrie 2001. Acest stand ard, Wireless
MAN -SC, specifica un nivel fizic care a folosit tehnici de modulare cu o singură purtătoare și un nivel
de control al accesului la mediu (MAC) ce se baza multiplexare a cu diviziune în timp (TDM ),
structură care a sprijinit atât duplexarea cu diviziunea în frecvență (FDD) cât și duplexarea c u diviziune
în timp (TDD).
După finalizarea acestui standard, grupul a început să lucreze la extinderea și modificarea sa
astfel încât să lucreze în benzi de frecvenț ăe licențiate și în domeniul de frecvențe de la 2GHz la
11GHz, ceea ce ar permite implement ări NLOS. Amendamentul IEEE 802.16a , a fost finalizat în 2003,
cu soluții OFDM adăugate ca parte a nivelului fizic pentru sprijinirea implementării în medii multicale .
Până în acest moment, OFDM s-a dovedit a fi o metodă bună pentru a face față condițiilor multicale
pentru comunicațiile de bandă largă și deja făcea parte din standardele revizuite IEEE 802.11. Pe lângă
nivelurile fizice OFDM, 802.16a specifica , de asemenea, opțiuni suplimentare pentru nivelul MAC,
inclusiv suport pentru accesul prin multiplexare cu diviziune in frecvențe ortogonale (OFDMA).
Revizuiri ulterioare pentru 802.16a au fost făcute și completate în anul 2004. Standardul
revizu it IEEE 802.16 -2004 înlocuiește standardele 802.16 , 802.16a și 802.16c cu un singur standard,
fiind adoptat și ca baz ă pentru HIPERMAN ( high-performance metropolitan area network) de către

24
ETSI (European Telecom. Standards Institute). În anul 2003, grupul 802.16 a început s ă lucreze la
îmbunătățiri ale specificațiilor referi toare la mobilitatea . Revizuirea 802.16e a fost completă în
Decembrie 2005 și a fost publicată în mod oficial ca IEEE802.16e -2005 . Specifică gradul de
scalabilitate a l OFDM pentru nivelul fizic și face modificări suplimentare nivelului MAC pentru a
putea oferi mobilitate și viteze mari.
După cum se dovedește, specificațiile IEEE 802.16 reprezintă o colecție de stan darde cu un
domeniu de aplicare foarte larg. Pentru a răspunde diverselor nevoi ale industriei, standardul a
încorporat o varietate largă de opțiuni. Pentru a dezvolta soluții interoperabile utilizând familia de
standarde 802.16 , domeniul de aplicare al standardului a trebuit să fie redus prin stabilirea unui consens
asupra a ce opțiuni ale standardului să fie implementate și testate pentru interoperabilitate. IEEE a
dezvoltat specificațiile, dar rămâne sarcin a industriei să le convert ească într-un standa rd interope rabil,
care poate fi certificat . Forumul WiMAX a fost format pentru a rezolva această problemă și pentru a
promova soluții bazate pe standardele IEEE 802.16 . Forumul WiMAX a fost modelat de -a lungul anilor
de Wi-Fi Alliance , care a avut un succe s remarcabil în promovarea și realizarea de teste de
interoperabilitate pentru produsele bazate pe familia standardelor IEEE 802.11 . [2]
Forumul WiMAX se bucură de o largă participare din întreaga secțiune industrială , inclusiv
companii de semiconducto ri, producători de echipamente și furnizori de servicii. Forumul a început
testarea interoperabilității și a anunțat primul său produs certificat bazat pe 802.16 -2004 pentru a plicații
fixe în ianuarie 2006. P rodus ele bazate pe IEEE 802.18e -2005 au fost certificate la începutul anului
2007. Mul ți dintre furnizorii care a u dezvoltat anterior soluții proprii au anunțat planurile de a migra la
WiMAX fix și mobil . Sosirea produselor certificate WiMAX reprezintă un punct cheie în istoria
comunicațiilor de bandă largă fără fir.

1.2 Standardul 802.16
1.2.1 Scurt istoric

Elaborarea standardelor IEEE a fost asignată Asociației de Standarde IEEE( IEEE -SA).
Activitățile IEEE -SA sunt administrate de un consiliu ales . Dezvoltarea și menținerea standardelor sun t
supravegheate de către Consiliul de Standarde IEEE -SA, care gestionează procesul, aprobă noi proiecte,
iar în continuare aprobă proiectele votate ca standarde IEEE. Comitetul de standarde IEEE 802
LAN/ MAN (de asemenea, cunoscut sub numele de IEEE 802 ) a început s ă funcționeze începând din
martie 1980. Obiectivul acestui grup a fost de a dezvolta standarde și protocoale LAN și MAN , care sunt
mapate la nivelele inferioare (de exemplu, nivelele fizic și legătură de date) din modelul de referință
OSI- Open Sy stems Interconnection (a se vedea figura 1-3). IEEE 802 împarte nivelul legătură de date
al stivei OSI în două sub -niveluri, și anume Controlul Logic al Legăturii (LLC) și Co ntrolul Accesului
la Mediu(MAC) . [7]

25

Figura 1-3: Modelul de referință OSI -adaptat după [8]

1.2.2 Evoluția standardelor IEEE 802.16

Modificările și revizuirile standardului IEEE 802.16 au păstrat esența standardelor de bază.
Diferitele niveluri fizice au fost combinate cu protocoalele MAC ale standardului original IEEE 802.16
(adică, OFDM 256, și straturile fizice OFDMA); cu toate acestea, în funcție de capacitățile nivelului
fizic, s -au făcut unele modificări în protocoalele nivelului legătură de date (de exemplu, s -au adăugat
scheme de gestionare a energiei pentru a sprijini mobilitatea în IEEE 802.16e ). Principiile nivelului
legătură de date ale IEEE 802.16 au fost moștenit e de la standardul DOCSIS . În timp ce această gândire
ar fi lucrat bine pentru versiunile pentru servicii fixe ale standardului IEEE 802.16 , aceasta a cauzat
unele ineficiențe în susținerea mobilităț ii în amendamentele ulterioare ale standardului. Standard ele
IEEE 802.16 ulterioare nu au menținut în mod neapărat compatibilitatea și interoperabilitatea cu
standardele de bază mai vechi (de exemplu, IEEE 802.16e -2005 nu a fost compatibil cu IEEE 802.16 –
2004 ).
În tabelul 1 -2 sunt furnizate cateva informații în ceea ce priveș te evoluția standardelor 802.16 .
Standardul IEEE 802.16 -2009 este a doua revizuire a standardului IEEE 802.16 (prima revizuire a fost
lansată ca IEEE Std. 802.16 -2004 ), care cuprin de amendamentele anterioa re și r ectificările eliberate de

26
acest grup de lucru. Această revizuire servește ca standard de bază pentru IEEE 802.16m , Interfața
Radio A vansată, care a fost dezvoltat și lansat în martie 2011.
Standard/Proiect Descriere Data
publicării
IEEE P802. -16-
2004/Cor2 Erată a standardului IEEE 802.16 -2004, Interfața radio
pentru sisteme fixe și mobile de acces de bandă largă
fără fir Mai 2007
Proiectul IEEE P802.16d Amendament al standardului 802.16, Interfața radio
pentru sistem fixe de acces de bandă largă fără fir August
2003
IEEE
802.16/Conformance02 –
2003 Standard IEEE pentru conformitate cu IEEE 802.16 –
Partea 2: Suită de teste a structurii și scopul testelor
pentru rețele metropolitane fără fir în banda de 10 -66
GHz Februarie
2004
IEEE
802.16/Conformance01 –
2003 Standard IEEE de conformitate cu IEEE 802.16 – Partea
1: Declarații de conformitate pentru implementarea
protocolului pentru interfața radio pentru rețele
metropolitane fără fir în banda de 10 -66 GHz August
2003
IEEE 802.16 -2001 Standard IEEE pentru rețele locale și metropolitane –
Partea 16: Interfața radio pentru sisteme fixe de acces
de bandă largă fără fir Aprilie
2002
IEEE 802.16a -2003 Amendament al standardului IEEE 802.16, interfață
radio pentru sistemele fixe de acces de bandă largă fără
fir –Amendamentul 2: Modificări ale nivelului MAC și
specificații suplimentare la nivelul fizic pentru banda
de 2-11 GHz Aprilie
2003
IEEE 802.16c -2002 Amendament al standardului IEEE 802.16, interfața
radio pentru sistemele fixe de acces de bandă largă fără
fir- Amendamentul 1: detaliere a profilurilor sistemului
pentru banda de 10 -66 GHz Ianuarie
2003
IEEE 802.16.2 -2001 Recomandare IEEE pentru rețele locale și
metropolitane -coabitarea sistemelor fixe de acces de
bandă largă fără fir Sepștembrie
2001
IEEE
802.16/Conformance03 –
2004 Standard IEEE de conformitate cu 802.16 -Partea 3:
Teste de conformitate radio pentru interfața radio a
rețelelor metropolitane fără fir în banda de 10 -66 GHz Iunie 2004
IEEE 802.16 -2009 Standard IEEE pentru rețele locale și metropolitane –
Partea 16: Interfața radio pentru revizuirea sistemelor
de acces de bandă largă fără fir a standardului 802.16 –
2004 Mai 2009
IEEE 802.16h -2010 Amendamentul al standardului IEEE 802.16, interfața
Radio pentru sisteme fixe de acces de bandă largă fără
fir –mecanisme îmbunătățite de coabitare Mai 2010
Proiectul P802.16m Proiect de modificare a standardului 802.16 -2009,
interfața radio pentru sisteme fixe și mobile de acces de
bandă largă fără fir -intefață radio avansată Martie
2001
Tabelul 1 -2: Standarde 802.16 -adaptat după [2]

27
Standardul IEEE 802.16 -2009 , conține unele îmbunătățiri ale caracteristicilor în raport cu IEEE
802.16e -2005 , inclusiv erori rezolvate pentru Duplex area cu Diviziune in Frecvență , terminale care
operează cu FDD Half -Duplex , lățime de bandă de 20 MHz , scheme îmbunătățite de transmisie și de
prelucrare folosind antene multiple, precum și îmbunătățirea serviciilor multidestinație și de
difuzare(broadcast), servicii bazate pe locație, precum și de echilibra rea încărcării pe legătură .
Utilizarea grupării complementare a stațiilor mobile și utilizarea a două protocoale care furnizează
resursele de acces la mediu per cadru radio au dus la o capacitate mai mare pentru VoIP și o latență mai
mică pentru interfețele radio.
Din ianuarie 2007, grupul IEEE 802.16 a început dezvoltarea unui nou amendament al
standardului IEEE 802.16 (adică, IEEE 802.16m ), ca o interfață radio avansată pentru a îndeplini
cerințele ITU-R / IMT -Advanced pentru sistemele 4G , precum și pe cele ale operatori lor de rețele de
telefonie mobilă din generația următoare. În funcție de lățimea de bandă disponibilă și de modul
grupării antenelor , sistemele IEEE 802.16m sunt capabile să ofere rate de transfer de date peste
interfața radio de 1 Gbit/s și să ofere o gamă largă de servicii și aplicații , bazate pe IP, de calitate si
capacitate înalte, menținând în același timp compatibilitatea completă cu sistemele WiMAX mobile
deja existente (pentru a păstra investițiile și susținerea continuă pentru prima generație de produse).
Compatibilitatea ar permite actualizări și metode de evoluție pentru implementările existente. Acesta va
permite serviciu l de roaming și conectivitate fără sincope între sistemele IMT-2000 și IMT-Advanced
prin utilizarea funcțiilor corespunzătoare de interacțiune. Sistemele IEEE 802.16m utilizează în
continuare relee cu salturi multiple pentru acoperiri si performanțe mai bune. [8]

1.3 WiMAX mobil
1.3.1 Noțiuni generale

Standardul WiMAX, adică IEEE 802.16 -2004 poate funcționa în modurile punct către mai
puncte multiple (PMP-point -to-multipoint ), ilustrat în figura 1 -4, dar și in modul mesh , ilustrat în figura
1-5.
În modul PMP, mai multe stații de abonat (SS) sunt conectate la o stație de bază (BS), unde
canalul de acces de la BS la SS se numește canal în legătură descendentă(DL -downlink) , iar cel de la
SS la BS se numește canal în legătură ascendentă (UL -uplink) . Pentru a sprijini mobilitatea, IEEE a
definit amendamentul IEEE 802.16e , versiunea mobilă a standardului 802.16 (după cum s -a specificat
și anterior) , care este cunoscută sub numele de WiMAX mobil. În WiMAX mobil , durata de viață a
bateriilor stațiilor de abonat și transferurile reprezi ntă aspecte esențiale pentru a sprijini mobilitatea atât
între subrețele le din cadrul aceleiași rețele (micromobilitate ), cât și între cele două rețe le diferite
(macromobilitate) . Acest amendament vizează ca stațiile mobile să rămână conectate la o rețea
metropolitan ă atunci cand se află în mișcare . Ace asta este compatibilă cu dispozitive portabile , de la
telefoane mobile la laptopuri . IEEE 802.16e lucrează în benzile de frecvență de 2 .3 GHz și 2 .5 GHz.

28

Figura 1-4: Modul de funcționare PMP -adaptată după [9]

Figura 1-5: Modul de funcționare mesh -adaptată după [10]

29
În momentul conectării la rețea, o stație de abonat trebuie să fie localizată pentru alocarea de
coduri CDMA . Apoi, stației mobile îi este permisă conectarea la rețea pentru a dobândi parametri
corespunzători de transmițător ( offset pentru sincronizare și nivel de putere ), această operațiune
constituind un proces complet de alăturare la rețea . După finalizarea cu succes a localizării inițial e,
stația de abonat va cere stației să își prezinte capacitatea sa de modulare , scheme de codificare și
meto de de duplexare. Pe parcursul acestei etape, stația de abonat va dobândi canale DL . Odată ce stația
de abonat găsește un canal DL și se sincronizează cu stația de bază la nivelul fizic, nivelul MAC va
căuta un descriptor de canal în legătură descendentă (DCD) și unul de canal în legătură ascendentă
(UCD) pentru a putea beneficia de modulare și alți parametri. Stația de abonat rămâne sincronizată cu
stația de bază atâta timp cât continuă să primească protocolul de acces la mediul -DL (MAP) și mesajele
DCD. În cele din urmă, stația de abonat va primi un set de paramet ri de tr ansmisie de la UCD . În ca zul
în care nici un canal UL nu poate fi găsit după o anumită perioadă , stația de abonat va continua scanarea
pentru a găsi un alt canal DL. Odată ce sunt obținuți parametrii UL, stația de abonat va efectua procesul
de local izare a poziției sale.
Cea de a doua etapă este cea de autentificare. În acest stadiu, stația de bază autentifică și
autorizează stații de abonat . Apoi stația de bază efectuează un schimb de chei cu stația de abonat , astfel
încât cheile furnizate pot permite codificarea datelor de transmisie. Etapa a treia o reprezintă cea de
înregistrare. Pentru a se înregistra la rețea , stația de bază și cea dea abonat vor face schimb de mesaje
de înregistrare . În ultima etapă treb uie să se realizeze o conexiune IP . Stația de abonat își obține adresa
IP și alți parametri pentru a stabili o conexiune IP. După această etapă, parametrii de funcționare pot fi
transferați și se pot crea conexiuni. [11]

1.3.2 Procesul de transfer în WiMA X mobil

Transferul reprezintă o operațiune care trebuie cu siguranță să fie compatibilă cu rețelele
WiMAX mobile. În acest sens, trebuie să existe anumite optimizări cu scopul reducerii timp ului de
asociere și conectare dintre o stație mobilă și o stație de bază. Altfel, procesul ar putea fi pecetluit chiar
înainte de producerea lui, datorită deconectărilor și a scăderii ratei de transmisie a datelor. Aceste
metode de optimizare nu sunt defin ite clar în standardul 802.16e , așa că ele ar trebui să fie suportate de
către anumite sisteme și produse WiMAX.
Ca modalități de realizare a procesului, s -au propus dou ă mecanisme: transfer prin macro –
diversitate (MDHO) și comutarea rapidă la altă stație de bază (FBSS). În cazul primei metode, stația
mobilă primește posibilitatea de a se conecta la mai multe stații de bază și o alege pe una dintre ele. A
doua metodă presupune ca stația mobilă să primească sau sa transmită datele către una dintre stațiile de
bază disponibile în timpul procesului de transfer, în sensul că stația mobilă poate omite alegerea unei
stații de bază țintă cu scopul de a micșora întârzierile în procesul de transfer. [11]
Aceste metode for fi detalitate în secțiunea 2.2.5 a lucrării.

