Simulatoare de Retea

Capitolul I

Introducere în WIMAX

1. Standardele WIMAX

Accesul mobil de bandă largă a devenit o necesitate existând o serie de aplicațiicare au nevoie de un debit mare, servicii compatibile atât accesului fix cât și celui mobil, dar și soluții intermediare (acces nomadic). Așteptarile utilizatorilor sunt de asemenea foarte mari: ei își doresc nu doar o bandă cât mai largă dar și o calitate a serviciilor foarte bună, servicii multimedia și televiziune mobilă, iar toate acestea să fie disponibile la un preț acceptabil.

Noul standard 802.16 dezvoltat de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), bazat pe protocolul IP va accelera mai mult ca sigur adoptarea acestei tehnologii. Extinderea acestei tehnologii se va produce datorită posibilitații de transmitere în benzi fără licență, performanțelor deosebite atunci când nu există condiții de vizibilitate directă, parametri adaptabili de calitate QoS (Quality of Service) și mobilitate.

WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) este numele asociat standardelor IEEE 802.16a REVd/e. Aceste standarde au fost lansate de subgrupul 802.16 al IEEE, care la început s-a ocupat de tehnologia WLL (Wireless Local Loop) cu spectrul cuprins intre 10 si 66Ghz. Recent s-a revenit asupra acestor specificații, utilizandu-se totuși un spectru sub 10 Ghz.

IEEE 802.16 – 2001 – accesul se face prin interfața radio cu sisteme punct-multipunct de acces fără fir cu o bandă largă (PMP BWA) în care locația terminalului este fixă, sistemele operează în banda 10-66 Ghz folosind transmisia pe o singură purtătoate.

IEEE 802.16a-2003 – îmbunatațește standardul anterior prin dezvoltarea nivelului de control al accesului la mediu (MAC) și aducând specificații nivelului fizic pentru ca acesta să susțină accesul fără fir de bandă largă având banda de frecvență (2-11) Ghz, în condițiile în care nu există vizibilitate directă NLoS (No Line of Sight).

IEEE 802.16- 2004 – se bazează pe specificațiile primelor două standarde pentru a defini un nou concept de acces BWA în banda de frecvența 2- 66Ghz. Folosește OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), asigurând accesul fix și nomadic atât în condiții de vizibilitate directă (LoS), cât și în condiții fără vizibilitate directă (NLoS).

IEEE 802.16e WIMAX – 2005 – este un amendament care privește nivelul fizic și nivelul de control al accesului la mediu MAC pentru a realiza accesul fix și mobil în benzi licențiate. Folosește SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multilple Access), o tehnică de modulație cu purtătoare multiplă, ce asigură în același timp și accesul multiplu al utilizatorilor la mediu pe direcția ascendentă (Uplink).[1],[2],[3].

Fig. 1.1 Etapele standardului WIMAX

WIMAX Forum dorește să implementeze pentru standardul 802.16 ceea ce a făcut Wi-Fi Alliance pentru standardul 802.11, și anume:

Să armonizeze standardeleși să ateste interoperabilitatea între echipamentele diferiților furnizori prin creerea de profile după anumite caraecteristici ale standardelor. Aceste soluții standardizate de interoperabilitate vor conduce la creșterea în volum și reducerea costurilor.

Să promoveze si să stabilească o marcă pentru aceasta tehnologie.

Sistemele mobile WIMAX oferă accesibilitate atât în tehnologia de acces radio cât și în arhitectura rețelei. Astfel se asigură flexibilitatea în opțiunile de implementare a rețelei și în serviciile oferite. Câteva din caracteristicile dominante ale sistemelor WIMAX mobile sunt:

Debite mari – Includerea algoritmilor MIMO pentru sistemele de antene adaptive alături de schemele de subcanalizare flexibile, precum și tehnica AMC (Adaptive Modulation and Coding) fac posibilă obținerea unui debit de pană la (15-20) Mbps pe DL (Downlink) și un debit de pană la 5-8 Mbps pe UL (UpLink) pe un sector având un canal de 10 Mhz.

Scalabilitate – Resursele de benzi de frecvență din întreaga lume sunt încă destul de disparat alocate. Din acest motiv tehnologia mobilă WIMAX este concepută să poată opera în diferite benzi de la 1,25 Mhz până la 20 Mhz pentru a corespunde diferitelor necesitați din întreaga lume, aceste eforturi fiind făcute pentru a obține o armonizare a spectrului.

Securitate – Aspectele ce privesc securitatea sunt legate de protololul de autentificare EAP (Extensible Authentication Protocol), folosit la autentificarea și autorizarea accesului în rețea al utilizatorilor prin diferite metode (cartela SIM, dublet user/parola), precum și la protejarea traficului de utilizator și al celui de control prin chei de criptare: semnarea cu chei de autentificare CMAC (block Cipher-based Message Authentication Code) si HMAC (keyed Hash Message Authentication Code).

Mobilitate – Tehnologia WIMAX suportă scheme optime de handover cu întârzieri mai mici de 50 milisecunde, asigurându-se astfel aplicații în timp real cum e VoIP-ul.

Schema flexibilă a managementului cheii de criptare asigură securitatea in timpul handover-ului.

WIMAX este o tehnologie wireless de bandă largă care suportă acces fix, nomadic și portabil. Pentru a întruni toate cerințele diferitelor tipuri de acces, au fost definite doua versiuni de sisteme WiMAX:

prima versiune se bazează pe standarul IEEE 802.16–2004 și este optima pentru acces fix și nomadic,

a doua versiune se bazează pe standardul IEEE 802.16 REVe și este creată să suporte acces mobil și portabil.

Cele două standarde vor coexista împreună și se vor adresa cererilor din ce în ce mai mari de acces wireless de bandă largă, fix și mobil. Atunci când operatorii doresc să implementeze o soluție WIMAX, ei trebuie să evalueze și alți factori în afară de tipul rețelei (fix/mobil) cum ar fi: segmentul de piață vizat, spectrul disponibil, condițiile reglementărilor, precum și timpul necesar implementării.[4]

Produsele standardului 802.16 REVd pot fi utilizate într-o gamă mai largă de benzi nelicențiate, au un timp de lansare mai scurt, iar în unele cazuri oferă o capacitate de transmisie mai mare decât cele din standardul 802.16 REVe. Pe de altă parte echipamentele din standardul 802.16 REVe oferă suport pentru mobilitate, acoperire interioară imbunătățită, un management flexibil al resurselor spectrale și o gamă mai largă de produse.

Majoritatea operatorilor vor implementa doar una din cele doua versiuni disponibile WIMAX. Versiunea 802.16e introduce suport pentru SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Acces) o varianta de OFDM, care permite un număr variabil de purtătoare, acest lucru contribuind la menținerea robusteții semnalului la interferența intersimbol în mediile cu densitate mare de obstacole, indiferent de largimea de bandă utilizată.

Alocarea purtătoarelor în OFDMA este concepută să minimizeze interferențele cauzate de antenele omnidirecționale dintre diferiți utilizatori. În plus oferă un suport îmbunătățit pentru sistemele MIMO (Multiple Input Multiple Output) și sisteme de antene adaptive AAS (Adaptive Antenna Systems), cu handoff hard si soft,posibilități mai bune pentru echipamentele mobile de economisire a puterii, și mecanisme de securitate mai eficiente. 802.16e încorporează versiunea precedentă a standardului și adaugă suport pentru acces fix sau mobil. Totuși, de cele mai multe ori, 802.16e se referă la modificările introduse pentru a susține acces mobil și în particular SOFDMA.

În timp ce 802.16 lucrează cu o gamă largă de frecvențe (pâna la 66 Ghz), canale de benzi diferite între (1,25 și 20) Mhz și aplicatii LoS, NLoS, PTP și PMP, prin profilele WIMAX se incearcă focalizarea pe configurații specifice. Selecția unui număr limitat de profile este esențială pentru asigurarea interoperabilități între diferiți furnizori de echipamente.[5]

Profilele WIMAX Forum sunt definite de urmatorii parametri:

Tehnologia de duplexing. Sunt disponibile două opțiuni: TDD (Time Division Duplex) și FDD (Frequency Division Duplex). FDD are nevoie de două canale UL și DL (uplink și downlink), centrate pe două frecvențe diferite. Într-o rețea care utilizează TTD, traficul se face într-un singur canal, dar la momente de timp diferite pentru UL și DL.

Banda canalului. Aceasta este dependentă de spectrul alocat prin reglementări. Profilele inițiale sunt limitate la benzi de pană la 10 MHz (3,5; 5; 7; 10 MHz)

Versiunea de standard IEEE pe care se bazează profilul IEEE. 802.16 REVd folosește OFDM cu 256 de purtătoare, iar 802.16 REVe folosește SOFDMA.

Cele două versiuni WIMAX reflectă cererea de produse pentru acces fix sau mobil, care sunt variate și impun soluții diferite pentru a le satisface. Particularități din profilele 802.16 REVd și 802.16 REVe vor fi probabil implementate pentru produsele celui de al doilea standard, deoarece serviciile mobile câștigă teren în privința funcționalitații. Pe langă acestea suportul îmbunătățit pentru MIMO și AAS va aduce o creștere a debitului transmis și a capacităților de transmisie în condițiile în care nu există vizibilitate directă.[6]

O diferență importanta între cele două o constituie tehnica de multiplexare, prima versiune utilizeazând OFDM iar cea de-a doua OFDMA, având o granularitate și flexibilitate mai bună în alocarea resurselor radio. Profilele WIMAX bazate pe 802.16 REVd se potrivesc mai bine aplicațiilor fixe care utilizează antene directionale, deoarece tehnica OFDM este mai puțin complexă decât SOFDMA. Din acest motiv rețelele bazate pe 802.16d sunt mai ușor de implementat și mai ieftine. OFDMAreduce interferența și îmbunătațește performanțele în condițiile în care nu există vizibilitate directă, ceea ce e foarte important când operam cu utilizatori mobili. Tehnica SOFDMA are un avantaj față de OFDMA, ea scalează numărul de subpurtătoare ce compun semnalul OFDM la lațimea benzii canalului, pentru a menține intervalul de gardă constant de-a lungul diferitelor benzi ale canalului. Intervalul constant duce la păstrarea robusteții semnalului la interferența intersimbol indiferent de banda canalului utilizat.[5],[7]

Suportul pentru transferul conexiunii dintr-o celulă în alta (transparent pentru utilizator) este încă un atu al standardului 802.16e pentru accesul mobil. Capacitatea de menținere a unei legături, în timpul deplasării între granițele celulelor, e necesară pentru a avea mobilitate, fiind inclusă ca o condiție pentru profilele sistemelor 802.16e.

802.16 d sau 802.16 e ?

Implementarea rețelelor fixe este diferită de cea a rețelelor mobile și vizează diferite segmente de piață, cu diferite modele de utilizare și diferite locații, precum și cu diferite debite. Cele două tipuri de WIMAX au fost definite să întrunească cererile celor două segmente de piață și cererile diferitelor aplicații.

Pentru implementarea unei rețele fixe cu o funcționalitate de bază ambele versiuni oferă aceleași performanțe. Debitul maxim transmis pe un singur sector este de aproximativ 15 Mbps într-un canal de 5 Mhz sau 30 Mbps într-un canal de 10 Mhz. Acoperirea stațiilor de bază în zonele dens populate poate crește până la cațiva kilometri, depinzând de tipul echipamentului utilizatorului, banda de frecvență, mobilitate, morfologie și multe altele. Oricum performanțele celor două standarde WIMAx se pot schimba substanțial pentru diferite aplicații.[1],[2],[7]

Rețelele fixe pot beneficia de multe avantaje, oferite de produsele certificate de WIMAX Forum:

Modulație mai simplă. OFDM este o tehnică de modulație care se implementează mai ușor și nu necesită suport pentru mobilitate.

Benzi fără licență. Serviciile mobile necesită benzi cu licență pentru a acoperi zone întinse. În schimb rețelele fixe au utilizat cu succes benzi fară licență în zone în care nivele de interferență sunt acceptabile. Din acest motiv profilele care vizează benzile fară licență se vor baza pe 802.16d.

Debit de transmisie mai mare. Benzile spectrale selectate pentru profilele 802.16d oferă debite mai mari. Acesta este un avantaj mai ales când vizăm utilizatori mari, care au nevoie de un nivel de trafic mare și echipamente cu antene exterioare.

Timpul de lansare. Disponibilitatea pe piață a produselor 802.16d a permis operatorilor să satisfacă cererile de conexiune de bandă largă din zonele defavorizate.

Unii operatori pot opta pentru profilele 802.16e din diferite motive:

Suport pentru mobilitate. Produsele 802.16e sunt optime pentru accesul mobil și implementează transferul legăturii dintr-o celulă în alta la o viteză de până la 120 km /h. Suportă economia de putere ce va prelungi viața bateriei echipamentului.

Acoperire interioară mai bună. Se obține prin subcanalizare și utilizarea sistemelor de antene adaptive.

Flexibilitate mărită în administrarea resurselor spectrale. Subcanalizarea permite rețelelor inteligente să aloce la nevoie resurse utilizatorilor. Astfel avem o utilizare eficientă a spectrului ce duce la un debit mai mare și o acoperire interioară mai bună, iar în unele cazuri chiar la un cost de implementare mai mic.

Echipamente pentru utilizator de o largă varietate. Această varietate permite operatorilor să își mărească gama de servicii și să ofere mai multă libertate utilizatorilor.[4],[6]

2. Aplicații

WIMAX va impulsiona piața BWA (Broadband Wireless Access) datorită standardizării și interoperabilității, eficienței radio sporite în condiții NLoS și suportului puternic din partea producătorilor de echipamente radio și a industriei de echipamente. WIMAX va ataca și piața mobilității prin introducerea de echipamente cu consum de putere scăzut. Suportul din partea marilor producatori de echipamente cum ar fi Intel sau Fujitsu este un factor important în succesul tehnologiei WIMAX, conducând la terminale WIMAX accesibile marii mase a utilizatorilor.

Avantajele tehnologiei WiMAX pot fi redate în următorii termeni:

Va conecta utilizatorii din zonele cu densitate mică de populație, unde factorii economici nu permit implementarea unor rețele broadband interesante din punct de vedere economic, în special pentru operatori.

Va oferi Internet de mare viteză și acces de voce în zone urbane și suburbane, unde infrastructura de cupru este subdezvoltată, accesul fără fir fiind mai ieftin de implementat. Va implementa de asemenea accesul nomadic.

Va introduce aplicații de Internet portabile prin asigurarea accesului de bandă largă în timpul mișcării, extinzând aria limitată de acoperire a WLAN-urilor la un întreg oraș. Expansiunea ulterioară va fi către o arie metropolitană, furnizând servicii de date de viteză mare în condiții de mobilitate.[6],[7]

Tehnologia WIMAX se plasează între reteaua fixă si cea mobilă, completându-le. În urmatorii ani, media de acoperire broadband va ajunge la 90% în țarile dezvoltate, dar în zonele rurale nu va depași 50%. Aceasta discrepanță depinde de tipul zonei, rurală sau urbană, și nivelul de dezvoltare al țării. În țarile dezvoltate, serviciul DSL a fost masiv implementat în zonele urbane și suburbane, dar a fost omisă acoperirea zonelor îndepărtate, orașe mici și zone rurale.

Fig 1.2 Piețele vizate de WIMAX

WiMAX oferă acces de bandă largă acolo unde tehnologia DSL nu ajunge, din motive tehnice sau economice, asigură o alternativă pentru accesul “last-mile” operatorilor care oferă servicii de voce și acces de bandă largă, sau un acces nomadic competitiv cu rețelele mobile GSM, UMTS sau WiFi.

