1. مقدمه

شبکه Wimax بر پايه ساختاری توسعه پذير با ورودی های کاربردی و رابط هايي با قابليت سازگاری متقابل بنا شده است که قابليت تطابق با نسخه های قبلی و آتی را دارا می باشد. در اين مقاله به معرفی سناريوهای کاربردی شبکه Wimax پرداخته و با بررسی تعابير مختلفی که از سناريوهای کاربردی موجود است به توضيح نحوه عملکرد آن ها می پردازيم. خصوصيات سناريوهای عنوان شده به صورت کاربردی و عملی بيان می شود و با ارائه نمونه های عملی و نحوه کاربرد و عملکرد هر يک از سناريوها، به مقايسه آن ها پرداخته و هر يک را از لحاظ کارايي و قابليت های پشتيبانی مورد بررسی قرار می دهيم.

2. تعبيرهای مختلف سناريوهای کاربردی

برخی از سناريوهای کاربردی دارای دو تعبير متفاوت می باشند. يک سناريو می تواند بدين گونه باشد:

الف) حالتی از عملکرد شبکه ای با سناريوی چندگانه
ب) معماری ای بهينه ای از شبکه هدف که طرحی برای بکارگيری آن در ساير سناريوها موجود نيست.

جهت روشن ساختن اين دو ديدگاه، سناريوی کوچ نشينی1 می تواند توصيفی از شبکه ای با قابليت سيار2 باشد که برای کاربران کوچ نشين در تعبير نخستين بکار گرفته می شود. در تعبير دوم نيز يک سناريوي کوچ نشينی، معماری بهينه ای از شبکه هدف را توصيف می کند که تنها برای کاربران کوچ نشين قابل اعمال است.

در ذيل با ارائه توجيهات و مثال هايي گويا، اين سناريوها را مورد بررسی قرار می دهيم:
· ملاحظات رگولاتوری. برای نمونه، برخی از باندهای طيفی به عملکردهای ثابت3 اختصاص داده شده اند و هر کاربرد انعطاف پذيری فراتر از عملکردهای ثابت در چنين باندهايي، تبديل به سناريويي کوچ نشينی می شود که مشترک می تواند در آن تغيير موقعيت دهد ولی امکان حرکت در مدت زمان اتصال برای وی وجود ندارد.
· تقاضای بازار. برای مثال، يک سناريوی قابل انتقال4 می تواند موجب طرحی ارزشمند از لحاظ هزينه يا کارايي گردد که برای کاربران نهايي بسيار جالب توجه است.

3. خصوصيات سناريوهای کاربردی

جداول 1 و 2 نشان گر تفاوت های سناريو های کاربردی Wimaxبا يکديگر است که به مقايسه آن ها از ديدگاه های مختلف پرداخته است. سناريوهای کاربردی عنوان شده را می توان به صورت ذيل دسته بندی کرد:

سناريوهای ثابت، سناريوهای کوچ نشينی، سناريوهای قابل انتقال، سناريوهايي با قابليت های ساده سيار (Simple Mobility) و سناريوهايي کاملا سيار (Full Mobility).

در جدول 1 عملکردها، خصوصيات و ويژگی های کاربردی سناريوهای Wimaxبه صورت مختصر عنوان شده است که در مواردی که اعمال يک خصوصيت بر روی سناريويي خاص امکان پذير بوده، سعی بر آن بوده تا اطلاعاتی آماری پيرامون آن مطرح گردد تا بتوان مقايسه ای دقيق و محسوس بين سناريوهای کاربردی Wimaxشکل داد.


جدول 1: عملکردها و خصوصيات سناريوهای کاربردی




1 "آنی و غيرآنی" بدين معناست که عملکردهايي که مربوط به محدوديت ظرفيت انبوه يک سکتور يا ايستگاه پايه و همچنين مسائل همگرايي زيرلايه ها می شود را شامل کند. گذشته از اين محدوديت ها، ترمينال ها بايد قادر باشند تا از عملکردهای يکسانی نسبت به سيستم های سيمی باند پهن موجود استفاده کنند.
2 اصطلاح "عملکرد" بطور کلی و "VOIP" بطور خاص، به توانايي مديريت ترافيک شبکه وايمکس جهت پشتيبانی از حامل مناسب و خصوصيات QoSبر می گردد. به عبارتی، پشتيبانی از نيازمندی های رگولاتوری برای خدمات تلفنی تجاری، از جمله خصوصيات سناريوی کاربردی کاملا سيار محسوب نمی شود.