30
1.4 Aspecte finale

Concluzionând, se poate observa faptul că sistemele de comunicații de bandă largă fără fir au
fost considerate atrăgătoare pentru cercetătorii în domeniul telec omunicațiilor. Drept dovadă, au existat
mai multe etape în dezvoltarea acestor sisteme, de la sisteme de comunicații de bandă îngustă fără fir
cu buclă locală până la cele bazate pe standarde, aceasta din urmă fiind echivalentă cu formarea
grupului 802.16, care a dus la dezvoltarea tehnologiei WiMAX , tehnologie căreia i s -au adus multe
modificări de -alungul timpului și s -a dovedit o soluție bună pentru operatorii de telefonie.
În capitolul care urmează, se vor analiza aspecte legate de nivelul fizic și ni velul MAC, dar se
va face și o analiză a arhitecturii rețelei, analizându -se funcțiile pe care le îndeplinește fiecare
componentă în parte.

31
2 Nivelul fizic și nivelul MAC . Arhitectura WiMAX
2.1 Nivelul fizic
2.1.1 Introducere

Nivelul fizic WiMAX se bazează pe mutiplexarea cu diviziune in frecvenț ă ortogonal ă
(OFDM). OFDM este metod a de transmisie aleasă pentru a permite obținerea de viteze mari în ceea ce
privește schimbul de date, comunicații video și multimedia și este utilizată de o varietate de sisteme de
comunicații de bandă largă comerciale. Î n afară de WiMAX, includem : DSL, Wi -Fi și Digital Video
Broadcast -Handheld (DVB -H). OFDM este un sistem elegant și eficient pentru transmisia cu rate
ridicate a datelor într-un mediu NLOS sau într -unul multicale .[2]
Așa cum se arată în Figura 2-1, nivelul fizic este cel mai de jos nivel de protoco ale în
procesarea semnalului în banda de bază care interacționează cu suportul fizic /mediul (în acest caz,
interfața radio ) prin care semnalul este transmis și recepționat.

Figura 2-1: Plasarea nivelului fizic în stiva de protocoale 802.16m –adaptată după [2]

NIVELUL FIZIC
Planul de control Planul de date Subnivelul de securitate
Subnivelul MAC Gestionarea și
controlul resurselor
radio Subnivelul de
convergență a
serviciilor specifice
Nivelul 2
Nivelul 1
Nivelul rețea Nivelul 3

32
2.1.2 Aspecte de bază OFDM

OFDM aparține unei familii de metode de transmisie numit ă modulație multipurtătoare , care se
bazează pe ideea de a diviza un flux de date dat cu rată de bit ridicată în mai multe fluxuri paralele cu
rate de biți mai scăzute și pe modularea fiecărui flux cu câte o purtătoare , denumită uneori
subpurtătoare . Scheme le de modulare cu multipur tătoare elimină sau reduc la minimum interferențe le
intersi mbol (ISI) făcând durata simbolului suficient de mare astfel încât întârzierile induse de canal
reprezintă o fracțiune nesemnificativă din durata simbolului(mai puțin de 10%) . Prin urmare, în
sistemele cu rată ridicată de date în care durata de simbol este mic ă, fiind invers proporțională cu rata
de date, divizarea fluxului de date în mai multe fluxuri paralele crește durata simbol ului pentru fiecare
flux astfel încât întârzie rea reperzintă doar o fracțiune mică din durata simbolului.
OFDM este o metodă de modulație multipurtătoare eficientă din punct de vedere spectral , în
care subpurtătoarele sunt alese astfel încât să fie ortogonale una cu cealaltă , evitând astfel necesitatea
de a avea canale cu subpurtătoare care nu se suprapun pentru a elimina interferențele între purtătoare.
Alegerea primei subpurtăt oare astfel încât să aibă o frecvență care determină un număr întreg de cicluri
într-o perioadă de simbol, și stabilirea distanței dintre subpurtătoare adiacente (band a subpurtătoare i) ca
BSC = B/ L, unde B este lățimea de bandă nominală (egală cu rata de date ), iar L este numărul de
subpurtătoare , asigură că toate subpurtătoarele sunt ortogonale una față de cealaltă pe parcursul
perioadei de simbol. Se poate arăta că semnalul OFDM este Transformata Fourier Discretă Invers ă
(IDFT) a blocului secvenței de date luate câte L odată . Acest lucru face extrem de ușo ară
implementarea trans mițătoare lor OFDM și receptoare lor în timp discret folosind IFFT ( Transformata
Fourier Rapida Inversă ) și FFT . [2]
Figura 2-2 ilustrează spectrul unui semnal QAM nefiltrat. Are forma semnalului
sin(πfTu )/πfTu , neexistând intersecții în punctele ce sunt multipli de 1/ Tu , unde Tu reprezintă perioada
simbolului QAM. Ideea din spatele OFDM este de a transmite biții de date în subpurtătoarele paralele
modulate QAM folosind multiplexarea cu diviziune în frecvență . Distanțarea purtătoarelor este atent
selectat ă, astfel încât fiecare subpurtătoare este situat ă în toate punctele de trecere în zero ale celorlalte
subpurtătoare. Cu toate că există suprapuneri spectrale între subpurtătoare , nu interferează unele cu
altele în cazul în care sunt eșantionate cu frecvența subpurtătoarei.

33

Figura 2-2: Ilustrarea ideei din spatele OFDM -adaptată după [8]

Deoarece un semnal OFDM este compus din mai multe subpurtătoare QAM paralele, expresia
matematică a semnalului în domeniul timp poate fi exprimat ă după cum urmează:

unde s (t) reprezintă semnalul OFDM în domeniu l timp, 𝛼𝑘 reprezintă valori le complexe de date
modulate QAM și transmise prin subpurtătoare a k, 𝑁𝐹𝐹𝑇 indică numărul de sub purtăto are în domeniul
frecvență, ωc este purtătoare de RF și Tg este intervalul de gardă sau prefixul ciclic (CP ).
Se poate observa faptul că semnalul OFDM reprezintă partea real ă a transformatei Fourier
discrete inverse a semnalului original complex. Deoarece IDFT este utilizat în modulator ul OFDM,
datele orig inale sunt definite în domeniul frecve nță, în timp ce semnalul OFDM s (t) este definit în
domeniu l timp. IDFT poate fi implementat printr -un algoritm eficient FFT. Ortogonalitatea
subpurtăt oarelor în OFDM po ate fi menținut ă, și sub purtătoarele individual e pot fi complet separate și
demodulat e de către un bloc FFT la receptor, atunci când nu există ISI introdusă de canalul de
comunicație . În practică, distorsiunile liniar e, precum întârzierile multicale, cauzeaza ISI, rezultând
pierderea ortogonalității. O soluție pentru rezolvarea acestei probleme o reprezintă creșterea duratei
simbolului OFDM, având valori mult mai mari decât întârzierea. Chiar și așa, sistemul poate deveni
sensibil la deviați i Doppler, iar purtătoarele pot deveni instabile datorită creșterii numărului de
subpurtătoare și a m ărimii FFT.
Cu scopul de a elimina complet ISI, se folosesc intervale de gardă între simboluri , prin care
fiecare simbol OFDM primește ca prefix o exten sie a semnalului însuși, după cum se poate vedea și în
figura 2 -3, unde capătul final al simbolului este copiat la începutul acestuia. Apoi, durata si mbolului

34
OFDM este modificată în Ts=Tu+Tg, unde Tg reprezintă intervalul de gardă. Atunci când intervalul de
gardă este mai mare decât răspunsul canalului la impuls sau decât întârzierea multicale, ISI este
complet eliminată . Adăugarea unui interval de protecție, cu t oate acestea, implică pierderi de putere și o
scădere a eficienței lățimii de bandă. Puterea p ierdută depinde de ce procentaj din durata simbolurilor
OFDM reprezintă intervalul de gardă. Prin urmare, cu cât perioada simbolului este mai mare (mai
multe subpurtătoare), cu atât sunt mai mici pierderile de putere și scade mai puțin eficiența benzii. [8]

Figura 2-3: Generarea semnalului OFDM -adaptată după [8]

2.1.3 Avantaje și dezavantaje OFDM

OFDM beneficiază de o serie de avantaje, printre care se pot menționa:
 Complexitate redusă a calculelor: OFDM poate fi implementat c u ușurință folosind FFT / IFFT,
iar cerințele de procesare cresc aproape liniar cu rata de transmisie a datelor sau cu lățime a de
bandă.
 Degradare controlată a performanței în condițiile unei întârzieri excesive: Performanța unu i
sistem OFDM se degradează controlat o dată ce întârzierea depășește o anumită valoare limită. O
codare mai bună și dimensiuni mai reduse ale constelațiilor pot fi folosite pentru a obține rate de
rezervă care sunt mai rezistente împotriva întârzierilor. Cu alte cuvinte, OFDM este potrivit
pentru modularea adaptivă și pentru codare, aspect care permite sistemului să folosească mai bine
canalele în orice condiție.
 Exploatarea frecvențelor diversificate: OFDM facilitează codarea și intercalarea peste
subpurtătoare în domeniul de frecvență, lucru care poate oferi rezistență împotriva erorilor cauzate

35
de porțiuni ale spectrului supuse fading -ului. De fapt, WiMAX definește permutări între
subpurtătoare, aspect exploatat de către sisteme.
 Folosirea unei metode de acces multiplu: OFDM poate fi folosit ca un sistem de acces multiplu,
subpurtătoare le diferite fiind împărțite între mai mulți utilizatori. Această operație este denumit ă
OFDMA și este exploatată în WiMAX -ul mobil. În canalele ale căror proprietăți variază lent în
timp, este posibil să se îmbunătățească în mod semnificativ capacitatea de adaptare a ratei de
transmie a datelor per abonat în funcție de raportul semnal -zgomot al fiecărei subpurtătoare.
 Rezisten ța la interferențele de bandă îngustă: OFDM este rezistent împotriva interferențelor de
bandă îngustă, deoarece o astfel de interferență afectează doar o fracțiune din subpurtătoare.
 Potrivit pentru demodulare coerentă: Este relativ ușoară estimarea de canal pe semnalului pilot
în sistemele OFDM, ceea ce le face potrivite pentru scheme de demodulare coerente, care sunt mai
eficiente din punctul de vedere al utilizării puterii.
În ciuda acestor avantaje, tehnicile OFDM se confruntă, de asemenea, cu mai multe provocări.
În primul rând, există o problemă asociată cu semnale OFDM având un raport mare vârf la
medie (PAR) , care cauzează neliniaritați și distorsiuni . Acest lucru poate d uce la ineficiențe de putere ,
ineficiențe care trebuie să fie contracarate . În al doilea rând, semnalele OFDM sunt foarte sensibile la
zgomotul de fază și la dispersia frecvenței , iar proiectarea trebuie să atenueze aceste imperfecțiuni.
Acest lucru face d ificilă realizarea cu acuratețe a sincronizării frecvenței. [2]

2.1.4 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

OFDMA provine din OFDM, metodă a modulației multi purtătoare digitală bazat ă pe principiul
transmisiei informației pe un canal r adio prin variațiile frecvenței purtătoare, fazei sau magnitudinii .
Accesul multiplu se realizează atribuind seturile de subpurtătoare utilizatorilor individuali, după cum se
poate observa în figura 2 -4:

Figura 2-4: Alocarea subpurtătoarelor în OFDMA[12]

36
Nu se produce transmisia informației în totalitate doar într -o purtătoare de semnal RF, ci rata
de date este multiplexată în combinații paralele a fluxurilor de date mai scăzute. Fluxurile paralele sunt
modu late în diferite subpurtătoare prin utlizarea IFFT , iar apoi sunt transmise pe canal. La recepție,
semnalul este demodulat folosind procesul FFT pentru a converti o formă de undă complexă, variabilă
în timp, înapoi la compone ntele sale spectrale, recuperând subpurtătoarele inițiale cu modularea lor ,
adică șirul discret inițial de biți . În figura 2 -5 se poate observa structura semnalului OFDM în timp și în
frecvență:

Figura 2-5: OFDM reprezentat în domeniul timp și frecvență -adaptat după [14]

În cazul OFDM, subpurtătoarele prezintă spații mici între ele fără benzi de gardă în domeniul
frecvență și se folosesc de FFT pentru a converti semnalele digitale din domeniul timp în semnale în
domeniu l frecvență , semnalele fiind ortogonale matematic între ele . Frecvența zero a unei
subpurtătoare corespunde valorii maxime a subpurtătoarei adiacente , fapt ce permite subpurtă toarelor
să se suprapun ă fără interferențe și astfel se conservă lăți mea de bandă. OFDMA este obținută prin
folosirea alocării dina mice a subpurtătatorelor utilizatorilor diferiți ai canalului. Principiul OFDMA
constituie un sistem rezistent cu o capacita te mărită și rezi stență la fading -ul multicale. Î n figura 2-6 se
prezintă, comparativ, alocarea subpurtătoarelor în cazul ODFM și OFDMA.