Piețele, pentru accesul fără fir de bandă largă, cuprind câteva segmente mari cum ar fi:

DSL fară fir

În țarile dezvoltate, implementarea serviciilor DSL s-a făcut masiv în zonele urbane și suburbane, în timp ce acoperirea zonelor îndepartate (orășele și zonele rurale) au fost lăsate în urmă. Barierele ce trebuiesc depașite sunt legate de slaba dezvoltare a infrastructurii rețelelor de cupru,distanța mare între punctele de acces radio și rețeaua nucleu, sau zonele slab populate. În acest context, tehnologia WIMAX punând ladispoziție o gamă largă de parametride calitate a serviciilor, o acoperire extinsă și un debit de transfer asemănător tehnologiei DSL, este o opțiune viabilă de acces “last mile”.

În țările în curs de dezvoltare, zonele vizate prima dată, pentru implementarea serviciilor de bandă largă, sunt cele urbane și suburbane, iar după aceea zonele rurale și orașele mici. Slaba dezvolatre a infrastructurii liniilor de cupru împiedică implementarea la scară largă a tehnologiei DSL, deci avem nevoie de tehnologii de bandă largă alternative. În acest context WIMAX este o opțiune excelentă. Mai mult, posibilitatea de a oferi servicii de voce cât și servicii de bandă largă va duce în final la soluții de WLL (Wireless Local Loop).

Transmisi de bandă largă fără fir

Transformarea în realitate a aplicațiilor de Internet portabil se va face prin extinderea acoperirii WLAN-urilor la zone metropolitane. Rețelele mobile oferă mobilitate, acoperire extinsă și suport pentru voce, dar au debite de date foarte mici. WIMAX poate fi considerată ca o soluție complementară deoarece oferă rate de transmisie mari când e nevoie, în particular, în zonele urbane și suburbane. WLAN-urile, deși oferă niște beneficii clare, sunt limitate în ceea ce privește capacitațile de acoperire și mobilitate. WIMAX depășește aceste limitari și oferă acoperire de bandă largă în zone extinse. WIMAX și Wi-Fi sunt două tehnici complementare, Wi-Fi fiind adaptată conexiunilor interioare cu rază mică de acoperire, pentru accesul de acasă sau în instituții, iar WIMAX oferă o rază de acoperire mai mare și conexiune exterioară.[4],[6]

Orice aplicație de bandă largă fară fir este definită de capacitatea ei de a accepta rate de transfer mari (mai mult de 512 kbps pe utilizator) cu terminale mobile, adică echipamente de putere scazută cu preț accesibil, iar transferul să se poată face și atunci când utilizatorul este în interiorul unei clădiri, în mașină, sau pedestru. De asemenea, implementarea unei rețele mobile fară fir cu o acoperire întinsă nu trebuie să aibă nevoie de site-uri radioîn plus față de rețelele celulare existente (2G/3G). Întradevăr, găsirea de noi site-uri radio este destul de complicată și costisitoare. Pentru a îndeplini aceste cerințe și a avea protocoale care să susțină mobilitatea, a fost ales un nivel fizic robust cu mecanisme eficiente de protecție împotriva erorilor (turbo coduri și ARQ-Automatic Repeat reQuest).

Datorită trăsăturilor sale inovatoare, tehnologia WIMAX bazată pe standardul 802.16e poate să se adreseze unui set întreg de aplicații cum ar fi DSL fără fir, aplicatii fixe fără fir și de asemenea rețele mobile sau nomadice. Un singur sistem de implementare pentru toate aceste aplicații va da posibilitatea operatorilor să facă oferte de pachete de servicii, ca de exemplu DSL fară fir pentru acasă, împreună cu servicii nomadice, totul printr-o singură rețea de acces radio.

Fig 1.3 Exemplu de pachet de servicii

În paralel cu comunicațiile fixe tradiționale și comunicațiile mobile, înflorește si piața echipamentelor portabile care pot fi încărcate cu cantități mari de date și care susțin aplicații multimedia complexe. Aceste echipamente ajută la creerea unor noi segmente de piață: televiziune portabilă, jocuri virtuale on-line, etc. Utilizatorii se așteaptă să aibă acces neîntrerupt la servicii când se află în mișcare, de exemplu în mijloacele de transport. WIMAX Forum a definit patru categorii de utilizări, notate în primele specificații referitoare la arhitecurile punct-la-punct, vizând mobilitatea simplă până la oportunități de servicii noi si echipamente noi. Aceste categorii sunt:

Accesul fix. Este forma de bază a retelelor WIMAX operaționale care imită tehnologia DSL fixă sau serviciile broadband prin cablu. Neavând mobilitate nu se pune problema de portabilitate sau de trecere dintr-o celulă în alta. Utilizatorii își pot selecta tipul conexiunii la stația de bază disponibilă, în funcție de calitatea semnalului.

Accesul nomadic. Serviciile nomadice permite utilizatorilor accesul la serviciile de bandă largă din diferite locații în rețeaua WIMAX, dar presupune un acces fix pe durata conexiunii.

Portabilitatea. Este primul scenariu în care se asigură ceva mobilitate terminalului în timpul legăturii. Cu echipamente simplificate și conexiuni best-effort, utilizatorul poate experimenta căderea legăturii sau percepe scăderi ale calității serviciului. Continuitatea nivelului aplicație este asigurată fără intervenția utilizatorului. Utilizatorul se poate deplasa în timpul conexiunii și nu va suferi întreruperea legăturii, eventual căderi scurte atunci când trece dintr-o celulă în alta.

Mobilitate simlă. Optimizările făcute echipamentelor mobile și utilizarea mecanismelor de trecere dintr-o celulă în alta asigură utilizatorilor accesul la servicii de bandă largă atunci când acestea sunt în mișcare – se plimbă, conduc, sunt într-un mijloc de transport în comun – adică pană la o viteză de 50 -100 km/h. Pot sesiza degradări ale serviciului în timpul procedurii de trecere dintr-o celulă în alta, dar se menține legătura radio. Acest mod este optim pentru aplicații care nu necesită trensfer în timp real, deoarece are întârzieri în jur de 150 ms datorită procedurii de handover.

Mobilitatea completă. Oferă aplicații de timp real, operațiile de mobilitate continuă fiind esențiale pentru aplicațiile care nu suportă întârzieri. Viteza de deplasare este cel puțin 100 km/h, iar echipamentele care se ocupă de handover să nu introducă întarzieri mai mari de 50 ms.[8],[9]

3. Arhitectura de rețea

Grupul NWG ( Network Working Group) a fost creat cu scopul de a aduce specificații privind arhitectura de rețea a sistemelor WIMAX fixe, nomadice, portabile sau mobile, în plus față de standardul 802.16. Obiectivul acestui grup a fost să ofere un model de referință pentru arhitectura rețelei și specificațiile necesare, bazat pe cerințele grupului SPWG (Service Provider Working Group) și cele ale profilelor de interoperabilitate, pentru a fi aprobate de WIMAX Forum. NWG a fost format deoarece se dorea crearea unei structuri a arhitecturii end-to-end pentru rețele WIMAX interoperabile:

Arhitectura WIMAX bazată pe comutația de pachete tebuie să aibă la bază standardul IEEE 802.16 și să utilizeze corespunzător standardele deja existente IEEE RFC și IETF Ethernet. În cazul în care protocoalele IETF deja definite nu satisfac cerințele unei aplicații, pot fi specificate extensii ale acestora.

Protocoalele sunt definite în funcție de capacitățile rețelei.

Profilele sunt astfel definite pentru a permite interoperabilitatea între diferite tipuri de acces și diferite servicii.

Arhitectura rețelei WIMAX trebuie să se bazeze pe principii de analiză funcțională (descompunerea aspectelor în entități funcționale asupra punctelor de referință, fără presupuneri specifice privind implementarea). O astfel de schemă de rețea trebuie să fie destul de flexibilă pentru a putea satisface o gamă largă de implementări ( rețele WIMAX de la capacități mici până la capacități mari; medii de propagare a undelor radio urbane, suburbane sau rurale; benzi de frecvență licențiate și/sau nu; coexistența deferitelor tipuri de acces);

Arhitectura WIMAX trebuie să utilizeze procedurile standardului IEEE 802.16 și să facă o separare între acestea și adresarea IP, între procedurile de rutare și conectivitate, iar protocoalele utilizate să permită utilizarea arhitecturii în implementarea sistemelor WiMAX de sine-stătătoare cât și la interconectarea acestora cu alte sisteme existente.

Arhitectura acestei rețele trebuie să susțină implementarea anumitor servicii și aplicații:

Trebuie să susțină vocea, aplicații multimedia și alte servicii cum sunt cele de urgență.

Să avem posibilitatea de accesare a diferitelor aplicații oferite de diferiți furnizori.

Să suporte comunicațiile mobile (VoIP) și roaming-ul, să respecte politica dintre operatori privind distribuția și constrângerile în ceea ce privește comunicația de voce.

Să accepte interfața și cu alte rețele.

Următoarele capacități se doresc a se pune în practică:

să respecte managementul resurselor pentru utilizator: SLA (Service Level Agreement);

să suporte mai mult decât o conexiune de voce pentru un anumit utilizator;

să permită accesul simultan atât la servicii de voce cât și la servicii de date;

să acorde prioritate apelurilor de urgență și transferurilor de date cu prioritate mare.

Fig 1.4 Modelul de referință al rețelei propuse de NWG

MS = Stația Mobilă. MS este echipamentul mobil prin care utilizatorul se conectează la rețeaua WIMAX, acesta poate fi o cartelă introdusă în calculator sau poate fi un echipament extern legat la calculator .

BS = Stația de Bază. O stație de bază WIMAX asigură accesul la Internet wireless pentru utilizator. Stația de bază transportă date utilizatorului prin implementarea interfeței radio WIMAX, astfel asigurându-se utilizatorului o cale de acces la internet și la servicii de voce VoIP, echivalentă tehnologiei DSL.

WAC = WIMAX Access Controller. Acesta leagă, controlează și concentrează stațiile de bază ale rețelei. Tot traficul se face cu ajutorul protocolului IP. Funcțiile principale ale WAC-ului fiind controlul sesiunii (stabilirea conexiunii) și transportul datelor între elementele rețelei.

FA = Mobile IP Foreign Agent. Acesta este un router care stochează informații despre echipamentele mobile care vizitează rețeaua respectivă.

HA = Mobile IP Home Agent. Se ocupă de protocolul Mobile IP. Fiecare stație mobilă are propria adresă IP statică, care este memorată în HA. Stația mobilă, deoarece se depalsează, poate fi atașată și unei alte rețele ceea ce înseamnă că are o altă adresă IP. Din acest motiv protocolul Mobile IP asigură două adrese pentru stația mobilă, una statică și una dinamică. Toate datele sunt trimise adresei statice, astfel HA-ul face legatura între cele două și redirecționeză pachetele spre adresa dinamică pentru ca stația mobilă să primească datele.

OMC-R =The Operation and Maintenance Center-Radio. Centrul de operare și mentenanță radio asigură o centralizare a tuturor elementelor ce aparțin de rețeaua WIMAX. Acesta măsoară diferite evenimente utile pentru verificarea corectitudinii rețelei cât și pentru redimensionarea ei, principalele sale atribuții fiind cele legate de management-ul entităților: topologie, transport, soft, achipamente, resurse radio și securitate.

NAT/Firewall = Network Address Translation. Procesul de translatare implică rescrierea adreselor IP ale sursei și/sau destinației pachetelor în timpul trecerii lor printr-un ruter sau firewall. Firewall-ul fiind cel care asigură protecția împotriva intrușilor.

AAA =Authentication, Authorization and Accounting. Centrul AAA este responsabil cu asigurarea autentificării utilizatorului, verificarea și permiterea accesului doar la tipurile de servicii la care este abonat, precum și la contabilizarea informațiilor de trafic și taxare.

CGW = Charging Gateway , poartă de acces.

DHCP = Dynamic Host Configuration Protocol. Se ocupă cu alocarea adreselor IP. Sunt două servere DHCP, unul pentru alocarea adreselor IP entităților rețelei , iar celălalt pentru alocarea adreselor stațiilor mobile conectate la rețea.

DNS = Domain Name Server. Acest server transformă nume în adrese IP.

SBC = Session Border Controller. Este un dispozitiv folosit în unele rețele VoIP pentru transferul informațiilor de semnalizare necesare în managementul apelurilor. O altă funcție a acestui echipament este managementul calității serviciului, marcând pachetele care aparțin fluxurilor media cu prioritate mare la rutarea în rețea.[6],[7]

Interfețele rețelei sunt:

R1 este interfața dintre stația mobilă MS și RAN, este interfață radio și aduce specificații niveluli fizic PHY si nivelului de control al accesului la mediu MAC. R1 poate să includă și protocoale legate de planul de management.

R2 constă în protocoalele și procedurile dintre MS șiRANasociate cu autentificarea, autorizarea serviciilor, alocarea adreselor IP și cu managementul mobilității. Aceasta este o interfață logică, deci nu avem un protocol direct între MS și CSN.

R3 este interfața dintre RAN și CN și are scopul de a susține funcțiile router-ului AAA, fluxurile de control a parametrilor de QoS și managementul mobilității. Modalitatea de efectuare a transferului de date IP între RAN și CN este tunelarea.

R4 constă într-un set de protocoale pentru control și pentru traficul util.

R5 neimplementată încă.

R6 constă într-un set de protocoale pentru comunicarea dintre BS-uri și RAN GW (gateway)

Această soluție oferă Internet wireless de mare viteză HSI (High Speed Internet) pentru echipamente fixe sau mobile. Utilizatorii rețelei WIMAX pot avea acces tot timpul la toate serviciile oferite de rețeaua Internet.

Accesul la internet wireless de mare viteză este pe deplin compatibil cu accesul DSL de mare viteză în cea ce privește debitele pe UL și DL cât și în privința parametrilor de calitate ai serviciului. Atunci când un utilizator intră în rețea i se asigură automat o conexiune best-effort – identificată printr-un CID (Connection Identifier) unic in rețea -de către stația de bază în funcție de profilul sau din serverul AAA. Dacă rețeaua WIMAX de acces radio (RAN) asigură acces la Internet, trebuie totuși făcute câteva modificări. WAC-ul oferă funcția de contabilizare în plus față de mobilitate și controlul accesului, prin transmiterea unor mesaje RADIUS dedicate acestui scop către serverul AAA.

Fig 1.5 Implementarea „WiMAX Standalone”

Aceste mesaje conțin informații cum ar fi ID-ul utilizatorului, numărul de pachete, parametrii de calitate ai serviciului etc. Aceste mesaje sunt transmise periodic cu o perioadă ce poate fi configurată. Serverul AAA utilizează aceste mesaje să creeze dosare cu detalii privind taxarea CDR (Charging Detail Records) și sunt depozitate în fișiere. Fișierele CDR sunt colectate în AAA de Charging Gateway.

Fig 1.6 Implementarea WiMAX interconectata cu reteaua nucleu NGN/IMS

Această arhitectură oferă servicii de VoIP într-o WIMAX RAN cu parametrii de calitate la fel de buni ca cei ai serviciului de voce. Datorită strategiei folosite, arhitectura A9100 WIMAX RAN este capabilă să se interconecteze nu doar cu soluțiile Alcatel pentru rețele fixe și mobile, ci și cu orice altă rețea care are implementate interfețele standard necesare.[7],[9]

Next Generation Network (NGN)

Este un termen asociat evoluțiilor unor arhitecturi care vor fi implementate în următorii 5-10 ani. Ideea generală a acestui concept este aceea că toate informațiile și serviciile să fie transportate prin aceeași rețea. Rețele din generația viitoare sunt construite în jurul protocolului IP, și din acest motiv termenul „all-IP” este utilizat să descrie transformarile favorabile NGN.

Definiția dată de ITU este: o rețea bazată pe comutația de pachete capabilă să asigure servicii, inclusiv cele de telecomunicații și capabilă să utilizeze mai multe benzi. Oferă acces nelimitat al utilizatorilor la diferiți furnizori de servicii.