در جدول 2 به بررسی امکانات وقابليت های پشتيبانی سناريو های کاربردی Wimaxپرداخته که می توان بررسی سناريوهای گوناگون را با ارائه مقايسه هايي که از جدول زير بدست می آيد تسهيل بخشيد. همچنين نوع دستگاه ها و تجهيزات و فناوری هايي که هر يک از اين سناريوها می توانند پشتيبانی کنند نيز به صورت فهرست وار گنجانده شده است تا بتوان ارزيابی مناسبی از قابليت عملکرد هر يک از اين سناريوها بدست آورد.


جدول 2: قابليت های پشتيبانی در سناريوهای کاربردی




1 اصطلاح "کاهش مطلوب" به اين معناست که با افزايش سرعت ترمينال، توان خروجی/ظرفيت بطور ناگهانی افت نمی کند.
2 پشتيبانی از اتصال مجدد در واقع مربوط می شود به پشتيبانی از اتصال مجدد در اينترفيس محيط و شبکه دستيابی وايمکس. نيازمندی پشتيبانی بيانگر اين مطلب است که راه حل های موجود در شبکه وايمکس نياز به فراهم سازی پشتيبانی دارند، ولی نيازی به توسعه پيکربندی آن جهت ايجاد امکان اتصال مجدد نمی باشد.


4. سناريوهای کاربردی ثابت

1.4. نمونه عملی

مشترکی برای سرويس پهن باند Wimaxثبت نام می کند و مودم اوليه ای جهت استفاده از طرف اپراتور در اختيار وی قرار می گيرد. مشترک نيز مودم ايستگاه سيار/ ايستگاه مشترک7 را در مکانی با پوشش مناسب سيگنال های Wimaxنصب می کند و تنظيمات لازم بر روی مودم را نيز با توجه به پارامترهايي که توسط اپراتور فراهم شده است مانند شناسنده سرويس و احتمالا بهمراه يک کلمه کاربردی و کلمه عبور انجام می دهد. هم اکنون مشترک به اينترنت متصل شده است و از اتصالی پهن باند و بر پايه IPبطور هميشگی بهره می برد.

2.4. خلاصه کاربردی

سرويس دستيابی ثابت ابتدايي ترين شکل بهره برداری از شبکه وايمکس محسوب می شود. سرويس های ثابت با محدوده تحت پوشش بيشتر8 و سرويس های ثابت با محدوده کمتر9 بسته به موقعيت فيزيکی ايستگاه سيار/ ايستگاه مشترک Wimaxقابل تشخيصند. سرويس دستيابی ثابت از سرويس های پهن باند کابلی يا DSLثابت تقليد می کند. در اين سناريو قابليت تحويل يا انتقال اتصال پشتيبانی نمی شود. اتصال مجدد به ايستگاه پايه متفاوت هنگامی که توسط شبکه هدايت می شود، امکان پذير است که برای مثال می توان به بهبود کيفيت اتصال در اين فرايند اشاره داشت. يک ايستگاه سيار/ ايستگاه مشترک ممکن است آدرس يا محتوای IPيکسان يا جديدی به دنبال هر روند ورودی شبکه يا پيش از ورودی به شبکه دريافت دارد.


5. سناريوی کاربردی کوچ نشينی

1.5. نمونه عملی

مشترکی برای سرويس پهن باند Wimax ثبت نام می کند و مودم اوليه ای جهت استفاده از طرف اپراتور در اختيار وی قرار می گيرد که ممکن است مودم مستقلی باشد و يا ماژولی که بتواند با سوار شدن بر روی يک دستگاه مانند لپتاپ عمل کند. تنظيمات اوليه اين مودم ها همانند آنچه که برای دستيابی ثابت گفته شد به اين صورت است که برای مشترک اتصالی به اينترنت فراهم می شود. برخلاف دستيابی ثابت، در اين مورد مشترک انعطاف پذيری آن را دارد که اتصال خود را قطع کرده و از نقطه ای ديگر به شبکه اپراتور مجددا متصل گردد.

