Akademik Bilişim '10 10 - 12 Şubat 2010 Muğla

Erişim Ağlarında WIMAX’ın Optik Ağlarla KullanımıM. Erkan Yüksel, Selçuk Sevgenkoaksiyel (HFC) yapıları, karşılayabileceklerindendaha fazla talep geldiğinde yetersiz kalmaktadır.DSL, mesafe ve hat gürültüsündenkaynaklanan ciddi sorunlara sahiptir. HFC dekapasite asimetrisi yüzünden veri iletimi içinideal bir hale gelememiştir. Bu sorunlardandolayı mevcut erişim ağlarını ucuz ve hızlı birçözümle geniş bant erişime uygun hale getirebilmekgerekmektedir [1, 2].WIMAX, genişbant kablosuz erişimi belirginbir şekilde artırıp ekipman, işletim ve bakımmasraflarını da en düşük seviyeye indirmeyiamaçlamaktadır. WIMAX hem lisanslı hemde lisanssız frekans bantlarını kullanarak kablosuzerişimin kapsamını artırmaktadır. Genişbant servislere erişim için göreceli olarakyüksek iletim hızları (20 Mhz’lik kanal ile 75Mbps) ve genişletilmiş kapsama alanı (uygunkoşullarda 50 km’ye kadar) sunar.2. WIMAX (IEEE 802.16)IEEE 802.16 standardı, xDSL ve kablo modemgibi kablolu geniş bant teknolojilerine alternatifolarak kablosuz geniş bant erişimi sağlamakamacıyla tasarlanmıştır. En büyük avantajıdüşük maliyetle kapsama alanının genişletilebilmesidir.Böyle bir yapı kablo altyapısınınyeterli olmadığı kalabalık şehir ve kırsal alanlardayararlı olmaktadır. 802.16 standardı, binalarabaz istasyonlarına bağlı antenler üzerindenağ erişimi sağlar. Bu frekansla desteklenenfrekans bandı 2 ila 66 GHz arasında değişmektedir.Ancak günümüzdeki pratik uygulamalardabu standart 20 km’lik menzil içinde en çok12 Mbps’lık erişim hızlarına ulaşabilmektedir[1, 2]. Bu standardın kapsadığı diğer türler şuşekildedir:IEEE 802.16: 10-66 GHz frekans bandı-nı kullanır. Bu denli yüksek frekanslardaradyo dalgaları çok kısa olacağından doğalengeller tarafından soğurulmaları dahakolaydır. Bu nedenle bu standart, ağaç vebina çatısı gibi engellerin olmadığı görüşaçısı uygun alanlarda kullanılmaktadır.a.90b.c.d.IEEE 802.16a: Görüş açısı uygun olmayanalanlarda iletim için tasarlanmıştır. 3 tipmodülasyon şeması kullanır. Bunlar tek taşıyıcılımodülasyon, 256 nokta dönüşümlüOFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing), 2048 nokta dönüşümlüOFDMA (Orthogonal Frequency DivisionMultiple Access) ’dır. 1.75-20 MHz frekansaralığı kullanılır. Bu protokol ses vevideo iletimi gibi düşük gecikme ihtiyacıolan uygulamalarda kullanılır [1].IEEE 802.16-2004: Bu standart ile öncekiversiyonlar gözden geçirilmiş ve bazı iyileştirmeleryapılmıştır. Bu standardı temelalan WIMAX teknolojisi sabit geniş bantkablosuz uygulamalarda anahtar bir rolalmaktadır.IEEE 802.16e (Mobil WIMAX): 802.16standardının mobil versiyonudur. Temelprensip, MAN (Metropolitan Area Network)kapsama alanı içindeki hareketlikullanıcılara da hizmet sağlayabilmektir.Cep telefonu, PDA ve laptop türütaşınabilir aygıtları desteklemektedir.2.3 GHz ve 2.5 GHz bantlarında çalışmaktadır[3, 4].2.1 WIMAX Mimarisi2.1.1 WIMAX Mac KatmanıMAC katmanının birincil amacı fiziksel katmanile taşıma katmanları arasında bir ara yüz oluşturmaktır.MAC katmanı üst katmandan aldığıpaketleri (MAC Service Data Unit - MSDU),kablosuz iletim için “MAC Protocol DataUnit”e (MPDU) dönüştürür. Alıcı taraftakiMAC katmanı da bu işlemin tersini yapar. IEEE802.16 ve 802.16e MAC dizaynları, Ethernet,IP, VOIP, IPTV gibi çeşitli üst seviye protokollerleuyumlu ara yüzler içerir [1, 5, 6].WIMAX, ATM ve DOCSIS (Data Over CableService Interface Specification) gibi servis kalitesinde(QoS) hizmet verebilmesi için tasarlanmıştır.WIMAX’in MAC katmanı değişkenuzunluklu MPDU kullanır ve iletimleri içinesneklik tanır.