În cea ce privește rețeaua centrală, NGN presupune fuziunea mai multor rețele de transport, fiecare inițial fiind construită pentru diferite servicii. Pentru aplicațiile de voce cel mai important echipament dintr-o rețea NGN este Softswitch, un dispozitiv programabil care controlează apelurile VoIP și oferă posibilitatea integrării diferitelor protocoale în cadrul NGN. Cea mai importantă funcție a Softswitch-ului este crearea interfeței cu rețeaua telefonică actuală PSTN prin SG-uri (Signalling Gateway) și MG (Media Gateway). Totuși acesta, comutatorul soft, poate fi definit diferit de fabricanții de echipamente și poate avea și funcții diferite.

IMS (IP Multimedia Subsystem) este o arhitectură NGN standardizată de către ETSI (European Telecomunications Standards Institute) împreună cu 3GPP (3rd Generation Partnership Project), dedicată serviciilor media prin Internet. Subsistemul IMS se bazează pe protocolul SIP (Session Initiation Protocol) pentru controlul semnalizării și pe alte protocoale, cum e RTP (Real Time Protocol) în cazul aplicațiilor de VoIP, pentru traficul de utilizator. Este o platformă de acces independentă care oferă servicii standard. Scopul principal al acestui subsistem este să asigure diferite servicii la diferite locații.

Există șase interfețe standard pentru rețeaua Alcatel 9100 RAN pentru a putea interopera cu alte rețele:

1.Interfața IP de bază pentru planul utilizatorului – utilizează protocoalele TCP/IP (RFC1122).

2.Interfețele Gq (3GPP IMS) și Gq’ (TISPAN) Diameter pentru managenetul calității serviciilor.

IMS-ul este o arhitectură de rețea care la origine a fost creată pentru standardul wireless 3GPP, pentru a transporta utilizatorilor, cu ajutorul protocolului IP, servicii multimedia. Aceștia se pot conecta la rețeaua IMS prin mai multe metode, dar toate sunt bazate pe protocolul IP.

TISPAN (The Telecom & Internet convergent Services & Protocols for Advanced Networks) este un standard de rețea al ETSI, specializat în rețele fixe și acoperire cu Internet. Scopul acestei rețele este să definească NGN. Prima versiune a acestei rețele, lansată in 2005, se bazează pe conceptul de împărțire a componentelor comune subsistemelor implicate. Această arhitectură, orientată pe subsisteme, face posibilă adăugarea de noi subsisteme pentru a îndeplini noi cereri de servicii. Arhitectura ne asigură că resursele rețelei, aplicațiile și terminalele sunt comune tuturor subsistemelor.

Grupul 3GPP a ales protocolul Diameter ca standard pentru funcțiile implementate de serverul AAA și protocolul SIP pentru managementul legăturii și controlul serviciului. IETF a dezvoltat Diameter Base Protocol (RFC 3588) și aplicații noi bazate pe protocolul Diameter pentru a face posibile facilități cum sunt: mobilitatea IP, autentificarea protocolului SIP și taxarea on-line. Protocolul Diameter oferă flexibilitate, siguranță, o implementare simplă pentru serverul AAA care acoperă principalele probleme de securitate și completează celelalte protocoale de semnalizare cum sunt SIP și SS7.

3.SIP (RCF 3261)

Session Initiation Protocol, dezvoltat de IEFT, este un protocol pentru semnalizare și utilizează o sintaxă bazată pe text similară protocolului http fiind un protocol simplu de tip client-server. Poate fi utilizat cu mai toate protocoalele de transport, însă protocolul optim de transport al său este RTP .

4. Interfața RADIUS către serverul AAA. Utilizează în general protocolul descris în RFC 3865 și EAP-TTLS.

5. Interfața către serverele DNS/DHCP de la MS. Utilizează protocolul descris în RFC 2131.

6. Mobile IP (RFC 3344) este un standard IEFT pentru protocoalele de comunicații, care permite utilizatorilor mobili să treacă dintr-o rețea în alta, având aceași adresă IP. Protocolul Mobile IP asigură un mecanism eficient și accesibil pentru roaming în cadrul Internet-ului. Utilizând acest protocol nodurile își pot modifica punctele de acces la Internet fară să își modifice adresele IP. Aceasta le permite să mențină conexiunea la nivelul transport și la cele superioare în timpul mișcării.[12],[15]

Tunelarea

Aceasta se referă la posibilitatea a două noduri de a schimba date prin intermediul unor rețele intermediare, fără ca acestea să fie conștiente de informațiile de control și date utile ale nodurilor inițial și final. Operațiunea de tunelare este în general implementată prin încapsularea pachetelor, create prin protocoalelor rețelelor punct–la–punct, care sunt transportate prin rețelele intermediare. De exemplu PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) este o tehnologie care face posibilă utilizarea Internet-ului pentru a transmite date private prin VPN (Virtual Private Network). Acest lucru este posibil incluzând propriul protocol de rețea în pachetele TCP/IP transportate prin rețeaua Internet.

GRE (Generic Routing Encapsulation) RFC 1701, RFC 1702 este un protocol care a fost special creat să includă o mare varietate de pachete, de la diferite nivele, în pachetele IP. Pachetul inițial de date reprezintă de fapt sarcina utilă (payload) a pachetului final. Protocolul este utilizat în Internet pentru securitatea rețelelor virtuale private (VPNs). GRE a fost dezvoltat de Cisco astfel încât să poată fi utilizat de toată lumea. Aspectele acestui protocol ajută furnizorii de servicii să asigure tuneluri IP clienților, care nu trebuie să cunoască arhitectura tunneling a furnizorilor de servicii, aceștia având posibilitatea să își reconfigureze arhitectura IP fără să își facă griji în privința conectivității. În cazul general, pachetul de sarcină utilă este încapsulat într-un pachet GRE, care mai poate conține și informații privind rutarea pachetului. Pachetul astfel rezultat este inclus în alte protocoale, de transport și așa mai departe.

Fig 1.7 Stiva de protocoale

Deoarece rețeaua de transport dintre BS-uri și WAC-uri poate fi deținută de un operator diferit față de cel care implementează rețeaua WIMAX, este esențială mascarea acestei legături pentru traficul utilizatorului. Prin încapsularea pachetelor utilizatorului în pachete IP sau GRE (în antet sunt vizibile doar adresele IP ale stației de bază și a WAC-ului, pachetul utilizatorului fiind tratat ca sarcină utilă) este imposibilă obținerea de informații din antetul pachetului de date al utilizatorului, implicit informații privind aplicația și/sau conținutul ei. Pachetele interne sunt recuperate și procesate pentru rutare și clasificare în terminalele tunelului (tunnel endpoints).[6],[15]

Capitolul II

Descrierea interfeței radio

1. Tehnica de multiplexare OFDM

Interferența intersimbol ISI apare datorită caracterului dispersiv al canalului, limitării benzii, etc. Atunci când datele sunt transmise pe interfața radio principala cauză a apariției acesteia este propagarea pe trasee multiple. Eliminarea totală a interferenței intersimbol este posibilă numai dacă durata simbolului este mult mai mare în comparație cu întârzierile de propagare. Realizarea acestei condiții implică folosirea pe purtătoarea radio a unui debit de transmisie foarte scăzut.

Pe un canal teoretic este posibil să transmitem orice cantitate de informație. Ceea ce este limitat datorită caracteristicilor canalului într-o transmisie este debitul maxim de informație transmisibil în „timp real”, limită ce definește capacitatea acestuia. La transmisia informațiilor prin medii zgomotoase apar perturbațiile, sunt necesare măsuri pentru diminuarea acestor efecte. Teorema a II- a a lui Shannon (teorema codării canalelor cu perturbații) ne spune că pentru orice canal afectat de perturbații care are o capacitate de transmisie C, se poate face o transmitere a informației unei surse, în timp real, (cu un debit D< C), cu o probabilitate a erorii PE oricât de mică, folosind un cod de lungime n, astfel încât: unde D este debitul, n lungimea cuvântului de cod, iar e(D) exponentul erorii. Scăderea probabilității de eroare se poate face prin scăderea debitului, dar deoarece acest fapt nu e posibil, se utilizează tehnica de transmisie OFDM, sau creșterea lungimii cuvântului de cod rezultând creșterea redundanței.

O soluție a acestei probleme o reprezintă utilizarea unei transmisii cu ajutorul unor purtatoare multiple MCM (MultiCarrier Modulation) tehnică similară multiplexării cu divizare de frecvență FDM (Frequency Division Multiplexing). Prin conversia serie-paralel a datelor, în locul unei secvențe seriale de viteză mare, se obțin N secvențe seriale de viteză redusă, cu care se modulează în paralel N frecvențe purtătoare. Fiecare subpurtătoare ocupă o bandă de N ori mai mică decât cea pe care ar trebui să o ocupe o singură purtătoare modulată cu frecvența inițială. Pe această cale, o transmisie de bandă largă este înlocuită cu un număr de transmisii de bandă îngustă. Dezavantajul transmisiei MCM este dat de faptul ca între benzile ocupate de două purtătoare modulate adiacente trebuie lăsat un anumit spațiu de protecție (guard band), ceea ce conduce la o anumită risipă de spectru. În caz contrar apare interferența între purtătoare ICI (Inter Carrier Interference).

Fig 2.1 Modulație FDM cu 9 subpurtătoare

Prin metoda OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) se obține o îmbunătățire a eficienței spectrale deoarece, prin respectarea condiției de ortogonalitate între purtătoare, spectrele acestora se pot suprapune într-o anumită măsură, fără să se degradeze calitatea transmisiei.

Fig 2.2Modulație OFDM cu 9 subpurtătoare

O secvență numerică serială are un spectru de forma: .

Atunci când acest semnal este utilizat pentru a modula în fază (PSK) o purtătoare, se obține un spectru de frecvențe simetric, tot de genul sin c(f – fC), centrat pe valoarea frecvenței nominale a purtătoarei.

Fig 2.3 Spectrul unei subpurtătoare modulate

Distanțele dintre nulurile succesive ale unui spectru de de tip sin c(f) reprezintă un multiplu al vitezei cu care se comută faza purtătoarei. Pe scara frecvențelor această distanță, notată cu Δf, trebuie să fie echivalentă cu π (sau 180°) pentru a reprezenta jumătate din perioada funcției sin x.

n = numarul de subpurtătoare; n =1 .. NFFT-1

NFFT = numărul de subpurtătoare FFT

Tb = durata simbolului

f0 = prima frecvență din bandă

fn = f0 + n*(1/Tb)

Fig 2.4 Spectrul pentru N canale

Tehnica OFDM care utizează transmisia în mai multe benzi în locul celei pe o singură bandă este o alegere excelentă pentru transmisiile radio și rezolvă parțial problemele fading-ului.

Fig. 2.5 Diferențe între transmisiia cu o singură purtătoare și cea cu purtătoare multiple

La aceeași cantitate de informație, durata de simbol pentru o transmisie cu purtătoare de bandă îngustă va fi mai mare decât în cazul folosirii unei purtătoare de bandă largă. Doarece există mai multe subpurtătoare de bandă îngustă desemnate să transmită informația, totalul debitelor acestora este echivalent sistemului cu o singură purtătoare. Pentru transmisiile care utilizează o singură purtătoare toate simbolurile vor fi afectate de fading-ul canalului deoarece ele sunt transmise consecutiv în toată banda. În transmisiile OFDM doar un numar limitat de simboluri sunt afectate de fading deoarece transmisia se realizează simultan în subbenzi componente ale semnalului OFDM(doar acele simboluri transmise în subbenzile ce se gasesc în zonele puternic atenuate de fading ale canalului vor fi afectate, rezultând o transmisie mai robustă).

Fig 2.6 –Semnalul recepționat vs. – Semnalul dorit.

În condițiile de propagare pe trasee multiple (medii de propagare fără vizibilitate directă NLoS), la recepție un anumit simbol sosește din diferite direcții cu diferite întârzieri. Pentru a se evita interferența intersimbol, simbolul se prelungește cu un interval de protecție Δ (Guard Interval) egal cu aproximativ un sfert din durata simbolului: Δ~ Tb /4. Prin alegerea convenabilă a lui Tb și Δ, decalajul dintre primul și ultimul ecou, este de obicei mai mic decât intervalul de protecție.[10],[11]

Pentru o separare spectrală corectă a purtătoarelor alăturate, receptorul are nevoie de un segment de semnal util, fără interferență intersimbol, de durată egală cu Tb. Acest segment de semnal poate fi preluat dintr-un simbol, prelungit cu intervalul de protecție, începand din orice moment, dar pentru simboluri consecutive trebuie să fie preluat în mod identic. Pe această bază receptorul recostituie corect semnalul și în condiții dificile de propagare. Intervalul de protecție conține un semnal identic cu cel de la sfârșitul simbolului pe care îl precede. În acest mod el devine o prelungire naturală a simbolului și este denumit prefix ciclic (cyclic prefix).

Fig 2.7 Inserția prefixului ciclic

Tehnica de transmisie OFDM este cunoscută încă din 1960, însă nu a fost adoptată până acum datorită dificultăților de implementare a acesteia prin metode convenționale. Dezvoltarea tehnicilor de procesare a semnalelor digitale a permis apariția unor echipamente modulatoare / demodulatoare OFDM mai simple și mai ieftine. Simbolul OFDM este construit în domeniul frecvențelor (faza și amplitudinea componentelor spectrale depind de datele transmise și de tipul de modulație utilizat). Printr-o operație IFFT se transformă semnalul în domeniul timp pentru a fi transmis prin canalul radio. La recepție se aplică transformata Fourier directă FFT pentru a obține componenetele spectrale care apoi sunt decodate folosind tehnica de modulație corespunzatoare pentru a obține informațiile utile.

Fig 2.8 Modularea și demodularea OFDM

Extensiile tehnicii OFDM aduc avantaje foarte importante:

OFDMA alocă un numar variabil de subpurtătoare utilizatorilor, oferind o subcanalizare flexibilă a benzii.

SOFDMA – numărul de subpurtatoare componente poate fi adaptat la lățimea canalului, permițând menținerea robusțetii semnalului la propagarea multicale odată cu modificarea benzii.

Tehnica OFDM utilizează patru tipuri de subpurtătoare:

Subpurtătoarele de date: utilizate pentru transmisia datelor.

Subpurtătoarele de gardă: utilizate datorită caracteristicilor reale ale filtrelor trece-bandă de recepție (permit semnalului să decadă normal).

Subpurtătoarele pilot: utilizate pentru estimarea canalului.

Subpurtătoarea DC: frecvența centrală a canalului (nu este modulată).

Fig 2.9 OFDM cu 256 subpurtătoare

2. Structura interfeței radio

Cadrul de transmisie este unitatea de bază pentru transportul datelor, iar proprietățile principale ale acestuia sunt:

Alocarerea de resurse logice utilizatorului.

Fiecare cadru este format dintr-un subcadru pentru UL și unul pentru DL.

Structura fiecărui subcadru este descrisă într-un mesaj MAP.

Toate datele și biții de control schimbate între SS și BS sunt transmise în astfel de cadre.

Fig 2.10 Cadrul de transmisie

Un astfel de cadru poate să conțină câteva conexiuni ale utilizatorului atât pe UL cât și pe DL. Fiecare conexiune este caracterizată în cadru printr-un număr de simboluri și un număr de subcanale alocate unui anumit utilizator. O conexiune poate fi vazută ca și un cadru bidimensional cu dimensiunile: durata simbolului și numărul de subcanale.

Codarea canalului se realizează cu scopul de a crește rezistența datelor împotriva condițiilor aspre din canalul radio (fading și ISI).

Fig 2.11 Etapele codări canalului

În primul pas datele sunt amestecate (randomize) atât pe uplink cât și pe downlink, dar fără amestecarea preambulului și a FCH-ului. Astfel se sporește protecția împotriva erorilor ce afectează blocuri întregi de date.