37

Figura 2-6: Prezentare comparativă a alocării subpurtătoarelor în OFDM și OFDMA[12]

În WiMAX, fiecare subpurtătoare este modulată printr -o schem ă de modulație convențională ce
depinde de condițiile canalului. Se folosește BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM pentru modulați i la rate
scăzut e ale simbolurilor . Marimile FFT utilizate sunt 128, 256, 512, 1024 și 2048 , fiind
corespunzătoare lățimii de bandă a canalelelor de 1.25, 2.5, 5, 10 și 20 MHz. [13]
În dome niul timp, intervalele de gardă sunt inserate între simbol uri pentru a preveni interferența
intersimbol la recepție , cauzată de întârzierea multi cale din canelele radio .Valoarea intervalelor de
gardă pentru WiMAX reprezintă 1/8 din durata simbolului OFDMA, adică 11.43 µs pentru o durată a
simbolului de 102.86 μs. Intervalul de gardă constituie copia secțiunii finale a simbol ului la inceputul
simbolului următor, după cum s -a putut observa și în figura 2 -3.
În figura 2 -7 se poate observ ă modalitatea prin care se realizeaz ă transmisia OFDMA a unei
serii QPSK de simboluri de date:

38

Figura 2-7: Transmisia OFDMA a unei serii QPSK de simboluri[15]

2.1.5 Parametri OFDM și OFDMA în WiMAX

Așa cum am menționat anterior, versiunile fixe și mobile WiMAX au implementări u șor diferite
ale nivelului fizic OFDM. WiMAX -ul fix, care se bazează pe IEEE 802.16 -2004 , folose ște un nivel
fizic OFDM bazat pe FFT cu 256 de puncte . WiMAX -ul mobil, care se bazează pe standardul IEEE
802.16e -2005, foloseste un nivel fizic scalabil bazat pe OFDMA. În cazul WiMAX -ului mobil,
dimensiunil e FFT pot varia de la 128 la 2048.
Tabelul 2 -1 ilustrează parametr i importanți pentru OFDM -PHY și OFDMA -PHY.

39
Parametru WiMAX Fix (OFDM PHY) WiMAX mobil (OFDMA PHY)
Mărimea FFT 256 128 512 1024 2048
Număr de subpurtătoare de date 192 72 360 720 1440
Număr de subpurtătoare pilot 8 12 60 120 240
Număr de subpurtătoare de gardă 56 44 92 184 368
Prefix cyclic sau timp de gardă(Tg/Tb) 1/32, 1/16, 1/8, ¼
Rata de supraeșantionare(Fs/BW) Dependentă de lărgimea de bandă: 7/6 pentr 256 OFDM, 8/7
pentru multiplii de 1.75 Mhz, 28/25 pentru multiplii de 1.25
MHz, 1.5 Mhz, 2 MHz sau 2.75 Mhz
Lărgimea canalului(Mhz) 3.5 1.25 5 10 20
Spațierea între subpurtătoare(KHz) 15.625 10.94
Timpi de transmitere a simbolurilor(us) 64 91.4
Timp de gardă, la 12.5%(us) 8 11.4
Durata simbolului OFDM (us) 72 102.9
Număr de simboluri OFDM într -un
cadru de 5 ms 69 48

Tabelul 2 -1: Parametri OFDM și OFDMA în WiMAX -adaptat după [2]

OFDM -PHY pentru WiMAX fix: Pentru această versiune , dimensiunea FFT este stabilită la
256, dintre care 192 subpurtătoare sunt folosite pentru transportul de date , 8 sunt utilizate ca
subpurtătoare pilot pentru estimare a canalului și sincronizare, iar restul sunt folosite ca benzi de gardă.
Deoarece FFT este de dimensiune fixă, distanța între subpurtătoare variază în funcție de band a
canalului. Atunci când se utilizează lărgimi de bandă mai mari, crește spațierea între subpurtătoare , iar
durata simbol ului scade. Reducerea duratei de simbol implică faptul că trebuie mărit timpul de gardă
pentru a preveni întârzierile . După cum arată tabelul 2 -1, WiMAX prezintă o gamă largă de timpi de
gardă care perm ite proiectanț ilor realizarea de sisteme astfel încât să se poată face compromisuri
adecvate între eficienț a spectrală și rezistența la întârziere . Pentru rezistență maximă la întârziere un
timp de gardă de 25% poate fi utilizat, putând suporta întârzier i de până la 16 microsecunde atunci când
operează într -un canal de 3.5MHz și până la 8 microsecunde atunci când operează într -un canal de 7
MHz.
OFDM -PHY pentru WiMAX mobil: În WiMAX mobil, dimensiunea FFT se întinde de la 128
la 2048. Aici, atunci când crește banda disponibilă , dimensiunea FFT crește astfel încât distanța între
subpurtătoare este întotdeauna 10.94K Hz. Acest lucru menține durata de simbol OFDM, care este
resursa de bază, fix ă și, prin urmare, face scalarea să aibă un impact minim asupra nivelurilor
superioare. De asemenea , un model scalabil păstrează costurile reduse. Aceast ă distan țare între
subpurtătoare poate suporta valori ale întârzier ilor de până la 20 de microsecunde și mobilitate de până
la 125 km/h atunci când operează la 3.5GHz. O spațiere a subpurtătoare lor de 10.94K Hz implică faptul
că FFT de 128, 512, 1024 și 2 048 sunt utilizate atunci când banda canalului est e 1.25MHz, 5MHz,
10MHz si 20MHz . Ar trebui, totuși, să fie remarcat faptul că WiMAX -ul mobil poate include, de
asemenea, profil uri suplimentare de lățime de bandă. De exemplu, un profil compatibil cu WiBro va

40
folosi un canal cu o lățime de bandă de 8.75MHz și FFT de 1024. Evident, acest lucru va necesita o
distanțare diferit ă între subpurtătoare și nu va fi la fel de scalabilă. [2]

2.1.6 Utilizarea subcanalelor

Subpurt ătoarele disponibile pot fi împărțite în mai multe grupe de subpurt ătoare numite
subcanale. WiMAX -ul fix bazat pe OFDM -PHY p ermite o formă limitată de grupare în subcanale , doar
în UL. Standardul definește 16 subcanale, în care 1, 2, 4, 8 sau toate seturile pot fi atribuite unei stații
de abonat în UL. Folosirea de sub canale î n WiMAX -ul fix în UL permite stațiilor de abonat să
transmită, folosind doar o fracțiune ( pana la 1/16) din band a atribuită de către stația de bază, oferind
îmbunătățiri în ceea ce prive ște costurile leg ăturilor, aspect care poate fi utilizat pentru a îmbunătăți
performanț a sau pentru a îmbunătăți timpul de viață al bateriei stației abonatului. Un factor de
subcanalizare de 1/16 aduce o îmbunătățire a legăturilor cu 12 dB.
WiMAX -ul mobil bazat pe OFDMA -PHY, cu to ate acestea, permite formarea de subcanale atât
în UL cât și în DL, iar subcanalele formează resursa minim ă alocată de către stația de bază. Prin
urmare, mai multe subcanale pot fi alocate pentru mai mulți utilizatori ca un mecanism de acces
multiplu. Pe a ceast ă soluție de acces multiplu se bazează tehnologia prezentată anterior , anume
OFDMA .
Subcanale pot fi formate utilizând fie subpurtătoare adiacente sau subpurtătoare distribuite
aleator în întregul spectru de frecvențe. Subcanale le formate din subpurtătoare distribuite pot oferi mai
multă diversitate din punctul de vedere al frecvențelor , aspect deosebit de util pentru aplicații mobile.
WiMAX definește o serie de metode de formare a subcanalelor bazate pe subpurtătoare distribuite a tât
pentru UL, cât și pentru DL. O metodă , numit ă utilizarea parțială a subpurtătoarelor (PUSC), este
obligato rie pentru toate implementările de WiMAX mobil . Profilurile de WiMAX inițiale definesc 15
și 17 subcanale pentru DL și pentru UL pentru operarea PUSC într -o bandă cu lățimea de 5 MHz .
Pentru operarea într-o bandă de 10MHz, se definesc 30 și 35 de canale. [2]
Formarea subcanalelor bazată pe subpurtătoare adiacente în WiMAX se numește codare și
modulare a daptivă (Adaptive M odulat ion and C oding -AMC) . Cu toate că diversitatea frecvențelor este
pierdut ă, AMC permite alocarea subcanalelor spre utilizatori pe baza răspunsului lor în frecvență .
Simbolurile învecinate care utilizează un tip de asignare specific al sub canalulu i sunt numite zone de
permutare. Există un număr de 7 zone :FUSC, OFUSC, PUSC, OPUSC, AMC, TUSC1 și TUSC2. Un
singur cadru poate să conțină una sau mai multe zone. Subcadrul DL are nevoie de cel puțin o zonă și
întodeauna începe cu zona PUSC . Numărul exact de zone folosi t în cadru este dependent de condițiile
rețelei. Tipurile de zone folosite pentru downlink și uplink sunt următoarele:
1.Utilizarea parțială a sub canalelor în DL (DL PUSC)
Această zonă constituie începutul tuturor cadrelor DL , fiind urmat de preambul . În această zonă,
perechi de semnale pilot își modifică pozițiile pe simboluri alternante, atingând media de 1 din 7

41
subpurtătoare. Semnalele pilot dedicate sunt transmise numai când datele sunt disponibile.
Subpurtătoarele sunt grupate în mănunchiuri de 14 subpurtătoare per simbol. Un grup de două
mănunchiuri formează un subcanal și un subcanal peste două simboluri OFDM formează un segment .
2.Folosirea parțială a subcanalelor în UL (UL PUSC)
În această zonă, 4 subpur tătoare sunt grupate peste trei simboluri, formând o coadă . Șase cozi
formează un subcanal, și un sub canal peste trei simboluri formează un segment . Pe parcursul unei
singure cozi, una din trei subpurtătoare este un pilot care își modifică poziția cu fiecare simbol .
3.Codarea și modulare a adaptivă (AMC)
Structura acestei zone este aceeași pentru D L și UL și prezintă o bandă ușor mai mare decât în
cazul PUSC și FUSC. Un bloc învecinat de subpurtătoare formează un subcanal. Un segment este un
subcanal de dimenisiuni semnificative, lungimea schimbându -se proporțional cu zona. Poziția piloților
în DL s e modifică ciclic , repetându -se din 4 în 4 simboluri.
4.Folosirea totală a subcanalelor DL (DL FUSC)
Această zonă folosește toate subpurtătoarele , oferind din punctul de vedere al frecvențelor un
grad îna lt de diversitate . Subpurtătoarele sunt divizate în 48 de grupuri a câte 16 subpurtătoare. Un sub –
canal este format prin luarea din fiecare grup a unei subpurtătoare. Un sub -canal peste un simbol
OFDMA formează un segment. În general, semnalele pilot sunt distribuite cu pozițiile lor al ternante cu
fiecare simbol .
5.FUSC Opțional pentru DL (DL OFUSC)
Această zonă este o mică variație a zonei FUSC, unde subpurtătoarele pilot sunt spațiate egal de
către 8 subpurtătoare de date.
6.FUSC Opțional pentru UL (UL OFUSC)
Această zonă este aceeași ca și UL PUSC, diferind faptul că se folosește o coadă de lungimea a
trei simboluri .
7.TUSC1 și TUSC2 Utilizarea subcanalelor sub formă de plachete (Tile Usage of Subchannels )
Zone opționale și sunt dis ponibile doar în DL . Sunt similare cu DL PUSC și OPUSC dar
folosesc o ecuație diferită pentru asignarea subpurtătoarelor în subcanale. Cu excepția DL PUSC, ce
este plasat după preambulul DL, toate celelalte zone pot fi asignate în orice altă ordine în structura
cadru lui. [8]

42

Figura 2-8: Maparea zonelor în cadrul OFDMA WiMAX[13]

După cum se poate vedea în cadrul configurației, zona DL PUSC urmează după preambul și
este singura zonă a cărei existență este obligatorie în cadru.

2.1.7 Structura segmentelor și a cadrelor

Nivelul fizic WiMAX este, de asemenea, responsabil pentru alocarea segmentelor și formarea
cadrelor în interfața radio. Resu rsa minimă de timp/frecvență care po ate fi alocat ă într-un sistem
WiMAX unei anumit e legături se numește segment . Fiecare segment este format dintr -un subcanal
peste unul, două sau trei simboluri OFDM, în funcție de schema de formare a subcanalelor utilizat ă. O
serie continuă de segmente atribuite un ui an umit utilizator se numește regiune de date a utilizatorului;
algoritmi de planificare ar putea aloca regiuni de date către diferiți utilizatori, în funcție de cerere,
cerințele de QoS, precum și de condițiile canalului
Figura 2 -9 prezintă un cadru OFDMA atunci când funcționează în modul TDD. Cadrul este
împărțit în două subcadre: un cadru de DL, urmat de un cadru de UL, după un interval de gardă mic.
Raportul între subcadrele de DL și de UL poate varia de la 3: 1 până la 1: 1 pentru a sprijini diferite
tipuri de trafic. WiMAX poate lucr a, de asemenea, cu duplexarea cu diviziune în frecvență , caz în care
structura cadrului este identică , diferența constând în faptul că atât infromațiile de DL cât și cele de UL
sunt transmise simultan cu ajutorul a diferite subpurtătoare . Unele dintre sistemele actuale WiMAX
fixe folosesc FDD. Cele mai multe implementări WiMAX, cu toate acestea, sunt susceptibile de a fi în
modul TDD datorită avantajelor sale. TDD permite o repartizare mai flexibilă a benzii între DL și UL,

43
are un canal reciproc care po ate fi exploatat pentru procesarea spațială, și are o contrucție mai simplă
de emisie -recepție. Dezavantajul TDD îl reprezintă nevoia de sincronizare cu stații de bază multiple
pentru a asigura coexistența fără interferențe.

Figura 2-9: Structura cadrului OFDMA[2]

Așa cum se arată în Figura 2 -10, subcadru l de DL începe cu un preambul de DL care este
utilizat pentru procedurile de nivel fizic, cum ar fi sincronizarea în timp și în frecvență și estimarea
canalului inițial . Preambulul de DL este urmat de un antet de control al cadrului ( Frame Control
Header -FCH), care conține informații de configurare a cadru lui, cum ar fi lungimea mesajului MAP ,
modularea și codarea care se folosesc și subpurtătoarele utilizabile. Mai mulți utilizatori sunt aloca ți pe
regiuni de date în cadru, iar aceste alocări sunt mesajele MAP de DL și de UL (DL-MAP și UL -MAP),
care sunt transmise în urma FCH în subcadr ul de DL. Din moment ce MAP conține informații critice
care trebuie să ajungă la toți utilizatorii (modularea si codarea care se folosesc) , este trimis ă printr -o
legătură foarte fiabil ă, cum ar fi BPSK cu rata de codare de 1/2 .