Şekil 1. IEEE 802.16 MACkatmanı referans modeli [3]2.1.2 WIMAX Fiziksel KatmanıWIMAX fiziksel katmanı, yüksek hızlı veriiletimi ve multimedya uygulamaları için kullanılaniletim şeması OFDM’yi kullanır. OFDM,WIMAX’ın yanı sıra ADSL/VDSL, 802.11a/g/n, dijital radyo sistemleri, karasal dijital/mobil TV sistemleri, MBWA (IEEE 802.20),UWB (IEEE 802.15.3a) gibi bir çok ticari genişbant sisteminde kullanılmaktadır. OFDM,görüş açısının olmadığı ortamlarda yüksek hızlıveri iletimi için etkili bir yöntemdir [1,3].WIMAX’ın fiziksel katmanı 10 ila 66 GHzfrekans aralığını desteklemektedir. Bu türsistemlerde veri iletimi için açık görüş alanıgerekmektedir. Bu sınırlama nedeniyle, IEEEtek taşıyıcılı modülasyonu (WirelessMAN-SC) tercih etmiştir. Açık görüş alanında iletim,bina çatısında büyük miktarda veriyi yüksekhızlarla iletebilecek sabit bir anten gerektirir.Bu tip antenler pahalı oldukları gibi kurulumlarıda maliyetlidir. WIMAX’ın bina türü küçükçaplı uygulamalarda kullanımı için kapalıgörüş açısına göre çalışan bir sistem gerekmektedir.Dolayısıyla, IEEE 802.16a fizikselkatmanı, özellikle radyo dalgalarının ev veağaç gibi engellerin üstünden yansıyabilecek,11 GHz altındaki frekanslarda çalışabilecekşekilde tasarlanmıştır [2, 7].2-11 GHz frekans bandı üç iletim türünü desteklemektedir:Akademik Bilişim’10 - XII. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri10 - 12 Şubat 2010 Muğla Üniversitesi91• SCM: Tek taşıcıyılı modülasyon kullanılmaktadır.• OFDM: 256 nokta dönüşümlü OFDMkullanılmaktadır. Erişim TDMA ile yapılmaktadır.• OFDMA: 2048 nokta dönüşümlü OFDMAkullanılmaktadır.WIMAX fiziksel katmanı çerçeveli (frame)formatta çalışır. Her çerçeve bir gönderim birde indirme alt çerçevesi içerir. İndirme altçerçevesi, senkronizasyon ve kontrol için gerekliveri ile başlar [3]. Point-to-Multipointmimarisinde,baz istasyonu, indirme kanalındaher kullanıcı için tahsis edilmiş zaman parçalarındabirer TDM sinyali yayınlar. Gönderimyönünde ise kullanıcılar TDMA sinyalleri ilekanala erişim sağlamaya çalışırlar.3.Erişim Ağlarında WIMAXKullanımının AvantajlarıWIMAX, erişim ağlarında potansiyel servisönerileri konusunda esneklik tanıyan özellikleriçeren bir kablosuz geniş bant çözümüdür. Dikkatçeken bazı özellikleri aşağıda sıralanmıştır:Uyarlamalı modülasyon ve kodlama: WI-MAX, çeşitli modülasyon ve hata düzeltmekodlama şemaları içerir. Kanal durumuna görekullanıcı ve çerçeve bazında şema değişikliklerineolanak sağlar.Bağlantı katmanında yeniden iletimler: WI-MAX bağlantı katmanı, artırılmış güvenilirlikisteyen bağlantılar için ARQ desteği sağlar.ARQ yönteminde, gönderilen her paketin teslimalındığına dair bir doğrulama mesajı beklenir.Teslimi doğrulanmayan paketlerin kaybolduğuve yeniden iletilmesi gerektiği kabul edilir.OFDMA ve OFDM tabanlı fiziksel katman:Mobil WIMAX çoklu erişim için OFDM modülasyonunukullanmaktadır. Böylece farklıkullanıcılar farklı OFDM tonlarında hizmetalabilmektedir. OFDMA, frekans bandının verimlikullanımına ve kullanıcı çeşitliliğine izin