Fig 2.12 Schema de amestecare folosind polinomul generator 1+x14+x15

Biții astfel aleatorizați sunt aplicați la intrarea codorului care folosește o codare concatenată. În prima fază datele sunt codate cu ajutorul codului Read – Solomon Outer-Coder, iar apoi cu ajutorul codurilor convoluționale Inner-Coder. Codurile concatenate sunt utile pentru erori mixte, independente și pachete de erori. Primul cod este cel mai puternic corectând majoritatea erorilor de pe canal, iar cel de-al doilea puțin mai slab ajută la reducerea BER-ului (Bit Error Rate), corectând o parte din erorile rămase. În acest fel se un BER acceptabil cu o comlexitate a implementării mai scazută decât în cazul folosirii unui cod foarte puternic corector.

Întrețeserea asigură ca biții codați adiacenți să fie mapați în subpurtătoare neadiacente. Această întrețesere se face cu scopul de a proteja informatia transmisă de efectele fading-ului din canal.

Fig 2.13 Întrețeserea biților

După întrețesere biții sunt modulați cu diferite tehnicii: QPSK, QAM 16, QAM 64. Subpurtătoarea pilot va fi inserată în fiecare burst pentru a constitui simbolul. Pentru ca în fiecare burst de pe UL și DL să nu apară informații destre tipul de modulație, codorul și rata codării folosite, fiecăruia i se alocă un cod DIUC (DL Interval Usage Cod) pentru DL și respectiv UIUC (UL Interval Usage Cod) pentru UL, care conțin aceste informații. Descriptorii de canal DCD și UCD prezintă Codurile DIUC și UIUC folosite în celula respectivă.

Duplexing-ul

FDD utilizează diferite benzi de frecvență pentru DL și UL. Aici avem posibilitatea să transmitem pe DL în burst-uri, ceea ce facilitează utilizarea diferitelor tipuri de modulație și permite sistemelor să ofere suport atât pentru transmisii duplex cât și pentru cele semiduplex.

TDD avem aceeași bandă de frecvență pentru UL și DL, transmisiile fiind separate în timp. Un cadru TDD are o durată fixă și conține un subcadru de DL și unul de UL. Acest cadru este adaptabil în sensul că capacitatea alocată pentru DL versus cea alocată pentru UL poate varia.

Sistemul WIMAX este de așa manieră construit încât să poată folosi ambele tehnici de duplex, însă cel mai răspândit și adoptat pe scara larga este TDD.

Fig. 2.14 Cadrul OFDMA

Permutarea controlează organizarea resurselor fizice (subpurtătoarele) în resurse logice (subcanale). Realocarea subpurtătoarelor după un număr de simboluri se face deoarece se dorește reducerea sensibilității subcanalului la feding-ul spectral. Clasificarea permutărilor se face după următoarele principii:

Utilizarea subcanalelor benzii împărțită pe segmente sau ca întreg.

FUSC (Fully Used SubChannelisation) – toate subpurtătoarele sunt alocate fiecărui subcanal. Subcanalele sunt distribuite simetric în întrega bandă (diversitate spectrală).

PUSC (Partially Used SubChannelisation) – bazat pe segmentare (banda canalului este divizată în maxim 3 segmente). Subpurtătoarele sunt alocate întâi segmentelor și apoi subcanalelor fiecărui segment.

TUSC (Tile Usage of SubChannelisation) – utilizat în sistemele AAS .

Permutații distribuite sau adiacente.

– Permutații distribuite – utilizează întreaga diversitate spectrală a subpurtătoarelor ceea ce duce la creșterea robusteței rețelei în ceea ce privește sensibilitatea spectrală.

– Permutații adiacente – subpurtătoarele adiacente sunt alocate subcanalului. Realocarea subpurtătoarelor este o procedură asemanatoare cu saltul de frecvență utilizat în GSM.

Fiecare cadru transmis începe cu un preambul urmat de o perioadă de transmisie pentru downlink și una pentru uplink. Preambulul este utilizat pentru sincronizare și egalizare. Acesta este transmis în toate subcanalele, în primul simbol al cadrului. În cazul segmentării, preambulul utilizează doar subcanalele ce aparțin de segmentele dedicate. Preambulul este codat utilizând tehnica QPSK ½ din motive de robustețe. În fiecare cadru sunt inserate TTG (Transmit Transition Gap) și RTG (Receive Transition Gap) între subcadrele de DL și UL pentru a permite stației mobile să treacă de la recepție la transmisie sau invers.[13],[14].

Direct după preambul, se transmite în primele patru subcanale un mesaj de control FCH (Frame Control Header). Acesta determină lungimea și DIUC de DL, acesta fiind codat utilizând tehnica QPSK ½.

Organizarea subcadrului de DL și cel pentru UL conțin schema cu începuturile burst-urilor în coordonatele: timpul simbolului/ numărul subcanalului. Acestea sunt transmise tuturor stațiilor mobile deoarece fiecare trebuie să știe când recepționează și când este programată să transmită date.

Organizarea subcadrului de DLconține lista cu identificatorii conexiunilor CID (Connection Identifier) în fiecare burst pe care stația de bază îl va transmite în următorul cadru. Acesta mai conține coordonatele simbol/subcanal ale începutului fiecărei transmisii ceva avea loc și parametrii nivelului fizic utilizați de BS pentru fiecare CID, precum și identitatea stației de bază BS ID. În burst-urile de pe DL se pot transmite informații pentru una sau mai multe stații mobile.

Organizarea subcadrului pe UL indică începutul resursei radio pe UL alocată fiecărei stații mobile. Fiecare burst de pe UL este dedicat unei singure stații mobile și transmite date după un profil specific pentru UL MAP. Mai conține coordonatele simboluri/subcanale ale fiecărei transmisii ce va avea loc pe uplink, precum și parametrii nivelului fizic necesari stațiilor mobile. Aceasta mai indică și tipul informației ce trebuie transmisă pe durata intervalului alocat (informație utilă, date de control, cereri de transmisie în următorul cadru). După cum se vede în desen, numarul subcanalelor alocate fiecărui burst de pe UL este redus. Un set redus de subcanale alocat SS-ului înseamnă o creștere a puterii subcanalului. O stație mobilă are o putere de transmisie mai mică decât cea a unei stații de bază. Aceasta poate fi compensată prin reducerea utilizării simultane a subcanalelor.

La intervale preconfigurate de timp în subcadrul DL pe langă DL MAP și UL MAP se transmit DCD (Downlink Channel Descriptor) și UCD (Uplink Channel Descriptor). DCD-ul se transmite la intervale periodice de aproximativ 10 secunde, conținând caracteristicile canalului fizic de DL cum ar fi: identitatea stației de bază, puterea de transmisie a stației de bază, puterea maximă de transmisie a acesteia, parametrii canalului radio, organizarea DIUC. UCD-ul se transmite de asemenea la intervale periodice de aproximativ 10 secunde, conținând caracteristici ale canalului fizic de UL cum ar fi: organizarea UIUC, alocarea intervalelor de acces concurențial etc.

3. Principii de funcționare

3.1. Nivelul MAC. Principii de funcționare la nivel logic

Fig 2.15 Structura nivelul fizic și a nivelul MAC

SSCS( Service Specific Convergence Sublayer) se gasește deasupra subnivelului MAC CPS (Common Part Sublayer), utilizează serviciile asigurate de MAC CPS prin punctele de acces la servicii MAC SAP ( Service Acces Point). Funcțiile acestui subnivel sunt: acceptarea și clasificarea pachetelor de date PDU (Packet Data Unit) de la nivele superioare, procesarea pachetelor de date de la nivelele superioare în funcție de clasificarea lor, transmisia/ recepția pachetelor de date ale nivelului de convergență CS la/de la punctele de acces la servicii MAC SAP.

Există două subnivele de convergență CS definite în standard:

ATM (Asynchronous Transfer Mod) CS

Packet CS

Nivelul de convergență dedicat protocoalelor orientate pe pachete este utilizat pentru transportul tuturor informațiilor provenite de la protocoale cum sunt: protocolul IP, PPP (Point-to-Point Protocol), sau IEEE 802.3 Ethernet. Execută funcțiile generale ale subnivelului CS și anume clasifică pachetele care sosesc, subnivelul de convergență din echipamentul de transmisie este responsabil cu emiterea de MAC SDU-uri (Service Data Unit ) către MAC SAP, subnivelul de convergență din echipamentul de recepție este responsabil cu receptia MAC SDU-urilor de la MAC SAP pereche și transmiterea lor către nivele superioare.

Unitățile de servicii de date MAC SDU încapsulează PDU-uri sosite de la nivele superioare clasificându-le pe acestea și asociindu-le unei conexiuni.

Fig 2.16 Structura MAC SDU

Clasificarea reprezintă un proces prin care un pachet MAC SDU este mapat într-o conexiune particulară pentru transmisie. Această clasificare facilitează transmisia MAC SDU-urilor cu costrângerile corespunzătoare parametrilor de calitate ai serviciului.

Procesul de mapare asociază MAC SDU-urile unei legături, care de asemenea creează o asociație cu caracteristicile debitului de date. Clasificarea constă în asocierea pachet – conexiune conform unor parametri specifici, clasificarea priorităților la transmisie și o referire la identificatorul conexiunii (CID). Dacă un pachet se potrivește criteriilor de clasificare este transmis la SAP pentru a fi transmis pe conexiunea definită de CID, dacă nu se potrivește acesta este șters de către CS.

Fig 2.17 Clasificare și maparea în funcție de CID(Connection Identifier) pe DL

Subnivelul de convergență poate fi configurat cu clasificatoare care se comportă ca niște filtre pentru clasificarea pachetelor ce sosesc de la nivelele superioare. Parametri pentru clasificare sunt: DSCP (Differentiated Services Code Point), adresa IP a sursei și a destinației, portul sursă și destinație, adresele Ethernet. Clasificatoarele se configurează la crearea SF-ului.

Fig 2.18 Clasificarea

Adresarea și conectarea stațiilor mobile

Fiecare stație mobilă va avea o adresă unică MAC formată din 48 de biți, care deosebește stația mobilă de restul de tipuri de echipamente ale diferiților furnizori de echipamente. Acesta se utilizează în procesul de autentificare. Conexiunile sunt identificate printr-un identificator de conexiune de 16 biți. Aceeași valoare a CID-ului este dată ambelor direcții de transmisie (UL și DL) ale fiecărei conexiuni. Tipul serviciului și alți parametri ai serviciului se asociază cu CID.

Tipurile de conexiuni de management:

Bază: stația de bază și nivelul MAC al stației de bază schimbă mesaje scurte ce nu suporta amânare.

Primar: utilizat pentru schimbul de mesaje mai tolerante la întârzieri (autentificare, setarea legaturii).

Difuzare/broadcast.

Inițial: in timpul procedurii de atașare a mobilului la rețea.

Un pachet de date MAC PDU este format din:

un antet de lungime fixă;

sarcina utilă care este opțională și are o lungime variabilă. Poate să conțină zero sau mai multe subheader-e și zero sau mai multe MAC SDU-uri;

Un CRC de lungime fixă.

Fig 2.19 Formatul MAC PDU

Antetul este un prefix al fiecărui MAC PDU și conține mesaje de management sau date ale nivelului de convergență în DL sau UL.

HT (Header Type), tipul antetului:

HT = 0 – Antet MAC

HT = 1 – Antetul unui mesaj de management

EC (Encryption Control), controlul codarii:

EC = 0 – Sarcina utilă nu este codată

EC = 1 – Sarcina utilă este codată

Fig 2.20 Antetul unui pachet MAC PDU

Type, tipul indică subantetele și tipurile speciale de sarcină utilă prezente în sarcina utilă a mesajului.

ESF (Extended Subheader Field) – setat pe 1 indică existența unui subantet extins.

CI (CRC Indicator) – indică prezența CRC-ului în mesaj, dupa sarcina utilă.

EKS (Encryption Key Sequence) – conține informați destre tehnicile de criptare utilizate la codarea sarcinii utile (doar dacă EC = 1).

Fig 2.21 UL Management Header (HT = 1, EC = 0)

BR Incremental: mobilul cere stației de bază o creștere cu Header content a cantității de resurse alocate.

BR Aggregate: mobilul cere stației de bază alocarea unei resurse de valoare Header content.

PHY Channel Report: mobilul raportează parametri de transmisie către stația de bază.

BR with UL Tx Power Report: este o cerere incrementală de bandă în care se raportează și nivelul puterii de transmisie pe UL în dBm pentru burst-ul în care se găsește aceast header.

BR and CINR Peport: se face o cerere incrementală de bandă, iar parametrul CINR (Carrier to Interference + Noise Ration) indică zgomotul și interferență masurate de stația mobilă dinspre stația de bază.

BR with UL Sleep Control: este trimis de stația mobilă pentru a activa sau dezactiva o anumită clasă de economisire a puterii, de asemenea se face o cerere incrementală de bandă.

SN Report: este trimis de stația mobilă să raporteze LSB-ul urmatorului ARQ BSN sau pachetul virtual MAC SDU.

CQICH Allocation Request: mobilul cere alocarea unei resurse pentru raportarea unor parametri de nivel fizic.[6],[8],[12].

MSDU (MAC Service Data Unit) reprezintă pachetul provenit de la protocoalele de nivel superior. Sarcina utilă a fiecarui pachet MAC PDU poate să conțină un număr de pachete MSDU, un singur fragment sau mai multe dintr-un pachet MSDU sau un pachet întreg MSDU.

Scopul operațiilor de segmentare și împachetare este acela de a eficientiza interfața radio prin utilizarea la maxim a resurselor disponibile.

Înainte de a fi transmis fiecare pachet MSDU este împachetat cu altele formând unul mai mare, fragmentat în pachete mai mici, sau lăsat așa.

Dacă mai multe pachete MSDU sunt concatenate în sarcina utilă a unui singur pachet MPDU, se reduce cantitatea de informație de transmis prin eliminarea necesității unui intreg antet MAC pentru fiecare pachet MSDU transmis. Subantetulde împachetare PSH (Packing Subheader) este adăugat înainte de fiecare pachet MSDU din MPDU. Acesta conține un câmp care specifică lungimea următorului pachet MSDU.

Fig 2.22 Împachetarea

Un pachet MSDU poate de asemenea să fie divizat și transmis în diferite pachete MPDU, care la rândul lor pot fi transmise în diferite cadre. Un antet/subantet de fragmentare FSH (Fragmentation Subheader ) va fi adăugat înaintea fiecărei diviziuni din MSDU. Antetul de împachetare PSH este adăugat înaintea fiecărui pachet MPDU dacă mai multe fragmente sunt împachetate în același MPDU. Acest antet conține un câmp numit FC (Fregmentation Control), acesta conținând informații despre segmentu MSDU.

Fig 2.23 Fragmentarea

Fig 2.24 Tabel cu structura antetului de împachetare

Fiecărei legături pe direcția uplink i se asociază o anumită modalitate de alocare a resurselor pe interfața radio. Fiecare astfel de schemă de alocare este asociată cu un set de reguli impuse de stația de bază, entitate responsabilă cu alocarea resurselor radio pe uplink. Planificarea cererilor / alocarea resurselor este asigurată de BS cu intenția de a asigura fiecărei stații mobile banda necesară transmisiei pe uplink precum și posibilitatea de cereri de noi resurse. Specificând un serviciu de planificare și parametri de calitate ai serviciilor asociați, BS poate anticipa traficul și întârzierile necesare ale traficului pe uplink asigurând posibilitatea cererii și alocării de resurse la momentul oportun.