44

Figura 2-10: Structura subcadrului de DL pentru TDD -adaptată după referință[16]

WiMAX este flexibil în ceea ce privește modul în care mai mulți utilizatori și mai multe
pachete sunt multiplexate într -un singur cadru. Un singur cadru de downlink poate conține mai multe
salve(bursts) de diferite dimensiuni și tipuri care transportă date pentru mai mulți utilizatori.
Dimensiunea cadrului este de asemenea variabilă, de la 2 ms la 20 ms, iar fiecare salvă poate conține
mai multe pachete co ncatenate de dimensiuni fixe sau variabile sau fragmente de pachete recepționate
de la nivelurile superioare. Cu toate acestea, inițial, toate echipamentele WiMAX folosesc numai cadre
de 5 ms.
Subcadrul de UL (figura 2 -11) este alcătuit din mai multe salve de UL de la diferiți utilizatori.
O porțiune din subcadru l de UL este rezervată pentru acces bazat pe rezolvarea conflictului /discuției ,
fiind utilizată pentr u o varietate de scopuri. Acest subcadru este folosit în principal ca un canal pentru
a efectua și ajustări de timp, putere și frecvență în timpul accesării rețelei, precum și periodic după
aceasta . Canalul de localizare poate fi, de asemenea, utilizat de către stațiile de abonat sau de stații
mobile (SS / MS) pentru a face cereri de bandă în UL. În plus, datele best-effort pot fi trimis e pe acest
canal pe bază de discuție , în special atunci când cantitatea de date ce trebuie trimisă este prea mic ă
pentru a justifica solicitarea unui canal dedicat. Subcadrele de UL au un canal de indicare a calității
(Channel -Quality Indicator Channel -CQICH) pentru SS astfel încât să ofere un raspun s în ceea ce
privește calitatea canalului, informație ce poate fi folosită de stația de bază (BS) și de către un canal de
confirmare (ACK) pentru ca SS să ofere o confirmare asupra informațiilor recepționate. [8]

45

Figura 2-11: Structura subcadrului de UL pentru TDD -adaptată după referință[16]

Pentru a face față variațiilor în timp, WiMAX poate folosi, în mod opțional, preambuluri
repetate mai frecvent. În uplink, preambuluri scurte, numite midambles , pot fi utilizate după 8, 16 sau
32 de simboluri; în DL, un scurt preambul poate fi inserat la începutul fiecăr ei salve . Se estimează că,
având un midamble la fiecare 10 simboluri , se permite o mobilitate de până la 150 km /h

2.2 Nivelul MAC
2.2.1 Noțiuni introductive

Sarcina principală a nivelului WiMAX MAC este de a asigura o interfață între nivelurile
superioare de transport și nivelul fizic. Nivelul MAC ia pachete de la nivelul superior -aceste pachete
sunt numite unități de date de servici u MAC (MSDU ) -și le organizează în unități de date de protocol
MAC (MPDU ) pentru transmiterea pe cale radio . La recepție, nivelul MAC operează în mod invers .
Model ele MAC IEEE 802.16 -2004 și 802.16e -2005 includ convergența subnivelurilor care pot interfața
cu o varietate de protocoale de nivel înalt, cum ar fi ATM, Ethernet, IP etc. Având în vedere
predominanța IP -ului și Ethernet -ului pe piață, Forumul WiMAX a deci s să funcț ioneze doar cu aceste
două tehnologii .
WiMAX MAC este proiectat pentru a suporta rate de biți foarte mari oferind în același timp
calitatea serviciului similar cu cel al ATM și DOCSIS. WiMAX MAC folose ște MPDU de lungime
variabilă și oferă flexibilitate pentru a permite transmisia eficientă a acestora. De exemplu, mai multe
MPDU de lungimi identice sau diferite pot fi agregate într -o singură salvă . Pe de altă parte, MSDU
mari pot fi fragmentate în MPDU mai mici și pot fi trimise prin mai mul te cadre.

46
Figura 2 -12 prezintă exemple de diferite cadre PDU MAC ( unități de date de pachet ). Fiecare
cadru MAC are atribuit un antet generic MAC (GMH), care conține un identificator de conexiune
(CID), lungimea cadrului și numărul de biți pentru a confirma prezența CRC, subantete etc. Sarcina
utilă MAC este fie un mesaj de transport, fie unul de administrare . În afară de MSDU, sarcina utilă de
transport poate conține cereri de bandă sau cereri de retransmisie. Tipul de sarcină utilă de transport
este identificat prin subantetul imediat precedent . WiMAX MAC sprijină, de asemenea, ARQ , care
poate fi utilizat pentru a solicita retransmiterea de MSDU nefragmentate și de fragmente de MSDU.
Lungi mea maximă a cadrului este de 2 047 octeți, fiind reprezentat prin 11 biți în GMH. [2]

Figura 2-12: Exemple de cadre MAC -adaptată dupa referință[2]

2.2.2 Mecanisme de accesare a canalului

În WiMAX, nivelul MAC de la stația de bază este pe dep lin responsabil pentru alocarea de
bandă pentru toți utilizatorii, atât în UL, cât și în DL. Singura situație când MS are un anumit control
asupra alocării de bandă este atunci când acesta are mai mult e sesiuni sau conexiuni cu BS. În acest
caz, BS alocă lățime de bandă tuturor stațiilor mobile și este la latitudinea acestora să o repartizeze între
multiplele conexiuni. Toate celelalte operațiuni sunt realizate de către BS. Pentru DL, BS poate aloca
bandă pentru fiecare stație mobilă , în funcție de nevoile fiecăreia , fără a implica MS. Pentru UL,
alocările trebuie să se bazeze pe cereri din partea MS.
Standardul WiMAX folosește mai multe mecanisme pr in care o stație mobilă poate solicita și
obține bandă pentru UL. În funcție de calitatea serviciului și anumiți parametri de trafic asociați unui
serviciu, unul sau mai multe dintre aceste mecanisme pot fi utilizate de către stația mobilă . Stația de
bază alocă resurse dedicate sau generale în mod perio dic pentru fiecare stație mobilă , pe care le poate
utiliza pentru a solicita lățime de bandă. Acest proces se numește interogare . Interogarea se poate face
fie individual (unicast), fie în grupuri (multicast). Interogarea multicast se face atu nci când nu există
suficientă bandă pentru ca fiecare stație mobilă să facă interogare individuală . Când interogarea se face
multicast, segmentul alocat pentru a se furniza ban da este un segment comun , pe care fiecare stație
mobilă încearcă s ă îl foloseasc ă. WiMAX definește un mecanism de rezoluție pentru cazul în care mai

47
multe stații mobile încearcă să folosească un segment comun . Dacă are deja o alocare pentru a trimite
trafic, stația mobil ă nu este supusă interogării.
În schimb, este permis să se solicite mai multă bandă prin transmiterea unei cereri de lățime de
bandă MPDU , prin trimiterea unei cereri de l ățime de bandă folosind canalul de localizare sau prin
trimiterea unei cerer i de bandă prin pachetele MAC generice. [2]

2.2.3 Calitatea serviciului

Beneficierea de QoS este o parte fundamentală a proiectării nivelului MAC . WiMAX
împrumută unele dintre ideile de bază în ceea ce privește QoS-ul de la standardul DOCSIS . Controlul
puternic al QoS -ului se realizează prin utilizarea unei arhitecturi MAC orientat ă pe conexiune, în cazul
în care toate conexiunile de DL și de UL sunt controlate de către stația de bază care deservește
abonatul . Înainte de a avea loc orice transmisie de date, stația de bază ș i stația mobilă trebuie să
stabilească o legătură l ogică unidirecțională, numită conexiune între c ei doi corespondenți de nivel
MAC . Fiecare conexiune este identificat ă printr -un identificator de conexiune (CID), care servește ca o
adresă temporară pentru transmisii de date prin legătura specială . Pe lângă conexiu ni pentru transferul
de date , nivelul MAC definește trei conexiuni pentru realizarea administrării : de bază, primare și
secundare.
Se dorește ca utilizatorii sa poată folosi aplicații avansate sau servicii referitoare la Internet la
un nivel foarte ridicat din punct de vedere calitativ. Pentru a îndeplini aceste condiții, trebuie ca rata de
transmisie cu succes să fie ridicată, dar costurile să fie minime pentru a garanta calitatea serviciului.
Mai exact, abonații doresc să se bucure de acces permanent la serviciile lor pre ferate într -un mod
transparent, chiar și atunci când se află în mișcare . Pentru a oferi acces fără fir la serviciile de Inter net
și la aplicații le multimedia pe o scară metropolitană, chiar și pentru regiu nile subdezvoltate, WiMAX
îmbină mobilitatea cu fiablitatea și flexibilitatea.
Tehnologia WiMAX trebuie să permită transmisia unui trafic variat la nivel înalt, incluzând
transmisii de date de viteză foarte mare (VoIP, fluxuri audio,video) și trans misii de date de viteză mai
mică (navigare web).
Există aplicații care necesită un anumit control al QoS pentru a funcționa eficient. De exemplu,
o întârziere prea mare poate periclita transmisiile de voce, pentru care întârzierea trebuie să fie mai
mică de 120 de ms pentru ca apelul sa fie inteligibil. Pentru alte tipuri de servicii, mai importantă este
pierderea de pachete sau un număr ridicat de biți eronați.
Algoritmii de control și de alocare a benzii de frecvență ai WiMAX au fost concepuți astfel
încât să suporte sute de conexiuni pe canal cu ceri nțe variate din punctul de vedere al QoS. Cerințele
utlizatorilor pot fi diversificate privind întârzierea de transmisie si lărgimea de bandă, motiv pentru care
trebuie să existe flexibilitate în administrarea eficientă a traficului.

48
Fiecare stație de ab onat necesită resurse atunci când accesează sistemul. Stația de bază alocă
resurse prin modalitățile următoare:
 garantarea resurselor pe stație de abonat, GPSS (Grant Per Subscriber Station)
 garantarea resurselor pe conexi une, GPC (Grant Per Connection)

Aspectul definitoriu pentru WiMAX este acela că îi asociază f iecăru i pachet un tip de flux
serviciu. Un flux de serviciu este un flux unidirecțional care garantează un anumit QoS descris de cătr e
parametri QoS. Adică, un flux serviciu este definit fie pentru partea de UL, fie pentru cea de DL. Un
asemenea flux există chiar dacă nu este configurat să transporte trafic. [19]
Parametri unui flux de serviciu sunt:
 Identificatorul fluxului serviciu ( SFID -Service Flow ID) – identifică fluxul de serviciu dintre stația
de bază și stația de abonat.
 CID- identificatorul conexiunii de transport . Există doar atunci când conexi unea are un flux
serviciu activ sau admis. Un SFID este asociat cu un singur CID de transport și viceversa.
 Setul de parametr i QoS provizionați( ProvisionedQoSParamSet) – un set de parametri QoS
provizionați de către un administrator de rețea.
 Setul de parametri QoS admiși( AdmittedQoSParamSet) – definește un set de parametri QoS pentru
care stația de bază sau stația de abonat rezer vă resurse cum ar fi bandă sau memorie.
 Setul de parametri QoS activi( ActiveQoSParamSet) – defineș te setul de parametri QoS pentru
serviciul asignat fluxului de serviciu.
 Modul de autorizare -o funcție logică implementată în stația de bază pentru a aproba sau a respinge
schimbări făcute în rândul parametrilor QoS sau ai clasificatorilor asociați cu fluxul de serviciu.
Fluxurile serviciu pot fi, de asemenea, împărțite în trei categorii:
 Provizionate : este cunoscut prin p rovizionarea facută de către un sistem de gestionare a rețelei.
Stația mobilă ar putea cere activarea unui flux provizionat prin transmiterea SFID și a
parametrului QoS aferent către stația de bază. Aceasta poate oferi un răspuns prin maparea
fluxului de s erviciu pe un CID dacă este verificată autorizarea și sunt destule resurse valabile.
 Admise : are resursele rezervate în AdmittedQoSParamSet , dar acești parametri nu sunt activi.
Modelul de activare este folosit pentru aplicații telefon ice, având două faze . Mai întâi, resursele
pentru realizarea unui apel sunt admise. După ce are loc o negociere end-to-end, aceste resurse
sunt activate. Fluxul serviciu care are resursele asignate la AdmittedQoSParamSet, dar ale cărui
resurse nu sunt încă activate complet sunt într -o stare tranzitorie. Cererea de activare a unui flux
serviciu ce are ActiveQoSParamSet, care reprezintă o subcategorie a AdmittedQoSParamSet, va fi
validă.
 Active : are resurse rezervate de către stația de bază pentru ActiveQoSParamSet, acești a fiind
nenuli. Un flux serviciu admis poate fi activat prin furnizarea unui ActiveQoSParamSet și prin
semnalarea resurselor necesare la timpul respectiv pentru a completa al doilea stadiu al modelului
ce este constituit din două etape. Un serviciu poat e fi provizionat și activat imediat. De asemenea,

49
serviciul poate fi creat în mod dinamic și activat imediat, astfel încât să se omită procesul de
activare din două faze. [11]
Pentru a sprijini o gamă largă de aplicații, WiMAX defineș te cinci clase de servicii , care ar
trebui să fie suportate de către planificatorul stației de bază pentru transportul de date printr -o
conexiune:
 Unsolicited Grant Services (UGS) : Acest mecanism este conceput pentru a sprijini pachetele de
date de d imensiuni fixe, la o ra tă de bit constantă . Exemple de aplicații care pot utiliza acest
serviciu sunt emularea T1 / E1 și VoIP fără suprimare a liniștii . Parametri definitorii pentru acest
serviciu sunt rat a maximă de susținere a trafic ului, latență maximă, jitter tolerat , și politica de
solicitare / transmitere.
 Real-time polling services (rtPS) : Acest serviciu este conceput pentru a sprijini fluxurile servici u
în timp real, cum ar fi videoclipurile MPEG, care generează pachete de date cu dimensiuni
variabile . Parametrii care definesc acest serviciu sunt rat a minimă de trafic rezervată, rata maximă
de trafic susținut, latență maximă etc.
 Non-real-time polling services(nrtPS) : Acest serviciu este conceput pentru a sprijini fluxuri de
date tolerante la întârziere , cum ar fi o aplicație FTP, care necesită date de mărimi variabile cu o
garanție minimă . Parametrii care definesc acest serviciu sunt rat a minimă de trafic rezervată, rata
maximă de trafic susținut, prioritatea în trafic etc.
 Servicii best-effort : Acest serviciu este conceput pentru a sprijini fluxurile de date, cum ar fi
navigarea pe Internet , care nu necesită o garanție minimă la nivel de serviciu. Parametrii care
ajută la definirea acestui serviciu sunt rat a maximă de trafic susținută și prior itatea în trafic .
 Servicii cu rată variabiă în timp real extins (ERT-VR): Acest serviciu este conceput pentru a
sprijini aplicații în timp real, cum ar fi VoIP cu suprimarea liniștii, care au rate de date variabile,
dar necesită o garanție în ceea ce privește rata de date și întârzierea . Acest serviciu este definit
numai în IEEE 802.16e -2005 , nu și în IEEE 802.16 -2004.