2.5. خلاصه کاربردی

سرويس کوچ نشينی به عنوان گامی فراتر از دستيابی ثابت تعريف می شود و قابليت دريافت سرويس پهن باند را برای يک ايستگاه سيار/ ايستگاه مشترک از مکان های دستيابی گوناگون در شبکه Wimax اپراتور می افزايد. به هرحال برای دوره زمانی هر اتصال از ترمينال مشترک دستيابی ايستا در نظر گرفته می شود. در اين سناريو از قابليت تحويل يا انتقال اتصال در طول مدت زمان برقراری ارتباط، پشتيبانی نمی شود. اتصال مجدد به ايستگاه پايه متفاوت در طول مدت زمان برقراری ارتباط هنگامی که توسط شبکه هدايت می شود، امکان پذير است که برای مثال می توان به بهبود کيفيت اتصال در اين فرايند اشاره داشت. اتصالات در بين دو ورودی شبکه که توسط جابجايي ترمينال فعال می شود، حفظ نمی ماند. رومينگ بين-اپراتوری شبکه Wimax نيز ممکن است اگر اپراتور خانگی مشترک و اپراتور در ديدرس او طرحی قبلی برای اعتبارسنجی ايستگاه سيار/ ايستگاه مشترک و يا کاربر داشته باشند، امکان پذير باشد. در اين مدل کاربردی، هيچ تحويلی بين ايستگاه های پايه پشتيبانی نمی شود. يک ايستگاه سيار/ ايستگاه مشترککوچ نشينی ممکن استآدرس يا محتوای IPيکسان يا جديدی به دنبال يک روند ورودی (مجدد) شبکه دريافت دارد.


6. سناريوی کاربردی قابل انتقال

1.6. نمونه عملی

مشترکی برای سرويس پهن باند Wimax ثبت نام می کند و ماژولی که قابليت استفاده توسط دستگاهی مانند لپتاپ را دارد در اختيار وی قرار می گيرد.مشترک می تواند در حين اتصال به شبکه به اطراف حرکت داشته باشد و تداوم اتصال را تجربه کند و البته احتمالا در زمانی که مودم نياز دارد از يک ايستگاه پايه به ديگری منتقل شود، بطور مختصر قطعی بهمراه خواهد داشت که به علت تغيير در محدوده تحت پوشش سلولی می باشد.

2.6. خلاصه کاربردی

سرويس قابل انتقال به عنوان گامی فراتر از قابليت کوچ نشينی محسوب می شود. اين اولين سناريوی کاربردی است که ترمينال می تواند در طول مدت زمان اتصال حرکت داشته باشد و شکل هايي از تحويل در ايستگاه های پايه همسايه ممکن است رخ دهد. تحويل ممکن است به دلايل گوناگونی صورت پذيرد و می تواند توسط ايستگاه پايه يا ايستگاه مشترک سيار باشد. اين مدل کاربردی تجربه يکسانی را نسبت به زمانی که همانند دستيابی ثابت يا کوچ نشينی به طور ايستا به کاربر نهايي داشتيم، به آن ها می دهد. تجربه اتصال در حين روند تحويل با عنوان "نهايت تلاش" شناخته می شود که بدين معناست که کاربر ممکن است بطور موقتی قطعی اتصال يا مقداری ديرکرد زمانی و يا کاهش کارايي داشته باشد که به علت اهداف طراحی ساده بوده و منجر به نيازمندی هايي برای معماری شبکه آسان تر و پشتيبانی از نرم افزارها و سخت افزارهای ايستگاه سيار می شود. اگرچه اتصال سطح کاربردی بدون دخالت کاربر نمی تواند هميشه تضمين گردد ولی در بدترين حالت نيز، ديرکردهای زمانی تحويل همانند برقراری اتصال در TCP/IP خواهد بود.
افت کارايي ممکن است شامل يک يا چند مورد از موارد ذکر شده در ذيل باشد:
· ديرکرد زمانی (در بدترين مورد هدف، کمتر از 2 ثانيه بوده است) که توسط کارکردهای آنی در طول روند تحويل تجربه شده است.
· از دست دادن بسته ها در طول روند تحويل بين ايستگاه های پايه
· هيچ سرويس کيفی ای در طول روند های تحويل تضمين نمی شود (QoS مجددا در سطوح آغازين خود برقرار می شود که تکميل روند های تحويل را بهمراه دارد)
· کاربردهای TCP/IPکه با تحمل ديرکرد زمانی همراه هستند بايد قادر باشند تا اتصال را در آدرس IPجاری بروزرسانی کنند (جاييکه آدرس IP می تواند با مقدار يکسانی در طول چنين تحويل هايي حفظ بماند) يا با اطلاع دادن از آدرس IPنقطه دستيابی جديد، اتصالی مجدد برقرار سازند. پس از تکميل پروسه های تحويل، شبکه بايد قابليت پشتيبانی از سطوح QoS تدارک ديده را بطور سازگار در طول چندين ايستگاه پايه داشته باشد.