WIMAX are un mecanism precis de planificare a resurselor care garantează alocarea corectă a acestora tuturor stațiilor mobile care împart interfața radio:

DL: – BS alocă resurse automat;

– SS-urile sunt informate de schema de planificare în DL MAP;

UL: – BS alocă resurse SS-urilor după nevoile acestora;

– schema este afișată în UL MAP;

Alocarea resurselor se face în funcție de clasele de QoS. Toate clasele trebuie să ceară bandă/resurse de fiecare dată când vor să transmită date pe uplink (exceptie face UGS).

Sunt definite cinci tipuri de servicii:

UGS (Unsolicitied Grant Service). Stația de bază alocă bandă de mărimea negociată în setarea conexiunii, fară a exista o cerere explicită din partea stației mobile. Acesta este utilizat la aplicații care generează pachete fixe de date periodic (ex. Aplicatii de voce).

BE (Best Effort). Nu se asigură un debit și nu sunt garantate întârzierile. Asigură un serviciu eficient pentru aplicațiile cu trafic best efort (ex. navigare pe internet).

nrtPS (non real-time Polling Service). Stația de bază oferă periodic posibilitatea alocării unor resurse și este utilizat pentru aplicațiile care acceptă întârzieri mari.

rtPS (real-time Polling service). Se oferă în timp real, periodic resurse și se permite stației mobile să specifice cantitatea de resurse dorite. Creat să susțină aplicații în timp real și cu pachete de dimensiuni variabile.

Extended nrPS (Extended real-time Polling Cervice). Este bazat pe avantajele UGS-ului și rtPS. Stația de bază alocă resurse fară a-i fi solicitate, de dimensiuni variabile.

Cererile de bandă se fac după trei criterii:

Separate MAC PDU: mesajele se trimit cu antet de cerere de bandă fără sarcină utilă. Se utilizează metoda selectivă de a obține resusurse pe cadrul de UL pentru a transmite cererile de bandă. Se alocă un singur slot de date, iar stația de bază trebuie să fie destul de inteligentă ca în slot-ul alocat să ceară un slot mai mare pentru a transmite datele.

Piggybacking: cererile de bandă pentru nevoile viitoare sunt transmise într-un pachet de date normal MAC PDU, astfel se face o alocare rapidă a resurselor fără întârzieri.

Contension based: stația de bază utilizează zona de acces concurențialdin subcadrul UL OFDMA pentru a indica cererile de bandă. Se utilizează codarea CDMA pentru a evita coliziunile. CDMA (Code Division Multiple Acces) este o metodă perfectă pentru acces neprogramat la o resursă comună, deoarece echipamentele transmițând cu diferite coduri nu interferează unul cu celălalt evitându-se astfel coliziunea.

Fig 2.25 Mecanismul de cerere/ obținere de bandă

SF (Service Flow) este o conexiune logică a nivelului MAC definită de valorile parametrilor de calitate a serviciilor și de un mecanism de planificare a accesului la mediu (acces pe uplink). Mecanismul principal de a asigura o calitate a serviciilor este de a asocia traversarea pachetelor prin interfața MAC într-un SF ca cel identificat de CID. Stațiile de bază și cele mobile asigură o calitate a serviciilor în concordanță cu setul de parametri QoS definit în SF. SF-ul este recunoscut printr-un identificator de 24 de biți numit SFID (Service Flow Identifier).

Stările fluxului de servicii sunt:

pre-configurat – sunt specificate valorile parametrilor QoS și este alocat un identificator SFID;

admis – stația de bază rezervă resursele radio și alocă CID. Resursele radio nu sunt utilizate, nu este posibilă transmisia pachetelor, iar resursele rezervate pot fi folosite pentru conexiuni cu prioritate scăzută (BE);

activat – resursele sunt alocate pe interfața radio iar transmisia pachetelor este posibilă.

Tipurile de fluxuri de servicii sunt:

SF pre – configurat: foarte indicat pentru implementările inițiale. Se definește o listă cu fluxurile existente, neputându-se folosi un alt flux decât cele predefinite.

SF creat dinamic: utilizat în implementările viitoare. Se definesc caracteristicile parametrilor QoS, fiind permisă alegerea oricăruia.

Subnivelul de securitate asigură securitatea, autentificarea și confidențialitatea în rețeaua wireless. Este format din două protocoale importante: protocolul de încapsulare care se ocupă de siguranța pachetele de date, precum și protocolul de management al chei PKM (Key Management Protocol), care se ocupă de securizarea cheilor.

Securitatea protejează operatorii de hoții de servicii iar BS-ul protejează împotriva accesului neautorizat la acele servicii de transport de date prin securizarea SF-urilor asociate. Criptarea se aplică doar sarcinii utile a pachetelor MAC PDU atunci când e specificată în antet (EC=1). Toate mesajele MAC de management se transmit necriptate pentru a facilita controlul, înregistrarea și operarea normală a nivelului MAC.[7],[8],[12]

Fig 2.26 Arhitectura securizării

Când un mobil întră în rețea trebuie să se autentifice utilizând protocolul de autentificare. După ce rețeaua autorizează intrarea lui, un set de chei de codare este derivat pentru a asigura securitatea datelor pe interfața radio. Cheile de codare sunt valide pe o perioadă limitată de timp, după care ele sunt reînnoite, pentru a spori securizarea datelor.

MSK = Master Session Key

PMK = Pair wise Master Key

AK = authentication Key

BSID = BS Identity

MSID = MS Identity

MAC =Message Authentication Key

CMAC = Chiper MAC

HMAC = Hash MAC

KEK = Key Encryption Key

GKEK =Group wise KEK

TEK = Traffic Encryption Key

GTEK = Group wise TEK

GD = Group wise Downlink

= dot 16 KDM operation identifier

Fig. 2.27 Generarea cheilor de criptare

După procedura de autentificare un set de chei secrete se crează atat în mobil cât și în rețea. Autentificarea utilizatorului și a echipamentului de utilizator generează cheile MSKd și MSKu, care sunt cunoscute atât de stația mobilă cât și de serverul AAA, aceste chei fiind încărcate în WAC care le trunchează obținându-se cheile PMKd și PMKu. Din aceste două chei WAC-ul și stația mobilă compun o cheie AK care este fixă pe durata acelei conexiuni. WAC livrează această cheie stației de bază care se ocupă de conexiune. Din acest moment BS și MS derivă alte chei utilizate în timpul transmisiei: cheile care asigură autenticitatea și integritatea cadrelor de control MAC(cheile H/CMAC), precum și cheia de codare a cheilor de transfer viitoare (KEK).

Stația de bază generează aleator cheia TEK, necesară codarii traficului de date pentru un utilizator, precum și cheia GKEK. Pe acestea le codează cu ajutorul chei KEK și le trimite stației mobile. În final stația de bază generează aleator cheia GTEK necesară codarii traficului de date multicast și o trimite stației mobile dupa ce în prealabil a codat-o cu cheia GKEK.

Pe durata legăturii cheile TEK și GTEK sunt reînnoite cu regularitate (regenerate și trimise de la BS la MS). O reautentificare completă poate fi de asemenea făcută periodic (frecvența poate fi configurată) și astfel întreaga ierarhie de chei este reînnoită, inclusiv cheile H/CMAC.

Securitatea legăturii radio este asigurată de următoarele aspecte: mesajele de control MAC sunt semnate astfel încât fiecare parte să verifice autenticitatea lor.

EAP (Extended Authentication Protocol ). Utilizat la autentificarea utilizatorului și a echipamentului de utilizator, între utilizator/terminal și rețeaua locală (serverul AAA) cu posibilitate de roaming.

Fig. 2.28 Procedura de autentificare realizată cu ajutorul protocolului EAP

3.2. Necesitățile tehnologiei WIMAX și soluțiile propuse

Sistemele WIMAX vor opera în medii dificile (NLoS, mobilitate), dar trebuie să asigure performanțe bune. Împreună cu nevoile pentru o bună funcționare apar și problemele de implementare cum ar fi:

frecvență înaltă de operare (2 – 6 GHz), ceea ce înseamnă o atenuare puternică a semnalului precum și o propagare dificilă;

bandă largă de transmisie, de unde rezultă o sensibilitate mare la recepție;

modulație de nivel înalt (QAM 64), de unde rezultă că trebuie să avem un nivel al interferenței scăzut în celulă.

Soluțiile WIMAX la aceste probleme sunt:

SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

AMC (Adaptive Modulation and Coding)

AAS (Adaptive Antenna Systems)

SOFDMA este princilala tehnică de modulație folosită la nivelul fizic pentru standardul 802.16e deorece asigură o foarte bună eficiență spectrală (dublă față de modulația OFDM), capacitate optimă (acces multiplu și flexibilitate în timp și frecvență), o acoperire extinsă(datorată subcanalizării) și păstrează performanțele radio.

La modulația SOFDMA numarul de puncte FFT este adaptat la banda canalului. Se obține aceeași robustețe a semnalului în condițiile propagării pe trasee multiple pentru o bandă mai mare.

Fig. 2.29 Diferența dintre OFDM și SOFDM în ceea ce privește durata simbolului

Prin dublarea benzii și păstrarea aceluiași număr de puncte (NFFT) banda fiecărei purtătoare se dublează. Din acest motiv durata simbolului reprezintă jumatate din durata inițială cea ce conduce la o înjumătățire și a intervalului de gardă. Acest lucru duce la scăderea robusteței rețelei la propagarea pe trasee multiple, deci va crește numarul de site-uri necesare. Modulația SOFDMA permite dublarea numarului de puncte dublându-se și banda, păstrându-se și aceeași robustețe a nivelului fizic. Dublându-se banda și debitul transmis pe sector este dublu.[14]

Fig. 2.30 Datele pentru cele două canale de 5, respectiv 10 MHz

În loc ca transmisia să se facă în toate subcanalele, există posibilitatea de a aloca unui utilizator doar câteva subcanale sau chiar unul singur. Ca o consecință a acestui fapt banda de transmisie a acestui utilizator va fi doar o porțiune din banda totală, astfel sporindu-se bugetul legăturii. Transmițându-se în toată banda se obține o rată de transmisie mare pe UL la marginile celui, dar aceasta cu un buget scăzut al legăturii ceea ce înseamnă o acoperire limitată. Pe de altă parte utilizând doar un canal pentru transmisie permite și extinde acoperirea prin creșterea bugetului legăturii, dar asigurând o rată mică de transmisie pe UL la marginile celului.

Fig. 2.31 Utilizarea subcanalelor

Aceste caracteristici permit un compromis optim între debitul total la marginea celulei și rata de transmise maximă pe UL conform cu politicile operatorilor.

AMC permite sistemelor WIMAX să adapteze modulația semnalului și schema de codare (profilul burst-ului) în funcție de raportul semnalului pe zgomot.

Fig 2.32 AMC (Adaptive Modulation and Coding)

Sistemele AAS sunt de fapt antene care au o caracteristică de radiație ce se adaptează condițiilor radio curente. Acestea sunt așa zisele „antene inteligente”. Acestea au dipoli controlabili de diferite faze și amplitudini care permit ajustarea dinamică a caracteristicii de directivitate.

Principalele opțiuni a antenelor inteligente utilizate și cunoscute în sistemele mobile sunt:

BF (Beamforming): necesită semnale coerende de la șirul de elemente, suprimă interferența prin emisie nulă în acele direcții;

MIMO (Multiple Input Multiple Output): transmite/recepționează cu antene multiple informații cu același debit sau debite diferite, propagarea semnalului având loc prin diferite canale afectate de diferite fading-uri. Este o tehnică benefică pentru mediile cu multe trasee de propagare.

Capitolul III

Proceduri de management a interfeței radio

1. Controlulul puterii

Controlul puterii este un mecanism utilizat pentru minimizarea interferenței și a consumului de putere din rețea. Standardul 802.16e definește controlul puterii doar pe legatura Uplink , iar acesta se face la intrarea în rețea (inițial) și periodic datorat fading-ului din canal și mobilității.

Pe legatura DL, deoarece stațiile de bază transmit cu puterea maximă, stațiile mobile primesc datele cu rata de modulație cea mai mare, adică cu un debit maxim cu un timp de transmisie minim. Astfel se obține statistic un nivel scăzut al interferenței, deci nu avem nevoie de un control complex al puterii. În continuare ne vom referi doar la controlul puterii pe UL.

Stația de bază este capabilă să ofere măsurători exacte ale nivelului semnalului burst-urilor recepționate. Această valoare este comparată cu un nivel de referință, iar eroarea rezultată este transmisă stației mobile printr-un mesaj de calibrare. Algoritmul de control al puterii trebuie să accepte atenuări ale puterii datorate pierderilor de pe traseu sau a fluctuațiilor de pe traseu de până la 30dB/s. Implementarea acestui algoritm este specific fiecărui furnizor de echipamente.

Obiectivul controlului puterii și al managementului profilelor burst-urilor este acela de a avea slot-uri pe UL de marime minimă prin utilizarea la maxim a capacității de transmisie a simbolurilor OFDM, crescând astfel eficiența utilizării resurselor radio. Stația mobilă va transmite nivelul maxim de putere al ei, precum și nivelul normalizat de putere, acești parametrii fiind utilizați de stația de bază pentru alocarea optimă a schemelor de codare și de modulație și pentru alocarea optimă a subcanalelor.

Parametrul de intrare pentru controlul puterii este fie RSSI (Receive Signal Strenght Indicator), fie CINR(Carrier-to-Interference-and-Noise Ration). Controlul puterii în W2 se bazează pe RSSI.

Pierderile pe traseu sunt echivalente cu diferența dintre nivelul de transmisie curent și factorul RSSI(Receive Signal Strenght Indicator) măsurat, sau diferența dintre valorile maxime ale acestora. Rezerva de putere (headromm-ul) de transmisie al stației mobile este egal cu diferența dintre valoarea maximă a indicatorului RSSI și valoarea măsurată a acestuia.[11][15]

Fig. 3.1 Transmisia de date pe uplink

Pentru a putea decoda datele, semnalul care sosește la receptor trebuie să aibă o distanță minimă între semnalul util(S) și zgomot(N), adică un raport semnal pe zgomot(SNR) minim.

Cu cât raportul semnal pe zgomot este mai mare cu atât putem alege un tip de modulație mai complexă și un cod mai puțin robust (ex. QAM-64 CTC 5/6), acesta crescând rata de bit care poate fi utilizată pentru transmisia datelor. Dacă raportul semnal pe zgomot este mic trebuie utilizat un codor mai robust (ex QPSK CC 1/2), dar astfel scade rata de bit.

Nivelul necesar al semnalului recepționat (S) depinde de asemenea de implementarea receptorului (Implementation Loss IL) și de diagrama zgomotului la recepție.

Fig 3.2 Semnalele receționate

Nivelul zgomotului la antenele de recepție, pentru o bandă dată este de:

N= -174 dBm + 10 log(BW/1Hz).

Pentru banda de 5 Mhz avem avem:

N = -174 dBm + 10 log(5*106 Hz/1 Hz)

N = -174 dBm + 67 dB = -107 dBm

Datorită nivelului de zgomot de la receptorNF (ex. 8 dB) și implementării IL(ex.5 dB), nivelul zgomotului demodulaturului este:

N = N + NF + IL = -107 dBm + 8 dB + 5 dB = -94 dBm

Fiecare tip de modulație necesită un raport semnal pe zgomot minim pentru o demodulare corectă.Nivelul semnalului pentru o demodulare corectă, pentru un anumit profil al burst-ului este:

S = N + SNRTX

S = -94 dBm + 5 dB = -89 dBm(calcul efectuat pt QPSK ½ )

Fig 3.3 Tabel cu indicatorii RSSi și raportul SNR pentru fiecare tip de modulație

Nivelul zgomotului și pierderile datorate implementării sunt constante la recepție. Stația de bază poate modifica nivelul puterii semnalului de transmisie cerând stației mobile să-și modifice puterea de transmisie. Fiind vorba de o stație mobilă de dimensiuni reduse (cu resurse disponibile de energie limitate) puterea de transmisie nu poate fi crescută fără limite, există o limită inferioară și una superioară. Pentru fiecare tip de modulație nivelul maxim al puterii de transmisie este specificat în stația mobilă de către fabricant, iar aceste valori sunt transmise de către mobil stației de bază prin mesaje SBC- REQ (Subscriber Station Basic Capability Request).