Cu toate că nu definește planificatorul, WiMAX definește o serie de parametri și caracteristici
care facilitează punerea în aplicare a unui planificator eficace:
 Suport pentru o definire parametrică detaliată a cerințelor QoS și o varietate de mecanisme pe ntru
a semnala în mod eficient condițiile de trafic și cerințele QoS detaliate în UL.
 Sprijin pentru alocarea tridimensională și dinamică a resurselor la nivelul MAC. Resursele pot fi
alocate în timp (intervalele de timp), frecvență (subpurtătoare) și spaț iu (antene multiple ).
 Suport pentru furnizarea rapidă de informații în ceea ce privește calitatea canalului , pentru a
permite planificatorului să aleagă codarea și modularea corespunzătoare pentru fiecare alocare.
 Suport pentru permutări între subpurtătoare adiacente, cum ar fi AMC, care permit planificatorul ui
să aloce fiecărui abonat subcanalul potrivit.
Trebuie remarcat faptul că punerea în aplicare a unui planificator eficace este esențial pentru
capacitatea generală și performanțele unui s istem WiMAX. [11]

50
2.2.4 Caracteristici de economisire a energiei

Pentru a avantaja dispozitive portabile (alimentate de la o baterie) , tehnologia WiMAX mobil
are caracteristici de economisire a energiei, care permit stațiilor de abonat portabile să funcționeze
pentru durate mai lungi fără a fi nevoie să fie reîncărcate . Economisirea energiei se realizează prin
oprirea anumitor părți ale stației mobile într-un mod controlat, atunci când acesta nu transmite sau nu
primește în mod activ date. WiMAX -ul mobil define ște metode de semnalizare care permit stațiilor
mobile să se retragă într -un mod de repaus sau în tr-un mod inactiv când nu se realizează schimb de
informații . Modul de repaus este o stare în care stația mobilă se închide în mod eficient și devine
indisponibilă pentru perioade predeterminate de timp. Perioadele de absență sunt negociate cu stația de
bază. WiMAX definește trei clase de economisire a energiei, în funcție de felul în care modul repaus
are loc ( sleep ).
În modul de economisire a energie i din clasa 1, fereastra de repaus este crescut ă exponențial de
la o valoare minimă la o valoare maximă. Acest lucru se face de obicei atunci când MS folosește
servicii de tip best-effort și nu face trafic în timp real .
Economisirea energiei de clasa a 2-a are o fereastră de repaus cu lungime fixă și este utilizat ă
pentru mecanismul UGS . Clasa a 3-a de economisire a energiei permite folosirea unei ferestre de
repaus o singură dată și este folosit ă, de obicei , pentru traficul de tip multidestinație sau pentru cel de
gestionare a traficului atunci când stația mobilă știe când sosește următoarea rundă de trafic . În plus
față de reducerea consumului de energie a stației mobile , modul repaus conservă resursele radio ale
stației de bază . Pen tru a facilita transfer ul în timpul modul ui de repaus, stației mobile îi este permis să
scaneze alte stații de bază pentru a colecta informații legate de transfer.
Modul inactiv( idle) permite economisirea și mai eficientă a energiei, iar folsirea acestuia este
opțională în WiMAX. Modul inactiv permite stației să se dezactiveze complet și să nu fie înregistrat ă la
nicio stație de bază și totuși primește trafic de difu zare(broadcast) în DL. Când sosește trafic de DL
pentru stația mobilă în modul inactiv , MS este paginat de către o colecție de stații de bază care
formează un grup de paginare. Stația mobilă este atribuit ă unui grup de paginare de către stația de bază
înainte de a intra în modul inactiv, iar stația mobilă se trezește periodic pentru a actualiza grupul său de
paginare. Modul inactiv economisește mai multă energie decât modul de repaus, deoarece stația mobilă
nu are nici măcar nevoie să se înregistreze s au să facă transferuri. M odul inactiv avantajează rețeaua și
stația de bază prin elimin area transferurilor pentru stați ile mobile inactive. [2]

51
2.2.5 Mobilitatea

WiMAX sugerează patru scenarii în ceea ce privește mobilitatea:
 Nomad : Utilizatorului i se permite să ia o stație fixă și să se reconecteze dintr -un alt punct de
acces .
 Portabil: Accesul nomadic este furnizat unui dispozitiv portabil, cu așteptarea unui transfer de tip
best-effort.
 Mobilitate simplă: Abonatul poate deplasa cu viteze de până la 90 km/h, cu întreruperi scurte (mai
puțin de 1 secundă) în timpul transferului.
 Mobilitate completă: Mobilitate de până la 120 km/h, iar transferurile nu se resimt asupra
utilizatorului (latenț ă mai mică de 50 ms, iar pierderile de pachete sunt mai mici de 1%).
Standardul IEEE 802.16e -2005 definește o arhitectură pentru avantajarea gestionării mobilității.
În special, standardul definește mecanisme de semnalizare pentru urmărire a stațiilor de abonat după
cum se deplasează din zona de acoperire a unei stații de bază către alta atunci când sunt active sau se
deplasează dintr -un grup de paginare la altul în stare a de inactivitate. Standardul are, de asemenea,
protocoale care permit un transfer fără întreruperi a le conexiunilor în curs de desfășurare de la o stație
de bază la alta. Forumul WiMAX a utilizat soluția definit ă în IEEE 802.16e -2005 pentru a dezvolta în
continuare gestionarea mobilității în cadrul unei arhitecturi de rețea end-to-end. Arhitectura suportă , de
asemenea, mobilitatea nivelului IP folosind IP mobil.
Trei metode de transfer sunt utilizate în IEEE 802.16e -2005; unul este obligatoriu și celelalte
două sunt opționale. Metoda de transfer obligatorie se numește transfer de salvare (HHO) și este
singurul tip necesar a fi pus în aplicare în WiMAX -ul mobil inițial. HHO presupune un transfer brusc
de conexiune de la o stație de bază la alta. Deciziile de transfer sunt realizate de către stația de bază ,
stația mobilă , sau o altă entitate, pe baza rezultatelor măsurătorilor raportate de stația mobilă . Stația
mobilă face periodic o scanare de radio frecvență și măsoară calitatea semnalului stațiilor de bază
învecinate. Scanarea este realizată în timpul intervalelor de sc anare alocate de către stația de bază . În
timpul acestor intervale, stației mobile îi este permis să efectueze în mod opțional localizarea inițial ă și
să se asocieze cu una sau mai multe stații de bază învecinate. Odată ce se ia o decizie de transfer, stația
mobilă începe sincronizarea cu transmisia de DL a stației de bază țintă , efectuează localizarea în cazul
în care nu s -a realizat în timpul scanării , iar apoi încheie legătura cu stația de bază anterioară . Orice
MPDUs neexpediat este reținu t de către stația de bază până la expirarea unui contor.
Cele două metode de transfer opționale utilizate în IEEE 802.16e -2005 se numesc comutarea
rapidă a stației de bază (FBSS) și transferul macro diversității /prin macro diversitate (MDHO). În aceste
două metode, stația mobilă menține câte o conexiune validă, simulta n, cu mai mult de o stație de bază .
În cazul FBSS (figura 2 -13), MS menține o listă cu stațiile de bază implicate , numit ă set activ.
MS monitorizează în mod continuu setul activ, face localizarea , și menține o conexiune validă cu
fiecare dintre aceste stații . Cu toate acestea, stația mobilă comunică doar cu o singur ă stație de bază ,
numit stație de bază ancoră . Atunci când este necesară schimbare a stației de bază ancoră , conexiunea

52
este comutată de la o stație de bază la alta, fără a fi nevoie să efectueze în mod explicit de semnalizare a
transferului . Stația de bază pur și simplu raportează stația de bază selectată pe CQICH. [8]

Figura 2-13: Schema transferului prin FBSS[11]

MDHO (figura 2 -14) este similar cu FBSS, cu excepția faptului că stația mobilă comunică pe
DL și pe UL cu toate stațiile de bază din setul activ în mod simultan (aici, denumit setul de diversitate) .
În DL, mai multe copii primite de la stația mobilă sunt combinate. În UL, în cazul în care stația mobilă
trimite date la multiple stații de bază, diversitatea de selecție este realizată pentru a alege cea mai bună
legătură.

53

Figura 2-14: Schema ransferului prin MDHO[11]

Atât FBSS cât și MDHO oferă performanțe superioare în comparație cu HHO, dar au nevoie ca
stațiile de bază din setul activ, respectic din setul de diversitate, să fie sincronizate și să folosească
aceeași frecvență purtătoare.

2.2.6 Funcții legate de sec uritate

Spre deosebire de Wi -Fi, sistemele WiMAX au fost proiectate încă de la început ținându -se
cont de securitatea serviciului. Standardul include metode performa nte pentru a asigura
confidențialitatea datelor utilizatorilor și pr evenirea accesului neautorizat . Securitatea este gestionat ă de
un subnivel de confidențialitate în cadrul WiMAX MAC. Mai departe, sunt prezentate a spect ele cheie
ale securității WiMAX .
 Susținerea confidențialității: Datele utilizatorilor sunt criptate folosind scheme criptog rafice
eficiente care asigură confidențialitate. AES (Advanced Encryption Standard) și 3DES (Triple
Data Encryption Standard) sunt acceptate. Majoritatea sistemelor folosesc AES , deoarece este

54
noul standard de criptare aprobat ca fiind în conformitate cu Federal Information Processing
Standard (FIPS) și este mai ușor de implement at. Cheia de 128 sau de 256 de biți folosită pentru
obținerea codului este generat ă în timpul fazei de autentificare și este actualizată periodic pentru o
protecție suplimentară.
 Autentificarea utlizatorului/dispozitivului: WiMAX ofer ă un mijloc flexibil pentru
autentificarea stațiilor de abonat și a utilizatorilor pentru protecția împ otriva utilizării neautorizate.
Autentificare a se bazează pe Intern et Engineering Task Force EAP , care suportă o varietate de
metode de atutentificare , cum ar fi numele de utilizator / parola, certificate digitale, și cartele
inteligente (smart cards ). Dispozitivele WiMAX vin cu certificate digitale X.509 care conțin cheia
publică și adresa MAC . Oper atorii WiMAX pot utiliza certificatele pentru autentificarea
dispozitivului și folosesc o autentificare bazată pe un nume de utilizator/ parolă sau card inteligent .
 Protocol flexibil de gestionare a cheii: Protocolul de Confidențialitate și Gestionare a Cheii
Versiunea 2 (PKMv2) este utilizat pe ntru transferul în siguranță al materialului căruia i se va
asigna o cheie de la stația de bază la stația de mobil, reautorizând periodic cheile . PKM este un
protoco l de tip client -server: stația mobilă acționează în calitate de client; stația de bază reprezintă
serverul. PKM utilizează certificate digitale X.509 și algoritmi de criptare cu cheie publică RSA
(Rivest – Șamer -Adleman) pentru a efectua schimburi de chei în mod sigur între stația mobilă și
stația de bază .
 Protecția mesajelor de control: Integritatea mesajelor de control transmise prin interfața radio
este protejată prin utilizarea unor scheme de sistematizare a mesajelor, cum ar fi CMAC bazat pe
AES sau HMAC bazat pe MD5.
 Realizarea de transferuri rapide: Pentru a sprijini transferurile rapide, WiMAX permite stațiilor
mobile să utilizeze preautentificare cu o anumită stație de bază țintă pentru a facilita rein trarea
accelerată. Un sistem de three -way-hand -shake este sprijinit pentru a optimiza mecanismele de
reautentificare pentru sprijinirea transferului rapid , prevenind în același timp orice atac de tip man-
in-the-middle . [2]

2.2.7 Servicii multidestinație și de difuzare

Nivelul MAC al WiMAX -ului mobil suport ă serviciile de tip multidestinație și de
difuzare (MBS). Funcțiile și caracteristicile legate de MBS suportate de către standard sunt:
 Mecanisme de semnalizare pentru stația mobilă spre a cere și stabili MBS .
 Accesul stațiilor de abonat la MBS prin intermediul uneia sau a mai multor stații de bază,
depinzând de capacitate și de dorințele acestuia .
 QoS-ul și criptarea asociate MBS folosind o cheie de criptare definită global .
 Zonă separată în interiorul cadrului MAC cu propria sa informație MAP pentru trafic MBS .
 Metode de livrare a traficului MBS către stațiile de abonat aflate în modul inactiv .
 Suport pentru macro diversitate pentru a îmbunătăți performanțele traficului MBS . [2]

55
2.2.8 Cerer ea de repetare automată (ARQ)

ARQ este un mecanism de control al erorilor pentru transmisia de date care utilizează
confirmările (sau infirmările ) și timpii de întrerupere pentru a realiza transmisii de date fiabile peste o
legătură de comunicație . Într-un sistem ARQ, receptorul utilizează un cod de detecție al erorilor, de
obicei CRC, pentru a detecta dacă pachetul primit conține erori . În cazul în care nici o eroare nu este
detectată în datele primite, transmițătorul este notificat prin trimiterea u nei confirmări. În cazul în care
este detectată o eroare, receptorul aruncă pachetul și trimite un mesaj de infirmare la transmițător, și
solicită o re transmisie. O confirmare de primire (ACK) sau o infirmare (NACK) reprezintă un scurt
mesaj trimis de cătr e receptor la transmițător pentru a indica dacă acesta a primit în mod corect sau nu
un pachet de date . Timpul de întrerupere este un interval de timp predeterminat din momentul în care
expeditorul trimite pachetul; în cazul în care expeditorul nu primeșt e o confirmare înainte de expirarea
timpului , se re transmite pachetul până când primește o confirmare sau depășește un numă r predefinit
de re transmisii. Există trei tipu ri de protocol ARQ:
 Stop-and-Wait ARQ : Constituie forma de bază a protocolului ARQ , în care expeditorul trimite un
pachet la un moment dat și apoi așteaptă un mesaj ACK sau unul NACK de la receptor înainte de a
trimite același pachet sau unul nou. Receptorul trimite un mesaj ACK după primirea unui pachet
bun. În cazul în care ACK nu ajunge la expeditor înainte de expirare a timpului de așteptare ,
expeditorul retrimite același pachet.
 Go-Back -N ARQ : Reprezintă o formă a protocolului ARQ în care expeditorul trimite în mod
continuu un număr de pachete (determinat de durata ferestrei de transmisi e), fără a primi niciun
mesaj ACK de la receptor. Receptorul ține evidența numărului de ordine al pachetului următor pe
care așteaptă să îl primească și trimite numărul de ordine cu fiecare ACK expediat. Receptorul va
ignora orice pachet care nu are număr ul de secvență corespunzător pachetului pe care îl așteaptă
chiar dacă acel pachet este un duplicat al unui pachet pe care l -a recunoscut deja sau este un pachet
cu un număr de secvență mai mare decât cel așteptat. Odată ce expeditorul a trimis secvențial toate
pachetele din fereastra de transmisie, se va verifica dacă toate pachetele sunt recunoscute și se va
relua transmisia secvențială a pachetelor înc epând cu următorul număr de secvență față de cel care
a fost ultima dată recunoscut .
 Selective Repeat ARQ : Reprezintă o form ă a protocolului ARQ pentru transmisia sau confirmarea
pahetelor sau fragmentelor de pachete în care procesul de expediere continuă până se atinge un
număr de ordine specificat de către mărimea ferestrei, chiar dacă s -a pierdut un pachet. Spre
deosebire de cazul anterior, receptorul va continua să accepte și să confirme pachete chiar și după
o eroare inițială. Receptorul ține cont de n umărul de ordine al primului pachet pe care nu l -a
recepționat și trimite acel număr cu fiecare mesaj ACK. Dacă un pachet de la emițător nu ajunge la
receptor, emițătorul continuă să trimită pachete până când se golește fereastra. Receptorul continuă
să își umple propria fereastră cu pachete, răspunzând de fiecare dată cu un mesaj ACK ce conține
numărul de ordine al primului pachet care lipsește. Odat ă ce emițătorul trimite toate pachetele din
propria fereastră, r etrimite pachetul corespunzător numărului de ordine oferit de către mesajul
ACK, apoi continuă din punctul în care a rămas . [8]

56
În figura 2 -15 sunt ilustrate mecanismele descrise mai sus:

Figura 2-15: Ilustrarea funcționării mecanismelor ARQ -adaptată după referință[8]

57
2.2.9 Cererea de repetare automată hibridă (HARQ)