7. سناريوی کاربردی سيار ساده

1.7. نمونه عملی

مشترکی برای سرويس پهن باند Wimax ثبت نام می کند و ماژولی که قابليت استفاده توسط دستگاهی مانند لپتاپ يا دستگاهی فرستنده-گيرنده را دارد در اختيار وی قرار می گيرد. مشترک می تواند با سرعتی بين صفر تا 60 کيلومتر در ساعت بدون کاهش کارايي حرکت داشته باشد. برای سرعت های بين 60 تا 120 کيلومتر در ساعت، ممکن است تا حد مطلوبی کارايي کاهش يابد. مشترک می تواند در حين ارتباط با شبکه تداوم اتصال را تجربه کند و البته احتمالا در زمانی که ايستگاه سيار Wimax نياز دارد از يک ايستگاه پايه به ديگری منتقل شود، بطور مختصر قطعی بهمراه خواهد داشت که به علت تغيير در محدوده تحت پوشش سلولی می باشد.

2.7. خلاصه کاربردی

سرويس سيار ساده به عنوان گامی فراتر از قابليت انتقال شناخته می شود که می توان آن را سناريوی کاربردی ای به حساب آورد که شکلی از تحويل تضمين شده در طول ايستگاه های پايه همسايه را فراهم می سازد. هر يک از ايستگاه های سيار يا ايستگاه های پايه ممکن است که تحويل را به دلايل مختلفی به انجام رسانند. هنگامی که ايستگاه سيار ايستاست، اين مدل کاربردی تجربه يکسانی همانند دستيابی ثابت و کوچ نشينی به کاربر نهايي می دهد.

کاربردهای TCP/IPکه با تحمل ديرکرد زمانی همراه هستند بايد قادر باشند تا اتصال را در آدرس IPجاری بروزرسانی کنند و يا اگر اين کاربردها در برقراری ارتباط با نقطه دستيابی جديد، پس از تکميل روند تحويل، از زمان بندی دقيقی برخوردار باشند، قابليت اتصال مجدد نيز بايد فراهم گردد. شبکه بايد قادر باشد تا از سطوح QoS تدارک ديده بطور سازگار در طول چندين ايستگاه پايه پشتيبانی بعمل آورد.

بايد به اين موضوع توجه شود که قابليت سيار ساده تنها محدوده خاصی از سرعت های سيار را دربر می گيرد. کاربرد سيار ساده نسبت به کاربرد قابل انتقال از محدوديت های ديرکرد زمانی تحويل دقيقتری برخوردار بوده که آن را برای پشتيبانی از سرعت های بالای سرويس های بر پايه IPبسيار مناسب تر ساخته است که می تواند تا حدی کاهش کارايي را نيز در حين روند تحويل تحمل کند.

پشتيبانی از حالت استراحت، يا مد بيکاری، و پيجينگ برای همه شبکه های سيار ساده و در تمامی اجزا مورد نياز است. در دستگاه های بر پايه استاندارد IEEE 802.16e که قابليت پشتيبانی از مد بيکاری را ندارند، اپراتور نيز ممکن است متقابلا چنين خدماتی را برای آن دستگاه ارائه ندهد.


8. سناريوی کاربردی کاملا سيار

1.8. نمونه عملی

مشترکی برای سرويس پهن باند Wimax در يک اپراتور ثبت نام می کند. مشترک سپس می تواند تداوم اتصال را در شبکه داشته و بدون کاهش کارايي در حالت سيار، سرعت های فراتر از 120 کيلومتر در ساعت را نيز تجربه کند. هنگامی که مورد استفاده قرار نمی گيرد، ايستگاه سيار وايمکس مشترک در حالت کم مصرف خود رفته ولی همچنان از طريق شبکه قابل دستيابی است.