Datorită diferitelor valori ale puterii maxime de transmisie, raportul semnal pe zgomot pentru fiecare tip de modulație poate să crească doar la nivele specifice. Valoarea RSSI a semnalului recepționat depinde de asemenea de pierderile de semnal de pe legătura radio, care depind de distanța dintre BS și MSS, de vreme, de reflexii, etc. Este de asemenea foarte important de luat în calcul faptul că mobilul nu trebuie să transmită cu putere maximă de la început, este necesară păstrarea unei rezerve pentru creșterile viitoare.

Fig. 3.4 Mecanismul de selecție a profilului

Mecanismul de alegere a profilui burst-ului trebuie să aibă anumite specificații:

trebuie sa aleagă profilul cu rata de modulație cea mai mare;

să verifice întotdeauna dacă rezerva de putere de transmisie a stației mobile este suficient de mare pentru a se putea trece la o modulație cu rata de codare mai mare;

dacă profilul burst-ului nu poate fi modificat, atunci se aplică controlul puterii și se pastreză profilul actual;

evitarea schimbarii foarte dese a profilului. Odată ales un profil acesta este valabil un anumit timp(Ms Min TX Headroom);

a înștiința aplicația utilizatorului că s-a ales un nou profil pentru burst;

La intrarea mobilului în rețea acesta transmite cu modulație QPSK. După terminarea procedurii de intrare se inițiază procedura de cautare a unui alt profil.[11]

Descrierea procedurii de atașare a unui mobil la rețea

Stația de bază asigură periodic o zonă de acces concurențial în cadrul UL. O stație mobilă care nu este conectată la rețea transmite un cod CDMA, ales aleatoriu din setul inițial de coduri CDMA, stației de bază. Nivelul fizic al stației de bază efectuează măsurători asupra semnalului recepționat (puterea de transmisie, frecvența și offset-ul), calculează deviațiile de la valorile date de OMC și transmite aceste valori nivelului MAC care generează un mesaj RNG – RSP(Ranging-Response) cu valorile corecțiilor pentru stația mobilă.

Fig. 3.4 Pașii de schimbare a profilului

După ranging-ul inițial stația mobilă transmite mesajul SBC-REQ pentru managementul nivelului MAC stației de bază. Cererile SBC (Subscriber Station Basic Capability) conține acele capacități codificate ale mobilului care sunt necesare pentru comunicarea efectivă cu acesta în timpul protocoalelor de inițializare rămase.

Pentru controlul puterii pe UL și managementul profilului burst-ului următorii parametri sunt foarte importanți:

Codificări și modulație diversă.

Puterea maximă de transmisie a mobilului pentru fiecare tip de modulație.

Densitatea puterii de transmisie a actualului burst de pe UL.

Pentru fiecare tip de modulație (BPSK, QPSK, 16-QAM și 64-QAM), puterea maximă de transmisie a echipamentului este specificată de fabricant în interiorul acestuia, iar valorile sunt transferate de către stația mobilă printr-un mesaj SBC-REQ stației de bază. Parametri care specifică viteza maximă sunt transmiși în dBm, cuantizați cu pasul de 0,5 dBm clasați de la -64 dBm(valoare codificată ca: 0x00), până la 63,5 dBm (valoare codificată ca: 0xFF). Valorile aflate în afara acestui interval vor fi automat asociate cu extrema cea mai apropiată. Stațiile mobile care nu pot să susține modulația 64-QAM vor transmite valoarea 0x00 în câmpul valorii maxime a puterii pentru 64-QAM.

Nivelul puterii pentru fiecare tip de modulație este transmis pe 4 octeți:

Octetul 0: puterea maximă de transmisie pentru BPSK

Octetul1: puterea maximă de transmisie pentru QPSK

Octetul 2: puterea maximă de transmisie pentru 16-QAM

Octetul 3: puterea maximă de transmisie pentru 64-QAM

Puterea de transmisie curentă indică puterea utilizată pentru transmisia burst-ul care poartă mesajul. Parametrul este transmis în dBm cuantizat cu pasul de 0,5 dBm, începând de la -84 dBm(valoare codificată ca: 0x00), până la 43,5 dBm (valoare codificată ca: 0xFF). Acest parametru este aplicabil sistemelor care au specificații la nivelul fizic cu privire la tehnicile OFDM sau OFDMA. Pentru acestea paramerul indică puterea de transmisie medie a fiecărei subpurtătoare pentru burst-ul care poartă mesajul.

Fig. 3.5 Puterea de transmisie curentă din mesalul SBC-REQ

O stație mobilă care transmite va menține aceeași densitate a puterii de transmisie indiferent de numarul de subcanale alocate doar dacă nu se atinge nivelul maxim al puterii. Atunci când numărul subcanalelor active alocate unui utilizator este mic, puterea de transmisie totală va fi redusă proporțional de către stația mobilă, făra a fi nevoie de mesaje adiționale pentru controlul puterii. Puterea de transmisie totală crește proporțional cu numarul de subcanale alocate. Totuși nivelul puterii de transmisie nu va depași nivelele maxime impuse de considerentele și premisele integrității semnalului. Stația mobilă va interpreta mesajele de control ale puterii ca schimbări necesare ale densității puterii de transmisie.

Controlul puterii pe Uplink și managementul profilelor burst-urilor au ca principal scop utilizarea eficientă a resurselor legăturii radio, adică să transporte cât mai multe date utile. Acestea se pot obține selectând schema de modulație cea mai eficientă și codul cu redundanța cea mai mică.

Elementele CAP definesc o gama a indicatorului RSSI unde se poate utiliza un anumit profil al burst-ului. Aceste game se suprapun, ele nu sunt deci adiacente (în zonele în care se suprapun se ia decizia privind profilul burst-ului), iar ele acoperă toate valorile posibile ale indicatorului RSSI. Elementele CAP împart intervalul indicatorului RSSI în intervale mai mici. Fiecărui UIUC (UL Interval Usage Code) îi corespunde un element CAP. Într-un anumit profil al burst-ului, CAP descrie acțiiunile ce trebuiesc făcute pentru controlul puterii.

Fig. 3.6 Împărțirea intervalului indicelului RSSI în elemente CAP

Un element CAP este definit de:

Acțiunile definite pentru codurile R1÷ R4: selecția unui profil pentru burst superior celui actual, selecția unui profil pentru burst inferior celui actual, creșterea puterii de transmisie, scăderea puterii de transmisie sau nici o acțiune.

Pragurile R1÷R4 ale indicatorului RSSI. Valorile acestora sunt prezentate în dBm într-o ordine ascendentă.

Parametrul de intrare folosit ca referință: RSSI sau CINR.

Mărimea maximă a pasului cu care se face corecția de putere, pentru a crește sau descrește puterea de transmisie pe UL. După calcularea corecției de putere aceasta este trannsmisă stației mobile doar dacă aceasta se găsește sub limita maximă admisă. Aceasta se calculează în dB.

Rezerva minimă a puterii de transmisie a stației mobile. Dacă un segmnet CAP este considerat ca o posibilă țintă, atunci rezerva de putere a stației mobile trebuie să fie mai mică decât rezerva minimă a stațiilor mobile, altfel acest CAP nu poate fi selecționat.

Valorile UIUC, DIUC.

Fig. 3.7 Zonele unui element CAP

BS-PHY recepționează burst-ul de pe UL cu un mesaj MAC și generează măsurători pentru valorile indicatorilor RSSI, CINR, decalajul timpului precum și deviația frecvenței. BS-PHY transmite mesajul PHY- RXSDU, mesaj indicator care conține mesajul MAC recepționat împreună cu valorile masurate, către BS-MAC. În funcție de parametrul utilizat pentru management-ul profilului burst-ului, nivelul MAC calculează valoarea medie pentru RSSI sau CINR. Managementul profilului burst-ului se ocupă de schimbarea acestuia sau de modificarea puterii de transmisie.

Dacă indicatorul RSSI mediu se gasește între pragurile R2 și R3 ale actualului profil atunci nu trebuie facută nici o modificare.

Dacă indicatorul RSSI mediu se gasește între pragurile R1 și R2 ale actualului profil atunci puterea de transmisie trebuie să crească.

Dacă indicatorul RSSI mediu se gasește între pragurile R3 și R4 ale actualului profil atunci puterea de transmisie trebuie să scadă.

Dacă indicatorul RSSI mediu se gasește sub pragul R1 al actualului profil trebuie ales dacă se poate un profil mai puțin robust, altfel trebuie raportată o eroare.

Pentru fiecare CAP se calculează rezerva de transmisie pentru acesta ca fiind diferența dintre valoarea maximă a indicatorului RSSI și valoarea minimă a indicatorului RSSI pentru acel CAP.[9]

Dacă profilul burst-ului trebuie schimbat pentru o stație mobilă, BS-MAC selectează un nou profil iar de acum înainte îl va folosi în UIUC cănd va acorda resusre stației mobile. Dacă puterea de transmisie trebuie modificată atunci BS-Mac generează un mesaj RNG-RSP care conține offset-ul puterii de transmisie. Acest offset nu trebuie să depașească valoarea maximă a pasului pentru corecția valorii puterii.

Fig. 3.8 Procedura de selecție a profilului burst-ului

2. Controlulul mobilității

Există două tipuri de handover:

Intra –WAC handover. Trecerea se face între două stații de bază care aparțin de același controler de acces WAC. O putem numi micro-mobilitate.

Inter –WAC handover. Trecerea se face între doua stații de bază ce aparțin de WAC-uri diferite. Aceasta o putem numi macro-mobilitate.

Fig.3.9 Cele două tipuri de handover

Handover-ul Intra – WAC se bazează pe patru pași funcționali:

Scanare, reselecție a celulei.

Inițializare și pregătire pentru handover.

Execuția handover-ului. În timpul procedurii se handover mobilul este deconectat de la rețea.

Reintrarea în rețea. Din acest moment stația mobilă poate să trimită și să primescă pachete rețelei.

Fig. 3.10 Intra – WAC handover

Scanare, realegerea celulei este un proces efectuat de stația mobilă cu scopul de a alege posibile stații de bază pentru handover. Acest proces este declanșat de informațiile primate de la rețea prin mesajele DCD bazate pe valoarea indicatorul CINR. Stația de bază asigură scanarea stațiilor de bază vecine. Reselecția celulei se termină atunci când stația mobilă inițiază handover-ul.

Fig. 3.11 Inițierea handover-ului

În timpul procedurii de inițiere și pregătire pentru handover stația de bază înștințează WAC-ul de cererea de handover a stației mobile, sigurându-i de asemenea o listă cu posibile stații de bază cu care se poate face handover-ul. Controller-ul WAC asigură stației de bază selecționate informațiile necesare: capacitățile stației mobile, descrierea fluxului de servicii, cheia de autentificare (AK). Stația de bază vizată din acest moment rezervă resurse pentru stația mobilă și confirm disponibilitatea acestora WAC-ului.[14][15]

Reintrarea în rețea reprezintă de fapt două faze: corecțiile la nivelul fizic (numite CDMA handover ranging în 802.16e), adică offset-ul și reglajul puterii între MS și BS, iar în al doilea rând actualizările nivelului MAC care permit continuarea aplicațiilor de către noua stație de bază.

Pe durata handover-ului pierderea conexiunii durează aproximativ 90 – 110 ms. În acest timp mobilul este deconectat de la rețea, se oferă handover fără probleme aplicațiilor care nu se desfășoară în timp real, în schimb utilizatorii de VoIP se pot aștepta la “căderi”. Se asigură doar o mobilitate simplă așa cum este ea definită de forumul WIMAX: echipamentul mobil își va continua sesiunea de servicii dintr-o rețea atâta timp cât se deplasează în zona de acoperire a BS-ului. Handover-ul între celule, sectoare și stații de bază asigură continuitatea legăturii. Se păstrează performanțele aplicațiilor care nu se desfășoară în timp real, pentru cele în timp real apar întârzieri între 50-150 ms. Viteza de deplasare poate ajunge până la 60 km/h, fără degradarea conexiunii, peste această viteză se remarcă degradarea serviciilor.

Pentru reducerea pierderilor de pachete din perioada handover-ului, după luarea deciziei de handover toate datele sunt transmise către noua stație de bază care se ocupă de mobil și sunt stocate de către aceasta. WAC-ul nu mai trimite date stației de bază care se ocupa înainte de mobil.

Handover-ul Inter – WAC se bazează pe protocolul Proxy Mobile IP, o variantă a protocolului Mobile IP. Diferența dintrecele două este aceea că clientul Mobile IP este în rețea nu în echipamentul mobil. Din punctul de vedere al HA-ului nu există diferențe între cele două protocoale. Se preferă varianta PMIP(Proxy Mobile IP) deoarece nu există cerințe în ceea ce privește stația mobilă (MS-ul nu trebuie să găzduiască un client MIP), iar existența unui client MIP prin stația mobilă nu oferă avantaje în administrarea mobilității în rețelele WIMAX.

Deoarece controller-ul de acces se schimbă este necesară refacerea legăturii cu HA-ul (Home Agent) pentru a actualiza transportul la nivelul 3.

Fig. 3.12 Inter – WAC hanover

La intrarea mobilului în rețea controller-ul de acces primește informațiile necesare permiterii utilizatorului să treacă dintr-o rețea în alta având aceași adresă IP. Protocolul Mobile IP asigură un mecanism eficient și accesibil pentru roaming în cadrul Internetului. AC-ul realizează această înscriere în numele stației mobile pentru care toată această procedură este transparentă. Pe durata handover-ului Inter –AC informații legate de MIP sunt oferite de controler-ul AC care se ocupă de mobil. Acesta din urmă deține toate informațiile pentru a putea face înregistrarea MIP. Se creează un tunel între cele două controller-e pentru a putea trimite/primi date la/de la stația mobilă. În timpul handover-ului tot traficul de la/către stația mobilă trece prin acest tunel. Astfel traficul de pe nivelul 3 de actualizare a routării nu este întrerupt, această soluție fiind independentă de timpul necesar înregistrării MIP.

Fig. 3.13 Creerea tunelurilor dintre controlere

Pregătire pentru handover durează mai mult decât în cazul Intra – AC handover, deoarece este necesară inter-asocierea între cele două AC-uri.

Modul Idle

Aceasta este o stare inactivă a echipamentului mobil, care îi permite acestuia să economisească putere, precum și resurse operaționale restricționându-i activitatea acestuia de scanare la intervale mai mari. Un mobil în starea idle este văzut ca neoperațional din punctul de vedere al rețelei. MS-urile în starea idle sunt administrate de controler-ul PC (Paging Controller) localizat în WAC. Rolul PC-ului este stocarea contextului stației mobile pentru modul idle a acesteia, recepția pachetelor IP adresate stației mobile din starea idle și înștințarea acesteia de existența acestora. Stația mobilă trebuie să execute o reintrare în rețea.

Capitolul IV

Simulatoare de rețea

1. Compararea simulatoarelor de rețea.

1.1 Introducere

În domeniul rețelelor, stabilirea unui scenariu de utilizare în timp real al unei rețele este foarte dificil. Pentru a reproduce fizic o rețea cu echipamente reale necesită un cost foarte mare, timp și bani, aici intervin simulatoarele de rețea. Acestea ajută administratorul să verifice dacă rețeaua este capabilă să lucreze în timp real, așadar timpul și costul testărilor funcționalității unei rețele este redus. În următoarele pagini vom analiza principalele caracteristici ale unor simulatoare de rețea și vom analiza avantajele și dezavantajele lor, această analiză fiind utilă proiectanților și/sau administratorilor de rețea în alegerea tipului de rețea potrivit nevoilor lor.