Cu scopul de a obține rate de transmisii mai mari și întârzieri mai mici la transmisia pachetelor,
se folosește ARQ împreună cu un mecanism de control al erorilor FEC. Această abordare are ca
rezultat reducerea numărului mediu de retransmisii. HARQ folosește FEC pentru a corecta un subgrup
de erori la receptor și se bazează pe detectarea erorilor pentru găsirea erorilor rămase. Cele mai practice
scheme HARQ utilizea ză coduri CR C pentru detectarea erorilor și codurile convoluționale sau codurile
Turbo pentru corectarea erorilor . Se disting două tipuri de HARQ.
În primul tip de HARQ, cunoscut și drept combinarea urmăririlor( chase combining ), versiunea
redundanței biților codați nu se modifică de la o transmisie la alta: modelul de străpungere rămâne
același. Receptorul utilizează transmisiile anteri oare HARQ, dar și pe cea curentă , în scopul de a realiza
decodarea . Cu fiecare nouă transmisie , fiabilitatea biților codificați se îmbunătățește , reducând astfel
probabilitatea de eroare în timpul etapei de decodificare. Acest proces continuă până când fie bloc ul
este decodificat fără eroare, fie se atinge numărul maxim de transmisii HARQ admisibile . Când blocul
de date nu po ate fi decodat fără eroare și este atins numărul maxim de transmisii HARQ, un nivel
superior, cum ar TCP/ IP, retransmite blocul de date. În acest caz, toate transmisiile anterioare sunt
eliminate, iar procesul HARQ începe din nou .
În cel de -al doilea tip de HARQ, denumit și reduntanță incrementală, versiunea de redundanță a
biților codați se schimbă de la o transmisie la alta. Astfel, modelul de străpungere se schimbă de la o
transmisie la alta, reducând rata de cod cu fiecare tr ansmisie. Redundanț a incrementală duce la o rată
de eroare de bit mai mică decât în cazul anterior. Modelul de străpungere, pentru a fi utilizat pentru o
anumită transmisie HARQ , este indicat de identitatea subpachet ului (SPID). În mod implicit, S PID
pentru prima transmisie este întotdeauna 0, care asigură că toți biții sistematici sunt trimiși. [8]
În figura 2 -16 se poate observa modul de lucru al celor două tipuri prezentate anterior:

58

Figura 2-16: Ilustrarea modului de funcționare al celor două tipuri de HARQ[8]

59
2.3 Arhitectura
2.3.1 Introducere

Standardul WiMAX IEE 802.16 provine din familia de protocoale IEEE și extinde și intensifică
aria de acoperire a rețelei locale WiMAX , MAN -ului sau WAN -ului.Arhitectura rețelei WiMAX este
proiectată pentru a oferi un cadru IP prietenos cu o capacitate de date scalabilă și a putea accesa
aplicațiile și serviciile inovative, introducând concepte ca mobilitate a si QoS.Standardul IEE definește
structura operațiilor nivelului fizic și de legătură ce apar între stațiile de bază și stațiile mobile. Nivelul
de semnalizare prin aer cât și arhitectura de rețea și protocoalele din spatele stațiilor de bază ce au
nevoie de specificații „end -to-end” nu fac obiectul discuției standardului IEE 802.16. Astfel, pentru a
garanta coordonarea și interoperabilitatea specifică implementărilor produselor WiMAX, forumul
WiMAX, stabilit în 2003, a inițiat diferite specificații tehnic e în colaborare cu 3GPP , 3GPP2, DSL
Forum pentru a completa standardul IEE 802.16 definind minimul de specificații de protocoale și
arhitecturi ale produselor WiMAX. Forumul WiMAX a reușit să defineasca o arhitectură de bază
pentru conectivitate și servicii IP, suportând toate nivelurile de mobilitate.

2.3.2 Modelul de referință al rețelei

Figura 2-17: Modelul de referință al rețelei [13]

60
Standardul 802.16e -2005 oferă interfața radio pentru WiMAX, dar nu definește în întregime
rețeaua WiMAX. Network Working Group (NWG) a dezvoltat rețeaua WiMAX din punctul de vedere
al necesităților, arhitecturii și protocoalelor, folosind interfața radio din standardul menționat anterior.
NWG a pus bazele unui model de referință care să servească drept arhitectură pentru
implementările WiMAX și pentru a asigura interoperabilitatea între numeroasele echipamente WiMAX
și operatori.
Rețeaua WiMAX poate fi văzută ca o rețea inovativă (fara vreo moștenire sau un suport din
cadrul altui tip de rețea) sau ca o dezvoltare a sistemelor de circuite fixe deja existente sau a rețelelor de
acces mobil ca sistemele celulare 2G/3G sau DSL (linie di gitală pentru utilizatori).Poate fi folosită și în
rețeaua fără fir , punctele Wi -Fi, pentru a accesa în mod fix sau nomadic echipamentele clienților
(CPE) ;totodată conferă accesul mobil pentru laptopuri , telefoane de ultimă generație , iar ultimele
versiuni de WiMAX încorporează și dispozitive mobile pentru Internet.
Modelul arhitecturii de referință identifică entitățile funcționale de bază și puncte de reper
pentru interoperabilitatea cu celelalte rețele. Furnizorul accesului la rețea(NAP) este o entitate ce oferă
infrastructura de acces radio WiMAX , în timp ce NSP este entitatea care oferă conectivitate IP și
serviciile rețelei către utilizatori în conformitate cu înțelegerea făcută, SLA, cu unul sau mai m ulți
NAP. Î n componenț a modelului de referință se regăsesc mai multe entit ăți logice ca stațiile mobile ,
stațiile de abonat , ASN, CSN ce corespund unor grupuri de funcții logice pe care le execută. [8]

2.3.3 Stațiile mobile

Stațiile mobile cuprind echipamentele terminale, atât mobile cât și fixe, oferind conectivitate
wireless între una sau multiple dispozitive gazdă și rețeaua WiMAX.

2.3.4 Rețeaua de acces la servicii (ASN)

Printre funcțiile pe care le realizează această secțiune a rețelei, enumerăm:
 Conectivitate de nivel 2 cu stația mobilă;
 Transferul mesajelor AAA (autentificare , autorizare și contabilitate) către NSP de bază;
 Selectarea și găsirea unui NSP preferat;
 Stabilirea conectivității de nivelul 3 cu MS -ul;
 Managementul resurselor radio ;
 Conferă mobilitate ASN și CSN;
 Gestionarea mesajelor de localizare și paging;

61
 Tunele ASN -CSN; [8]
ASN se poate implementa ca unul integrat , situație în care toate funcțiile sunt corelate într -un
singur punct logic, sau po ate avea o configurație compusă unde funcțiile sunt mapate selectiv între 2
noduri separate, stația de baza (BS) și ASN -GW, formând rețeaua de acces radio .
.
2.3.5 Stația de bază

BS este responsabil pentru furnizarea interfeței radio pentru MS. Funcții suplimentare care pot
fi realizate de către BS sunt funcții de gestionare a micromobilității /mobilității , declanșarea
transferurilor și stabilirea tunelurilor , managementul resurselor radio, aplicare a QoS, clasificarea
traficului , Dynamic Host Control Protocol (DHCP) proxy, gestionarea cheilor , gestionarea sesiunilor și
gestionarea grupurilor multicast. Fiecărui BS îi este asociat un sector căruia i se asignează o singură
frecvență și poate avea încorporat un planificator de DL/UL. [8]

2.3.6 Poarta de acces a rețelei (ASN Gateway)

ASN gateway este o entitate logică ce reprezintă un cumul de funcții centralizate care se ocupă
de partea de QoS, securitate și managementul mobilității pentru toate conexiunile de date asociate cu
stațiile de bază prin interfața R6. Totodată reușește sa g estioneze interacțiunea dintre nivelul IP și CSN
prin interfața R3 iar cu alte ASN -uri prin interfața R4 pentru mobilitate.
Gateway -ul ASN, de obicei, acționează ca punct de agregare de nivel 2 în interiorul ASN -ului.
Funcții suplimentare pe care acest e lement le poate realiza includ gestionarea intra -ASN și paginarea ,
managementul resu rselor radio , gestionarea profilelor de abonat și a cheilor de criptare . [13]

2.3.7 Rețeaua serviciului de conectivitate (CSN)

CSN oferă serviciul de conectivitate IP pentru utlizatorii rețelei WiMAX și poate include alte
elemente precum routere, servere, proxy -uri AAA și baze de date. De asemenea, înglobează și
elementele marginale( gateway) sau îmbunătățorea serverelor rețelei pentru a suporta multicast, difuzare
și servicii bazate pe locație.Unele funcții ale CSN -ului sunt:
 Gestionarea adreselor IP;
 Server sau proxy AAA;
 Politica QoS și controlul accesului bazate pe profilul utilizatorului;
 Suport pentru rea lizarea tunelării între ASN și CSN;
 Facturarea clientului și reglementările între operatori;
 Inter tunelare pentru serviciul de roaming ;
 Mobilitatea între ASN -uri;

62
 Provizionare ș i activare pe cale radio ; [8]

Nivelurile de protocoale folosite în acest model de arhitectură sunt figurate mai jos:

Figura 2-18: Structura WiMAX bazată pe protocolul IP[13]

Arhitectura folosește o structură de protocol relativ simplă.Nivelurile care au fost definite în
stația de abonat , stația de bază,ASN -GW și CSN sunt logic conectate prin interfețele R1, R6 și R3.R2
reprezintă interfața logică între nivelurile IP de la stația mobilă și CSN -urile furnizorilor de servicii
gazdă.
În plus față de entitățile folosite in a rhitectura d e bază NRM, câteva elemente opționale pot fi
incluse în următorul standard 802.16m bazat pe specificațiile ITU „IMT -Advanced‟ de ultimă generație
pentru a suporta serviciul de roaming , transferul WiFi -WiMAX, interconectare 3GPP2, continuitatea
sesiunilor m ultimedia, suport pentru femto -celule și optimizarea rețelei.
Arhitectura WiMAX permite combinația entităților funcționale atunci când se construiesc
entități le fizice. ASN interfațează stația de bază și rețeaua centrală(de core), care este în totalitate IP-
adică CSN . În mod tipic ASN include numeroase stații de bază și unul sau mai multe ASN GW. ASN
gestionează resursele radio, accesul MS, mobilitate a, securitatea si QoS. Acesta acționează ca un releu
pentru CSN , servind la alocarea adreselor IP și la realizarea funcțiilor AAA .
CSN îndeplinește funcții ale rețelei centrale (de core) , inclusiv alocarea adreselor IP, facturare
și decontare. Acesta găzduiește Mobile IP Home Agent, IP -ul si serverele de AAA (Authentication,
Autorization and Accounting) , PSTN și gateway -uri VoIP. CSN este de asemenea responsabil pentru
realizarea comunicării cu rețelelele non -WiMAX (de exemplu, 3G, DSL), cât și pentru serviciile de
roaming prin intermediul legăturilor cu alte CSN -uri. Tabelul 1.3 oferă interfețele model de re țea de
referință.
Pe scurt, ar hitectura rețelei WiMAX este caracterizată prin scalabilitate și flexibilitate. În
particular:

63
 Permite unui utilizator să selecteze manual sau automat un punct de acces la rețea
 Permit ca sistemele ASN și CSN să fie dezvoltate ușor din punct de vedere al acoperirii, distanței
și capacității
 Permite interoperabilitatea între mai multe topologii de ASN (hub -and-spoke, ierarhic și
interconexiuni multi -hop)
 Suportă integrarea stațiilor de bază de diferite acoperiri și capacități, cum ar fi: pico/micro/macro
stații de bază
 Suportă integrarea funcțiilor ASN in implementările ASN pentru a oferi posibilitatea folosirii unor
metode de echilibrare a traficului pentru utilizarea eficientă a spectrului și a resurse lor rețelei . [8]

2.4 Aspecte finale

Punctând finalul acestui capitol, am putut observa că WiMAX folosește o metodă eficientă de
multiplexare, anume OFDM, care prezintă avantaje precum calcule ce pot fi realizate cu dificultate
redusă sau rezistență ridicată la interferențe. De asemenea, pe baza acestei tehnici, prin atribuirea de
subpurtătoare utilizatorilor individuali, s -a dezvoltat si soluția de acces multiplu OFDMA.
S-a putut observa și faptul că s-au oferit soluții în ceea ce p rivește calitatea serviciului,
definindu -se mai multe clase de servicii, fiecare utilă pentru o anumită categorie de trafic. De
asemenea, s -au oferit și soluții pentru păstrarea calității atunci când utilizatorii sunt în mișcare, prin
definirea a trei tipu ri de transferuri ce pot fi utlizate in tehnologia WiMAX. Un punct important l -a
reprezentat și securitatea informației, definindu -se câteva aspecte cheie care diferențiază tehnologia
WiMAX de tehnologia Wi -Fi.

64

65
3 Evaluarea calității serviciului pentru tehnologia WiMAX folosind mediul de
simulare OPNET
3.1 Introducere

Acest capitol va consta în realizarea unor simulări pentru anumite scenarii pentru a se verifica
îmbunătățirea performanțelor în funcție de mecanismul de QoS implementat. Simulările vor fi urmate
de colectarea datelor, iar pe baza lor se vor trage concluziile. Parametrii care vor fi testați includ
încărcarea rețelei, întârzierea, rata de informație/pachete transmisă/e cu succes peste un canal etc.

3.2 Prez entarea mediului de simulare OPNET v.14.5

Aplicația de inginerie a optimizării rețelelor (OPNET), introdusă de tehnologii le OPNET, este
folosită pentru a realiza evaluarea rețelelor. OPNET este un instrument de simulare oritentat pe
cercetare, oferind un mediu de dezvoltare pentru modelarea și simularea rețelelor (fără/cu fir). De
asemenea, oferă un mediu virtual în care poate fi modelată o intreagă rețea, indiferent de dimensiunile
și complexitatea ei, incluzând rutere, switch -uri, stații de bază, echipa mente terminale, servere etc.