2.8. خلاصه کاربردی

کاربرد کاملا سيار تکميل کننده مدل های کاربردی ديگری است که عنوان شده اند. عمليات کاملا سيار برای کارکردهای حساس به ديرکرد زمانی در سرعت های سيار تا 120 کيلومتر در ساعت و حتی بالاتر بهينه شده اند که در راستای بردارهای کارايي سيار همانند عمليات کم مصرف، ديرکرد زمانی کمتر از 50 ميلی ثانيه در هر سرعت سياری (مناسب برای عملکردهايي چون VoIP) و از دست دادن محدود بسته ها (برای مثال کمتر از يک درصد) در تحويل ها می باشد. تمامی سطوح QoS نيز در طول چندين ايستگاه پايه بطور دائمی پشتيبانی می شوند.

جنبه ديگر قابليت سيار رومينگ می باشد که عبارت است از توانايي يک مشترک برای استفاده مجدد از مجوزهاي فراهم شده توسط يک اپراتور خانگی، جهت دستيابی به سرويس های Wimax که توسط اپراتور ديگری که در ديدرس قرار گرفته که در نهايـت به صدور صورتحساب هايي يکپارچه برای سرويس دهی های صورت گرفته منتهی می شود.


9. نتيجه گيری

سناريو های مختلفی در شبکه Wimax مطرح شده اند که می توانند به مدل های تجاری و اقتصادی منتهی شوند. با شروع استاندارد سازی و پياده سازی های صورت گرفته در زمينه Wimax، قابليت های بيشتری به خصوصيات چنين شبکه هايي افزوده شد که امکان حرکت و جابجايي را حتی با سرعت های بسيار بالا نيز فراهم می کرد. به دنبال آن رومينگ نيز به عنوان خصوصيتی بسيار بارز نمايان شد و در حدی وسيع مورد بهره برداری قرار گرفت. به تدريج با تکميل استانداردهای موجود در زمينه سناريوهای کاربردی، قابليت های پشتيبانی و سازگاری با فناوری های جديد نيز به آن افزوده شد. به زودی نيز می توان شاهد سناريوهايي بود که امکان برقراری و تداوم اتصال را در هر شرايطی با بهترين سرويس دهی و کيفيت و بالاترين قابليت کارايي بهمراه آورد.


منابع



1) France Telecom contribution to Usage Scenarios, Rashmi Bajaj, Bruno Tharon, Patrice Desmoulin - France Telecom R&D, WiMAX Forum Service Provider Working Group, 2005



2) Priority for 3G interworking in nomadic usage scenario, Peter Stevens, T-Mobile International, Hatfield Business Park, Hatfield, UK, WiMAX Service Provider Working Group Contribution, 2005


3) Desccriptions and requirements for Mobility Usage Scenarios, N.K. Shankaranaranayan – AT&T, Andrea Francini – Lucent, Harald van Kampen – Motorola, Dave McGinniss – Sprint, 2006



4) Usage Scenario Definitions, N. K. Shankar (AT&T), Byoung-Jo “J” Kim (AT&T), Gary Schlanger (IDT), SPWG, 2005



5) Business Scenarios, N.K. Shankaranaranayan – AT&T, (on behalf of Scenarios subteam), WiMAX Forum Member, 2005


6) Recommendations and Requirements for Networks based on WiMAX Forum CertifiedTM Products, SPWG Requirements - Release 1.5 , 2006


7) QoS Management and Peer-to-Peer Mobility in Fixed-Mobile Convergence, Wei-Peng Chen, Takeo Hamada, Jason Jayhsin Yao, Hung-Yu Wei, April 2006


8) WiMAX Opertunities and Challenges in a Wireless World, Michael W. Thelander, Signals Research Group – LLC, July 2005



___________________________________


ارجاعات:



1 Nomadic
2 Mobile-Capable
3 Fixed
4 Portable
5 SimpleMobility
6 FullMobility
7 MS/SS
8 FixedOutdoor
9 FixedIndoor