Simularea este una din cele mai importante tehnologii utilizate în ziua de azi în orice domeniu de activitate care necesită analiza, proiectarea și implementarea în diverse domenii, indiferent de acesta, cum sunt: construcții și proiecte arhitecturale, domeniul automotiv, rețelistica și telecomunicații chiar și modelare spațială. Simularile computerizate pot modela obiecte reale sau ipotetice pentru a putea fi studiate și analizate, astfel putem simula o rețea de calculatoare pentru testarea funcționalității în timp real.

Un simulator de rețea este o tehnică de implementare a rețelei pe un computer care permite cercetarea a diferite scenarii care sunt dificile sau costisitoare de implementat în lumea reală. Este util în special pentru a testa protocoale noi sau pentru modificarea unor protocoale deja existente într-un mediu controlat și reproductibil. Se pot crea diferite tipologii folosind tipuri variate de noduri (stații de lucru, switch-uri, routere, unități mobile, etc.). Simulatoarele de rețea sunt folosite în diverse arii, cum sunt cercetările academice, dezvoltare de software și controlul calității pentru a proiecta, verifica și analiza performanța diverselor protocoale de rețea. În general, un simulator de rețea este format dintr-o varietate de tehnologii și protocoale și ajutăutilizatorii să construiască rețele complexe din blocuri de bazăcum sunt clustere-le de noduri și legături. Dar totuși aceste simulatoare nu sunt perfecte, ele nu pot modela perfect toate detaliile rețelelor. Daca sunt corect modelate pot oferi utilizatorului o perspectivă folositoare asupra rețelei testate și cum pot afecta diverse modificări funcționalitatea acesteia.[17]

1.2 Simulatoare și emulatoare

În domeniul cercetarii rețelelor, simularea este o tehnica utilădeoarece comportamentul unei rețele poate fi modelat prin calcularea interacțiunii dintre componente folosind formule matematice. O rețea mai poate fi modelată prin captarea și reproducerea de observații experimentale din rețele reale. După obținerea datelor dintr-un experiment de simulare, comportamentrul rețelei și protocoalele suportate pot fi observate și analizate într-o serie de teste fară a mai fi nevoie de rețeaua reală. Pot fi modificate diverse atribute ale mediului într-un mod controlat pentru a vedea cum se comportă rețeaua în condiții diferete sau cu diverse combinații de parametri.

Emularea unei rețele înseamna că o anumită rețea este simulată pentru a evalua performanța ei sau pentru a prezice impactul unor posibile modificări sau optimizări. Diferența majoră între simulare și emulare sunt sistemele terminale, precum calculatoarele, care pot fi atașate emulatorului și se vor comporta ca într-o rețea reală. Scopul unui emulator de rețea este să emuleze o rețea care interconectează stați terminale, dar nu emulează și acele stați. Anumite aplicații de emulare includ NS3, care este în sine un simulator, dar poate fi utilizat și ca un emulator cu funcționalitate limitată.[18][19]

1.3 Clasificarea simulatoarelor de rețea

Există diverse simulatoare de rețea cu diverse caracteristici cum ar fi: NS2, NS3, OPNET, NetSim, OMNet++, J-sim, QualNet, Cisco Packet Tracer. Acestea se pot clasifica pe baza unor criterii precum prețul și complexitatea.

Există simulatoare comerciale care nu pot fi folosite gratuit la care utilizatorii trebuie să platească pentru achiziționarea unei licențe pentru programul întreg sau doar pentru animite pachete specifice; cum este în cazul: OPNET și QualNet. Avantajul acestora este documentația completă și actualizată care este menținută de personal specializat într-o companie. În schimb, avantajul simulatoarelor gratuite și open source este că orice persoană sau organizație poate contribui la dezvoltarea și la gasirea problemelor. De asemenea interfața poate fi îmbunătățită și poate reflecata dezvoltari tehnologice mai rapide decat un simulator comercial. Astfel de simulatoare gratuite sunt: NS2, NS3, OMNet++, J-Sim.

Simulatoarele de rețea existente sunt foarte variate, începand de la unele foarte simple pană la cele foarte complexe. În mod minimal, un simulator ar trebui să permită utilizatorului să reprezinte o topologie de rețea, să definească scenariile, să specifice nodurile rețelei, legaturile dintre noduri și traficul dintre acestea. Sistemele mai complicate permit utilizatorului să specifice toate aspectele protocoalelor folosite pentru a procesa traficul rețelei. Aplicațiile grafice permit vizualizarea funcționalității mediului simulat. Unele pot fi bazate pe text și furnizeaza o interfața mai putin vizuală sau intuitivă, dar pot permite forme mai avansate de personalizare. Altele pot fi orientate pe programare și pot oferii un fremework care permite utilizatorilor crearea unei aplicații care sp simuleze mediul de testare.

Cel mai utilizat și popular simulator de rețea este NS2. Acesta și-a stabilit pozitia ca fiind standardul simulatoarelor de rețea deoarece are foarte multe librarii și foarte mulți au participat la dezvoltarea sa. Organizații non-profit au contribuit cu componente în librariile sale și s-a demonstrat ca modul de dezvoltare al NS2 a fost un succes. Cu toate acestea, din cauza unor limitări de design, a fost nevoie să se dezvolte succesorul sau, NS3, care pune accentul pe documentație. Totuși, NS3 nu este doar o versiune actualizată a NS2, la acesta au fost reimplementate mai multe mecanisme bazate pe experiențe ale NS2.[20][21]

2. Analiza unor simulatoare de rețea

2.1 Network Simulator 2 (NS2)

NS2 este un simulator bazat pe evenimente discrete orientat catre cercetare și educație. Oferă suport pentru TCP, rutare și protocoale multicast pentru toate tipurile de rețele. A fost dezvoltat în 1995 în proiectul Virtual Inter Network Testbed (VINT).

Simularile NS2 sunt compuse din cod C++ care mudelează comportamentul nodurilor și scripturi oTcl care controlează simularea și alte aspecte cum ar fi topologia rețelei. Această alegere de design a fost facută pentru a evita recompilări inutile daca se produc schimbari în configurația simularii. În anul 1996, când a fost lansată prima versiune NS2, această alegere era rezonabilă, dar recompilările frecvente cu C++ erau mari consumatoare de timp și pentru standardele actuale acesta devine ineficient pentru simularea rețelelor la o scară mare. Pentru a anima simularile se foloseste Network Animator (NAM), un tool care suportă animarea la nivel de pachet, topologia rețelei și alte unelte de inspecție a pachetelor. Datele de intrare pentru NAM provin de obicei din simulări NS2 sau pot proveni din masurari dintr-o rețea reală.

Cea mai recentă versiune a NS2 este NS-2.35 lansată în noiembrie 2011. Această versiune are peste 300.000 de linii de cod și foarte probabil înca pe atât cod contribuit de utilizatorii, care nu a fost integrat în versiunea de bază. NS2 poate fi rulat pe urmatoarele platforme: Linux, FreeBSD, Solaris, Mac OS X și Windows.[18][19]

Fig4.1 Simulatorul NS2

2.2 Network Simulator 3 (NS3)

La fel ca predecesorul său, NS3 se bazează pe C++ pentru implementarea nodurilor simulării. NS3 nu mai foloșeste scripturi oTcl pentru a controla simularea, astfel abandonând problemele introduse de combinația celor doua limbaje, C++ și oTcl din NS2. În schimb, simulările pot fi implementate în limbajul pur C++, în timp ce unele părți ale simulării pot fi realizate opțional folosind limbajul Python. În plus, NS3 integrează concepte arhitecturale și cod din GTNetS, un simulator cu capabilități bune de scalabilitate. Aceste decizii de design au fost făcute cu prețul compatibilității, adică modelarile create în NS2 trebuie să fie portate manual.

Pe langa îmbunătățirea preformanței, au mai fost adăugate caracteristici noi precum soket-uri Berkley sau thread-uri POSIX. Proiectul NS3 a început în anul 2006, este gratuit, open-source și destinat pentru cercetare și dezvoltare.

Comparat cu NS2, avem următoarele diferențe majore între cele doua simulatoare:

Atenție sporită catre realism: entitățile de protocol sunt proiectate astfel încât să fie mai apropiate de computerele reale;

Integrare software: suport încorporat pentru mai mult software de rețelistică open-source și astfel se reduce nevoia de a rescrie modele pentru simulare

Suport pentru virtualizare: sunt folosite mașini virtuale mai puțin performante pentru a crea medii de testare potrivite.

Arhitectura de analiză a datelor: NS3 construiește un framework care să gestioneze datele și statisticile astfel încât să poata fi prelucrate datele simularii.

Există totuși catava limitari a simulatorului de rețea NS3, la baza acestora stă nevoia de participare a comunității de cercetare. O limitare generală a simularilor este credibilitatea, care ar putea fi îmbunătățită și la NS3, lucru realizabil prin folosirea NS3 în publicații de specialitate, documentație completă și actualizată, mijloace flexibile de configurare și de a înregistra date.[21][22]

Fig 4.2 Animatorul de retea (NetAnim)

2.3 Optimized Network Engineering Tool (OPNET)

Este un software de simulare puternic și scump cu o mare varietate de posibilități de simulare de rețele heterogene cu protocoale diverse. A fost dezvoltat ințial la MIT, iar în anul 1987 a devenit un program comercial dezvoltat de OPNET Technologies. Acesta suportă modelarea rețelelor de comunicații cat și a sistemelor distribuite. Atât comportamentul cat și performanța sistemelor modelate pot fi analizate folosind simulări ale evenimentelor discrete.

Deoarece este un program comercial, OPNET oferă suport grafic și vizual foarte bun pentru utilizatori. Editorul grafic poate fi folosit pentru a construi tipologii de rețea și entități începând cu nivelul aplicație până la nivelul fizic. Tehnici de programare orientată pe obiecte sunt folosite pentru a crea o hartă între designul grafic și implementarea sistemelor reale. De asemenea, parametrii pot fi ajustați și experimentele pot fi repetate cu ușurință prin intermediul interfeței grafice.

OPNET are trei funcții principale: modelarea, simularea și analiza. Pentru modelare, acesta oferăun mediu grafic intuitiv pentru a crea diverse modele de protocoale. Pentru simulare sunt folosite trei tehnologii avansate și poate fi folosit pentru o mare varietate de studii. Pentru analiza, rezultatele simularii și datele pot fi analizate și afișate foarte usor. Grafice, diagrame, statistici, chiar și animații pot fi generate cu usurintă pentru a fi convenabile utilizatorului. Începand cu 2008, OPNET a anunțat introducerea a doua aplicații capabile de managementul performanței. Aceste doua noutăți include capabilitatea de a vizualiza performanța aplicațiilor pentru organizații care folosesc soluții de optimizare WAN precum și capabilitatea de a captura și vizualiza date NetFlow. Datorită efortului consistent, OPNET a devenit un simulator matur și este recunoscut în domeniu. În plus, dezvoltarea OPNET a ținut cont de cerințele utilizatorului și procesul este îmbunătățit constant, ceea ce îl face competitiv în comparație cu alte simulatoare comerciale.[17][18][19]

Fig 4.3 Simulatorul OPNET

2.4 Optical Micro-Networks Plus Plus (OMNET++)

Este un framework pentru dezvoltarea simulatoarelor de rețea, conține o librarie extensibilă, mudulară, bazată pe componente C++, poate fi folosit pentru simularea rețelelor într-un sens mai larg precum rețelele clasice, rețele wireless, rețele on-chip. Nodurile sunt programate în C++ și apoi ansamblate într-un limbaj de nivel înalt numit Network Description(NED). Acest limbaj suportă specificarea de parametrii variabili în descrierea rețelei, de exemplu numarul de noduri într-o rețea poate fi dinamic și poate fi configurat mai târziu in timpul execuției simulării, în acest caz, modulele care reprezintă nodurile sunt instanțiate dinamic de către simulator în timpul execuției. Această caracteristică este o consecință directă a designului orientat pe obiecte. OMNET++ formează o bază pentru a construi simulatoare orientate pentu aplicații specifice.[18][19]

Fig 4.4 Simulatorul OMNET++

2.5 Cisco Packet Tracer

Paket Tracer este un software care poate fi utilizat în formare și educație, dar și în domeniul cercetării pentru simulări simple a rețelelor de calculatoare. Instrumentul este creat de Cisco System și este prevăzut pentru distribuție gratuită în facultate, pentru studenți și absolvenți care sunt sau au participat la programult Cisco Academy. Scopul Packet Tracer este de a oferi studenților și profesorilor un instrument pentru a afla principiile de rețea precum și să dezvolte abilități specifice tehnologiei Cisco. Avantajul acestui simulator esteinterfața sa grafică usor de folosit și faptul ca este actualizat în mod constant, ultimele versiuni suportând Internet Protocol version 6 (IPv6), Border Gateway Protocol (BGP) și Hot Standby Router Protocol (HSPR). Ca dezavantaj ar fi posibilitățile limitate de simulare, sopul acestuia fiind in principal didactic.

Acest software reproduce o mică parte din capabilitățile hardware disponibile pe echipamentele Cisco cu propriul sistem de operare IOS. Totuși, există alte două aplicații software, GNS3 și Dynagen, care folosesc imagini reale de routare Cisco IOS. Diferența dintre cele două este ca GNS3 are interfată grafică pe când Dynagen are doar linie de comandă. Aceste două aplicații nu pot simula switch-uri și necesită multe resurse hardware, în special memeorie RAM și putere de procesare.[17][23]

Fig 4.5 Simulatorul Cisco Packet Tracer

2.6 Java in Simulation Time (JiST)

JiST este un simulator de rețea care permite implicarea simulării în limbajul Java. Este un simulator pentru rețele mobile și rețele ad hoc construit pe baza JiST. Simularile sunt compuse din entități care reprezintă elementele rețelei, de exemplu nodurile, iar evenimentele simulării sunt apelări ale metodelor asociate entităților. Entitățile sunt independente între ele, comunicând prin intermediul simulării de bază. În timp ce codul unei entități este un program Java obișnuit, doar interacțiunile dintre ele sunt relevante în timpul simulării. Asadar aceste interacțiuni între entiățti corespund momentelor de sincronizare și facilitează execuția în paralel a codului diferitelor entități de unde rezultă un potențial spor de performanță.

Pentru a executa implementarea în timpii specifici simularii, JiST folosește un încarcator de clase Java dinamic care rescrie codul aplicației în mod automat.

Din nefericire, dezvoltarea oficială JiST a fost oprită deoarece nu mai este întreținută de catre autorul original, Rimon Barr. Cu toate acestea, o serie de îmbunătățiri și actualizări au fost lansate de către Universitatea Ulm.[19][20]

Capitolul V

Partea Practică

1. Simulaturul NS3

Proiectul NS3 este angajat în a crea o bază solidă de simulare bine documentată, usor de folosit și depanat și care satisface nevoile tuturor pașilor unei simulări, de la configurarea simulării până la colectarea și analiza transmisiilor. Mai departe, programul NS3 încurajează dezvoltarea simulărilor suficient de reale care permite programului să devină un emulator de rețea în timp real, interconectat în lumea reală care permite implementarea protocoalelor deja existente să fie refolosite în NS3.