Figura 3-1: Interfața grafică OPNET v14.5

66
OPNET Modeler conține un editor de proiect ( Proje ct Editor ) prin intermediul căruia se poate
crea modelul rețelei ce se dorește a fi analizată folosind o bibliotecă standard, selectarea statisticilor
care vor fi colectate pentru fiecare nod al rețelei, individual sau pentru rețeaua în treagă.[17]
În afara acestui editor de proiect, se găsesc și alte editoare specializate, utilizate p entru
operațiuni precum: construirea de formate proprii de pachete de date, aplicarea diverselor filtre,
realizarea unor legături specifice, crearea nodurilor etc.
Utilizatorul are posibilitatea de a crea modele proprii și de a simula scenarii de rețea. Printre
tehnologiile fără fir care se pot simula cu acest instrument se numără: 3G, 4G, Bluetooth, ZigBee și
WiMAX, aceasta din urmă prezentând interes. [18]
Realizând o sumarizare a etapelor principale de lucru, putem imagina schema care urmează:

Figura 3-2: Etapele de lucru pentru analiza și simularea unei rețele în OPNET -adaptat după
referință[17]

3.3 Implementarea mecanismului QoS pentru tehnologia WiMAX
3.3.1 Noțiuni introductive

Calitatea serviciului (QoS) reprezintă performanța generală a unei rețele de telefonie sau de
calculatoare , mai ales performanțele observate de către utilizatorii rețelei. QoS sugerează ideea că
ratele de transmisie, ratele de eroare și alte caracteristici pot fi măsurate, optimizate și, într -o anumită
măsură, garantat în prealabil.
Existența în rețea a unor aplicații cu cerințe diferite impune un tratament diferențial al acestora
și un control al calității serviciilor (QoS).Asigurarea QoS poate fi privită din două puncte de vedere:

Modelarea rețelei
Selectarea statisticilor
Simularea rețelei
Analizarea și interpretarea rezultatelor obținute

67
al utilizatorului – prin gradul de satisfacție referitor la serviciul oferi t.Pentru aprecierea calității
semnalului se pot folosi diverse metode de evaluare precum MOS(Scor al opiniei medii) sau
R(evaluare);
 al rețelei IP – care se traduce prin cerințe specifice privind întârzierea,variația întârzierii,rata de
pierdere a pachet elor,banda ocupată.[ 17]

Enumerând câțiva parametri QoS care se pot evalua în cadrul analizei unei rețele, se pot
include:

Întârzierea Intervalul de timp necesar unui pachet de date astfel încât să ajungă la
destinație după transmiterea sa din punctual de emisie. Intervalul de
timp menționat anterior este numit întârziere " end-to-end".

Variația întârzierii Diferența de întârziere "end-to-end" dintre pachete.

Rata de pierdere a
pachetelor Reprezintă numărul de pachete transmise și recepționate cu succes
raportat la numarul de pachete care au fost transmise.

Tabel 3-1: Parametri de măsură cu cerințele QoS [20]

3.3.2 Modelarea rețelei

Cu scopul de a ilustra ceea ce s -a menționat anterior în legătură cu tehnologia WiMAX, am
creat o rețea care constă în:
-o stație de bază, ilustrând ASN;
-14 stații de abonat
-2 servere, ilustrând CSN;
Stația de bază este conectată la nodul cele două servere prin intermediul a două legături punct la
punct PPP_ E3. Stației de bază îi sunt asociate 14 stații de abonat mobile, de tip wimax_ss_wkstn(mob),
noduri care rulează aplicații cum ar fi vocea sau date le (HTTP).
Obiectele Applications și Profiles se folosesc pentru a configura aplicațiile, respectiv profilele
utilizate în cadrul rețelei. S -au definit prin intermediul primului obiect două aplicații accesibile
utilizatorilor: Voice și HTTP .
Voice reprez intă o aplicație care oferă posibilitatea realizării unui canal virtual între doi clienți,
aceștia putând comunica prin utilizarea semnalelor vocale digitale codate. Ca protocol de transport se
utilizează UPD (User Data Protocol). În această conexiune într e utilizatori nu este implicat niciun

68
server, aplicația fiind una de tip client -client. În ceea ce privește cele două direcții de intrare și de ieșire
ale unui apel telefonic, parametrii sunt configurați de către client.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol ) constituie cea mai utilizată modalitate de accesare a
informațiilor de pe internet, informații păstrate pe servere de tip World Wide Web . Fiind o aplicație de
tip client -server, aceasta oferă o tehnică de comunicare prin care paginile de pe internet se pot transmite
de la un server aflat la distanță către client. Protocolul de transport utilizat este TCP (Transm ission
Control Protocol). [17]
Obiectul Profiles a servit la definirea profilurilor Voice_ Profile , care include aplicația de voce,
iar Voice HTT P conține ambele aplicații menționate anterior (vezi Anexa 5 ).

3.3.3 Optimizarea performențelor rețelei prin intermediul mecanismelor QoS

Se propune să se evalueze performanțele unei rețele încărcate de către apli cația de voce , la care
se adaugă aplicația HTTP. Această evaluare se va face pe baza a mai multor scenarii pentru a observa
comportamentul traficului pentru cele două aplicații cu scopul de a optimiza experiența utilizatorilor.
Pentru început, se va face o evaluare d efinind cele două aplicații de tip best-effort . Apoi, va
urma o operațiune similară, doar că s e vor implementa mecanismele UGS și ertPS. Ulterior, se va
realiza o comparație între rezultatele obținute în toate situațiile.
Mecanismul best-effort nu garantează livrarea datelor către destinație, fiind utilizat pentru
aplicații cum ar fi FTP sau E -mail, unde sunt acceptabile pierderile de pachete și întârzierile, aspect
inacceptabil pentru comunicațiile în timp real, cum ar fi o convorbire telefonic ă.
Fluxurile de serviciu definite în cadrul WiMAX au fost în secțiunea 2.2.3, iar în ceea ce privește
aplicația practică, am ales sa fac o evaluare a claselor UGS și ertPS.
Făcând o scurtă trecere în revistă, UGS (Unsolicited Grant Service) suportă traf ic cu rată de bit
constantă , cum ar fi fluxuri de date audio (audio streaming), fără suprimarea liniștii. În UGS, stația de
bază oferă alocări de date de dimensiuni fixe în mod periodic pentru fluxurile UGS, care permit
stațiilor de bază să își transmită p achetele fără a cere bandă pentru fiecare cadru. Din cauza alocării de
bandă fără cerere, sunt prezente garanții dure în ceea ce privește lățimea de bandă și întârzierea
accesului.
Mecanismul ertPS (Extended Real -time Polling Service) este similar cu UG S, singura diferență
constând în faptul că, în acest caz, stația de abonat are oportunitatea de a cere o bandă de o lățime
diferită, rezultând schimbări ale ratei de transmisie. Acest mecanism poate fi utilizat pentru comunicații
în timp real și evită pier derile de bandă, datorită alocării fixe, la fel ca în UGS. Aplicația principală în
care acest mecanism este util îl reprezintă convorbirile VoIP cu suprimarea liniștii, cu ajutorul tehnicii
VAD (Voice activity detection). Această tehnică este folosită pent ru dezactivarea anumitor procese în

69
momentele în care utilizatorul nu vorbește. Se evită, astfel codări și transmisii inutile, scăzând astfel
încărcarea în rețea.

3.3.4 Primul scenariu analizat

În continuare se va prezenta scenariul inițial, în care se vor defini ca best-effort serviciile
menționate în paragrafele anterioare:

Figura 3-3: Topologia rețelei

70
Configurarea topologiei s -a realizat astfel (vezi Anexă ):
 rețeaua a fost configurată astfel încât să fie implementat mecanismul best effort , prin intermediul
obiectului WiMAX Config;
 au fost introduse în spațiul de lucru 14 stații de abonat; cele care au denumirea de forma voce_X
rulează aplicația de voce (VoIP) , iar cele de forma voce_HTTP_X rulează atât aplicația de voce,
cât și pe cea de tip HTTP (vezi Anexa 1 );
 configurarea aplicației de voce se face cu ajutorul codării G.711, cu o rată de 64 kbps și o mărime
a cadrului (framesize) de 10 ms (vezi Anexa 2 și Anexa 3) ;
 aplicația HTTP se conectează la server prin intermediul stației de bază BS (vezi Anexa 4);
 stația de baz ă BS a fost și ea configurată astfel încât să suporte clasa de servicii Bronze ;
 serverele au fost configurate în felul următor: nodul server astfel încât să suporte serviciul de
voce, iar cel denumit client_server_apps suportă serviciul HTTP (vezi Anexa 10) ;
 ambele servicii au fost configur ate astfel încât să fie de tip best effort ; de asemenea, pentru fiecare
stație de a bonat s -au configurat fluxurile serviciu de DL și UL astfel încât clasa de servici u să fie
de tip Bronze , iar modularea este de tip adaptiv ;

a) b)

71

c)

Figura 3-4: Performanța globală a aplicației de voce:
a)Jitter, variația întârzierii și întârzierea end -to-end
b)Traficul trimis și cel recepționat
c)Indicele MOS

72

a) b)

Figura 3-5: Performanța globală a aplicației HTTP:
a)Timpul de răspuns al obiectelor și al paginilor
b)Traficul trimis și cel recepționat

73

a) b)

Figura 3-6: Performanța generală a rețelei:
a)Încărcarea în rețea și rata de tranmisie cu succes
b)Întârzierea în rețea

Interpretarea rezultatelor:
 Se observă ca întârzierea end-to-end are valori inadmisibile pentru a avea loc o conversație de
calitate între utilizatori (în jur de 4 secunde);
 De asemenea, se poate observa faptul că o mare parte din pachete nu ajung la destinație;
 Se observă că valoarea indicelui de calitate MOS(Mean Opinion Score), definit prin recomandarea
ITU-T P.830, este undeva între 2 și 2.5, acest lucru sugerând faptul că cei doi vorbitori trebuie să
depună un anumit efort spre a putea în țelege mesajele recepționate;
 Din pricina traficului intens din rețea, se poate observa că aplicația HTTP nu are performanțele
dorite; se observă că, în medie, timpul de răspuns al unui obiect sau al unei pagini prezintă valori
destul de ridicate (9, respe ctiv 5 secunde) care conduc la experiențe neplăcute pentru abonați; de

74
asemenea, se poate observa c ă după aproximativ două minute, când devine accentuat traficul de
voce, aplicația HTTP nu mai reușește să transmită pachete;
 La nivel global, se constată că din încărcarea totală a rețelei, doar o mică parte dintre pachete sunt
transmise cu succes (în jur de 20 -30% din trafic); acest aspect este datorat congestiei mari care se
produce în rețea, stația de bază neputând face față traficului trimis de către cele 14 stații;
neexistând un algoritm de prioritizare a traficului, doar o mică parte din informație ajunge la
destinație;
 Concluzionând, cele d ouă aplicații nu au performanțe corespunzătoare în cadrul acestui scenariu,
aspect care duce la nemulțumirea utilizatorilor;

3.3.5 Implementarea mecanismului UGS cu scopul de a îmbunătăți performanțele

În cadrul următorului scenariu se vor configura toate stațiile de abonat astfel încât să
beneficieze de facilitățile mecanismului de îmbunătățire a performanțel or, anume UGS. De asemenea, a
fost configurată și stația de bază astfel încât să clasifice traficul în funcție de prioritatea acestuia în
cadrul rețelei.
Traficul de voce a fost promovat la categoria de acces "Interactive Voice(6)" prin intermediul
obiec tului Applications . De asemenea, s -au realizat modi ficări și la nivelul fluxurilor serviciu, astfel
încât clasa de serviciu să fie de tip Gold (vezi Figura 3 -8 și Anexa 9 ).

75

Figura 3-7: Modificarea tipului de serviciu și a fluxului de serviciu pentru aplicația de voce

Pentru aplicația de HTTP nu s -a realizat nicio modificare, ea rămânând de tip best effort.

Figura 3-8: Selectarea tipului de serviciu pentru aplicația HTTP

Prin intermediul obiectului WiMAX Config, se realizează schimbarea tipului de planificator de
la Best effort la UGS . Clasa de serviciu este modificată la nivelul Gold spre a indica prioritatea
traficului în rețea.

76

Figura 3-9: Modificarea tipului de planificator și al clasei de serviciu

În tabelul de mai jos se poate regăsi corespondența între valoarea Priorității Utilizatorului și
categoria de acces:

PRIORITATE PRIORITATE
UTILIZATOR CATEGORIE DE ACCES
Mică 1 AC(0)
2 AC(0)
0 AC(1)
3 AC(1)
4 AC(2)
5 AC(2)
6 AC(3)
Mare 7 AC(3)

Tabel 3-2: Coresepondența între Prioritatea Utilizatorului și Categoria de acces ă[11]

În urma simulării topologiei pentru același interval de timp, s -au obținut următoarele rezultate:

77

a) b)

c)
Figura 3-10: Performanța globală a aplicației de voce pentru al doilea scenariu:
a)Jitter, variația întârzierii și întârzierea end-to-end
b)Traficul trimis și cel recepționat
c)Indicele MOS

78

a) b)

Figura 3-11: Performanța globală a aplicației HTTP pentru al doilea scenariu:
a)Timpul de răspuns al obiectelor și al paginilor
b)Traficul trimis și cel recepți onat

79

a) b)
Figura 3-12: Performanța generală a rețelei pentru al doilea scenariu:
a)Încărcarea în rețea și rata de tranmisie cu succes
b)Întârzierea în rețea

Interpretarea rezultatelor:
 Se observă o îmbunătățire evidentă din momentul în care a fost implementat mecanismul UGS
pentru aplicația de voce;
 Variația întârzierii este în acest moment mult mai mică, având o valoare de aproximativ 70 ms;
 Întârzierea end-to-end a fost redusă considerabil față de primul scenariu, având acum o valoare
de aproximativ 70 ms (față de aproximativ 5 secunde în primul scenariu), v aloare care permite o
convorbire bună între utilizatori din punct de vedere calitativ;
 Edificator în acest sens este și indicele MOS, care are acum valoare de 3.75, efortul de ascultare
fiind minim pentru abonat, apărând doar mici imprerfecțiuni la recepți onarea informației;
 De asemenea, observăm că nu există probleme semnificative în ceea ce privește ajungerea
pachetelor de voce la destinație; prioritizarea traficului conduce la o reducere semnificativă a
ratei de aruncare a pachetelor;
 În ceea ce prive ște aplicația HTTP, se poate observa o îmbunătățire în ceea ce privește răspunsul
obiectelor/paginilor, atingând în acest moment valori de 0.75/1.75 secunde, aceste a putând fi
considerate satisfăcătoare; de asemenea, se observă că se îmbunătățește și perio ada în care se
transmit pachete HTTP, intervalul fiind de 8 minute , mult mai bun față de data trecută (2
minute);

80
 În ceea ce privește performanțele generale ale rețelei WiMAX pentru acest scenariu, se poate
observa că întârzierea a fost redus ă semnificativ , de la 6 secunde la valori de ordinul
milisecundelor;
 De asemenea, și rata de transmitere cu succes a crescut vertiginos, fiind comparabilă cu
încărcarea totală care se produce în rețea;

3.3.6 Implementarea mecanismului ertPS pentru îmbunătățirea performanțelor

În cadrul celui de -al treilea scenariu abordat, pentru aplicația de voce se va implementa
mecanismul ertPS. După cum s -a menționat anterior, modul de funcționare al acestui mecanism este
similar cu cel al mecanismului UGS, discrepanța repr ezentând -o faptul că, în cazul celui dintâi, stația
de abonat prezintă posibilitatea cererii unei benzi de o lățime diferită, aspect care duce la modificări ale
ratei de transmisie. Este de asteptat, deci, ca rezultatele să fie comparabile cu cele obținute în scenariul
anterior.
Aplicația de voce este, în continuare, menținută din punct de vedere prioritar la valoarea 6 în
setările obiectului Applications , traficul de voce fiind mapat la categoria de acces Interactive Voice.
Modificarea ce trebuie facută este la nivelul codării, în sensul c ă trebuie suprimată liniștea (momentele
în care vorbitorul face pauză în vorbire). În acest sens, se alege standardul de codare G.711(silence).
Aplicația HTTP este menținută în continuare la același nivel de prioritate, anume Best effort.
Prin intermediul obiectului WiMAX Config, se realizează schimbarea tipului de planificator de
la UGS la ertPS (vezi Anexa 6) . Clasa de serviciu este menținută în continuare la nivelul Gold spre a
indica prioritatea traficului în rețea. Fluxurile de serviciu rămân, de asemenea, neschimbate.
În urma simulării, s -au obținut următoarele rezultate:

a) b)