Simulatorul NS3 suportă cercetarea pe rețele bazate pe IP cat și cele care nu sunt bazate pe IP. Totuși mare parte din utilizatori se bazează pe simulatoare wireless/IP care implică modele pentru Wi-Fi, WiMAX sau LTE și o varietate de protocoale de rutare statice sau dinamice cum ar fi OLSR si AODV pentru aplicații bazate pe IP. NS3 suportă și un planificator in timp real care facilitează numarul de “simulări in bucla” folosite la interacțiunea cu sistemele reale. De exemplu un utilizator poate să primească pachete generate de NS3 pe dispozitive de rețea reale și poate servi ca și punte și să adauge legături între mașini virtuale.[21][22]

2. Network Animator(NetAnim)

NetAnim este o unealtă pentru animații, bazată pe Tcl/TK , folosită pentru vizualizareadatelor simulărilor de rețele. Teoria de implementare din spatele NetAnim a fost crearea unuianimator care să poată citi seturi foarte mari de date pentru animații și care să poată fiîndeajuns de extensibil pentru a putea vizualiza o viariatate foarte mare de situații derețele. Având această constrângere, NetAnim a fost creat să poată citi comenzi simple deanimație din interiorul unor fișiere foarte mari de urmărire. Comenzile sunt reținute înfișier și sunt recitite ori de câte ori este necesar.

Primul pas pentru a putea folosi NetAnim este crearea unui fișier de urmărire. Acestfișier conține informații referitoare la topologii, noduri, legături dar și pachete. De obicei,acest fișier este creat de către Network Simulator.

După ce a fost generat fișierul pentru urmărire, acesta este pregătit pentru a putea fianimat de către nam. La pornire, nam citește fișierul, crează topologia, creează o fereastrăpop-up, realizează layout-ul necesar și se oprește la momentul de timp 0. Networkanimator are o interfață pentru utilizator însă permite controlul asupra multor aspecte aleanimației.[21][22]

3. Scenariu simulat

// Simularea unei retele WiMAX care include

// o statie de baza (BS) si

// 2 statii abonat (SS).

// +––+

// | SS0 |

// +––+

// 10.1.1.1

// ––-

// ((*))

//

// 10.1.1.7

// +––––+

// |Base Station| ==((*))

// +––––+

//

// ((*))

// ––-

// 10.1.1.2

// +––+

// | SS1 |

// +––+

#include "ns3/netanim-module.h"

#include "ns3/core-module.h"

#include "ns3/network-module.h"

#include "ns3/applications-module.h"

#include "ns3/mobility-module.h"

#include "ns3/config-store-module.h"

#include "ns3/wimax-module.h"

#include "ns3/internet-module.h"

#include "ns3/global-route-manager.h"

#include "ns3/ipcs-classifier-record.h"

#include "ns3/service-flow.h"

#include <iostream>

NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("Exemplu WiMAX");

using namespace ns3;

int main (int argc, char *argv[])

{

bool verbose = false;

int duration = 7, schedType = 0;

WimaxHelper::SchedulerType scheduler = WimaxHelper::SCHED_TYPE_SIMPLE;

//Stabilirea intervalului de timp si durata simularii

//scheduler este tipul de interval folosit

//duration este durata cat o sa se faca transmiterea de pachete

CommandLine cmd;

cmd.AddValue ("scheduler", "type of scheduler to use with the network devices", schedType);

cmd.AddValue ("duration", "duration of the simulation in seconds", duration);

cmd.AddValue ("verbose", "turn on all WimaxNetDevice log components", verbose);

cmd.Parse (argc, argv);

LogComponentEnable ("UdpClient", LOG_LEVEL_INFO);

LogComponentEnable ("UdpServer", LOG_LEVEL_INFO);

switch (schedType)

{

case 0:

scheduler = WimaxHelper::SCHED_TYPE_SIMPLE;

break;

case 1:

scheduler = WimaxHelper::SCHED_TYPE_MBQOS;

break;

case 2:

scheduler = WimaxHelper::SCHED_TYPE_RTPS;

break;

default:

scheduler = WimaxHelper::SCHED_TYPE_SIMPLE;

}

//Crearea nodurilor/statiile in retea

//ssNodes sunt statiile abonat

//bsNodes este statia de baza

NodeContainer ssNodes;

NodeContainer bsNodes;

ssNodes.Create (2);

bsNodes.Create (1);

WimaxHelper wimax;

NetDeviceContainer ssDevs, bsDevs;

//Instalarea nodurilor

ssDevs = wimax.Install (ssNodes,

WimaxHelper::DEVICE_TYPE_SUBSCRIBER_STATION,

WimaxHelper::SIMPLE_PHY_TYPE_OFDM,

scheduler);

bsDevs = wimax.Install (bsNodes, WimaxHelper::DEVICE_TYPE_BASE_STATION, WimaxHelper::SIMPLE_PHY_TYPE_OFDM, scheduler);

wimax.EnableAscii ("bs-devices", bsDevs);

wimax.EnableAscii ("ss-devices", ssDevs);

Ptr<SubscriberStationNetDevice>ss[2];

for (int i = 0; i < 2; i++)

{

ss[i] = ssDevs.Get (i)->GetObject<SubscriberStationNetDevice> ();

ss[i]->SetModulationType (WimaxPhy::MODULATION_TYPE_QAM16_12);

}

Ptr<BaseStationNetDevice>bs;

bs = bsDevs.Get (0)->GetObject<BaseStationNetDevice> ();

InternetStackHelper stack;

stack.Install (bsNodes);

stack.Install (ssNodes);

Ipv4AddressHelper address;

address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");

Ipv4InterfaceContainer SSinterfaces = address.Assign (ssDevs);

Ipv4InterfaceContainer BSinterface = address.Assign (bsDevs);

if (verbose)

{

wimax.EnableLogComponents (); // Turn on all wimax logging

}

//Crearea pachetelor de date

UdpServerHelper udpServer;

ApplicationContainer serverApps;

UdpClientHelper udpClient;

ApplicationContainer clientApps;

udpServer = UdpServerHelper (100);

serverApps = udpServer.Install (ssNodes.Get (0));

serverApps.Start (Seconds (6));

serverApps.Stop (Seconds (duration));

udpClient = UdpClientHelper (SSinterfaces.GetAddress (0), 100);

udpClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (1200));

udpClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (0.5)));

udpClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));

clientApps = udpClient.Install (ssNodes.Get (1));

clientApps.Start (Seconds (6));

clientApps.Stop (Seconds (duration));

Simulator::Stop (Seconds (duration + 0.1));

//Crearea fluxului si directiei de transmitere a pachetelor

IpcsClassifierRecord DlClassifierUgs (Ipv4Address ("0.0.0.0"),

Ipv4Mask ("0.0.0.0"),

SSinterfaces.GetAddress (0),

Ipv4Mask ("255.255.255.255"),

0,

65000,

100,

100,

17,

1);

ServiceFlow DlServiceFlowUgs = wimax.CreateServiceFlow (ServiceFlow::SF_DIRECTION_DOWN,

ServiceFlow::SF_TYPE_RTPS,

DlClassifierUgs);

IpcsClassifierRecord UlClassifierUgs (SSinterfaces.GetAddress (1),

Ipv4Mask ("255.255.255.255"),

Ipv4Address ("0.0.0.0"),

Ipv4Mask ("0.0.0.0"),

0,

65000,

100,

100,

17,

1);

ServiceFlow UlServiceFlowUgs = wimax.CreateServiceFlow (ServiceFlow::SF_DIRECTION_UP,

ServiceFlow::SF_TYPE_RTPS,

UlClassifierUgs);

ss[0]->AddServiceFlow (DlServiceFlowUgs);

ss[1]->AddServiceFlow (UlServiceFlowUgs);

//Crearea fisierelor de iesire pentru vizualizarea simularii

AnimationInterface anim ("wimax.xml");

anim.EnableIpv4RouteTracking ("routingtable-wireless.xml", Seconds (0), Seconds (5), Seconds (0.5));

anim.SetConstantPosition (ssNodes.Get(0), 1.0, 2.0);

anim.SetConstantPosition (ssNodes.Get(1), 2.0, 1.0);

anim.SetConstantPosition (bsNodes.Get(0), 2.0, 2.0);

NS_LOG_INFO ("Start simulation…..");

Simulator::Run ();

ss[0] = 0;

ss[1] = 0;

bs = 0;

Simulator::Destroy ();

NS_LOG_INFO ("Done.");

return 0;

}

Capitolul VI

Concluzii

Migrarea către rețelele convergente se produce cu mare viteză și este cât se poate de reală. Convergența înseamnă mobilitate oriunde și oricând și are ca inimă tehnologia OFDMA. Rețelele WiMAX actuale și viitoare se bazează pe tehnologia OFDMA și sunt pregătite pentru a oferi acces fix, mobil sau nomadic utilizatorilor. Versiunile deja existente oferă acces fix (802.16d) și acces mobil (802.16e), iar cele viitoare (802.16m) vor oferi pe lângă accesul utilizatorilor ficși, mobili sau nomadici și o compatibilitate cu celelalte tehnologii viitoare (LTE, 4G, și altele).

Atributele și performanțele tehnologiei WiMAX mobile fac din aceasta o soluție viabilă pentru performanțe foarte bune și costuri reduse ale serviciilor fără fir de bandă largă. Tehnologia WiMAX va fi capabilă să deservească o piață globală printr-o tehnologie de acces radio și o arhitectură foarte flexibilă a rețelei. Forumul WiMAX continuă să promoveze și să obțină licențe pentru tehnologia WiMAX, acesta fiind și scopul acestora.

Într-o rețea WiMAX modernă, trebuie ca utilizatorii să nu aibă de suferit în cazul încare are loc o cădere a unui nod sau a unei legături. În mod ideal ar trebui ca o rețea să aibă redundanța totală, dar practic acest acest lucru nu este întotdeauna posibil din cauza costului. Pentru a studia o rețea fără a fi nevoie de implementarea ei fizică, dezvoltatorii pot recurge la simulatoarele de rețea care s-au dovedit a fi niște instrumente foarte utile în domeniul rețelisticii.

Capitolul VII

Bibliografie

[1] IEEE STD 802.16 -2004, Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, octombrie 2004

[2] IEEE P802.16e/D12, Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, februarie 2005

[3] IEEE 802.16, Broadband Wireless Access Standards, http://wirelessman.org/, 2009

[4] Alcatel University, Introduction to WiMAX, Alcatel-Lucent Course ed1, 2009.

[5] Ramachandran S., Bostian C. W., Midkiff S. – Performance Evaluation of IEEE 802.16 for

Broadband Wireless Access – Center for Wireless Telecommunications, Virginia Tech,

Blacksburg, Virginia, 2003.

[6] Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum – IEEE 802.16a Standard and

WiMAX Igniting Broadband Wireless Access, White paper, October 2003.

[7] WIMAX Forum, WIMAX End-to-End Network System Arhitecture – Stage 2: Arhitecture Tenets, Reference Model and Reference Points, decembrie 2005

[8] WIMAX Forum, Mobile WIMAX – Part I: A Tehnical Overview and Performance Evaluation, februarie 2006

[9] WIMAX Forum, Mobile WIMAX – Part II: Competitive Analysis, aprilie 2006

Alcatel University, WIMAX Rev E Performance: Broadband Access into your Hand Ed.1, martie 2006

[10] Yagoobi, Hassan, Scalable OFDMA Physical Layer in IEEE 802.16 WirelessMAN, Intel Technology Journal, Vol.8, august 2004

[11] INTEL – Multiple-Antenna Technology in WiMAX Systems, 2004

[12] sanjole.com, WaveJudge Wireless Test Equipment for WiMAX System Testing,

http://www.sanjole.com/index.htm, 2009

[13] Andrew S. Tanenbaum “ Rețele de calculatoare” Ediția a patra, București 2004.

[14] Mustafa Ergen, Mobile Broadband- Including WiMAX and LTE, Springer, USA, 2009

[15] J.G. Andrews, Fundamentals of WiMAX, PrenticeHALL, Westford- Massachusetts, 2007

[16] WiMAX.com, http://www.wimax.com/education/learning-center/wimax-com-resource-center, 2007-2009

[17] Mrs. Saba Siraj, Mr. Ajay Kumar Gupta, Mrs Rinku-Badgujar – Network Simulation

Tools Survey, International Journal of Advanced Research in Computer and

Communication Engineering, Vol. 1, Issue 4, June 2012;

[18] Paul Meeneghan and Declan Delaney – An Introduction to NS, Nam and Otcl Scripting, National University of Ireland, Maynooth,Maynooth, Co. Kildare, Ireland,

Department of Computer Science, 2004;

[19] Elias Weing ̈artner, Hendrik vom Lehn and Klaus Wehrle – A performance

comparison of recent network simulators, Distributed Systems Group, RWTH Aachen

University,Aachen, Germany

[20] Jianli Pan – A Survey of Network Simulation Tools: Current Status and Future

Developments, http://www.cse.wustl.edu/~jain/cse567-08/index.html;

[21] http://www.nsnam.org/docs/release/3.19/tutorial/singlehtml/index.html

[22] http://www.nsnam.org/wiki/NetAnim_3.104

[23] https://www.netacad.com/web/about-us/cisco-packet-tracer

Capitolul VII

Bibliografie

[1] IEEE STD 802.16 -2004, Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, octombrie 2004

[2] IEEE P802.16e/D12, Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, februarie 2005

[3] IEEE 802.16, Broadband Wireless Access Standards, http://wirelessman.org/, 2009

[4] Alcatel University, Introduction to WiMAX, Alcatel-Lucent Course ed1, 2009.

[5] Ramachandran S., Bostian C. W., Midkiff S. – Performance Evaluation of IEEE 802.16 for

Broadband Wireless Access – Center for Wireless Telecommunications, Virginia Tech,

Blacksburg, Virginia, 2003.

[6] Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum – IEEE 802.16a Standard and

WiMAX Igniting Broadband Wireless Access, White paper, October 2003.

[7] WIMAX Forum, WIMAX End-to-End Network System Arhitecture – Stage 2: Arhitecture Tenets, Reference Model and Reference Points, decembrie 2005

[8] WIMAX Forum, Mobile WIMAX – Part I: A Tehnical Overview and Performance Evaluation, februarie 2006

[9] WIMAX Forum, Mobile WIMAX – Part II: Competitive Analysis, aprilie 2006

Alcatel University, WIMAX Rev E Performance: Broadband Access into your Hand Ed.1, martie 2006

[10] Yagoobi, Hassan, Scalable OFDMA Physical Layer in IEEE 802.16 WirelessMAN, Intel Technology Journal, Vol.8, august 2004

[11] INTEL – Multiple-Antenna Technology in WiMAX Systems, 2004

[12] sanjole.com, WaveJudge Wireless Test Equipment for WiMAX System Testing,

http://www.sanjole.com/index.htm, 2009

[13] Andrew S. Tanenbaum “ Rețele de calculatoare” Ediția a patra, București 2004.

[14] Mustafa Ergen, Mobile Broadband- Including WiMAX and LTE, Springer, USA, 2009

[15] J.G. Andrews, Fundamentals of WiMAX, PrenticeHALL, Westford- Massachusetts, 2007

[16] WiMAX.com, http://www.wimax.com/education/learning-center/wimax-com-resource-center, 2007-2009

[17] Mrs. Saba Siraj, Mr. Ajay Kumar Gupta, Mrs Rinku-Badgujar – Network Simulation

Tools Survey, International Journal of Advanced Research in Computer and

Communication Engineering, Vol. 1, Issue 4, June 2012;

[18] Paul Meeneghan and Declan Delaney – An Introduction to NS, Nam and Otcl Scripting, National University of Ireland, Maynooth,Maynooth, Co. Kildare, Ireland,

Department of Computer Science, 2004;

[19] Elias Weing ̈artner, Hendrik vom Lehn and Klaus Wehrle – A performance

comparison of recent network simulators, Distributed Systems Group, RWTH Aachen

University,Aachen, Germany

[20] Jianli Pan – A Survey of Network Simulation Tools: Current Status and Future

Developments, http://www.cse.wustl.edu/~jain/cse567-08/index.html;

[21] http://www.nsnam.org/docs/release/3.19/tutorial/singlehtml/index.html

[22] http://www.nsnam.org/wiki/NetAnim_3.104

[23] https://www.netacad.com/web/about-us/cisco-packet-tracer