81

c)
Figura 3-13: Performanța globală a aplicației de voce pentru al treilea scenariu:
a)Jitter, variația întârzierii și întârzierea end -to-end
b)Traficul trimis și cel recepționat
c)Indicele MOS

82

a) b)
Figura 3-14: Performanța globală a aplicației HTTP pentru al treilea scenariu:
a)Timpul de răspuns al obiectelor și al paginilor
b)Traficul trimis și cel recepționat

83

a) b)
Figura 3-15: Performanța generală a rețelei pentru al treilea scenariu:
a)Întârzierea în rețea
b)Încărcarea în rețea și rata de transmisie cu succes

Interpretarea rezultatelor:
 După cum era de așteptat, observăm ca aplicația de voce se comportă foarte bine în condițiile
implementării mecanismului ertPS;
 Variația întârzierii pachetelor prezintă valori mici , având valori apropriate de ordinul
nanosecundelor;
 Se observă o ușoară creștere a valorii întârzierii end-to-end, undeva în jurul valorii de 80 ms,
această creștere a întârzierii fiind, în principal, datorată mecanismului VAD;
 Pierderile de pachete nu sunt semnificative, putându -se observa că marea majorit ate a pachetelor de
date corespunzătoare aplicației de voce ajung la destinație;
 Valoarea indicelui MOS este și de această dată una ridicată (tot în jurul valorii de 3.75), indicând o
calitate bună a convorbirii între abonați;
 În ceea ce privește aplicați a HTTP, se observă ca timpul de întârziere al unui obiect/pagini are o
valoare foarte mare, u ndeva între 25 și 30 de secunde, aspect nesatisfăcător;

84
 Cu toate acestea, observăm ca traficul ajunge aproape în întregime la destinație, nefiind prezente
pierderi semnificative de pachete pe drum, iar timpul de transmisie este, de asemenea, satisfăcător;
 Analizând performanțele globale ale rețelei WiMAX, putem observa că rata de transmitere cu
succes a pachetelor este din nou la un nivel ridicat, fiind comparabilă cu încărcarea totală a rețelei;
Se mai poate observa că mecanismul VAD își face simțită prezența, întrucât se observă ca
încărcarea rețelei are o valoare mai scazută decât în cazul UGS (valori de până la 4500000 de biți/s,
comparativ cu scenariul UGS, und e încărcarea este de până la 6000000 de biți/s);
 Rezultatele sunt bune și din punctul de vedere al întârzierii ce se produce în rețea; după cum se
poate observa, ia valori undeva în jurul a 15 -20 ms, ducând la o comunicație bună între utilizatori;
3.3.7 Analiza performanțelor după modificarea priorității traficului aplicației HTTP

În cel de -al patrulea scenariu, traficul HTTP va fi promovat la o categorie de acces superioară,
anume Interactive Multimedia, prioritatea aplicației fiind setată la valoarea 5. Aceste operațiuni se
realizează cu ajutorul obiectului Applications. Ne așteptăm ca aceste schimbări să ducă la o
îmbunătățire a traficului HTTP din perspectivele analizate anterior.

Figura 3-16: Promovarea traficului HTTP la Interactive Multimedia
De asemenea, pentru fiecare nod ce suportă aplicația HTTP, în cadrul parametrilor WiMAX, se
realizează modificarea caracteristicilor traficului, astfel încât acesta să aibă o prioritate ridicată, anume
de tip Gold. De asemen ea, s -au modificat și fluxurile serviciu în legătură ascendentă și în legătură
descendentă astfel încât clasele să fie tot de tip Gold. La nivelul stației de bază, s -au modificat
caracteristicile clasificatorului, astfel încât, pe lângă traficul de voce Interactive Voice , și traficul de tip
Interactive Multimedia să fie tratat ca unul de tip Gold. Pentru aplicația de voce nu s -a realizat nicio
modificare, ea având aceeași configurație ca în scenariul anterior. Ambele aplicații vor fi supuse
planificatorului ertPS.
Rezultatele obțin ute sunt următoarele:

85

a) b)

c)
Figura 3-17: Performanța generală a aplicației de voce pentru al patrulea scenariu: :
a)Jitter, variația întârzierii și întârzierea end-to-end
b)Traficul trimis și cel recepționat
c)Valoarea indic elui MOS

86

a) b)
Figura 3-18: Performanța generală a aplicației HTTP pentru al patrulea scenariu:
a)Timpul de răspuns al obiectelor și al paginilor
b)Traficul trimis și cel recepționat

87

a) b)
Figura 3-19: Performanța generală a rețelei pentru al patrulea scenariu:
a)Întârzierea în rețea
b) Încărcarea în rețea și rata de transmisie cu succes

Interpretarea rezultatelor:
 În ceea ce privește traficul de voce, nu întâlnim modificări majore; întârzierea end-to-end și
variația întârzierii au valori simila re cu scenariul anterior;
 Indicele MOS își menține în continuare valoarea ridicată pentru o comunicație de nivel înalt;
 Se observă îmbunătățiri majore pentru aplicația HTTP la nivelul timpului de răspuns al
obiectelor/paginilor; aceasta se situează în acest moment la valoarea de 0.27./0.5 secunde fiind
optimă pentru experiențe foarte bune pentru utilizatori; de asemenea, vedem că timpul de
transmisie al aplicației s -a îmbunătățit și el, situându -se undeva la 8 minute;
 Rezultatele bune se mențin și la nivelul global al rețelei, întrucât se observă că întârzierea medie se
situează la o valoare admisibilă (20 -25 ms) pentru a oferi se rvicii de calitate abonaților; d e
asemenea , și rata de transmisie cu succes a pachetelor este la un nivel similar cu încărcarea din
rețea, rata de aruncare a pachetelor fiind, din nou, redusă, semn ca rețeaua face față cu brio
traficului;

88

89
Concluzii

Din cele menționate până acum, putem spune că rețelele fără fir sunt populare, chiar
indispensabile zileleor noastre, principalul factor constituindu -l mobilitatea. Tehnologia WiMAX a
reușit să constituie o bună metodă pentru a acoperi zonele metropolitane , atât datorită performanțelor
din punctul de vedere al QoS, cât și datorită soluțiilor de transfer care au fost oferite: MDHO și FBSS.
După cum s -a putut observa în primul capitol, au existat mai multe etape de dezvoltare a
sistemelor de comunicații de b andă largă fără fir, toate acestea concluzionând cu formarea grupului
802.16, grupare care a fost responsabilă pentr u dezvoltarea tehnologiei WiMAX și a amendamentelor
sale. Obiectivul principal al grupării a fost acela de a oferi soluții cât mai eficiente și mai utile
Pentru a ilustra eficiența prioritizării traficului în cadrul tehnologiei WiMAX, s -au imaginat în
capitolul al treilea 4 scenarii pentru a analiza principalii parametri QoS, cum ar fi întârzierile sau
încărcarea în rețea.
În cadrul primului scenariu , ambele aplicații, atât cea de voce cât și HTTP , sunt definite ca best
effort (nefiind garantată calitatea serviciului). S-a obverva t că majoritatea pachetelor de voce nu ajung
la destinație,iar aplicația HTTP are performanțe slabe din c auza traficului foarte intens din rețea,atunci
când din ce în ce mai mulți utilizatori ai aplicației de voce devin activi . Aceste aspecte duc la
experiențe neplăcute pentru utilizatori, aceștia neputându -se bucura de experiența utilizării serviciilor
dorit e la nivelul așteptărilor. Analizând rețeaua la nive l global, am observat faptul că doar o mică parte
din pachete au fost transmise cu succes din încărcarea totală a rețelei datorită congestiei mari care se
creează în rețea, stația de bază fiind nevoită să arunce pachetele pe care nu le poate ruta către destinație.
Prin urmare, rezultatele obținute nu sunt deloc satisfăcătoare, nevoile clienților nefiind deloc
satisfăcute.
În ceea ce privește al doilea scenariu, aplicația de voce a fost promovată la o cat egorie
superioară cu scopul prioritizării traficului în cadrul rețelei. De asemenea, s -a realizat schimbarea
tipului de planificator de la best-effort la UGS, iar pentru fiecare nod în parte s -au modificat fluxurile
de serviciu astfel încât clasa de serviciu să fie de tip Gold , traficul de voce având prioritate de această
dată în fața celui realizat de aplicația HTTP. Pentru aceasta din urmă, nu s -a realizat nicio modificare.
Rezultatele au fost pe măsura așteptărilor, mecanismul QoS făcându -și simțit ă prezența. În primul rând,
s-au remarcat îmbunătățiri ale traficului de voce în ceea ce privește întârzierile, dar și a traficului primit
și a celui recepționat. Schimbându -se metodele de gestionare a traficului, performanțele pentru aplicația
de voce au crescut semnificativ, utilizatorii putându -se bucura în acest caz de o experiență superioară
celei din cazul anterior. Pentru aplicația HTTP nu s -au remarcat îmbunătățiri majore, performanțele
sale nefiind satisfăcătoare și în această situație.
Pentru sc enariul al treilea, s -a dorit monitorizarea comportării rețelei în momentul în care se
folosește ertPS drept mecanism de îmbunătățire a calității serviciului. Am realizat modificări la nivelul
planificatorului stației de bază astfel încât sa se implementez e mecanismul discutat, clasa de serviciu
rămânând tot de tip Gold. Fluxurile de serviciu au rămas nemodificate, suportând aceeași clasă de
servicii. La nivelul aplicației de voce s -a realizat modificarea tipului de codare, întrucât mecanismul
ertPS oferă o bună prioritizarea a traficului de voce cu suprimarea momentelor d e liniște, atunci când
utilizatorul face mici pauze în cadrul convorbirii. Rezultatele au reflectat ceea ce am anticipat, aplicația
de voce avănd performanțe impresionante. A existat o creș tere mică a întârzierii, datorită implementării

90
mecanismului VAD. În schimb, implementarea lui a dus la o scădere a încărcării totale în rețea, fără a
altera însă rata de transmisie cu succes a pachetelor
În ultimul scenariu mi-am propus să optimizez și aplicația HTTP pentru a observa cum se
comportă în condițiile planificatorului ertPS . În acest sens, am promovat categoria de trafic a aplicației
și am adus modificări la nivelul fluxurilor de serviciu, trecându -le la nivelul Gold. După cum era de
așteptat, s -au obținut îmbunătățiri majore în ceea ce privește întârzierea și tr aficul transmis și
recepționat comparativ cu scenariile anterioare, planificatorul făcându -și foarte bine treaba în aceset
sens. Rezultatele pentru traficul global sunt și ele mulțumitoare, întârzierile și pachetele transmise cu
succes fiind optime pentru o comunicație la nivel înalt. Traficul de voce și -a păstrat rezultatele bune din
scenariile anterioare.
În concluzie, putem spune c ă tehnologia WiMAX s -a dovedit a fi o soluț ie foarte bună în ceea
ce privește comunicațiile de bandă largă fără fir, rezultatele obținute în cadrul scenariilor de mai sus
fiind concludente în acest sens. Aplicațiile în timp real se bucură de performanțe foarte bune din punct
de vedere calitativ, ia r sprijinirea parametrilor precum mobilitatea au dus la utilizarea lui pe scară largă
în anii 2000. În prezent, tehnologia WiMAX trăiește în umbra LTE, dar nu a dispărut de pe piață,
întrucât și -a dovedit utilitatea în zonele greu accesibile, cu relief nef avorabil implementărilor de fibră
optică.

91
Referințe bibliografice

[1] ITU. Telecommunications indicators update , 2004 . Referința URL: www.itu.int/ITU –
D/ict/statistics/ – accesat la data de 25.05.2016
[2] J. G. Andrews, Ph. D and R. Muhamed, Fundamentals of WiMAX : Understanding Broadband
Wireless Networking. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2007. Referin ță URL:
http://sirpabs.ilahas.com/ebooks/Computer%20&%20Technology/Prentice.Hall.Fundamentals.of.WiM
AX.Feb.2007.pdf – accesat la date de 19.05.2 016
[3] Referinț ă URL: http://www.teletopix.org/wimax/narrowband -wireless -local -loop-systems/ – accesat
la data de 23.05.2016
[4] Referinț ă URL: http://image.slidesharecdn.com/wirelesslocalloop -151006153259 -lva1-
app6892/95/wireless -local -loop-6-638.jpg?cb=1444145676 – accesat la data de 23.05.2016
[5] Referinț ă URL: http://www.teletopix.org/wimax/first -generation -broadband -systems/ – accesat la
data de 24.05.2016
[6] Referinț ă URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/Mmds_dish1.jpg – accesat
la data de 24.05.2016
[7] Referinț ă URL: http://www.radio -electronics.com/info/wireless/wimax/ieee -802-16-standards.php –
accesat la data de 24.05.2016
[8] S. Ahmadi, Mobile WiMAX: A Systems Approach to Und erstanding IEEE 802.16m Radio Access
Technology , 2011
[9] Referinț ă URL: http://flylib.com/books/4/136/1/html/2/images/fig3 -5.jpg – accesat la data de
26.05.2016
[10] Referinț ă URL: http://www.conniq.com/WiMAX/images/mesh -WiMAX.gif – accesat la data de
25.06.2016
[11] S.Y. Tang, P, Müller, H. R. Sharif, WiMAX: Security and Quality of Service. An End -to-End
Perspective , 2010
[12] I.Marcu, Tehnici de acces multiplu, cap. 5: OFDMA & SC -FDMA in LTE
[13] K. Etemad, Overview of Mobile WiMAX Technology and Evolution , 2008
[14] S. Frase r, 3GPP Long Term Evolution (LTE) Protocol Primer, 2008
[15] M. Rumney, Introducing the 3GPP LTE Downlink , 2008
[16] F. Wang, Mobile WiMAX Systems: Performance and Evolution, 2008

92
[17] B. Mocanu, R. Țapu, Rețele de comunicații și siteme multimedia ,2012
[18] K. Jaswal, J. K. Vats, OPNET based simulation and investigation of WIMAX network using
different QoS ,2014
[19] Dr. Ing. Ș.V. Nicolaescu, Folosirea resurselor pentru servicii de bandă largă în rețele WiMAX ,
2008
[20] Cisco, Real-Time Traffic over Wireless LAN Solution Reference Network Design Guide ,2013

93
Anex ă

Anexa 1: Configurarea aplicațiilor

94

Anexa 2: Configurarea aplicației de voce

Anexa 3: Configurarea codării pentru aplicația de voce

Anexa 4: Configurarea aplicației HTTP

95

Anexa 5: Configurarea profilelor

96

Anexa 6: Configurarea claselor de serviciu

97

Anexa 7: Configurarea clasificatorului la nivelul BS

98

Anexa 8: Setarea profilelor la nivelul nodurilor

99

Anexa 9: Configurarea fluxurilor de serviciu la nivelul nodurilor

100

Anexa 10: Configurarea serviciului suportat la nivelul serverului